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Biosíntesis
del
peptidoglicano
Paredes bacterianas
Por que las estudiamos ?
• Es una característica definitoria de la célula bacteriana
• Están constituídas por componentes químicos únicos.
• Algunos de estos componentes pueden causar enfermedad.
• La biosíntesis es el sitio de acción de los antibióticos más
importantes
Recordamos………..
Peptidoglycan
cable
Wall-associated
protein
Teichoic acid
Cytoplasmic membrane
Peptidoglycan Lipoteichoic
acid
O-specific
polysaccharide
Core polysaccharide
Lipid A
Protein
Out
Lipopolysaccharide
(LPS)
Porin
Outer
membrane
8 nm
Cell
wall
Phospholipid
Periplasm
Peptidoglycan
Lipoprotein
Cytoplasmic
membrane
Outer membrane
Periplasm
Cytoplasmic
membrane
In
Biosíntesis del PG
Composición química
Etapas de la síntesis
•Síntesis de precursores en el citoplasma
•Ensamblaje parcial en la membrana
•Modificaciones del precursor(cadenas laterales)
•Transporte a la cara externa de la membrana
•Ensamblaje final en el exterior
• Reciclado del undecaprenol fosfato
Síntesis de precursores en el citoplasma
1. Formación del UDP-GlucNac a partir de fructosa-6-P
2. Formación del UDP-MurNAc a partir del UDP-GlucNac
3. Ensamblado de la cadena peptídica para formar el UDPMurNAc-pentapéptido
4. Reacciones anexas para formar el ácido glutámico y del
dipéptido D-ala-D-ala
Reacciones citoplasmáticas
11
Reacciones citoplasmáticas
1-Biosíntesis de UDP-N-acetilglucosamina
Requiere de cuatro enzimas
1. Glucosamina 6-P-sintasa (GlmS)
2. Fosfoglucosamina mutasa (GlmM)
3. Glucosamina-1-P-acetiltransferasa (GlmU)
4. N-acetilglucosamina 1-P-uridil transferasa
(GlmU)
+Pi
GlmS:isomerasa
Reacciones citoplasmáticas
2-Biosíntesis del UDP-N-acetilmurámico
Intervienen dos enzimas
MurA: transfiere el grupo “enol” del PEP
al 3´-OH del UDP-GlucNac liberando Pi
MurB: reduce el “enol piruvato”del UDPGlcNAc-enol-piruvato utilizando un
equivalente de reducción del NADPH
para dar el UDP-MurNAc
Reacciones citoplasmáticas
3-Biosíntesis del UDP-MurNAc-pentapéptido
Intervienen cuatro enzimas llamadas Mur ligasas
MurC, D,E y F.
Catalizan la adición de L-alanina, D-glutámico, un
diaminoácido meso-DAP o L-lisina y el dipéptido
D-Ala-D-Ala en el grupo lactilo del UDP-MurNAc
Algunas son estereo específicas otras no.
Mecanismo de reacción de las ligasas Mur
v
Reacciones anexas
MurI: D-glutamato racemasa y Daminoácido transferasa (D-AAT)
que cataliza otra reacción
D-Ala +α-cetoglutarato ~ Dglutamanto + piruvato
La formación del D-Ala es
producida por
la alanina racemasa( Air o DadX)
La condensación de dos
moléculas de Ala es catalizada por
una D-Ala:D-Ala ligasa
dependiente de ATP (Ddl)
Sustratos de las vías metabólicas: UTP, PEP,NADPH,ATP,AcCoA
UDP-
UDP-
Precursores hidrofílicos para ser
ensamblados y transportados a través
de la membrana
Cómo ocurre este proceso?
Lípido transportador: bactoprenol
Que es ??
Que función cumple en la célula?
P
PPO4=
P
Lípido anfipático
Polímero de isopentenil fosfato, de C55, undecaprenil fosfato que se encuentra unido a
membrana por el extremo lipídico y el fosfato esta por fuera de la membrana.
Este compuesto reacciona con los precursores para formar la unidad repetitiva y traslocarla
al sitio de la pared en crecimiento.
Metabolismo de undecaprenil-P en bacterias
Farnesil pirofosfato(C15)
8 isopentenil pirofosfatos (C5)
Undecaprenil pirofosfato
esencial
Undecaprenol
Undecaprenil -fosfato
Biosíntesis de varios polímero de pared
(peptidoglicano, ácidos teicoicos, LPS, cápsula
etc)
Etapas de membrana: Biosíntesis del Lípido I
Biosíntesis del Lípido I
C55-P + UDP-MurNAc-pentapéptido
UMP+ C55-PP-MurNAc-pentapéptido (lipid I )
MraY
Mecanismo catalítico en dos pasos
Mecanismo catalítico en un solo paso
Fosfo-MurNAc -pentapéptido trasferasa
Biosíntesis del Lípido II
transferasa
MurG cataliza la formación del lípido II a partir del Lipido I y UDPGNac
Esta proteína interactúa con MraY and MreB proteins y participa en
multicomplejos involucrados en la división y la elongación celular.
Translocación a través de membrana
Etapas externas en la biosíntesis del peptidoglicano
Cadena
naciente
de PG
Bactoprenol con una cadena creciente de peptidoglicano
Modificación enzimática del Lípido II y flipasa
Puente de Gly
Reacciones del lado externo de la membrana
Peptidoglicano sintasas
1-Glucosiltransferasas ( GTasa) o transglicosilasas, monofuncionales que
polimerizan las cadenas de PG nacientes ( MgtA en E. coli).
PBPs
2-DD-Transpeptidasas monofunciolanes ( TPasa ) forman los enlaces
interpeptídicos (PBPs clase B de alto PM)
3-GTasa-TPasa bifuncionales (PBPs clase A de alto PM)
Las enzimas de este proceso son conocidas como PBPs de “penicilin-bindingproteins” por su capacidad de unión a penicilina.
Debido al parecido estructural entre los sustratos naturales, el extremo D-AlaD-Ala del precursor y la penicilina, las enzimas de este ultimo paso son
sensibles a la penicilina con la cual forman compuestos acil-enzima muy
estables, que inhiben su actividad.
2 y 3 Pertenecen a la familia acilserina transferasa, (PBP y Blactamasas) reconocen el extremo
terminal
Detalles de la reacción de transglicosilación:
El extremo reductor del MurNAc del péptido naciente es
transferido al 4-OH de la GlucNAc enlace β-1-4
y se libera C55-PP
Forma
Formación del enlace β-1-4
+
Undecaprenol ppi
Scheffers D , and Pinho M G Microbiol. Mol. Biol. Rev. 2005;69:585-607
Ciclo del lípido transportador
Reciclado del bactoprenol
v
BacA
v
Reacción de transpeptidación en G(-) y G(+)
Las proteínas involucradas en la síntesis de PG residen en el citoplasma, la
membrana y en el periplasma
Reacción de transpeptidación
• Se realiza del lado externo de la MC al igual que la TG
• La reacción es catalizada por una clase de transpeptidasas conocidas
como PBPs, que son acil-serina transferasas
• La parte crítica es el reconocimiento de D-Ala-D-Ala del NAM, la
interferencia de este proceso rompe la pared celular
Reacción ocurre en dos etapas
• 1-Formación del acil-Ez y eliminación de D-Ala
• 2-Transferencia del mureimil tetrapéptido de la Ez a un aceptor, -NH2
del péptido de la cadena vecina. El ε –NH2 es de configuración D
• La energía para la reacción provine de la hidrolisis del D-Ala-D-Ala
• La mayoría de los puentes son D,D
• Algunos puentes son D,L entre dos meso –DAP
• Algunos pueden formar puentes trimétricos con AA de cadenas que
estén abajo o arriba
Reacción de transpeptidación
Dos
cadenas
de PG
Paso de activación
Formación del
intermediario
PG-EZ (acil-EZ)
Alanina desplazada
Reacción de transpeptidación
Hidrolasas del peptidoglicano
en E.coli
. Las hidrolasas tiene un rol
importante en el crecimiento del
PG, división celular y forma de la
bacteria.
Hidrolasas del PG que son y que hacen??
•
•
•
•
•
•
Tienen roles relevantes en el crecimiento del PG, división celular , espesor
del PG y forma de la bacteria.
Son llamadas autolisinas: rompen enlaces glicosídicos y amida algunas de
ellas tienen características de PBPs y son muy específicas
Algunas están ancladas a la pared y participan creando puntos de
crecimiento del PG
Están presentes en regiones de expansión del PG y contribuyen a la síntesis
la cual es una combinación de autolisis controlada y biosíntesis .
Ac teicoicos y otros azúcares interaccionan con estas enzimas para
controlar su acción
Liberan fragmentos durante el crecimiento y septación que son reciclados
para ser reutilizados ( alrededor del 2% del PG se recicla)
En E. coli algunas de ellas son
•D,D-Carboxipeptidasas (PBP 5, PBP4B, PBP6, PBP6B)
•D,D-Endopeptidasas (PBP 4 y PBP 7)
•Amidasas
•LT Transglicosilasas líticas
Reciclado de mureína
Recuperación del material y mensajeros
Relación con la resistencia a ATB
Fragmentos al medio
Remodelado de PG y resistencia a ATB
Inicia los eventos degradativos
1
2
Remueve GlucNac
Remodelado del peptidoglicano
Al comienzo el nuevo material incorporado tiene distinta composición que el PG
preexistente. En fase estacionaria de crecimiento, el crecimiento del PG es mas lento y
remodela la estructura
Maduración
1-aumento de los entrecruzamientos D,D
2-incremento en la proporción de LppB unida a PG
3- perdida de la D-Ala terminal de los pentapéptidos
no entrecruzados por acción de las carboxipeptidasas
4- entrecruzamientos L,D
5-cambios en la longitud de las cadenas de PG
6-Modificaciones secundarias, polímeros de superficie
acetilaciones y amidaciones que ´protegen de la
acción de la lizosima
PG nuevo adquiere una estructura indistinguible
del PG de la célula original
Estructuras en el PG maduro
Crecimiento de la pared, forma y división
Crecimiento en bacilos
Crecimiento en Cocos
Es zonal
-Crecimiento en longitud (elongación), mientras la célula crece
en tamaño. PBP1 elongan las cadenas de PG naciente
-Producción del tabique transversal (septación), que conduce
a la formación de dos células hijas .FtsZ, PBP3 o FtsI
Síntesis de pared
en cocos
y cocos ovoides
Síntesis solo en el septum
Síntesis septal
y periférica
Intervienen distintas PBPs
Peptidoglicano sintasas y proteínas del ciclo celular
Organización espacial y temporal
Las proteínas del citoesqueleto y de la división controlan la posición
de las sintasas y las hidrolasas
Formas “L” carecen de pared
Mecanismos de división independiente de pared
Las formas “L” de B. subtilis sin pared no utilizan la maquinaria de división
normal
Utilizan un sistema de tubulación vesiculización y ampollas independiente
de MreB y FtsZ
Reminiscencia de reproducción de las células primitivas
Reproducción de células primitivas
Diferentes protogenomas
Envueltos en una bicapa simple de lípidos
´proliferación por tubulación o ampollas
Eventos de fusión y fisión
Alta frecuencia de
transferencia
horizontal de genes
Cristaliza el genoma
Baja frecuencia de
transferencia
horizontal de genes
Exploración de nuevos nichos y replicación mas rapida
Pared de Gram negativas
LPS
El lipopolisacárido
A.G. saturados
(C-14): betahidroximirístico
Unidad repetitiva de
la cadena lateral
Núcleo externo
Los dominios Lípido A y Kdo son requeridos para el crecimiento
Los azúcares del antígeno O no son necesarios para el crecimiento,
pero protegen de los antibióticos y la lisis mediada por el complemento
El núcleo y el antígeno O son requeridos para la virulencia
Núcleo interno
Glucosaminaß(16)glucosamina, con
–OH en 1
sustituido con –Petanolamina
Interacción con el medio ambiente
y las defensas del huésped
Responsable de la integridad
y permeabilidad de la ME
Composición del lipopolisacárido (LPS)

Lípido A: endotoxina, estructura conservada

Región intermedia: núcleo del polisacárido,
estructura conservada, se divide en NI y NE

Región distal o antígeno O: cadena lateral
específica, polisacarídica, son repeticiones de
pocos azúcares, muy variable.
La síntesis del LPS se divide en dos procesos
claramente diferenciados:
• la formación del lípido A y del núcleo del LPS, y
•la síntesis del antígeno O.
Una vez sintetizados estos dos componentes tiene
lugar la unión de los mismos, su modificación y
transporte hacia la membrana externa
Nueve enzimas constitutivas e integrales de membrana
Núcleo del polisacárido
Núcleo interno : α-ceto deoxi octulónico (KDO )y D, D Heptosa o D,L heptosa
región de las heptosas (pueden tener decoraciones)
Núcleo externo : glucosa, galactosa y N-acetilglucosamina ( región de las hexosas)
pueden tener decoraciones
El KDO se agrega al lípido A por la Kdo sintasa (esencial para la viabilidad de las bacteria)
Luego se agregan las heptosas que son sintetizadas por una isomerasa que cataliza la
conversión de la sedoheptulosa 7-fosfato a D,D-heptosa-7-fosfato que por acción de otras
enzimas se llega a ADP-L,D Heptosa ( paso esencial para la integridad de la ME)
Núcleo del polisacárido: se ensambla a partir
de precursores activados con nucleótidos
Proteínas asociadas a membrana
Glucosil transferasas implicadas en la biosíntesis del núcleo de E. coli R1. Las enzimas que
forman el núcleo interno están marcadas en amarillo, mientras que las que modifican la
estructura están en azul. Las verdes son las glicosiltransferasas del núcleo externo y la
ligasa está marcada en rosa. Raetz y Whitfield, 2002.
Biosíntesis del antígeno O
El antígeno O es la parte más externa del LPS y a su vez la más inmunogénica y
variable.
Algunos precursores se obtienen del metabolismo central de la bacteria.
UDP-glucosa, de la UDP-galactosa o de la UDP-N-acetilglucosamina, que se
incorporan directamente al polímero en formación, o son intermediarios
de GDP-manosa, TDP-ramnosa y otros azúcares presentes exclusivamente en los diversos
antígenos O.
Se forma sobre el undecaprenil-P
Intervienen glicosiltransferasas
Los oligosacáridos se forman en la cara interna de la MI y luego son traslocados.
El antígeno O se ensambla separadamente sobre el undecaprenil-P y es traslocado por un
transportador Wzx. Los oligosacáridos son polimerizados en la cara periplásmica de la
membrana interna por Wzy y Wzz y luego trasferidos al lípido A por WaaL.
.
Iniciación de la síntesis del Antígeno O
Iniciación de la síntesis del
antígeno O
Reaccion que involucra la
transferencia de un azúcar
activado en forma de nucléotido
azúcar al undecaprenil fosfato
(a) Transferasa(PNPT) (WecA)
específica para GlucNac
(b) Transferase (PHPT) WbaP
transfiere galactosa
Síntesis del antígeno O en Salmonella enterica
Flipasa
Aparato de exportación
Siete proteínas Lpt
Resumen
1. LPS es un glicolípido complejo compuesto de hasta tres regiones
estructurales : lípido A , núcleo del sistema operativo , y la larga cadena
hiper variable del O- PS
2. Las moléculas de LPS juegan un papel crucial en la integridad de la
membrana externa y son esenciales para el viabilidad de bacterias G(-)
3. Los primeros pasos en la síntesis de LPS son objetivos válidos para el
desarrollo de agentes antibacterianos
4. Las bacterias pueden afinar las estructuras de LPS , la promoción de la
supervivencia en sus respectivos nichos en el huésped y otros entornos .
Los tipos de modificaciones del LPS y la forma en que están regulada son
muy variables .
5. La biosíntesis de LPS implica componentes en las caras citosólicas y
periplásmicas del interior membrana.
6. La exportación final de LPS a la membrana externa es realizada por
una máquina molecular dependiente de ATP compuesta de siete
proteínas LPT .
Diferenciaciones en la célula procariota
1-Diversidad
2- Esporas bacterianas
Observación
Composición química y estructura
El proceso de eporulación
Propiedades biológicas de las esporas
Germinación
3- Otras células diferenciadas
Quistes bacterianos
Mixosporas
Acinetos
Que son las esporas
•Son estructuras de latencia o reposo
•Con baja o nula actividad metabólica
•Muy resistentes
•Son consecuencia de cambios morfológicos y bioquímicos: de
diferenciación celular
Endosporas
Exosporas
Diferenciaciones de actinomicetos
Quistes bacterianos
Mixosporas
Diferenciaciones en cianobacterias
Acinetos o aquinetos
Diversidad
Descubiertas por Tyndall
El descubrimiento de las esporas
bacterianas tuvo una gran trascendencia
para la microbiología,
el conocimiento de la existencia fue
decisivo para desarrollar
procedimientos de esterilización, tanto
para la medicina como para la industria
alimenticia.
Esterilización-Tindalización
1. Calentamiento entre 60-80°C (1-2hs) mueren células vegetativas
2. Sobreviven las esporas
3. Incubación a 30-37°C ( 24 hs) germinan las esporas dando células
vegetativas
4. Calentamiento entre 60-80°C (1-2hs) mueren las células vegetativas
Endospora bacteria
•Producidas por ciertas especies del dominio bacteria
en respuesta a limitación nutricional
•Son formas de reposo, durmientes, sin metabolismo
•Se forman dentro de la célula bacteriana
•No son formas de reproducción ni de crecimiento
•Tienen extraordinaria resistencia al calor y otros
agentes físicos y químicos
•Sobreviven en condiciones extremas
•Esporulación : proceso de formación de esporas
•Germinación : Las esporas vuelven a células vegetativas
Géneros productores de endosporas
Características Generales
Bacilos
• Bacillus
• Clostridium
Cocos
• Sporosarcina
Ampliamente distribuidas en la naturaleza.
Tienen una relación ecológica porque todas se
encuentran principalmente en el suelo.
Aerobios, microaerófilos, anaerobios facultativos y
anaerobios estrictos.
Algunos son capsulados, pueden tener o no flagelos
La temperatura de crecimiento de la mayoría oscila
entre 25 y 35°C, aunque se han descrito especies
psicrófilas y termófilas
La formación de endosporas es muy ventajosa ya que el
suelo es un ambiente muy variable, se producen cuando
hay un nutriente limitante.
Género Bacillus
Género Clostridium
Funciones y transformaciones que causan en el
medio ambiente
•Patógenas humanas y de animales.
•Interés industrial por su capacidad de producir antibióticos (género
Bacillus).
•Importancia agrícola al ser utilizadas como plaguicidas biológicos.
•Algunas alteran los alimentos.
•Saprofitos del suelo.
Observación de las esporas
Localización
Coloración de Shaefer y Fulton
Localización: Es útil como criterio
taxonómico,
pueden estar en el medio terminales,
deformantes
Observación de las esporas
Microscopio óptico
¿Cuánto puede vivir una espora?
Los datos publicados sobre la longevidad de
las endosporas indican que pueden
permanecer viables durante varias décadas
y probablemente mucho tiempo más
según las condiciones a las que esté
sometida.
Estructura fina de las esporas
Protoplasto o
núcleo ("core", en inglés), con
la MIC de la espora
(membrana esporal interna).
Pared de la espora
(= Germen de la pared de la
futura célula vegetativa).
Corteza o córtex, rodeado
externamente de la
membrana esporal externa.
Cubiertas.
Exosporio (no universal: las
esporas de algunas especies
carecen de él).
Esporas bacterianas
Protoplasto o Núcleo ( core)
•Citoplasma muy deshidratado (10 30%)
•contiene dipicolinato de calcio
•Contiene el cromosoma, pocos
ribosomas, ARNt, ARN polimerasa,
mono y di nucleótidos pero no tri
nucleótidos (no ATP).
•Carece de componentes inestables:
~No ARNm
~No enzimas biosintéticas
~No aminoácidos ni bases nitrogenadas
~No cofactores reducidos (NADH, CoA,
etc.)
Espora de Bacillus cereus http://www.shef.ac.uk/mbb/staff/moir-a
Protoplasto o Núcleo ( core)
Ácido dipicolínico
El citoplasma está muy deshidratado con altas concentraciones de
ion Ca++ (1-3% del peso seco de la espora), y de ácido dipicolínico
(DPA) (10% en peso); forman dipicolinato cálcico (DPC), una
sustancia exclusiva de las esporas bacterianas. Reserva de Ca++
Protoplasto o Núcleo ( core)
•-Gran cantidad de pequeñas
proteínas especiales, las pequeñas,
ácidas, solubles (SASP) que
mantienen le pH más bajo que en la
célula vegetativa.
-Durante la germinación se usarán
como fuente de C, E y AA.
-Acomplejan el ADN: protegen de
las radiaciones UV.
•-Fuente de energía: 3fosfoglicerato→PEP
•pH es una unidad menor que el
citoplasma de la cel. vegetativa
Pared de la espora
Se encuentra inmediatamente por encima de la membrana interna
de la espora
Composición: a base de un PG similar al de la célula vegetativa, con
sus característicos enlaces entre los tetrapétidos
Funciones: al germinar la espora, dará lugar a la pared celular de la
nueva célula vegetativa, confiriéndole, mientras tanto, resistencia
osmótica
Origen: se sintetiza a partir de la prespora
Corteza o cortex
Cortex
Al microscopio electrónico:. Es gruesa, transparente a electrones, láminas concéntricas
Formado de un PG especial
•30% del NAM tiene tetrapéptidos normales, pero el grado de entrecruzamiento es muy
bajo (6%).
•15% del NAM tiene solo la L-ala inicial, en lugar de tetrapétido.
•55% de una modificación del ácido murámico (lactama del ácido murámico), producida
por condensación del -COOH lactilo con el -NH2, para formar la lactama
correspondiente).Gran resistencia a la lizosima.
Corteza o cortex
Origen: a partir de la célula madre.
•Tiene un bajo grado de
entrecruzamiento:
-Estructura más laxa, floja y flexible
que el PG normal es capaz de
expandirse o contraerse.
-Rápida autolísis durante la
germinación.
•La
lactama del
murámico presenta
gran resistencia a la
lisozima.
Cubiertas
Aspecto muy voluminoso,
distinto según especies.
Partes densas a los
electrones.
Formada de una o más
proteínas de tipo queratina,
ricas en Cys y AA
hidrófobos.
Bacterial endospores. Panel A shows endospores from B. subtilis one of which is still retained within
the rod shaped 'mother cell'. In B. subtilis, spores are approximately 1.2 μm in length and are
ellipsoidal. Released spores have a clear protective shell known as the spore coat and is comprised
of as many as 25 different protomeric components assembled into discrete layers. Panel B shows a
typical SDS-PAGE (12.5%) fractionation of solubilised spore coat proteins revealing predominant
species. Ricca and Cutting Journal of Nanobiotechnology2003
Estructura insoluble e
impermeable que impide la
entrada de numerosos
agentes químicos agresivos,
incluyendo tóxicos
Exosporio
• Estructura membranosa
transparente, a modo de
saco delgado y flojo a base
de proteínas, polisacáridos
complejos y lípidos
• Muy resistente a enzimas
proteolíticas
El proceso de esporulación.. Cuando???
Es el ultimo proceso que se desencadena en situación de
estrés de nutrientes
Posterior a otros procesos para obtener nutrientes o
competir en el suelo como por ej.
Síntesis de flagelo
Producción de exoenzimas
Síntesis de antibióticos
Competencia
Canivalismo
Esporulación
El proceso de esporulación
•Comienza cuando cesa el crecimiento
exponencial.( 5-8 hs para B. subtilis)
•Se desencadena por una limitación
nutricional, un estado de inanición
•El nutriente limitante que puede
desencadenar la esporulación puede
ser:
•La fuente de C, N o de P (GTP)
•Las fases se nombran con un número
romano (I, II,....VII).
•Se suele indicar los límites de tiempo
en los que transcurre la fase (ej: t2-t3
significa que la fase transcurre entre la
2ª y la 3ª hora)
Fase 0
La célula se encuentra en la etapa final de
crecimiento exponencial y contiene dos
cromosomas.
Fase I (t0-t1)
•Los dos cromosomas se condensan formando un filamento. Filamento axial
•Se inician dos tabiques, cada uno cerca de un polo (espículas de PC hacia el
interior).
•Se degradan proteínas viejas y los aminoácidos se emplean en fabricar
proteínas específicas de la esporulación.
•se forma el septo con una capa muy delgada de PG
Fase II
•Se termina el septo acéntrico en uno
de los polos (el otro septo no se
completa, aborta).
•Segregación de cromosomas
Cada nucleoide queda en un:
-Compartimiento pequeño,
la prespora. 30%
-Compartimiento grande la célula
madre.
•Sigue síntesis de antibióticos y
exoenzimas (proteasas, amilasas,
ribonucleasas, etc.).
SPOIIIE
Fase III. Atrapamiento de la espora
•Formación del protoplasto de la
espora debido a:
-Degradación selectiva del PG del
septo
-La membrana citoplásmica de la
célula madre va avanzando hacia el
polo, envolviendo a la prespora¨”
atrapamiento”
•Resultado: prespora posee dos
membranas, con polaridad opuesta.
•La síntesis de proteínas sigue en la
célula madre, pero se detiene en la
prespora.
Fase IV
•Formación de la corteza: deposición de PG de la célula madre
entre las dos membranas de la prespora.
Deposición del PG de la pared, procedente de la prespora.
•La espora puede verse ya refráctil en fresco.
•Comienza síntesis de DPA y acumulación de Ca2+.
•Comienza la síntesis del exosporio.
Hasta aquí el proceso se puede detener por el agregado
de nutrientes
Fase V
•Deposición de materiales de las cubiertas por fuera de
la membrana externa de la espora.
•Continúa la acumulación de DPA, que secuestra iones
Ca2+para formar el DPC en el protoplasto.
Fase VI (t5.5-t7)
•Maduración de prespora a endospora.
•Maduración de la corteza (PG especial, más laxo, con pocos
entrecruzamientos).
•Maduración de las cubiertas.
•Citoplasma se hace más
homogéneo y denso a los
electrones.
•Resistencia al calor y al
cloroformo.
•Resistencia a las radiaciones
UV.
•Resistencia a la lisozima.
Fase VII (t7-t8)
•Autolisis de la célula madre y liberación de la espora.
•El exosporio pierde agua y se pega a las cubiertas.
Propiedades de las endosporas
• Resistencia al calor. Es una consecuencia de los cambios que
llevan a la deshidratación como medio de lograr la el estado de
dormancia y baja tasa metabólica. Algunas resisten 120ºC
durante 15 minutos lo que condiciona los parámetros para
esterilizar
• La tasa metabólica más baja
• Permite la supervivencia en ambientes desfavorables
• DNA protegido por ácido dipicolínico y proteínas SAPS
• Luego de la activación por stress, la disponibilidad de
nutrientes dispara la germinación y el crecimiento
• Dormancia. Gran inercia a los sustratos exógenos, la espora
sólo perderá la dormancia cuando se haya activado para la
germinación.
Propiedades biológicas de las endospora
Deshidratación. Mecanismo:
~El DPA va entrando al protoplasto de la espora
~El Ca2+entra a la espora se forman quelatos de DPC.
~La corteza se queda sin cationes, las cargas negativas del PG
cortical se repelen, la corteza se expande, se topa con las
cubiertas y hay extracción de agua del protoplasto.
~El protoplasto queda muy deshidratado, con componentes
inmovilizados.
Propiedades biológicas de las endospora
• Resistencia a los rayos UV:
~Absorción de UV por cubiertas.
~Presencia del DPC.
~Las proteínas SASPs forman complejos con el ADN.
~Por la deshidratación del protoplasto no se generan dímeros
de pirimidina.
•Resistencia a los agentes químicos. Debida principalmente a
la gran impermeabilidad de las cubiertas(grosor, composición
a base de proteínas ricas en aminoácidos hidrófobos y con
abundantes puentes disulfuro.
Germinación de la endospora
Fases:
•Preactivación
•Activación
•Germinación
• Terminación
•Crecimiento ulterior (entrada en
fase vegetativa)
Alternancia entre dos estados morfogenéticos
Fenómenos bioquímicos asociados
a la esporulación
Producción de cuerpos o cristales paraesporales
Producidos en algunas especies: Bacillus
thuringiensis y B. popiliae.
•Cristales proteicos octaédricos (bipiramidales)
formados en el esporangio durante la
esporulación.
•Agregación regular de subunidades de una
glucoproteína de 120 kD en fase IV de
esporulación (proteínas Cry), en la célula
madre
•Son poderosos insecticidas ecológicos,
específicos frente a larvas de: coleópteros y
dípteros.
• En agricultura plantas BT manipuladas
genéticamente, que producen en sus tejidos
proteínas Cry
• Evita el uso de pesticidas químicos
Toxinas Cry
Toxinas Cry
Actúa como insecticida.
•Oruga ingiere materia vegetal con bacterias esporuladas que
producen Cry.
•La proteína Cry se disuelve en el tracto digestivo. El pH alcalino
provoca la proteolísis que activa a la toxina.
•La toxina altera la permeabilidad del epitelio intestinal, pasa a la
hemolinfa lo que provoca la parálisis y muerte de la larva.
Producción de antibióticos
En la Fase II de la esporulación se produce la síntesis de sustancias antimicrobianas
De naturaleza peptídica
Edeínas Péptidos lineales básicos que inhiben la síntesis de ADN
Bacitracina Péptidos cíclicos que inhiben la síntesis del PG
Polimixinas Péptidos lineales que ´modifican la estructura y función de la Membrana
Polimixina
Exosporas
Son esporas externas, son resistentes sólo a calor y desecación y no
contienen DPA. Podemos encontrar exoesporas en el género
Methylosinum (bacterias que oxidan metano) y Rhodomicrobium.
Estas bacterias forman esporas reproductivas por gemaciones sucesivas
al final de sus prostecas. Estas exosporas poseen una envuelta a base de
pared rodeada de una cápsula o cubierta gruesa.
Actinomicetos-Streptomyces
Lim de nutrientes
1
2
Propiedades de las esporas de los estreptomicetos:
la pared celular de la espora es más gruesa que la de la
célula vegetativa;
no hay cambio cualitativo en el peptidoglucano;
no hay córtex ni cubiertas;
son muy hidrofóbicas
Quistes o Cistos bacterianos
Se producen en algunas especies por engrosamiento de la pared celular de la célula
vegetativa, por deposición de nuevos materiales sobre la MC (alginatos), al mismo
tiempo que se acumulan materiales de reserva en el citoplasma (PHA).
Poseen metabolismo endógeno y resisten el calor, la desecación y los agentes químicos
más que la célula vegetativa (pero menos que las endosporas)
Quistes o Cistos bacterianos
Mixosporas-Mixobacterias
•Microquistes de Mixobacterias,
llamados mixosporas.
•Sus envolturas constan de una
corteza, rodeada de cubiertas
(interna y externa).
•Estas cubiertas se componen de
una glucoproteína muy rica en
polisacáridos.
Son resistentes al
calor, desecación,
A radiación UV
Heteroquistes y Acinetos
Son diferenciaciones que aparecen en Cianobacterias
Los heteroquistes son células especializadas en la fijación de N2
para proteger la nitrogenasa EVITAN difusión de O2
Engrosamiento de la pared celular, carencia de ficobilisomas y
realizan fotofosforilación cíclica
Acinetos
Formas de reposos que se originan a partir de la célula vegetativa por acumulación de
Capas de polisacáridos por fuera de la pared celular y por formación de acúmulos en el
citoplasma. Resisten a la desecación y a la congelación pero no al calor.
Acinetos