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PARETE Citoplasma Membrana Citoplasmatica Dr. Semih Esin 2009 PARETE BATTERICA Involucro posto all’esterno della membrana citoplasmatica in quasi tutti i batteri (ad eccezione dei micoplasmi). Spessore variabile, costituenti peculiari, alcuni dei quali presenti solo nei batteri. FUNZIONE PRINCIPALE: - Protezione dai danni di tipo osmotico (più importante) H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O H2O ALTRE FUNZIONI - Mantiene la forma del batterio - Protegge dalle offese meccaniche - Funzione immunitaria H2O Il batterio non scoppia !!! COMPOSIZIONE CHIMICA: Componente principale: PEPTIDOGLICANO o MUREINA, responsabile delle caratteristiche di rigidità della parete. lunghe catene lineari disaccaridiche poste concentricamente alla cellula batterica N-acetil-glucosamina (NAG) N-acetil-muramico NAM) Struttura semplificata del peptidoglicano corti peptidi che sono attaccati alle catene di zuccheri e le legano trasversalmente ORGANIZZAZIONE DELLA PARETE DEI GRAM+ E GRAM Esistono importanti differenze sia di struttura che di composizione chimica tra Gram+ e Gram- che sono responsabili delle diverse proprietà tintoriali dei due gruppi di batteri. Gram + Gram - GRAM + Spesso peptidoglicano; anche 40 strati concentrici, 40-80% del peso secco Altri componenti oltre al peptidoglicano: acidi teicoici, acidi teicuronici, proteine, carboidrati intercalati nel peptidoglicano GRAM Sottile peptidoglicano; pochi strati concentrici (2-3) 5% del peso secco pochi legami crociati Altri componenti oltre al peptidoglicano: organizzati a formare una struttura complessa all'esterno della mureina: la membrana esterna PERCHE’ I BATTERI GRAM+ E GRAM- SI COLORANO DIVERSAMENTE? I GRAM+: trattengono il cristal violetto per la presenza di uno spesso peptidoglicano; I GRAM-: rilasciano il cristal violetto per la presenza di un sottile peptidoglicano e di una membrana esterna di natura lipidica solubile in alcool. Batteri Gram+ Batteri Gram- STRUTTURA DEL PEPTIDOGLICANO Componente glucidica: Catena lineare di n unità di un disaccaride: N-acetil-D-glucosammina (NAG) Acido N-acetil-muramico (NAM) Il NAM ha la stessa struttura del NAG ad eccezione di un acido lattico legato mediante ponte a ossigeno al C3. Componente peptidica: Il gruppo carbossilico del gruppo lattilico del NAM si lega al gruppo aminico del primo aminoacido del tetrapeptide mediante un legame carboaminico. La sequenza di aminoacidi nei tetrapeptidi può variare da una specie batterica all’altra, ma contiene sempre in terza posizione un aminoacido BIBASICO che è in genere la LISINA (nei Gram +) o l’ACIDODIAMINOPIMELICO (nei Gram-) Corta catena di amino acidi (TETRAPEPTIDE) alternati negli stereoisomeri D ed L; I tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di loro con due modalità principali: lunghe catene lineari disaccaridiche poste concentricamente alla cellula batterica N-acetil-glucosamina (NAG) N-acetil-muramico NAM) Struttura semplificata del peptidoglicano corti peptidi che sono attaccati alle catene di zuccheri e le legano trasversalmente I tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di loro con due modalità principali: 1) DIRETTAMENTE (nei Gram negativi es: E. coli) coli) Tramite un legame peptidico tra il gruppo aminico dell’a.a. bibasico di un tetrapeptide ed il gruppo carbossilico dell’aminoacido terminale di un altro tetrapeptide (D-Ala) L-Ala D-Glu NAG legame peptidico L-DAP -NH3 -COOH D-Ala D-Ala L-DAP D-Glu L-Ala NAM NAG L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala 2) INDIRETTAMENTE (nei Gram positivi es: S. aureus) Tramite un ponte di PENTAGLICINA - il gruppo aminico dell’aminoacido bibasico di un tetrapeptide forma un legame peptidico con il gruppo carbossilico della pentaglicina. - il gruppo aminico della pentaglicina forma un legame peptidico con il gruppo carbossilico dell’ultimo aminoacido del tetrapeptide (D-Ala) legame peptidico -NH3 COOH- NAM Gly Gly Gly Gly legame peptidico Gly -NH3 COOH- D-Ala L-Lys D-Glu L-Ala NUMERO DI LEGAMI CROCIATI Oltre che nella struttura anche il numero dei legami crociati differisce nei Gram+ rispetto ai Gram-: Nei Gram+: praticamente tutti i residui di NAM sono legati ad un tetrapeptide; Nei Gram-: i legami sono più scarsi e le maglie più larghe Rappresentazione schematica del monostrato di peptidoglicano di S. aureus (Gram+) (A) e di E. coli (Gram-) (B). G, N-acetil-glucosamina; M, N-acetil-muramico; le linee verticali rappresentano le catene peptidiche; le linee orizzontali i legami crociati tra aminoacidi di catene contigue. CARATTERISTICHE DIFFERENZIALI MUREINA GRAM-NEGATIVI: (i) la mureina costituisce il 10% della parete; (II) è monostratificata; (III) non presenta ponti di pentaglicina; (VI) non tutti gli acidi muramici portano il tetrapeptide GRAM-POSITIVO: (I)la mureina costituisce l’80-90% della parete e corrisponde almeno al 40% del peso secco della cellula; (II) è pluristratificata; (III) presenta ponti di pentaglicina posti tra i tetrapeptidi di catene glicaniche adiacenti e/o distanti tra loro. (VI) tutti gli acidi muramici portano il tetrapeptide, CARATTERISTICHE DI RESISTENZA DEL PEPTIDOGLICANO (resistenza alla trazione simile al cemento armato !!!) • unica grossa molecola spazio; nelle tre direzioni dello • legami β-1-4 particolarmente forti (anche nella chitina della parete cellulare vegetale); • alternanza di aminoacidi D ed L risulta in una resistenza maggiore; • sembra infine probabile che come avviene nelle proteine tra i vari gruppi peptidici si stabiliscano numerosi legami ad idrogeno. STRUTTURA COMPLESSIVA DELLA PARETE CELLULARE DEI BATTERI GRAM + Proteina associata alla parete Acido teicoico Acido lipoteicoico Peptidoglicano Membrana citoplasmatica ALTRI COMPONENTI DELLA PARETE DEI BATTERI GRAM+ oltre al peptidoglicano Ribitolo fosfato glicerolo fosfato ACIDI LIPOTEICOICI ACIDI TEICOICI polisaccaridi acidi intercalati nel peptidoglicano di molti batteri Gram+; fino al 10-15% del peso secco di parete; sono polimeri contenenti anche fino a 30 molecole di GLICEROLO o RIBITOLO FOSFATI; i monomeri sono legati da legami di fosfato; agli ossidrili del ribitolo o glicerolo possono essere legati zuccheri (glucosio, galattosio) o aminoacidi (D-alanina) che rappresentano determinanti antigenici (determinano il sierotipo); uniti covalentemente con il gruppo 6ossidrile del NAM del peptidoglicano. Acidi teicoici costituiti di solito da catene di glicerolfosfato, contenenti un acido grasso con il quale sono strettamente ancorati ai lipidi di membrana. Attraversano la parete e si estendono nell’ambiente esterno. FUNZIONI DEGLI ACIDI TEICOICI E LIPOTEICOICI FACILITANO L’ASSUNZIONE DI CATIONI: La presenza di così tanti gruppi fosfato ripetuti rende le molecole fortemente acide e cariche negativamente; legano cationi (k+; Ca++; Mg++) e facilitano la loro assunzione) INTERVENGONO NEI MECCANISMI DI PATOGENICITA’: Es: LTA degli Streptococchi media l’adesività alle superfici mucose FUNZIONE STRUTTURALE: contribuiscono alla forza ed elasticità della parete FORTEMENTE IMMUNOGENICI ALTRI COMPONENTI DELLA PARETE DEI BATTERI GRAM+ oltre al peptidoglicano CARBOIDRATI: PROTEINE: es: carboidrato C degli Streptococchi (divisione in gruppi) es: PROTEINA M degli Streptococchi (divisione in tipi; ruolo nella virulenza); es: PROTEINA A degli Stafilococchi; (ruolo nella virulenza)
