La cèl·lula bacteriana — Composició, organització i citoesquelet
Flashcards
- Quins fenotips morfològics presenten els bacteris quan pateixen una deficiència funcional de FtsZ o de MreB respectivament?
- La manca de FtsZ impedeix la formació del septe de divisió cel·lular i genera cèl·lules filamentoses molt allargades. Per contra, la pèrdua de MreB impedeix l'elongació cilíndrica de la paret i provoca que els bacils perdin la seva forma allargada i passin a ser esfèrics (cocs).
- Quina particularitat estructural presenten els genomes de Vibrio cholerae i Borrelia burgdorferi que contradiu la visió clàssica del cromosoma bacterià?
- Vibrio cholerae trenca el dogma de la monoploïdia genòmica en posseir 2 cromosomes circulars diferenciats indispensables, mentre que Borrelia burgdorferi conté un cromosoma de configuració lineal en lloc del típic anell covalent tancat.
Preguntes tipus test
- Quina proporció del volum cel·lular ocupa el vacúol de nitrat en Thiomargarita namibiensis?
- a) Menys del 10%
- b) Exactament el 75%
- c) Entre el 50% i el 60%
- d) Entre el 97% i el 98%
Resposta: d) Entre el 97% i el 98%. El vacúol central ocupa gairebé tot el volum (97-98%), deixant una fina capa perifèrica citoplasmàtica activa.
- Quin és l'homòleg procariota de l'actina responsable de conferir la morfologia bacil·lar?
- a) FtsZ
- b) MreB
- c) Crescentina
- d) GyrA
Resposta: b) MreB. MreB s'assembla estructuralment a l'actina i organitza l'elongació lateral de la paret de peptidoglicà en bacils.
- Com actua la topoisomerasa II (girasa bacteriana) sobre la topologia de l'ADN?
- a) Introdueix superenrotllament negatiu amb ATP
- b) Genera ruptures lineals irreversibles
- c) Introdueix superenrotllament positiu sense ATP
- d) Relaxa superenrotllaments sense ATP
Resposta: a) Introdueix superenrotllament negatiu amb ATP. La girasa bacteriana fa servir l'energia d'hidròlisi de l'ATP per introduir superenrotllaments negatius en l'ADN.
L'envolta bacteriana — Estructura de Gram positius i Gram negatius
Flashcards
- Quin paper biològic tenen els oligosacàrids derivats de membrana (ODMs) dins l'espai periplàsmic?
- Regulen la pressió osmòtica de l'espai periplàsmic. Modificant la seva concentració de polímers de glucosa, el bacteri equilibra l'osmolaritat periplàsmica amb la del citoplasma evitant danys cel·lulars.
- Per què els bacteris Gram negatius són naturalment resistents a l'acció de la penicil·lina G i el lisozim en condicions normals?
- Perquè la membrana externa forma una barrera hidrofòbica impenetrable que barra l'accés directe del lisozim i de la penicil·lina G al peptidoglicà situat al periplasma.
Preguntes tipus test
- Quin component del lipopolisacàrid (LPS) és el responsable de la toxicitat en forma d'endotoxina?
- a) Lípid A
- b) Lipoproteïna de Braun
- c) Nucli o core
- d) Antigen O
Resposta: a) Lípid A. El lípid A conté dímers de glucosamina fosforilada amb àcids grassos i desencadena la resposta d'endotoxina en alliberar-se.
- Quin aminoàcid característic forma l'encreuament peptídic directe en la mureïna dels bacteris Gram negatius?
- a) L-lisina
- b) D-prolina
- c) Àcid teïcoic
- d) Àcid diaminopimèl·lic
Resposta: d) Àcid diaminopimèl·lic. L'àcid diaminopimèl·lic (DAP) permet l'encreuament directe amb la D-alanina en la paret dels Gram negatius.
- A més de transportar sucres específics, quina altra funció té la porina LamB?
- a) Sintetitzar àcids lipoteïcoics
- b) Receptor pel bacteriòfag Lambda
- c) Ancorar la lipoproteïna de Braun
- d) Hidrolitzar l'enllaç beta(1->4)
Resposta: b) Receptor pel bacteriòfag Lambda. LamB és una maltoporina que actua com a receptor primari d'adsorció per al bacteriòfag Lambda.
Transport i captació de nutrients a través de la membrana
Flashcards
- Quina diferència energètica fonamental distingeix el transportador ABC del sistema de translocació de grup (PTS)?
- El transportador ABC obté la seva energia directament de la hidròlisi d'ATP sense alterar el solut, mentre que el sistema PTS empra l'enllaç d'alta energia del fosfoenolpiruvat (PEP) per translocar i modificar químicament (fosforilar) el sucre.
- Per què el bacteri manté sistemes dobles per al transport de cations com Trk/Kup i KdpFABC?
- Perquè Trk i Kup són constitutius i operen de forma energèticament econòmica quan hi ha molt catió al medi, mentre que KdpFABC s'expressa de forma induïble sota despesa d'ATP només quan la concentració externa és extremadament baixa.
Preguntes tipus test
- Com respon la membrana bacteriana a un descens acusat de la temperatura ambiental?
- a) Sintetitza més àcids grassos insaturats
- b) Augmenta els àcids grassos saturats
- c) Expulsa fosfolípids al periplasma
- d) Bloqueja totalment els canals proteics
Resposta: a) Sintetitza més àcids grassos insaturats. Els bacteris incorporen més dobles enllaços (insaturats) per evitar que la membrana es congeli o solidifiqui a baixes temperatures.
- Quin paper té la proteïna periplasmàtica FepB en el transport de ferro?
- a) Oxida l'ió ferrós per donar ió fèrric
- b) Sintetitza directament enteriquelina al periplasma
- c) Hidrolitza ATP a la membrana cel·lular
- d) Condueix el complex sideròfor-ferro al transportador citoplasmàtic
Resposta: d) Condueix el complex sideròfor-ferro al transportador citoplasmàtic. FepB és la proteïna periplasmàtica soluble que recull el complex Fe3+-sideròfor de la membrana externa i el presenta al complex ABC citoplasmàtic.
- Quina forma química té la glucosa immediatament després de travessar el sistema PTS?
- a) Piruvat lliure
- b) Glucosa lliure citoplasmàtica
- c) Fosfoenolpiruvat
- d) Glucosa-6-fosfat
Resposta: d) Glucosa-6-fosfat. El sistema PTS transfereix el grup fosfat provinent del PEP al monosacàrid durant la translocació, alliberant 6-fosfat de glucosa.
Sistemes de translocació i secreció de proteïnes
Flashcards
- Quines diferències principals hi ha entre els pèptids senyal de la via Sec i els de la via TAT?
- El pèptid senyal de Sec és més curt (18-30 aminoàcids) amb una regió hidrofòbica estàndard, mentre que el de TAT és més llarg (27-50 aminoàcids) i compta amb un motiu conservat de dues arginines a la regió n.
- En què consisteix el mecanisme de secreció de tipus II (T2SS) pel que fa al pas a través del periplasma?
- Requereix una exportació prèvia del polipèptid al periplasma via Sec o TAT per permetre el seu plegament, seguida de la propulsió a l'exterior mitjançant un pseudopilus polimeritzable que actua com un pistó.
- Per què s'afirma que el sistema de secreció de tipus IV (T4SS) és bifuncional?
- Perquè té la capacitat molecular demostrada de transportar tant molècules proteiques efectores com complexos de nucleoproteïnes o fragments d'ADN cel·lular, com fa el plasmidi Ti d'Agrobacterium tumefaciens.
Preguntes tipus test
- Quin translocador de membrana interna requereix que les proteïnes estiguin completament plegades per al seu pas?
- a) Partícula SRP
- b) Canal TAT
- c) Acomodador FimD
- d) Complex SecYEG
Resposta: b) Canal TAT. El sistema TAT transloca exclusivament proteïnes madures i plegades mitjançant l'energia del gradient de protons.
- Quin component aporta l'energia d'hidròlisi d'ATP al sistema de secreció de tipus I (T1SS)?
- a) El domini OMP
- b) La proteïna de fusió MFP
- c) El transportador ABC
- d) La xaperona SecB
Resposta: c) El transportador ABC. El component ABC situat a la cara interna de la membrana citoplasmàtica és qui hidrolitza l'ATP en el sistema T1SS.
- Quina característica singular defineix el sistema de secreció de tipus IV (T4SS)?
- a) Utilitza exclusivament FimC
- b) Transfereix proteïnes i ADN
- c) Té homologia amb fags
- d) No consumeix mai ATP
Resposta: b) Transfereix proteïnes i ADN. El T4SS és bifuncional i pot injectar tant efectors proteics com cadenes d'ADN (com en Agrobacterium).
Biosíntesi i anabolisme bacterià
Flashcards
- Com canvia la distribució de la despesa energètica cel·lular entre la biosíntesi i la polimerització quan un bacteri passa de créixer en medi mínim a un medi ric?
- En un medi mínim, la cèl·lula inverteix aproximadament el 50% de la seva energia en biosíntesi monomèrica i el 50% en polimerització; en medi ric, en tenir els blocs bàsics preformats, la biosíntesi cau fins al 10% del consum energètic total, representant la polimerització el 90% restant.
- Quina funció específica acompleix la fumarat reductasa en el metabolisme de bacteris entèrics com Escherichia coli en absència d'oxigen?
- Opera en el braç reductiu del cicle de Krebs anaeròbic transformant fumarat en succinat per regenerar intermediaris anapleròtics i subministrar succinil-CoA, evitant la descarboxilació oxidativa habitual del cicle.
- Per quina raó la fixació d'una molècula de N2 atmosfèric consumeix un mínim teòric de 8 electrons en lloc dels 6 que requereix formalment la reducció a dues molècules d'amoníac?
- Perquè el mecanisme catalític obligatori del complex nitrogenasa acobla la reducció de dos protons a hidrogen gasós molecular (H2) de manera inseparable a la reducció del dinitrogen (N2 + 8 e^- + 8 H^+ → 2 NH3 + H2).
Preguntes tipus test
- Quin valor de càrrega energètica d'Atkinson marca el límit crític per sota del qual la cèl·lula bacteriana mor?
- a) 0,30
- b) 0,50
- c) 0,70
- d) 0,87
Resposta: b) 0,50. El valor fisiològic normal és de 0,87-0,95, però si la càrrega energètica cau per sota de 0,5 la cèl·lula perd la viabilitat cel·lular.
- Quin és el precursor anabòlic número 13 present de forma exclusiva en els bacteris Gram negatius?
- a) Fosfoenolpiruvat
- b) Sedoheptulosa-7-fosfat
- c) Ribosa-5-fosfat
- d) Eritrosa-4-fosfat
Resposta: b) Sedoheptulosa-7-fosfat. La sedoheptulosa-7-fosfat és el precursor número 13 necessari exclusivament per sintetitzar el nucli del lipopolisacàrid de Gram negatius.
- En quina situació ambiental fa servir el bacteri la ruta GS/GOGAT en lloc de la glutamat deshidrogenasa?
- a) Quan l'amoni és limitant
- b) En absència de sofre
- c) Quan l'amoni és molt abundant
- d) En excés d'oxigen molecular
Resposta: a) Quan l'amoni és limitant. La glutamina sintetasa té una gran afinitat per l'amoni (baixa Km), sent l'única eficient quan les concentracions d'aquest compost són limitants.
Catabolisme central — Glicòlisi, vies alternatives i cicle de Krebs
Flashcards
- Quin és el rendiment estequiomètric net d'una molècula de glucosa degradada exclusivament per la via d'Entner-Doudoroff?
- Es produeixen exactament 2 piruvats, 1 ATP, 1 NADPH i 1 NADH.
- Quin paper desenvolupen la transcetolasa i la transaldolasa en la fase no oxidativa de les pentoses fosfat?
- Catalitzen la transferència reversible d'unitats de dos i tres carbonis respectivament, connectant les pentoses fosfat amb intermediaris glicolítics com la fructosa-6-P i el gliceraldehid-3-P.
- Per què cal l'activitat de la PEP carboxilasa durant el creixement bacterià en glucosa?
- Perquè funciona com una reacció anapleròtica que fixa CO2 heterotròficament sobre el PEP per reomplir l'oxalacetat consumit en la síntesi d'aminoàcids.
Preguntes tipus test
- Quin és el producte net directe de la via d'Entner-Doudoroff per cada glucosa?
- a) 2 piruvats, 0 ATP i 2 NADPH
- b) 2 piruvats, 2 ATP i 2 NADH
- c) 2 piruvats, 1 ATP, 1 NADPH i 1 NADH
- d) 1 piruvat, 2 ATP i 2 NADPH
Resposta: c) 2 piruvats, 1 ATP, 1 NADPH i 1 NADH. La via ED escindeix el KDPG rendint un balanç net d'1 ATP, 1 NADH, 1 NADPH i 2 piruvats.
- Com actua l'enzim piruvat fòrmic liasa (PFL) en bacteris entèrics sota condicions anaeròbiques?
- a) Oxida el piruvat generant CO2 i NADH
- b) Sintetitza oxalacetat mitjançant despesa d'ATP
- c) Converteix piruvat en acetil-CoA i àcid fòrmic
- d) Descarboxila el malat directament a piruvat
Resposta: c) Converteix piruvat en acetil-CoA i àcid fòrmic. En anaerobiosi, la PFL trenca el piruvat donant acetil-CoA i àcid fòrmic sense reduir NAD+.
- Quina reacció enzimàtica genera un intermediari amb enllaç ric en energia mitjançant una deshidratació?
- a) Fosfoglicerat cinasa
- b) Fosfofructocinasa
- c) Enolasa
- d) Gliceraldehid-3-fosfat deshidrogenasa
Resposta: c) Enolasa. L'enolasa extreu aigua del 2-fosfoglicerat generant el fosfoenolpiruvat, que posseeix un enllaç fosfat d'alta energia.
Cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa
Flashcards
- Per quina raó el quocient P/O en la respiració d'Escherichia coli és significativament inferior al teòric eucariota de 3?
- Perquè les cadenes respiratòries bacterianes són més curtes, transloquen només 8 H^+ per parell d'electrons de NADH i utilitzen oxidases terminals alternatives com el citocrom bo (P/O d'1,3) o bd (P/O de 0,67).
- Quina diferència energètica clau existeix entre l'ús d'ubiquinona i menaquinona en els mòduls de transferència?
- La ubiquinona té un potencial de +0,11 V apte per a acceptors molt oxidants, mentre que la menaquinona té un potencial negatiu (-0,08 V) necessari per reduir acceptors menys electropositius com el fumarat (+0,03 V).
Preguntes tipus test
- Quin component de l'ATP sintasa F0F1 rota en passar els protons?
- a) Subunitat alfa
- b) Subunitat delta
- c) Subunitat beta
- d) Subunitat gamma
Resposta: d) Subunitat gamma. La subunitat gamma actua com a eix central giratori impulsat pels protons mentre les beta romanen estàtiques.
- Quina característica distingeix el citocrom bd del citocrom bo?
- a) Alta afinitat per oxigen
- b) Inhibició per azida sòdica
- c) Més bombeig de protons
- d) P/O igual a 1,3
Resposta: a) Alta afinitat per oxigen. El complex bd té una gran afinitat per l'O₂ i funciona sota condicions d'hipòxia amb resistència a l'azida.
- Per què cal menaquinona per reduir el fumarat en anaerobiosi?
- a) La menaquinona té afinitat per l'aigua
- b) La ubiquinona és massa oxidant
- c) El fumarat inhibeix la ubiquinona
- d) El fumarat té potencial molt positiu
Resposta: b) La ubiquinona és massa oxidant. La ubiquinona (+0,11 V) és termodinàmicament massa oxidant per cedir electrons al fumarat (+0,03 V); cal menaquinona (-0,08 V).
Metabolisme fermentatiu bacterià
Flashcards
- Com actua la piruvat fòrmic liasa (PFL) en condicions anaeròbiques i per quina raó substitueix el complex piruvat deshidrogenasa?
- La PFL escindeix el piruvat en acetil-CoA i àcid fòrmic sense consumir NAD+. Substitueix el complex piruvat deshidrogenasa perquè aquest darrer està reprimit per la manca d'oxigen i inhibit per les altes concentracions de NADH intracel·lular.
- Com es calcula el valor d'oxidació-reducció d'una molècula com l'etanol (C2H6O) i quin resultat dóna?
- S'assigna un valor de +1 per cada àtom d'oxigen i -0,5 per cada àtom d'hidrogen. Per a l'etanol: (1 × (+1)) + (6 × (-0,5)) = +1 - 3 = -2, indicant que es tracta d'un producte d'excreció reduït.
- Per quina raó la fermentació heterolàctica genera únicament 1 ATP net per glucosa quan es produeix etanol, mentre que l'homolàctica en produeix 2?
- Perquè la fermentació heterolàctica empra la via de la fosfocetolasa (a partir de la xilulosa-5P) en comptes de la via EMP sencera. Només el fragment de gliceraldehid-3P passa a piruvat produint 2 ATP (menys 1 consumit en la fase inicial = 1 ATP net), mentre que l'acetil-fosfat s'ha de reduir a etanol sense generar ATP per reoxidar el NADH.
Preguntes tipus test
- Quin és l'objectiu fisiològic primordial del procés fermentatiu per a la cèl·lula bacteriana?
- a) Reoxidar el NADH generat en la glicòlisi
- b) Oxidar completament el substrat mitjançant la cadena respiratòria
- c) Destinar el 90 % del carboni a biomassa
- d) Sintetitzar gradients electroquímics de protons a la membrana
Resposta: a) Reoxidar el NADH generat en la glicòlisi. Com que no hi ha acceptors externs ni cadena respiratòria, la cèl·lula ha de transferir els electrons del NADH a intermediaris metabòlics per regenerar el NAD+ necessari per mantenir activa la glicòlisi.
- A partir de quin intermediari sintetitza hidrogen gasós el complex fòrmic hidrogen liasa (FHL)?
- a) Àcid fòrmic prèviament alliberat per la PFL
- b) Acetaldehid en presència de fumarat
- c) Piruvat per acció directa de la hidrogenasa
- d) Oxaloacetat per descarboxilació
Resposta: a) Àcid fòrmic prèviament alliberat per la PFL. La piruvat fòrmic liasa (PFL) converteix el piruvat en acetil-CoA i formiat, i posteriorment el complex FHL trenca aquest àcid fòrmic en diòxid de carboni i hidrogen gasós.
- Quin intermediari de la fermentació 2,3-butandiòlica permet identificar bacteris com Enterobacter en la prova de Voges-Proskauer?
- a) Succinat
- b) Acetoïna
- c) Àcid làctic
- d) Acetil-fosfat
Resposta: b) Acetoïna. La reacció de Voges-Proskauer reacciona positivament detectant l'acetoïna, el precursor neutre immediat en la biosíntesi del 2,3-butandiol.
Efecte dels paràmetres ambientals sobre la fisiologia bacteriana
Flashcards
- Com distingeix la cinasa ArcB l'estat d'anaerobiosi a la cèl·lula si no utilitza oxigen com a lligand?
- Detecta l'estat redox dels intermediaris de transport electrònic de la membrana citoplasmàtica; en absència d'oxigen, les quinones s'acumulen en forma reduïda i activen l'autofosforilació d'ArcB.
- Per què l'acumulació de K^+ i glutamat durant el xoc osmòtic és només una solució provisional?
- Perquè a concentracions superiors a 0,7 M, l'elevada força iònica interfereix amb la conformació i l'activitat de la majoria d'enzims intracel·lulars, obligant a sintetitzar soluts compatibles.
- Quin mecanisme permet al sistema GABA retirar protons lliures del citoplasma durant un estrès àcid extrem?
- La descarboxilació del glutamat consumeix directament un protó intern per transformar-lo en GABA i alliberar CO2; tot seguit, un antiportador bescanvia el GABA format per una nova molècula de glutamat.
Preguntes tipus test
- Quin factor activa transcripcionalment la resposta al dany proteic a l'espai periplasmàtic?
- a) ArcA
- b) Sigma E
- c) DnaK
- d) Sigma 32
Resposta: b) Sigma E. Sigma E (o sigma 24) s'allibera d'RseA quan es detecten proteïnes desnaturalitzades a l'envolta cel·lular.
- Com actua directament l'oxigen molecular sobre el factor de transcripció FNR?
- a) S'uneix al domini C-terminal
- b) Degrada la proteïna per Lon
- c) Oxida el clúster 4Fe-4S
- d) Fosforila residus d'histidina
Resposta: c) Oxida el clúster 4Fe-4S. L'oxigen danya directament el centre ferro-sofre [4Fe-4S] de l'extrem N-terminal, causant la dissociació del dímer actiu.
- Quin enzim s'indueix en anaerobiosi per convertir piruvat en acetil-CoA i àcid fòrmic?
- a) Citocrom bo
- b) Piruvat deshidrogenasa
- c) Piruvat fòrmic liasa
- d) Fumarasa A
Resposta: c) Piruvat fòrmic liasa. La piruvat fòrmic liasa (PFL) substitueix la piruvat deshidrogenasa durant el metabolisme anaeròbic bacterià.
Regulació de l'activitat enzimàtica i quimiotaxi
Flashcards
- Com respon la maquinària de la glutamina sintetasa quan la cèl·lula es troba en un medi mancat de nitrogen?
- S'acumula alfa-cetoglutarat, estimulant la UTasa perquè uridili la proteïna PII (PII-UMP). Aquesta activa la funció desadenilasa de l'ATasa, alliberant els grups AMP de les subunitats de la glutamina sintetasa i tornant-la altament activa.
- Per quin mecanisme una soca d'Escherichia coli desvia l'isocitrat cap al cicle del glioxilat en créixer sobre acetat?
- La isocitrat deshidrogenasa és fosforilada per una cinasa específica, la qual cosa la inactiva i impedeix el pas pel cicle de Krebs, forçant la derivació de l'isocitrat cap a la isocitrat liasa.
- Quin paper tenen respectivament la rotació antihorària (CCW) i horària (CW) en la natació bacteriana?
- La rotació antihorària agrupa els flagels en un feix propulsor que genera una cursa rectilínia (run), mentre que la rotació horària desorganitza el feix i provoca un viratge desorientador (tumble).
Preguntes tipus test
- Quin d'aquests efectes metabòlics produeix un augment de la concentració de CTP sobre l'aspartat transcarbamilasa?
- a) Fosforilació irreversible de subunitats
- b) Activació al·lostèrica positiva
- c) Inhibició al·lostèrica negativa
- d) Adenilació covalent del centre actiu
Resposta: c) Inhibició al·lostèrica negativa. El CTP actua com a modulador al·lostèric negatiu en constituir el producte final de la ruta de les pirimidines.
- Quin valor fisiològic normal presenta la càrrega energètica cel·lular d'Atkinson en bacteris viables?
- a) 0,87 - 0,95
- b) 0,40 - 0,60
- c) 0,10 - 0,25
- d) 1,20 - 1,50
Resposta: a) 0,87 - 0,95. El valor fisiològic d'Atkinson es manté estrictament entre 0,87 i 0,95 per garantir el funcionament cel·lular.
- Quina modificació covalent provoca la pèrdua d'activitat de la glutamina sintetasa en Escherichia coli?
- a) Uridilació de subunitats
- b) Adenilació de residus de tirosina
- c) Acetilació per citrat liasa
- d) Desmetilació per CheB
Resposta: b) Adenilació de residus de tirosina. L'adenilil-transferasa transfereix residus d'AMP als residus de tirosina, disminuint gradualment la seva activitat.
Mecanismes bàsics de la transcripció bacteriana
Flashcards
- Quina és la composició en subunitats del nucli catalític de l'ARN polimerasa procariota i quin paper té la subunitat omega?
- El nucli catalític està integrat per dues subunitats alfa, una beta, una beta prima i una omega (α2ββ'ω). La subunitat omega s'encarrega d'estabilitzar estructuralment el complex catalític.
- Com aconsegueix la forqueta d'ARN en la terminació intrínseca alliberar el transcrit naixent?
- La formació de l'estructura secundària rica en G-C frena la polimerasa i genera una tracció mecànica sobre l'híbrid feble d'enllaços rU-dA que el segueix, provocant la dissociació de l'ARN.
- Quina diferència funcional existeix entre la seqüència del promotor i la seqüència Shine-Dalgarno?
- El promotor és una seqüència d'ADN reconeguda per l'holoenzim de l'ARN polimerasa per iniciar la transcripció, mentre que la seqüència Shine-Dalgarno és un senyal d'ARNm reconegut pel ribosoma per iniciar la traducció.
Preguntes tipus test
- Quina subunitat de l'ARN polimerasa bacteriana s'encarrega directament del reconeixement de les caixes promotores?
- a) Subunitat alfa
- b) Subunitat beta prima
- c) Subunitat omega
- d) Subunitat sigma
Resposta: d) Subunitat sigma. La subunitat sigma és la responsable de donar especificitat a l'holoenzim per reconèixer les caixes -10 i -35 del promotor.
- A quina velocitat es desplaça la proteïna Rho sobre l'ARNm en comparació amb l'ARN polimerasa?
- a) Totes dues avancen a 60 nt/s constants
- b) Rho a 100 nt/s i ARN polimerasa a 60 nt/s
- c) Rho a 60 nt/s i ARN polimerasa a 100 nt/s
- d) Rho avança a velocitat infinita consumint ATP
Resposta: c) Rho a 60 nt/s i ARN polimerasa a 100 nt/s. Rho es desplaça a uns 60 nucleòtids per segon i només arriba a la polimerasa (que viatja a uns 100 nt/s) si aquesta es frena en un punt de pausa.
- Què caracteritza un circuit de control transcripcional negatiu reprimible?
- a) El repressor només bloqueja el promotor quan s'uneix al corepressor
- b) L'efector trenca físicament la polimerasa del motlle
- c) El repressor s'allibera del DNA en afegir-hi l'inductor
- d) L'efector activa la transcripció unint-se a un activador
Resposta: a) El repressor només bloqueja el promotor quan s'uneix al corepressor. En el control negatiu reprimible, el repressor lliure és inactiu i requereix la unió del corepressor per bloquejar l'expressió gènica.
Regulació transcripcional d'operons i atenuació
Flashcards
- Per què un mutant del repressor LacI que no pugui unir al·lolactosa es comporta com a superrepressor constitutiu?
- Perquè en no poder rebre l'al·lolactosa, el repressor roman contínuament en la seva conformació activa i s'uneix de manera permanent a l'operador, blocant la transcripció tant si hi ha lactosa com si no.
- Com respon l'operó trp d'Escherichia coli en un mutant deficitari en TrpR quan la concentració de triptòfan és elevada?
- La transcripció s'inicia perquè falta el repressor TrpR, però s'atura ràpidament a la regió líder perquè el ribosoma tradueix ràpidament el pèptid líder i s'afavoreix la formació del terminador 3-4 per atenuació.
- Quina alteració estructural de l'ADN impedeix la transcripció de l'operó araBAD en absència d'arabinosa?
- La formació d'un bucle o llaç d'ADN generat pel dímer d'AraC en unir-se simultàniament a les regions distants araI1 i araO2.
Preguntes tipus test
- ¿Quin element és el veritable inductor al·lostèric del repressor LacI a Escherichia coli?
- a) Glucosa-6-fosfat
- b) AMP cíclic
- c) Lactosa intacta
- d) Al·lolactosa
Resposta: d) Al·lolactosa. La β-galactosidasa converteix una petita quantitat de lactosa en al·lolactosa, que és la molècula que s'uneix directament a LacI per induir el canvi conformacional.
- ¿Quina estructura secundària d'ARN permet la continuació de la transcripció dels gens estructurals trpEDCBA?
- a) El bucle Rut d'unió a Rho
- b) La forqueta antiterminadora 2-3
- c) La forqueta 3-4
- d) La forqueta 1-2
Resposta: b) La forqueta antiterminadora 2-3. L'aparellament entre les regions 2 i 3 impedeix la formació del terminador intrínsec format per les regions 3 i 4, actuant com a antiterminador.
- ¿Com actua la proteïna TRAP de Bacillus subtilis per atenuar la transcripció de l'operó trp?
- a) S'uneix a seqüències UAG/GAG de l'ARN líder
- b) Atura el ribosoma en els codons Trp
- c) S'uneix a l'operador blocant la polimerasa
- d) Fosforila l'ARN polimerasa al promotor
Resposta: a) S'uneix a seqüències UAG/GAG de l'ARN líder. L'anell de TRAP carregat amb 11 molècules de triptòfan s'enrotlla al voltant de les repeticions UAG/GAG del transcrit, impedint l'antiterminador.
Regulació transcripcional avançada i diferenciació
Flashcards
- Com actua la proteïna OxyR sobre el promotor del gen de l'antigen 43 d'Escherichia coli?
- OxyR s'uneix als llocs GATC no metilats del promotor d'agn43 actuant com a repressor de la transcripció i bloquejant físicament l'accés de la Dam metilasa.
- Quin mecanisme impedeix que la cèl·lula expressi simultàniament les dues flagel·lines (H1 i H2) a Salmonella enterica?
- L'operó que conté el gen estructural de la flagel·lina H2 (fljB) cotranscriu el gen fljA, que actua com a repressor actiu sobre el promotor de la flagel·lina H1 (fliC).
Preguntes tipus test
- Quina funció té la hidròlisi d'ATP realitzada per NtrC en promotors dependents de σ54?
- a) Metilar les seqüències reguladores llunyanes
- b) Degradar el factor anti-sigma corresponent
- c) Fosforilar la subunitat beta de la polimerasa
- d) Aportar energia per obrir la doble hèlix
Resposta: d) Aportar energia per obrir la doble hèlix. El complex RNAP-σ54 queda aturat en forma tancada fins que la hidròlisi d'ATP per NtrC catalitza l'obertura de la cadena de DNA.
- Quin paper exerceix NifL en la síntesi de la nitrogenasa a Klebsiella?
- a) Inactiva NifA en presència d'oxigen
- b) Sintetitza la subunitat estructural de la nitrogenasa
- c) Activa directament la polimerasa amb σ70
- d) Metila el promotor nif en absència d'amoni
Resposta: a) Inactiva NifA en presència d'oxigen. NifL actua com un sensor d'oxigen que s'uneix a l'activador NifA bloquejant la seva activitat quan hi ha nivells elevats d'O₂.
- Com s'aconsegueix l'activació espaciotemporal de σF exclusivament a la preespora de Bacillus subtilis?
- a) La cèl·lula mare degrada tot el seu DNA
- b) L'anti-sigma SpoIIAB s'activa per fosforilació
- c) El gen de l'anti-sigma queda fora temporalment
- d) L'espora rep el factor σ32 en comptes de σF
Resposta: c) El gen de l'anti-sigma queda fora temporalment. La translocació incompleta del cromosoma deixa el gen spoIIAB al compartiment de la cèl·lula mare, impedint renovar l'anti-sigma a la preespora.
Regulació post-transcripcional, sRNAs i control proteolític
Flashcards
- Com aconsegueix el bacteri coordinar que no se sintetitzin més proteïnes ribosòmiques de les que poden encaixar a nous ribosomes?
- La proteïna reguladora de cada operó té molta més afinitat per l'ARNr que pel seu propi ARNm policistrònic. Si hi ha ARNr es consumeix acoblant-s'hi; si no n'hi ha, s'acumula lliure i s'uneix al seu propi ARNm, blocant la traducció.
- De quina manera els anti-adaptadors permeten l'acumulació de sigma S durant condicions d'estrès ambiental?
- Els anti-adaptadors segresten l'adaptador RssB, impedint que aquest s'uneixi a sigma S i el lliuri a la proteasa ClpXP; així la concentració de sigma S augmenta ràpidament.
Preguntes tipus test
- Quin paper exerceix la xaperona Hfq sobre l'acció de la majoria d'sRNAs bacterians?
- a) Degradar enzimàticament l'extrem 5' del missatger
- b) Fosforilar l'ARNm diana per permetre la traducció
- c) Estabilitzar la interacció de bases entre sRNA i ARNm
- d) Guiar els ribosomes encallats cap al tmRNA
Resposta: c) Estabilitzar la interacció de bases entre sRNA i ARNm. Hfq actua com una xaperona que estabilitza la formació dels aparellaments imperfectes entre els sRNAs i els seus ARNm diana.
- Què ocorre al 5'-UTR de l'ARNm de prfA a Listeria monocytogenes quan la temperatura puja a 37 °C?
- a) L'estructura secundària es fon alliberant la seqüència Shine-Dalgarno
- b) Es forma una forqueta que talla el missatger
- c) El ribosoma s'atura i és rescatat per tmRNA
- d) S'uneix la proteïna Fur per reprimir la transcripció
Resposta: a) L'estructura secundària es fon alliberant la seqüència Shine-Dalgarno. A 37 °C la calor fon la tija que mantenia emparellades les regions ASD i SD, permetent l'accés del ribosoma per traduir PrfA.
- Quina modificació afegeix el tmRNA a una cadena polipeptídica bloquejada al ribosoma?
- a) Un domini ric en prolines sense senyal de parada
- b) Una alanina seguida d'una cua de 10 aminoàcids amb codó d'aturada
- c) Un residu fosfat que inactiva l'activitat catalítica
- d) Una cua de poliadenina directament a la proteïna
Resposta: b) Una alanina seguida d'una cua de 10 aminoàcids amb codó d'aturada. El tmRNA actua primer com a tRNA incorporant una alanina i després com a mRNA aportant 10 aminoàcids que acaben en codó UAA per marcar la proteïna per a degradació.
Sistemes de regulació global — Repressió per catabòlit i resposta restrictiva
Flashcards
- Quin paper bioquímic compleix el component EIIA del sistema PTS en presència i absència de glucosa en Gram negatius?
- En presència de glucosa, EIIA^Glc es troba desfosforilat i inhibeix tant l'adenilat ciclasa com altres permeases. En absència de glucosa, roman com a P--EIIA^Glc i activa directament l'adenilat ciclasa per produir cAMP.
- Com explica el model d'esterilitat de l'ARN polimerasa la reassignació gènica provocada pel ppGpp?
- El ppGpp desestabilitza els complexos oberts febles característics dels promotors d'ARN ribosòmic (rrn), alliberant enzims de transcripció que queden disponibles per a promotors biosintètics i d'estrès.
Preguntes tipus test
- Quin enzim sintetitza ppGpp en resposta a tRNAs desacilats al ribosoma?
- a) HPrK
- b) SpoT
- c) RelA
- d) Adenilat ciclasa
Resposta: c) RelA. RelA s'activa específicament al ribosoma immobilitzat per tRNAs sense carregar amb aminoàcid.
- Quina modificació d'HPr activa el complex repressor CcpA en bacteris Gram positius?
- a) Fosforilació a Serina 46
- b) Acetilació de l'extrem amino
- c) Fosforilació a Histidina 15
- d) Desfosforilació total
Resposta: a) Fosforilació a Serina 46. La cinasa HPrK fosforila HPr a la Serina 46 per permetre la unió i corepressió amb CcpA.
- A quina seqüència consens s'uneix el complex dímer CRP-cAMP a l'ADN?
- a) TGTGA
- b) AGGAGG
- c) TATAAT
- d) TTGACA
Resposta: a) TGTGA. El motiu consens palindròmic característic reconegut per CRP-cAMP conté la seqüència diana TGTGA.
Transducció de senyals per sistemes de dos components
Flashcards
- Com influeix l'estat d'uridilació de la proteïna PII sobre la capacitat cinasa o fosfatasa d'NtrB?
- La forma no uridilada de PII (excés de nitrogen) interactua amb NtrB i n'activa la funció fosfatasa, desfosforilant NtrC~P; quan PII està uridilada com a PII-UMP (manca de nitrogen), NtrB queda lliure per actuar com a cinasa i fosforilar NtrC.
- Quina funció molecular compleix el sRNA micF en condicions d'alta osmolaritat?
- Actua com un ARN antisentit unint-se complementàriament a la regió 5' UTR de l'ARNm de la porina ompF, impedint físicament l'acoblament dels ribosomes i bloquejant la seva traducció.
Preguntes tipus test
- Quin residu de la cinasa sensora s'autofosforila inicialment en resposta a un estímul ambiental?
- a) Un residu d'aspartat
- b) Un residu de serina
- c) Un residu d'histidina
- d) Un residu de tirosina
Resposta: c) Un residu d'histidina. La cinasa sensora s'autofosforila sempre en una histidina abans de transferir el fosfat a un aspartat del regulador de resposta.
- Com actua el sRNA micF en la regulació de porines?
- a) Indueix la transcripció d'ompC
- b) Fosforila directament la proteïna EnvZ
- c) Hibrida amb l'ARNm d'ompF inhibint-ne la traducció
- d) S'uneix com a repressor al promotor d'ompF
Resposta: c) Hibrida amb l'ARNm d'ompF inhibint-ne la traducció. micF és un transcrit antisentit que s'aparella amb el 5' UTR de l'ARNm d'ompF per evitar la seva traducció.
- Quina característica diferencia la cinasa sensora NtrB de la cinasa EnvZ?
- a) NtrB no transfereix fosfats a aspartats
- b) NtrB és una cinasa citoplasmàtica soluble
- c) NtrB no utilitza mai ATP
- d) NtrB és exclusivament de membrana
Resposta: b) NtrB és una cinasa citoplasmàtica soluble. EnvZ és una proteïna integral de membrana, mentre que NtrB és un sensor soluble localitzat al citoplasma.
Mecanismes de defensa bacteriana — Restricció-modificació i CRISPR-Cas
Flashcards
- En què es distingeixen principalment els sistemes de restricció-modificació de tipus II respecte als de tipus I i III per al seu ús en enginyeria genètica?
- Els enzims de tipus II presenten l'activitat endonucleasa i metilasa en dues proteïnes independents i tallen el DNA de manera precisa a l'interior o just al costat de dianes palindròmiques definides de 4 a 6 pb.
- Quina funció molecular compleix la molècula de crRNA durant la fase efectora del sistema CRISPR-Cas?
- Actua com a guia de ribonucleòtids unint-se a la proteïna nucleasa Cas i dirigint-la cap al DNA diana invasor mitjançant complementarietat de bases per provocar la seva lisi específica.
Preguntes tipus test
- Com protegeix un bacteri el seu propi genoma de l'acció de les seves endonucleases de restricció?
- a) Exportant les endonucleases al medi extracel·lular
- b) Metilant residus de la seqüència diana
- c) Degradant ràpidament el seu propi ARN missatger
- d) Empaquetant el DNA amb histones protectores
Resposta: b) Metilant residus de la seqüència diana. La metilasa específica transfereix grups metil a la seqüència diana cel·lular, impedint l'acció de l'endonucleasa corresponent.
- Quina característica catalítica defineix les endonucleases de restricció de tipus II?
- a) Subunitats fusionades de metilasa i nucelasa
- b) Tallen a la mateixa diana palindròmica
- c) Reconeixen únicament àcids ribonucleics vírics
- d) Tallen a l'atzar a més de 100 pb
Resposta: b) Tallen a la mateixa diana palindròmica. Les endonucleases de tipus II reconeixen palíndroms curts i produeixen el tall específic just a la seqüència o adjacent a aquesta.
- Quin component del locus CRISPR conté la seqüència copiada directament d'un invasor?
- a) El promotor de la polimerasa
- b) La repetició directa palindròmica
- c) L'espaiador o spacer
- d) El domini catalític de Cas
Resposta: c) L'espaiador o spacer. Els espaiadors són fragments de seqüències capturades de fags o plasmidis integrats entre les repeticions repetitives.
Comunicació cel·lular bacteriana — Sistemes de Quorum Sensing
Flashcards
- A quina classe de molècules senyal pertany l'autoinductor C6-HSL d'Aliivibrio fischeri i com actua el seu receptor?
- Pertany a les acil-homoserina lactones (AHL). Travessa l'envolta cel·lular i s'uneix al seu receptor citoplasmàtic LuxR, el qual s'activa com a regulador transcripcional per induir l'operó de la luciferasa.
- Quina diferència principal existeix en la localització del receptor del senyal entre Gram negatius i Gram positius?
- En Gram negatius el receptor és soluble i citoplasmàtic (tipus LuxR), mentre que en Gram positius el receptor és una histidina cinasa sensora transmembrana associada a un sistema de dos components.
- Quin avantatge adaptatiu aporta la bioluminescència a l'organisme marí Euprymna scolopes?
- Proporciona contrail·luminació ventral per compensar la llum de la lluna, eliminant la seva ombra cap al fons marí per fer-se indetectable davant dels depredadors.
Preguntes tipus test
- Quina molècula senyal és característica dels sistemes clàssics de Quorum Sensing en bacteris Gram negatius?
- a) Àcids teïcoics modificats
- b) Esteroides derivats del colesterol
- c) Acil-homoserina lactones (AHLs)
- d) Oligopèptids lineals fosforilats
Resposta: c) Acil-homoserina lactones (AHLs). Les acil-homoserina lactones són els autoinductors canònics difusibles dels bacteris Gram negatius.
- Com capten el senyal d'autoinducció la majoria de bacteris Gram positius?
- a) A través d'un canal de tipus porina
- b) Mitjançant transportadors de glucosa PTS
- c) Amb una histidina cinasa de membrana
- d) Mitjançant difusió directa al citoplasma
Resposta: c) Amb una histidina cinasa de membrana. Els oligopèptids autoinductors són detectats des de l'exterior per sensors transmembrana de dos components.
- Quin paper biològic compleix l'autoinductor AI-2 produït per l'enzim LuxS?
- a) Intervé exclusivament en l'esporulació de Bacillus
- b) Substitueix la glucosa com a font d'energia
- c) Actua com a senyal de comunicació interespecífica
- d) Indueix la degradació de la paret cel·lular
Resposta: c) Actua com a senyal de comunicació interespecífica. L'AI-2 està conservat en múltiples gèneres bacterians i permet avaluar la presència d'altres espècies a la comunitat.
I 0 flashcards i 18 preguntes més al document.
Text del document
APUNTS BIOLOGIA MOLECULAR I CEL·LULAR DELS MICROORGANISMES Grau en Biotecnologia Universitat de Barcelona AprenAI 2026-2027 Apunts de Biologia Molecular i Cel·lular dels Microorganismes (Biotecnologia UB): paret cel·lular, bioenergètica, secreció, regulació gènica i Quorum Sensing.
APREN.AI Índex 1 La cèl·lula bacteriana — Composició, organització i citoesquelet Mida cel·lular i relació superfície/volum Composició macromolecular i elemental d'un bacteri estàndard Dinàmica del proteoma i composició del conjunt d'ARNs El citoesquelet bacterià i la determinació morfològica Organització del nucleoide i topoisomerases 2 L'envolta bacteriana — Estructura de Gram positius i Gram negatius Organització general i funcions de l'envolta cel·lular El peptidoglicà: composició química i encreuament La paret cel·lular dels bacteris Gram positius Paret, membrana externa i periplasma dels bacteris Gram negatius El lipopolisacàrid (LPS) i la seva activitat endotòxica Proteïnes de transport: el sistema de porines El compartiment periplàsmic i l'osmoregulació Comparativa i resposta diferencial a agents antimicrobians 3 Transport i captació de nutrients a través de la membrana La membrana citoplasmàtica i la regulació de la seva fluïdesa Mecanismes de transport passiu: difusió simple i difusió facilitada Transport actiu secundari lligat a gradient de protons Transportadors ABC (ATP-Binding Cassette) Translocació de grup: el sistema fosfotransferasa dependent de PEP (PTS) Captació de ferro i mecanismes de competència nutricional Sistemes de transport de cations: potassi i magnesi 4 Sistemes de translocació i secreció de proteïnes Translocació a través de la membrana citoplasmàtica Secreció a bacteris Gram negatius: biogènesi de fímbries Sistemes de secreció especialitzats en bacteris Gram negatius Sistemes de secreció en micobacteris (T7SS) 5 Biosíntesi i anabolisme bacterià 1.
Fonaments bioenergètics i organització de l'anabolisme 2. Els metabòlits precursors centrals 3. Gluconeogènesi i reaccions anapleròtiques 4. Famílies biosintètiques d'aminoàcids 5. Assimilació biològica del nitrogen 6. Assimilació del sofre Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 1 7. Economia energètica: medi mínim vs. medi ric i polimerització 6 Catabolisme central — Glicòlisi, vies alternatives i cicle de Krebs Mecanismes cel·lulars per a la generació d'ATP Bioquímica de la fosforilació a nivell de substrat Rutes d'oxidació de la glucosa al catabolisme central El Cicle de Krebs i la seva naturalesa amfibòlica Vies anapleròtiques Substrats respirables vs.
fermentables i catabolisme perifèric 7 Cadena de transport d'electrons i fosforilació oxidativa Principis de la bioenergètica bacteriana i força protó-motriu Estructura modular i ramificacions de la cadena respiratòria bacteriana Mòduls de transferència electrònica i selecció de quinones Respiració anaeròbica i acceptors terminals alternatius 8 Metabolisme fermentatiu bacterià 1. Bases fisiològiques de la fermentació bacteriana 2. Fermentació alcohòlica: llevats i bacteris 3. Fermentació àcid-mixta en enterobacteris 4. Anàlisi estequiomètrica: recuperació de carboni i balanç redox (O/R) 5. Fermentació 2,3-butandiòlica i diagnosi diferencial 6.
Fermentació làctica: bacteris homolàctics i heterolàctics 7. Tolerància a l'oxigen i fermentació malolàctica 9 Efecte dels paràmetres ambientals sobre la fisiologia bacteriana 1. Temperatura i fisiologia bacteriana 2. Resposta cel·lular a l'estrès tèrmic: xoc tèrmic i fred 3. Disponibilitat d'oxigen i sistemes de regulació respiratòria 4. Osmolaritat, activitat d'aigua (aw) i resposta bifàsica 5.
Adaptacions al pH ambiental i a la pressió hidrostàtica 10 Regulació de l'activitat enzimàtica i quimiotaxi Nivells de control cel·lular: quantitat de proteïna versus activitat catalítica Regulació al·lostèrica en rutes anabòliques Control al·lostèric del catabolisme i càrrega energètica Modificacions covalents reversibles d'enzims metabòlics Quimiotaxi bacteriana: regulació per fosforilació i metilació 11 Mecanismes bàsics de la transcripció bacteriana Organització del genoma bacterià: operons, regulons i modulons Gens d'ARN estable: els operons rrn Estructura de l'ARN polimerasa i cicle de transcripció Mecanismes de terminació transcripcional Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 2 Lògiques del control transcripcional bacterià 12 Regulació transcripcional d'operons i atenuació 1.
Estratègies bàsiques de control transcripcional en operons 2. L'operó Lac: inducció negativa i activació catabòlica 3. L'operó Trp i l'atenuació transcripcional per traducció 4. Atenuació dependent de proteïnes: el model TRAP a Bacillus subtilis 5.
L'operó Ara: control dual per canvi conformacional d'AraC 13 Regulació transcripcional avançada i diferenciació Activació a distància i promotors dependents de Cascada reguladora de la fixació de nitrogen: l'operó nif Epigenètica bacteriana: metilació per Dam i l'antigen 43 Diversitat de factors i reprogramació transcripcional global Diferenciació a Bacillus subtilis: cascada d' durant l'esporulació Variació de fase flagel·lar per recombinació a Salmonella enterica 14 Regulació post-transcripcional, sRNAs i control proteolític Dinàmica de l'ARNm i autoregulació ribosomal Riboswitches: sensors intramoleculars d'ARN ARN petits reguladors (sRNAs) i el rescat de ribosomes per tmRNA Sistemes de proteòlisi cel·lular i control per adaptadors Dany genotòmic i la resposta SOS: inducció per RecA 15 Sistemes de regulació global — Repressió per catabòlit i resposta restrictiva Jerarquia de xarxes de regulació global i modulons Repressió per catabòlit en bacteris Gram negatius (CRP-cAMP) Repressió per catabòlit en bacteris Gram positius: CcpA i HPr La resposta restrictiva i les alohormones ppGpp i pppGpp Mecanismes d'acció de ppGpp sobre l'ARN polimerasa 16 Transducció de senyals per sistemes de dos components Arquitectura molecular i principi de transducció dels sistemes de dos components Osmoregulació en Escherichia coli: el model EnvZ-OmpR i el sRNA micF Assimilació de nitrogen i el sistema NtrBC: l'operó glnALG Integració metabòlica: la cascada d'uridilació, NtrB i l'adenilació de la GS 17 Mecanismes de defensa bacteriana — Restricció-modificació i CRISPR-Cas Defensa bacteriana enfront d'infeccions per bacteriòfags Sistemes de restricció-modificació (R-M) Tipus de sistemes de restricció-modificació i ús biotecnològic Immunitat adaptativa: El locus CRISPR-Cas Cicle d'acció de CRISPR-Cas 18 Comunicació cel·lular bacteriana — Sistemes de Quorum Sensing σ54 σ σ Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 3 Principis de la comunicació poblacional i autoinducció El paradigma de la bioluminescència en Aliivibrio fischeri Processos microbians sota control per Quorum Sensing Mecanismes moleculars de Quorum Sensing segons l'envolta cel·lular Circuits híbrids i comunicació multicanal 19 Resum per repassar Envolta cel·lular i transport Metabolisme energètic i respiració Biosíntesi i anabolisme Secreció i tràfic de proteïnes Regulació de l'expressió gènica Defensa i comunicació cel·lular Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.
Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 4 1 La cèl·lula bacteriana — Composició, organització i citoesquelet EN ACABAR SABRÀS Calcular i interpretar la relació superfície/volum segons les dimensions cel·lulars. Comparar les proporcions de proteïnes, ARN i ADN en el pes sec d'un bacteri estàndard. Identificar els homòlegs bacterians del citoesquelet (FtsZ, MreB, crescentina) i la seva repercussió morfològica. Explicar l'acció antagònica de la topoisomerasa I i la girasa bacteriana en la compactació del nucleoide.
PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com s'ho fan bacteris gegants com Thiomargarita namibiensis per sobreviure a una relació superfície/volum extremadament desfavorable sense asfixiar el seu citoplasma? Els bacteris constitueixen una fracció immensa de la biosfera terrestre, amb una biomassa global comparable a la de totes les plantes del planeta. A diferència dels eucariotes, les cèl·lules procariotes es caracteritzen per l'absència d'un embolcall nuclear membranós, una divisió cel·lular generalment mitjançant fissió binària, una gran simplicitat d'orgànuls interns i una enorme plasticitat metabòlica.
La seva organització cel·lular optimitza la velocitat de creixement i la resposta ràpida a les fluctuacions ambientals. Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 5 ESQUEMA Estructura general de la cèl·lula bacteriana Mida cel·lular i relació superfície/volum La major part dels bacteris presenten mides compreses entre 1 i 10 µm, amb un diàmetre representatiu d'aproximadament 1 µm en models d'estudi estàndard com Escherichia coli. Mantenir unes dimensions reduïdes ofereix un avantatge biofísic fonamental: una relació superfície/volum elevada.
Morfologia i biomassa Relació S/V elevada i diversitat de mida Composició macromolecular 55% proteïnes, 20% ARN, 3% ADN Citoesquelet bacterià Proteïnes determinants de la forma cel·lular FtsZ (tubulina) Formació de l'anell Z al septe MreB (actina) Elongació i manteniment del bacil Crescentina (filaments) Curvatura característica del vibrió Nucleoide i topologia ADN superenrotllat i topoisomerases Girasa bacteriana Superenrotllament negatiu i diana farmacològica Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 6 Esquema del quocient superfície/volum segons el radi cel·lular.
Quan el radi cel·lular augmenta, el volum cel·lular ( ) s'incrementa de forma cúbica, mentre que la superfície externa ( ) només ho fa de manera quadràtica. En conseqüència, el quocient disminueix a mesura que la cèl·lula creix: Un quocient gran accelera l'intercanvi de soluts amb el medi mitjançant difusió i transport actiu. Aquesta àrea superficial relativa afavoreix tant la captació de nutrients com la secreció de productes metabòlics. A més, allotja complexos multiproteics essencials com la maquinària de la cadena respiratòria.
Aquesta elevada taxa de transport permet sostindre taxes de creixement molt altes, tot i que el temps de duplicació depèn de cada espècie: Staphylococcus aureus: temps de generació d'aproximadament 27–30 minuts. Escherichia coli: cicle de generació estàndard al voltant dels 20 minuts en condicions òptimes de laboratori. Mycobacterium tuberculosis: divisió lenta, entre 792 i 932 minuts. Treponema pallidum: creixement extremadament lent, amb períodes de duplicació d'uns 1.980 minuts.
Tanmateix, la natura presenta excepcions morfològiques gegantines que trenquen la regla de la mida microscòpica clàssica: Epulopiscium fishelsoni: bacteri mòbil dotat de flagels que habita en el tracte digestiu de peixos cirurgià. Arriba a fer 500 µm de longitud. Per compensar la disminució dràstica del quocient , presenta nombrosos replegaments a la membrana plasmàtica que en maximitzen la superfície útil. Thiomargarita namibiensis: procariota quimiolitòtrof que oxida sulfur d'hidrogen ( ) i és perfectament visible a l'ull nu.
Acumula nitrat en un gran vacúol central que ocupa entre el 97% i el r V = πr 3 4 3 S = 4πr2 S/V = V S = πr 3 4 3 4πr2 r 3 S/V S/V H S 2 Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 7 98% del volum cel·lular, deixant només un 2–3% perifèric de citoplasma actiu amb grànuls de sofre elemental. D'aquesta manera, el volum metabòlic real és mínim i la distància de difusió es manté funcional. COMPROVA-HO 2 Per quina raó geomètrica un bacteri petit capta nutrients del medi més ràpidament per unitat de massa que un bacteri gegant?
Composició macromolecular i elemental d'un bacteri estàndard Quan s'analitza el pes sec d'una cèl·lula típica d'Escherichia coli en creixement actiu, la distribució de les macromolècules i estructures revela la gran inversió que fa el bacteri en la maquinària de síntesi: Component cel·lular Percentatge de pes sec (%) Funció principal / Característiques clau Proteïnes 55% Fracció majoritària estructural i catalítica; unes 4.000– 5.000 proteïnes diferents per cèl·lula. ARN (total) 20% Predomini absolut de l'rRNA (més del 80% de l'ARN total), seguit de tRNA i mRNA inestable. Fosfolípids 9% Bicapa lipídica de les membranes cel·lulars interna i externa.
Lipopolisacàrids (LPS) 3,4% Lípid de la membrana externa dels Gram negatius; component clau amb activitat antigènica. ADN genòmic i plasmídic 3% Conté la informació genètica indispensable i elements extracromosòmics de replicació autònoma. Petites molècules metabòliques 2,9% Monòmers precursors, metabòlits intermediaris i coenzims de transport. Peptidoglicà (mureïna) 2,5% Malla rígida covalent que embolcalla la cèl·lula i prevé la lisi per pressió osmòtica. Glicogen 2,5% Polímer de reserva energètica i de carboni d'acumulació intracel·lular. Ions inorgànics 1% Cations i anions lliures osmòticament actius ( , , ...).
Pel que fa als elements químics bàsics, el pes sec bacteriana es distribueix en: 50% carboni orgànic, 20% oxigen, 14% nitrogen (present en aminoàcids, bases nitrogenades i cofactors), 8% hidrogen, 3% fòsfor (fonamental en àcids nucleics i fosfolípids), 2% potassi (principal catió lliure), 1% sofre (en cisteïna i metionina), i un 1% restant que inclou magnesi, calci, clor, ferro i oligoelements com cobalt, zinc, manganès i molibdè. K+ M g2+ Cl Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 8 El concepte de soca bacteriana fa referència a la població clonal que prové de l'aïllament d'una única cèl·lula mare i que manté un conjunt de trets genètics i fenotípics homogenis.
Dins d'una mateixa espècie, diverses soques poden exhibir comportaments radicalment oposats. Per exemple, la soca comensal d'E. coli MG1655 no és patògena i és àmpliament utilitzada en laboratoris de biologia molecular, mentre que la soca enterotoxigènica E. coli O157:H7 produeix greus intoxicacions alimentàries enterohemorràgiques per adquisició de factors de virulència plasmídics i d'antígens específics de superfície (on l'antigen O correspon al lipopolisacàrid i H7 a la proteïna del filament flagel·lar).
CLASSIFICACIÓ FISIOLÒGICA DELS MEDIS DE CULTIU La taxa de creixement i la composició cel·lular depenen directament del medi utilitzat: Medi definit: es coneix la identitat molecular exacta i la concentració precisa de cadascun dels seus components. Medi complex: conté extractes biològics (d'extracte de llevat, peptona o carn) de composició química exacta desconeguda. Els bacteris creixen amb taxes més ràpides perquè estalvien energia en no haver de sintetitzar aminoàcids ni cofactors essencials. Medi mínim: medi constituït per sals inorgàniques i suplementat amb una única font orgànica de carboni i energia (com ara glucosa).
Medi mineral: solució que exclusivament aporta sals minerals sense cap font de carboni orgànic afegida. COMPROVA-HO 3 Quina macromolècula representa la major fracció de pes sec bacterià i quin percentatge assoleix en Escherichia coli? Dinàmica del proteoma i composició del conjunt d'ARNs En bacteris com E. coli, el genoma complet codifica aproximadament entre 4.000 i 5.000 proteïnes d'uns 30 a 40 kDa de pes molecular mitjà (considerant una mida gènica típica d'uns 1.000 parells de bases per producte). No obstant això, no tota la seqüència codifica polipèptids: conté regions reguladores com promotors, operadors i gens per a ARN funcionals.
L'estudi global del conjunt de proteïnes o proteoma s'executa experimentalment mitjançant electroforesi bidimensional (separant les cadenes per punt isoelèctric en la primera dimensió i per massa molecular en la segona) i espectrometria de masses. El conjunt d'ARN cel·lular mostra una distribució funcional ben regulada: ARN ribosòmic (rRNA): representa més del 80% de l'ARN cel·lular total. En procariotes consta de tres molècules: l'rRNA 16S (subunitat petita 30S, d'uns 1.542 nucleòtids) i els rRNA 23S (2.905 nucleòtids) i rRNA 5S (120 nucleòtids) a la subunitat gran 50S. En una cèl·lula estàndard hi ha una quantitat coordinada d'unes 18.700 molècules de cadascuna d'aquestes tres fraccions.
Tenen una vida mitjana molt llarga (hores). ARN de transferència (tRNA): molècules petites d'uns 80 nucleòtids encarregades de transportar els aminoàcids activats al ribosoma. Hi ha múltiples tipus de tRNA per a cada aminoàcid i presenten Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 9 bases inusuals post-transcripcionals i alta estabilitat. ARN missatger (mRNA): transcrit primari molt heterogeni amb una mida mitjana d'uns 1.500 nucleòtids. És molt inestable, amb una vida mitjana curta de només 3 a 5 minuts. Aquesta degradació ràpida permet al bacteri reprogramar la traducció davant d'alteracions ambientals sense malgastar recursos.
A diferència dels eucariotes, la major part del missatger bacterià és policistrònic: un únic transcript continu codifica múltiples proteïnes independents associades funcionalment en un mateix operó. COMPROVA-HO 4 Quina és la funció reguladora de la baixa estabilitat (de 3 a 5 minuts de vida mitjana) de l'mRNA bacterià? El citoesquelet bacterià i la determinació morfològica La paret cel·lular constituïda per peptidoglicà suporta la pressió osmòtica interna i evita la lisi del bacteri. Si s'elimina enzimàticament la paret (com en el cas dels esferoplasts o protoplasts), els bacteris adopten una forma esfèrica irregular.
Tanmateix, el patró espacial que guia la síntesi de la mureïna i determina si una cèl·lula és un coc, un bacil o un vibrió depèn del citoesquelet bacterià. Diagrama de localització de FtsZ, MreB i crescentina. Els bacteris disposen d'homòlegs funcionals directes de les grans famílies citoesquelètiques eucariotes: Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 10 Proteïna bacteriana Homòleg eucariota Patró d'acoblament i localització Funció mecànica i fenotip mutat FtsZ Tubulina Estructura en forma d'anell (anell Z) al pla de divisió central. Recluta el complex divisoma per coordinar la invaginació i el septe.
Si s'inhibeix, la cèl·lula creix en filaments continus sense poder-se dividir. MreB Actina Estructures helicoïdals submembranoses sota la membrana interna. Organitza la inserció lateral de peptidoglicà per a l'elongació cel·lular. Imprescindible per a la morfologia bacil·lar; la seva pèrdua fa que el bacteri esdevingui esfèric (coc). Crescentina Filaments intermedis Filament proteic continu ancorat al costat còncau cel·lular. Frena lleugerament el creixement de la paret en la cara interna d'unió, generant la curvatura típica dels vibrions com Caulobacter crescentus.
El patró espacial de divisió cel·lular determina directament les agrupacions bacterianes dels cocs: les divisions successives en un únic pla donen lloc a cadenes lineals (estreptococs), mentre que les divisions en múltiples plans aleatoris formen agrupaments irregulars en raïm (estafilococs). ERROR FREQÜENT Assumir que tots els bacteris tenen de manera invariable un únic cromosoma circular. Malgrat ser la configuració més habitual, existeixen excepcions notables: Vibrio cholerae conté dos cromosomes circulars independents essencials per a la seva supervivència, mentre que Borrelia burgdorferi posseeix un cromosoma lineal acompanyat de nombrosos plasmidis lineals i circulars.
A més, no tots els procariotes són microscòpics ni manquen completament d'organització interna (com demostren els replegaments d'Epulopiscium o el vacúol de Thiomargarita). Organització del nucleoide i topoisomerases El genoma bacterià no es troba tancat per membranes nuclears, sinó que es condensa en una regió citoplasmàtica denominada nucleoide. Aquesta compactació s'aconsegueix mitjançant proteïnes de tipus histona (com HU, H-NS o IHF) i un elevat grau de superenrotllament negatiu.
L'absència de membrana nuclear permet l'acoblament transcripció-traducció: els ribosomes inicien la síntesi polipeptídica sobre l'extrem 5' de l'mRNA mentre la polimerasa encara l'està sintetitzant, cosa que fa possible una adaptació immediata del bacteri a nous nutrients (com el canvi de consum de glucosa a lactosa). El manteniment de l'estat topològic de la doble hèlix depèn de dues classes complementàries d'enzims: Topoisomerasa I bacteriana: relaxa l'ADN mitjançant la ruptura d'un únic filament del dúplex, el pas del filament intacte a través del tall i la unió covalent posterior. Aquest procés no consumeix energia metabòlica en forma d'ATP i elimina l'excés de tensions negatives.
1 Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 11 A causa de la seva funció indispensable i de les diferències estructurals respecte a les topoisomerases eucariotes, la girasa bacteriana constitueix la diana biològica de diverses famílies d'antibiòtics clínics. Les quinolones d'origen sintètic primari com l'àcid nalidíxic i les fluoroquinolones modernes com les ciprofloxacines s'uneixen específicament a la girasa (bloquejant la subunitat GyrA) i impedeixen la religació del tall bicatenari, causant la fragmentació letal del genoma microbià.
COMPROVA-HO 5 Quina és la diferència funcional bàsica entre la topoisomerasa I i la girasa bacteriana pel que fa al consum d'energia i al superenrotllament? IDEES CLAU La mida microscòpica dels bacteris proporciona una elevada relació superfície/volum ( ), la qual accelera la captació de nutrients i el metabolisme respecte a les cèl·lules eucariotes de grans dimensions. Bacteris com Epulopiscium fishelsoni (replegaments de membrana) i Thiomargarita namibiensis (vacúol central que ocupa el 97-98% del volum) trenquen el límit microscòpic clàssic. En una cèl·lula estàndard d'E.
coli, les proteïnes formen el 55% del pes sec, l'ARN el 20% (amb gran domini de l'rRNA i un mRNA molt inestable) i l'ADN representa només el 3%. La morfologia bacteriana està dirigida per homòlegs del citoesquelet eucariota: FtsZ (anàleg de tubulina responsable de l'anell de divisió), MreB (anàleg d'actina per a la forma de bacil) i crescentina (filaments intermedis per a la curvatura en vibrió). La topoisomerasa II o girasa introdueix superenrotllaments negatius depenents d'ATP al nucleoide i constitueix la diana terapèutica de les fluoroquinolones i l'àcid nalidíxic. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 6.
Quins fenotips morfològics presenten els bacteris quan pateixen una deficiència funcional de FtsZ o de MreB respectivament? 7. Quina particularitat estructural presenten els genomes de Vibrio cholerae i Borrelia burgdorferi que contradiu la visió clàssica del cromosoma bacterià? Topoisomerasa II o girasa bacteriana: heterotetràmer format per dues subunitats GyrA i dues subunitats GyrB. Introdueix superenrotllaments negatius en la molècula d'ADN circular consumint ATP mitjançant la ruptura bicatenària transitòria de l'hèlix.
És imprescindible tant per compensar el superenrotllament positiu generat davant de la forqueta de replicació com per mantenir el grau de compactació requerit a l'interior del nucleoide. 2 S/V 1/r Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 12 Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 8. Quina proporció del volum cel·lular ocupa el vacúol de nitrat en Thiomargarita namibiensis? 9. Quin és l'homòleg procariota de l'actina responsable de conferir la morfologia bacil·lar? 10. Com actua la topoisomerasa II (girasa bacteriana) sobre la topologia de l'ADN? 11. Quina macromolècula és la més abundant en el pes sec d'Escherichia coli?
2 L'envolta bacteriana — Estructura de Gram positius i Gram negatius EN ACABAR SABRÀS Distingir les diferències estructurals i químiques entre la paret dels bacteris Gram positius i Gram negatius. Explicar l'organització molecular del lipopolisacàrid (LPS) i la funció del lípid A com a endotoxina. Descriure el paper de les porines, proteïnes d'ancoratge i osmoreguladors en el periplasma. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 12 Per què els bacteris Gram negatius toleren concentracions de penicil·lina i lisozim que matarien instantàniament un Gram positiu?
Menys del 10% a) Exactament el 75% b) Entre el 50% i el 60% c) Entre el 97% i el 98% d) FtsZ a) MreB b) Crescentina c) GyrA d) Introdueix superenrotllament negatiu amb ATP a) Genera ruptures lineals irreversibles b) Introdueix superenrotllament positiu sense ATP c) Relaxa superenrotllaments sense ATP d) ARN total a) Proteïnes b) Fosfolípids c) ADN genòmic d) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 13 Organització general i funcions de l'envolta cel·lular L'envolta cel·lular és el conjunt de membranes i estructures protectores externes que envolten el citoplasma bacterià.
Aquesta multicapa actua com a barrera selectiva davant del medi, suporta la turgència osmòtica interna i media les interaccions amb l'hoste o l'entorn.
Funció biològica Components de l'envolta implicats Rigidesa estructural i contenció Totes les estructures de la paret cel·lular Barrera de permeabilitat Membrana plasmàtica i membrana externa (Gram negatius) Captació metabòlica i transport Permeases de membrana, proteïnes periplàsmiques, porines Producció d'energia metabòlica Membrana plasmàtica (respiració i transport d'electrons) Adhesió cel·lular a teixits Pili, àcids teïcoics i proteïnes superficials Reconeixement immunitari per l'hoste Estructures externes (flagel·lina, LPS, àcids teïcoics) Evasió de la resposta immunitària Càpsula polisacarídica, proteïna M d'estreptococs Susceptibilitat a antibiòtics Enzims biosintètics del peptidoglicà Resistència intrínseca a compostos Membrana externa (impedeix el pas de molècules hidrofòbiques) Motilitat cel·lular i conjugació Flagels (motilitat) i pili tipus F (aparellament) Mentre que components superficials com la flagel·lina actuen com a potents antígens desencadenant immunitat en l'hoste, les càpsules emmascaren la superfície cel·lular.
D'altra banda, proteïnes específiques com la proteïna M d'alguns estreptococs poden afavorir l'evasió immunitària i participar en el desenvolupament de malalties autoimmunes. El peptidoglicà: composició química i encreuament El component estructural compartit per la majoria de bacteris és el peptidoglicà o mureïna. Es tracta d'un heteropolímer constituït per cadenes lineals de glúcids interconnectades mitjançant ponts peptídics transversals. Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 14 Estructura química del monòmer bàsic de mureïna (NAM i NAG). La fracció glucídica consta d'unitats alternades de N-acetilglucosamina (NAG) i àcid N-acetilmuràmic (NAM), enllaçades covalentment.
El lisozim hidrolitza específicament l'enllaç glicosídic beta(1->4) entre la N-acetilglucosamina (NAG) i l'àcid N-acetilmuràmic (NAM) del peptidoglicà, desestabilitzant completament la xarxa estructural. DEFINICIÓ El monòmer de mureïna conté un disacàrid format per NAG i NAM lligat a un pèptid. Durant la biosíntesi al citoplasma, el NAM duu ancorat un pentapèptid amb una D-alanina terminal que cedeix l'energia necessària per formar l'enllaç transversal durant la transpeptidació.
La seqüència peptídica presenta una combinació singular de L-aminoàcids i D-aminoàcids (com la D- alanina i l'àcid D-glutàmic), a més d'un residu diamínic intermedi essencial per a l'encreuament reticular: Bacteris Gram positius: El tetrapèptid inclou habitualment L-lisina en la tercera posició, la qual s'uneix a la D-alanina de la cadena contigua mitjançant un pont de pentaglicina. Bacteris Gram negatius: L'encreuament empra àcid diaminopimèl·lic (DAP) directe entre la posició 3 d'una cadena i la posició 4 (D-alanina) de la cadena veïna, sense requerir cap pont peptídic intermediari.
COMPROVA-HO 13 Quina és la diferència clau entre el lligament transversal del peptidoglicà en bacteris Gram positius i Gram negatius? Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 15 La paret cel·lular dels bacteris Gram positius La paret dels organismes Gram positius està dominada per una gruixuda capa de mureïna d'un gruix d'entre 20 i 80 nm, que representa més del 50 % del pes sec de la paret cel·lular. Imbricats en aquesta xarxa s'hi troben polímers aniònics solubles en aigua: Àcids teïcoics: Són polímers formats per repeticions de ribitol fosfat o glicerol fosfat, que poden contenir ramificacions de sucres o residus d'aminoàcids. Es troben units covalentment al peptidoglicà.
Àcids lipoteïcoics: Posseeixen una estructura similar de poliglicerol fosfat però s'ancoren directament als lípids de la membrana plasmàtica mitjançant cadenes d'àcids grassos. A causa de la presència reiterada de grups fosfat lliures, els àcids teïcoics confereixen una càrrega neta negativa a tota la superfície bacteriana. Aquesta electronegativitat està estabilitzada per cations divalents com el i resulta fonamental per captar ions i mediar l'adhesió cel·lular.
ESQUEMA Arquitectura de l'envolta cel·lular bacteriana Paret, membrana externa i periplasma dels bacteris Gram negatius Els bacteris Gram negatius posseeixen una arquitectura cel·lular d'elevada complexitat, caracteritzada per una capa molt fina de peptidoglicà (10-20 % de la paret, aproximadament 10 nm) i una doble bicapa lipídica que delimita un espai funcional intermedi.
Mg2+ Gram positius Paret d'una sola capa gruixuda Peptidoglicà gruixut 20 a 80 nm de gruix (>50%) Àcids teïcoics Polímers de glicerol o ribitol Gram negatius Envolta estratificada multicapa Membrana externa Asimètrica amb LPS i porines Periplasma i mureïna Peptidoglicà prim i espai osmòtic Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 16 Esquema de l'envolta cel·lular típica d'un bacteri Gram negatiu.
La membrana externa és una estructura marcadament asimètrica: La unió física entre la membrana externa i el peptidoglicà està garantida per la lipoproteïna de Braun, que s'ancora covalentment a la mureïna pel seu extrem peptídic i s'insereix a la membrana externa per la seva porció lipídica. També hi destaca la proteïna OmpA, un monòmer transmembrana organitzat en vuit làmines beta intercalades l'extrem N-terminal del qual ancora el peptidoglicà, complint una doble funció estructural i de transport de soluts. COMPROVA-HO 14 Quina funció mecànica compleixen la lipoproteïna de Braun i la proteïna OmpA en l'envolta dels Gram negatius?
El lipopolisacàrid (LPS) i la seva activitat endotòxica El lipopolisacàrid (LPS) és el component distintiu de la cara externa dels Gram negatius. La seva organització molecular consta de tres regions ben diferenciades: Full intern: Format principalment per fosfolípids amb àcids grassos saturats, idèntics als de la membrana plasmàtica. 1 Full extern: Dominat de manera gairebé exclusiva per molècules de lipopolisacàrid (LPS), fortament entrecreuades i estabilitzades superficialment per ions . 2 Mg2+ Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 17 Esquema estructural del lipopolisacàrid amb les seves tres regions.
Proteïnes de transport: el sistema de porines Com que la membrana externa és altament hidrofòbica i compacta, l'entrada de molècules polars requereix canals proteics hidrofílics especialitzats coneguts com a porines. La majoria s'organitzen formant homotrímers, on cada monòmer genera un barril beta que deixa els residus polars orientats cap a la llum del porus. Porina Especificitat de substrat Diàmetre / Característica diferencial OmpC Inespecífica Canal hidrofílic estret ( ) OmpF Inespecífica Canal hidrofílic ample ( ) Lípid A: Representa la porció hidrofòbica indispensable ancorada a la membrana externa.
Està format per dímers de glucosamina fosforilada units a cadenes d'àcids grassos que miren cap a l'interior de la bicapa. El lípid A del lipopolisacàrid (LPS) actua com una potent endotoxina un cop lisada la cèl·lula, capaç de desencadenar respostes immunitàries greus i xoc tòxic durant el tractament terapèutic de determinades infeccions. 1 Nucli o core polisacarídic: Cadena d'oligosacàrids relativament conservada unida directament a la glucosamina del lípid A. 2 Antigen O: Cadena polisacarídica distal formada per unitats repetitives que sobresurten cap al medi extern.
Tot i ser prescindible per a la viabilitat cel·lular bàsica, confereix l'especificitat serològica del bacteri i indueix una forta resposta per part del sistema immunitari de l'hoste.
3 1,08 nm 1,16 nm Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 18 Porina Especificitat de substrat Diàmetre / Característica diferencial PhoE Específica per a fosfats i anions S'expressa intensivament quan hi ha carència de fosfat intracel·lular LamB Específica (maltosa i maltodextrines) La maltoporina LamB és una porina homotrimèrica específica per al transport de maltosa i maltodextrines i és el receptor d'adsorció del bacteriòfag Lambda La presència de porines no és exclusiva dels bacteris; també s'observen estructures homòlogues a la membrana externa de mitocondris i cloroplasts, constituint un dels pilars morfològics que recolzen la teoria endosimbiòtica.
COMPROVA-HO 15 Com es podria utilitzar l'especificitat de la porina LamB en una estratègia per combatre una infecció bacteriana? El compartiment periplàsmic i l'osmoregulació El periplasma és l'espai delimitat entre la membrana citoplasmàtica interna i la membrana externa en bacteris Gram negatius. Representa una regió aquosa d'alta densitat funcional on s'acumulen nombrosos components: Enzims hidrolítics per a la degradació i transport de nutrients. Components de la cadena de transport d'electrons i transportadors de membrana (per a més detalls sobre el tràfic de soluts, vegeu «Transport i captació de nutrients a través de la membrana»).
Xaperones i maquinària de secreció de proteïnes (vegeu «Sistemes de translocació i secreció de proteïnes»). Autolisines: Enzims encarregats de fer petites incisions controlades a la mureïna rígida per poder intercalar nous monòmers sintetitzats durant el creixement bacterià. El periplasma desenvolupa una tasca central en l'osmoregulació. El citoplasma manté habitualment una pressió osmòtica més elevada que l'espai extracel·lular. Per equilibrar aquesta diferència, el bacteri acumula al periplasma oligosacàrids derivats de membrana (ODMs), formats per cadenes polimèriques d'unitats de glucosa.
Modulant la quantitat d'ODMs periplàsmics, la cèl·lula equilibra la pressió osmòtica respecte al citoplasma sense patir xocs osmòtics. PER RECORDAR-HO Els bacteris no tenen esterols com les cèl·lules eucariotes (amb l'excepció del gènere Mycoplasma). Per compactar els lípids i modular l'estabilitat membranosa utilitzen hopanoides, que són compostos policíclics plans amb funcions absolutament anàlogues al colesterol. Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 19 Comparativa i resposta diferencial a agents antimicrobians Les disparitats estructurals entre Gram positius i Gram negatius determinen de forma directa la seva tolerància front a compostos lítics i antibiòtics.
Propietat Bacteris Gram positius Bacteris Gram negatius Gruix de la paret cel·lular Gruixuda ( ) Fina ( ) Nombre de capes limitants 1 capa (peptidoglicà) 2 capes (peptidoglicà + membrana externa) Proporció de mureïna a la paret Superior al 50 % Aproximadament 10–20 % Àcids teïcoics i lipoteïcoics Presents Absents Contingut de lípids i lipoproteïnes Molt baix (0–3 %) Elevat (al voltant del 58 %) Contingut proteic a la paret Pràcticament nul (0 %) Aproximadament 9 % Lipopolisacàrid (LPS) Absent (0 %) Present (uns 13 %) Sensibilitat a la penicil·lina G Sensibles Resistents intrínsecs (o baixa sensibilitat) Sensibilitat al lisozim Molt sensibles Resistents (tret de dany a la membrana externa) ERROR FREQÜENT Pensar que el lisozim mai pot destruir un bacteri Gram negatiu perquè el seu peptidoglicà té una composició molecular diferent.
L'enllaç és idèntic en ambdós grups; l'únic motiu pel qual els bacteris Gram negatius són resistents al lisozim i a la penicil·lina G és la presència de la membrana externa, que impedeix el pas físic d'aquestes molècules cap al periplasma. Si es tracta prèviament la membrana externa per alterar-ne la permeabilitat, el lisozim degrada el peptidoglicà dels Gram negatius amb la mateixa eficàcia. 20–80 nm 10 nm β(1 4) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 20 IDEES CLAU L'envolta dels Gram positius consta d'una capa de peptidoglicà molt gruixuda ( ) associada a àcids teïcoics i lipoteïcoics aniònics.
L'envolta dels Gram negatius té una capa fina de peptidoglicà coberta per una membrana externa asimètrica constituïda per lipopolisacàrid (LPS) a la cara externa. L'encreuament del peptidoglicà empra L-lisina i ponts de pentaglicina en Gram positius, mentre que en Gram negatius utilitza àcid diaminopimèl·lic (DAP) mitjançant un enllaç directe. El lípid A del LPS està ancorat a la membrana externa i actua com una potent endotoxina que s'allibera quan la cèl·lula es lisa. Les porines com OmpC, OmpF, PhoE i LamB formen barrils beta trimèrics que permeten la difusió d'aigua i soluts a través de la membrana externa.
L'espai periplàsmic conté enzims digestius, autolisines i oligosacàrids derivats de membrana (ODMs) essencials per a l'osmoregulació. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 16. Quin paper biològic tenen els oligosacàrids derivats de membrana (ODMs) dins l'espai periplàsmic? 17. Per què els bacteris Gram negatius són naturalment resistents a l'acció de la penicil·lina G i el lisozim en condicions normals? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 18. Quin component del lipopolisacàrid (LPS) és el responsable de la toxicitat en forma d'endotoxina? 19. Quin aminoàcid característic forma l'encreuament peptídic directe en la mureïna dels bacteris Gram negatius? 20.
A més de transportar sucres específics, quina altra funció té la porina LamB? 20–80 nm Lípid A a) Lipoproteïna de Braun b) Nucli o core c) Antigen O d) L-lisina a) D-prolina b) Àcid teïcoic c) Àcid diaminopimèl·lic d) Sintetitzar àcids lipoteïcoics a) Receptor pel bacteriòfag Lambda b) Ancorar la lipoproteïna de Braun c) Hidrolitzar l'enllaç beta(1->4) d) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 21 21. Quin tipus d'enllaç trenca específicament l'enzim lisozim present en secrecions mucoses?
3 Transport i captació de nutrients a través de la membrana EN ACABAR SABRÀS Distingir els mecanismes de transport actiu i passiu presents en la membrana bacteriana segons la font d'energia emprada. Descriure el funcionament molecular de la lactosa permeasa i dels transportadors tipus ABC. Explicar la cascada de fosfotransferència del sistema PTS i reconèixer la modificació química del sucre transportat. Diferenciar les vies d'adquisició de ferro i els sistemes de captació de potassi constitutius i induïbles. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 22 Com pot un bacteri incorporar glucosa de l'exterior sense haver de gastar cap molècula d'ATP en la primera reacció glucolítica?
La captació eficient de nutrients a través de l'embolcall cel·lular és imprescindible per al metabolisme i la supervivència bacteriana. La membrana citoplasmàtica actua com una barrera hidrofòbica altament selectiva que separa el citoplasma de l'entorn exterior o de l'espai periplasmàtic (vegeu «L'envolta bacteriana — Estructura de Gram positius i Gram negatius»). Per superar aquesta barrera, els bacteris disposen d'estratègies biofísiques i mecanismes moleculars de transport específics.
Enllaç peptídic D-Ala-D-Ala a) Enllaç èster dels hopanoides b) Enllaç beta(1->4) NAG-NAM c) Enllaç fosfodièster de l'ADN d) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 22 ESQUEMA Mecanismes bacterians de transport de nutrients La membrana citoplasmàtica i la regulació de la seva fluïdesa La bicapa lipídica bacteriana està formada per fosfolípids amb cadenes d'àcids grassos que poden ser saturats o insaturats. La presència d'insaturacions introdueix dobles enllaços que provoquen una desviació o colze en la cadena hidrocarbonada. Aquest canvi geomètric impedeix un empaquetament estret entre fosfolípids veïns, conferint un caràcter més fluid a la membrana.
La funcionalitat òptima de la cèl·lula requereix mantenir un estat de fluïdesa estable davant de les variacions tèrmiques ambientals mitjançant un ajust conegut com a adaptació homeoviscosa: Temperatures baixes: el bacteri augmenta la proporció d'àcids grassos insaturats per evitar la solidificació o pèrdua de dinamisme de la bicapa. Temperatures altes: el bacteri sintetitza i incorpora més àcids grassos saturats per compactar la membrana i evitar una desorganització estructural excessiva. COMPROVA-HO 23 Quina conseqüència tindria per a un bacteri mantenir una membrana rica exclusivament en àcids grassos saturats a baixes temperatures?
Mecanismes de transport passiu: difusió simple i difusió facilitada El transport passiu es realitza estrictament a favor de gradient de concentració i no requereix cap despesa d'energia metabòlica: Difusió simple (passiva): molècules petites i no polars o gasos com , i creuen directament la matriu lipídica. El procés continua fins que s'iguala la concentració entre ambdós costats de la membrana. La velocitat d'entrada augmenta de forma lineal i proporcional a la diferència de concentració.
Transport Passiu Sense despesa d'energia Difusió simple Gasos i molècules petites Difusió facilitada Permeases (ex: glicerol) Transport Actiu Requereix energia química o iònica Actiu secundari Gradient de protons (LacY) Transportadors ABC Hidròlisi d'ATP (maltosa) Translocació de grup Dependent de PEP (PTS) Captació d'Ions Ferro i cations essencials H O 2 O 2 CO 2 Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 23 Difusió facilitada per permeases: determinats soluts no polars o polars petits requereixen canals o proteïnes transportadores específiques integrades a la membrana per travessar-la.
El solut no passa de manera independent i la cinètica de transport mostra saturació a altes concentracions. Un cas paradigmàtic de difusió facilitada poc comú en procariotes és el transport de glicerol. La proteïna permeasa transportadora de glicerol està integrada a la membrana interna; un cop el substrat entra al canal proteic, la proteïna pateix un canvi conformacional que permet l'alliberament del glicerol cap al citoplasma a favor del seu gradient. Esquema comparatiu dels mecanismes de transport a través de l'embolcall bacterià. COMPROVA-HO 24 Per què la velocitat de transport per difusió facilitada assoleix un límit màxim (saturació), a diferència de la difusió simple?
Transport actiu secundari lligat a gradient de protons El transport actiu permet acumular molècules a l'interior cel·lular en contra del seu gradient de concentració mitjançant el consum d'energia biològica. En el cas del transport secundari acoblat a ions, l'energia prové del potencial electroquímic d'un gradient preexistent (com el gradient de protons, ). El moviment pot tenir lloc per simport (ambdós soluts en el mateix sentit) o antiport (en sentits oposats). Un model fonamental és la lactosa permeasa (LacY). El transportador LacY catalitza un mecanisme de simport per protons, en el qual l'entrada neta d'una molècula de lactosa va estretament unida a l'entrada d'un ió .
L'enzim transportador alterna funcionalment entre dues conformacions: Conformació oberta cap a l'exterior ( ): presenta una elevada afinitat tant per la lactosa com pel protó ( ), permetent que ambdós substrats s'uneixin al centre actiu. H+ H+ E 2 H+ Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 24 Conformació oberta cap a l'interior ( ): presenta baixa afinitat pels dos lligands; en orientar-se cap al citoplasma, allibera la lactosa i el protó cap a l'interior cel·lular. Transportadors ABC (ATP-Binding Cassette) Els transportadors actius primaris del tipus ABC utilitzen directament l'energia química de la hidròlisi d'ATP.
En bacteris Gram negatius, aquests complexos macromoleculars multímers consten de tres components clau: El sistema de captació de galactosa i el sistema de maltosa funcionen segons aquest patró. Per a la maltosa, el disacàrid o les maltodextrines creuen la membrana externa mitjançant la maltoporina LamB (que a més serveix com a receptor del fag Lambda). Un cop al periplasma, la molècula és captada per la proteïna d'unió MalE, que la transfereix al complex ABC de la membrana cel·lular. PER RECORDAR-HO En els sistemes ABC, el substrat químic transportat no es modifica: entra intacte al citoplasma tal com s'ha captat a l'exterior.
Recorda la tríada: proteïna de captura periplasmàtica, permeasa transmembrana i ATPasa citoplasmàtica. Translocació de grup: el sistema fosfotransferasa dependent de PEP (PTS) La translocació de grup és un mecanisme de transport actiu exclusiu de bacteris en el qual la molècula transportada es modifica químicament de forma concomitant a la seva translocació a través de la membrana. S'utilitza principalment per a sucres com la glucosa, la mannosa i el mannitol (anomenats sucres PTS). E 1 Proteïna periplasmàtica d'unió: proteïna soluble lliure a l'espai periplasmàtic que captura el substrat amb una alta afinitat i el lliura específicament al canal transmembrana.
En bacteris Gram positius, com que manquen de periplasma tancat, aquesta proteïna soluble es troba ancorada a la superfície externa de la membrana citoplasmàtica per evitar que es perdi al medi exterior. 1 Canal de transport de membrana (translocó): proteïna integral de membrana que forma la via de pas a través de la bicapa lipídica per al substrat. 2 Domini citoplasmàtic de casset d'unió a ATP: unitat que hidrolitza per impulsar energèticament el canvi conformacional de translocació. 3 ATP ADP + P i Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 25 Diagrama de la cascada de fosfotransferència del sistema PTS de transport de sucres.
La força impulsora d'aquest sistema prové de l'enllaç ric en energia del fosfoenolpiruvat (PEP), que transfereix el seu grup fosfat mitjançant una cascada seqüencial de proteïnes: ERROR FREQÜENT Un error clàssic d'examen és assumir que la glucosa s'acumula en forma lliure a l'interior i que l'energia del PEP es conserva a la molècula. En el sistema PTS, el sucre entra directament transformat en 6-fosfat de glucosa. L'energia de l'enllaç del PEP es dissipa en la reacció irreversible de transport i captura; la molècula queda directament atrapada al citoplasma i llesta per entrar a la glicòlisi sense que calgui una hexocinasa addicional.
COMPROVA-HO 25 Quins components de la cascada de fosforilació del sistema PTS són generals i quins són específics per a cada sucre? El Fosfoenolpiruvat (PEP) citoplasmàtic cedeix el seu fosfat a l'Enzim I (EI) soluble, alliberant piruvat. 1 L'enzim P-EI transfereix el fosfat a la proteïna transportadora de fosfat soluble anomenada HPr (generant P-HPr). Els components EI i HPr són inespecífics i comuns per al transport de tots els sucres PTS. 2 El complex P-HPr cedeix el fosfat al domini citoplasmàtic específic Enzim IIA (EIIA) del sucre determinat. 3 L'Enzim IIA fosforila l'Enzim IIB (EIIB) perifèric.
4 L'Enzim IIC (EIIC) (o complex membrana EIIC/EIID) canalitza el sucre des de l'exterior i col·labora amb EIIB per fosforilar el sucre al citoplasma, alliberant-lo com a sucre-fosfat (per exemple, glucosa-6-fosfat). 5 Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 26 Captació de ferro i mecanismes de competència nutricional El ferro és un bioelement essencial per a la maquinària cel·lular perquè forma part dels grups hemo en els citocroms de la cadena de transport d'electrons, de la superòxid dismutasa i de les ribonucleòtid reductases (RNR) que sintetitzen desoxiribonucleòtids a partir de ribonucleòtids.
Malgrat la seva abundància a l'escorça terrestre, la seva assimilació presenta greus desafiaments químics: És necessari a concentracions intracel·lulars micromolars molt baixes; dosis superiors són tòxiques per oxidació cel·lular. L'ió ferrós (Fe² ) és soluble, però en presència d'oxigen i pH neutre s'oxida ràpidament a ió fèrric (Fe³ ). L'ió fèrric ( ) és extremadament insoluble i precipita ràpidament, fent molt difícil la seva incorporació passiva. En ambients àcids o anaeròbics, el es manté soluble i s'absorbeix mitjançant transportadors específics de ferro lliure.
Durant una infecció, l'hoste utilitza la immunitat nutricional, un mecanisme de defensa consistent a segrestar el ferro circulant mitjançant proteïnes segostradores (siderofilines: transferrina al plasma i lactoferrina a les mucoses) per impedir que els bacteris patògens hi accedeixin. Vies de captació, trànsit i regulació intracel·lular de ferro en bacteris. Per contrarestar el segrest, els bacteris han desenvolupat estratègies coordinades: Sideròfors: petites molècules quelants d'alta afinitat per al que el bacteri sintetitza i allibera a l'exterior en condicions de carència de ferro.
El complex Fe³ -sideròfor s'uneix a porines transmembrana específiques de la membrana externa (com FepA per a l'enteriquelina). A l'espai Fe3+ Fe2+ Fe3+ Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 27 periplasmàtic, la proteïna soluble FepB s'encarrega d'unir el ferro acomplexat amb sideròfors i dirigir-lo cap al transportador de la membrana citoplasmàtica (format per proteïnes com FepC, G i D, acoblades a hidròlisi d'ATP). Un cop al citoplasma, el ferro es redueix a i és alliberat. Alguns bacteris poden utilitzar directament xenosideròfors (sideròfors produïts per altres espècies) si en posseeixen els receptors corresponents.
Receptors de proteïnes de l'hoste: receptors d'embolcall que capturen directament transferrina o lactoferrina i en desprenen el ferro. Captació de grups hemo i hemòfors: proteïnes secretores (hemòfors) que capturen grups hemo lliures o derivats d'hemoproteïnes (hemoglobina, hemopexina) i els transfereixen a receptors integrals per incorporar l'hemo intacte. Emmagatzematge en bacterioferritina: complex proteic intern que manté dipòsits de ferro soluble no tòxic. Regulador transcripcional Fur (Ferric uptake regulator): funciona com a sensor intracel·lular de ferro.
Quan el ferro abunda, Fur s'uneix al ; aquest complex actua com a repressor de la transcripció dels gens que codifiquen per a receptors de ferro i sideròfors, alhora que activa o permet la síntesi de sistemes d'emmagatzematge com la bacterioferritina. COMPROVA-HO 26 Quina funció molecular compleix la proteïna FepB en el procés de captació de ferro per sideròfors? Sistemes de transport de cations: potassi i magnesi El manteniment de la turgència, el pH intern, la polaritat de membrana i l'activitat enzimàtica requereixen un control rígid de cations monovalents i divalents.
Catió Sistema de transport Tipus d'afinitat Expressió i regulació Mecanisme energètic o funció Potassi ( ) (Osmolaritat i pH) TrkG / TrkH / TrkA Baixa afinitat Constitutiu Actua quan la concentració de al medi és alta. Relacionat amb la fosfotransferència del sistema PTS (NPr). Kup Baixa afinitat Constitutiu Entrada contínua de potassi a concentracions basals altes de medi. KdpFABC Alta afinitat Induïble ATPasa de bombeig induïda en carència de o xoc hiperosmòtic mitjançant el sensor de membrana KdpD i el regulador citoplasmàtic KdpE.
Fe2+ Fe2+ K+ K+ K+ Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 28 Catió Sistema de transport Tipus d'afinitat Expressió i regulació Mecanisme energètic o funció Magnesi ( ) (Estabilitat d'àcids nucleics i ribosomes) CorABCD Transport basal Constitutiu Permet tant l'entrada com la sortida de ; sistema compartit amb el cobalt. MgtA / MgtB Alta afinitat Induïbles Consumidors d'ATP (ATPases de tipus P); promouen exclusivament l'entrada de en condicions limitants.
El control del transport de potassi induïble il·lustra l'acoblament dels sistemes de dos components: en condicions de baixa concentració de , la cinasa sensora KdpD s'autofosforila a la membrana utilitzant ATP i transfereix el grup fosfat a la molècula activadora KdpE. Aquest regulador de resposta fosforilat promou la transcripció de l'operó que codifica el transportador d'alta afinitat KdpFABC.
PROCÉS Flux de fosfat en el transport PTS Mg2+ Mg2+ Mg2+ K+ PEP Cedeix fosfat d'alta energia 1 Enzim I (EI) Proteïna soluble citoplasmàtica general 2 HPr Proteïna intermèdia transportadora comuna 3 Enzim IIA Domini citoplasmàtic específic del sucre 4 Enzim IIB Fosforilador directe del substrat 5 Enzim IIC / Translocació Canal que lliura el sucre-fosfat intern 6 Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 29 IDEES CLAU L'adaptació homeoviscosa modula la proporció d'àcids grassos saturats (en calent) i insaturats (en fred) per conservar la fluïdesa òptima de la membrana.
La lactosa permeasa (LacY) realitza un transport actiu secundari de simport de lactosa estretament acoblat al gradient electroquímic de protons. Els transportadors ABC requereixen una proteïna periplasmàtica de captura (en Gram negatius) o ancorada (en Gram positius), un canal translocador i dominis d'hidròlisi d'ATP. El transport per translocació de grup (PTS) aprofita l'enllaç d'alta energia del fosfoenolpiruvat (PEP) per transportar i fosforilar sucres de forma irreversible. L'ió fèrric Fe³ és captat en situacions d'insolubilitat o immunitat nutricional mitjançant sideròfors i la proteïna periplasmàtica FepB, circuit reprimit intracel·lularment pel complex Fur- Fe² .
El potassi i el magnesi es regulen mitjançant una combinació de sistemes constitutius de baixa afinitat (Trk, Kup, CorABCD) i transportadors induïbles d'alta afinitat dependents d'ATP (KdpFABC via KdpDE, i MgtA/B). COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 27. Quina diferència energètica fonamental distingeix el transportador ABC del sistema de translocació de grup (PTS)? 28. Per què el bacteri manté sistemes dobles per al transport de cations com Trk/Kup i KdpFABC? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 29. Com respon la membrana bacteriana a un descens acusat de la temperatura ambiental? 30. Quin paper té la proteïna periplasmàtica FepB en el transport de ferro? 31.
Quina forma química té la glucosa immediatament després de travessar el sistema PTS? Sintetitza més àcids grassos insaturats a) Augmenta els àcids grassos saturats b) Expulsa fosfolípids al periplasma c) Bloqueja totalment els canals proteics d) Oxida l'ió ferrós per donar ió fèrric a) Sintetitza directament enteriquelina al periplasma b) Hidrolitza ATP a la membrana cel·lular c) Condueix el complex sideròfor-ferro al transportador citoplasmàtic d) Piruvat lliure a) Glucosa lliure citoplasmàtica b) Fosfoenolpiruvat c) Glucosa-6-fosfat d) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 30 32. Com actua la proteïna Fur quan hi ha nivells suficients de ferro al citoplasma bacterià?
4 Sistemes de translocació i secreció de proteïnes EN ACABAR SABRÀS Distingir els mecanismes i requeriments energètics de les vies Sec, SRP i TAT a la membrana interna. Identificar l'organització estructural i els substrats dels sistemes de secreció de tipus I al tipus VII. Explicar la biogènesi de les fímbries mitjançant el model de xaperona-acomodador (Chaperone-Usher). PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 33 Com aconsegueix un bacteri secretar un enzim que ja ha incorporat un cofactor voluminós dins del citoplasma?
Aproximadament el 20 % del contingut proteic d'un bacteri es localitza a les seves membranes o a l'espai periplasmàtic (vegeu «L'envolta bacteriana — Estructura de Gram positius i Gram negatius»). Per aconseguir aquesta distribució, els bacteris disposen de maquinàries moleculars especialitzades dedicades tant a la translocació a través de la membrana citoplasmàtica com a la secreció directa cap a l'exterior o cap a cèl·lules diana. Translocació a través de la membrana citoplasmàtica La travessa de la membrana interna o plasmàtica constitueix el primer pas universal de transport en bacteris.
Aquest procés es divideix en tres grans rutes segons l'estat de plegament del substrat i el moment de la translocació. La via Sec (general de secreció) És la ruta principal de translocació bacteriana i actua de forma post-traduccional. Les proteïnes que utilitzen aquesta via es processen inicialment com a pre-proteïnes proveïdes d'un pèptid senyal aminoterminal que serà eliminat posteriorment.
Estimula la síntesi i exportació de sideròfors a) Fosforila la cinasa de membrana KdpD b) Expulsa bacterioferritina cap al medi exterior c) S'uneix al Fe2+ i reprimeix els gens de receptors d) Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 31 Esquema del translocó SecYEG i l'ATPasa SecA impulsant una pre-proteïna. Per tal que la proteïna pugui travessar la bicapa, s'ha de mantenir en un estat lineal no plegat. La xaperona citoplasmàtica SecB s'uneix al polipèptid emergent i n'evita el plegament prematur, lliurant-lo al motor energètic SecA.
L'ATPasa SecA impulsa mecànicament la proteïna a través del canal transmembrana hidrofílic format pel complex SecYEG mitjançant la hidròlisi repetida d'ATP. El pèptid senyal aminoterminal (d'uns 18 a 30 aminoàcids) presenta una estructura modular conservada en tres regions: Regió n: extrem inicial polar amb aminoàcids carregats positivament (arginina i lisina). Regió h: tram central ric en aminoàcids hidrofòbics que facilita la interacció i inserció a la membrana. Regió c: extrem final hidrofòbic que conté la diana de tall per a la peptidasa de senyal, alliberant la proteïna madura (com ara proteïnes periplasmàtiques o porines com OmpA).
COMPROVA-HO 34 Quina funció té la xaperona SecB abans que la pre-proteïna arribi al canal SecYEG? La via SRP (reconeixement de senyal) A diferència de Sec, la via SRP opera de forma co-traduccional. Està especialitzada en la inserció de proteïnes integrals de la membrana citoplasmàtica que contenen dominis transmembrana altament hidrofòbics. Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 32 La partícula de reconeixement de senyal (SRP) bacteriana és una ribonucleoproteïna formada per la proteïna Ffh i la molècula d'àcid ribonucleic ffs (smRNA).
Quan el pèptid emergent presenta una seqüència senyal amb un contingut d'aminoàcids hidrofòbics molt superior al de la via Sec convencional, l'SRP s'hi acobla immediatament i paralitza la traducció del ribosoma. A continuació, el complex es desplaça cap a la membrana, on interactua amb el receptor FtsY. Posteriorment, la proteïna es transfereix al canal conservat SecYEG per inserir-se a la bicapa o secretar-se mentre es reprèn la síntesi. La via TAT (Twin-Arginine Translocation) Hi ha determinats enzims complexos que incorporen cofactors citoplasmàtics durant la seva maduració o que formen estructures multimèriques abans de sortir. Aquestes proteïnes no es poden translocar desplegades.
La via TAT transporta exclusivament proteïnes completament plegades. Reconeix una seqüència senyal N-terminal més llarga (entre 27 i 50 aminoàcids) caracteritzada pel motiu conservat de dues arginines consecutives a la regió n. El complex translocador està integrat per les subunitats TatA, TatB i TatC. A diferència del canal SecYEG impulsat per ATPasa, la via TAT obté l'energia directament del gradient de protons o força protó-motriu transmembrana. DEFINICIÓ El translocó SecYEG és el canal hidrofílic conservat que permet el pas de proteïnes desplegades tant en la via Sec com en la via co-traduccional SRP.
ERROR FREQÜENT Confondre la font d'energia i el tipus de substrat entre Sec i TAT fa perdre punts: Sec empra ATP mitjançant SecA i processa substrats desplegats; TAT empra estrictament el gradient de protons i només admet substrats plegats o amb cofactors acoblats. COMPROVA-HO 35 Per què una proteïna amb un cofactor unit al citoplasma no pot utilitzar la via Sec per translocar-se?
Biologia Molecular dels Microorganismes: Apunts i Resum 33 PROCÉS Etapes de la translocació post-traduccional per la via Sec Secreció a bacteris Gram negatius: biogènesi de fímbries Un cop al periplasma via Sec, certs components de superfície s'acoblen mitjançant el mecanisme de xaperona i acomodador (Chaperone-Usher). És el model clàssic per a la formació de fímbries de tipus I. Les subunitats de la fímbria (com FimA) s'exporten desplegades al periplasma mitjançant Sec, on la xaperona periplasmàtica FimC les rep, n'afavoreix el…