PARETEPARETE CitoplasmaCitoplasma MembranaMembranaCitoplasmaticaCitoplasmatica

Dr. Semih Esin 2009Dr. Semih Esin 2009

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2OH2O

H2O

H2O

H2O

H2O

H2O

PARETE BATTERICA

Involucro posto all’esterno della membrana citoplasmatica in quasitutti i batteri (ad eccezione dei micoplasmi). Spessore variabile,costituenti peculiari, alcuni dei quali presenti solo nei batteri.

FUNZIONE PRINCIPALE:

- Protezione dai danni di tipo osmotico (più importante)

ALTRE FUNZIONI

- Mantiene la forma del batterio

- Protegge dalle offese meccaniche

- Funzione immunitaria

Il batterionon scoppia !!!

COMPOSIZIONE CHIMICA:

Componente principale: PEPTIDOGLICANO o MUREINA,responsabile delle caratteristiche di rigidità della parete.

corti peptidi chesono attaccati allecatene di zuccherie le leganotrasversalmente

lunghe catene linearidisaccaridiche posteconcentricamente allacellula batterica

Struttura semplificata del peptidoglicano

N-acetil-glucosamina (NAG)

N-acetil-muramico NAM)

GRAM +Spesso peptidoglicano;anche 40 strati concentrici, 40-80% del pesoseccoAltri componenti oltre al peptidoglicano:acidi teicoici, acidi teicuronici, proteine,carboidrati intercalati nel peptidoglicano

ORGANIZZAZIONE DELLA PARETE DEI GRAM+ E GRAM -

Esistono importanti differenze sia di struttura che di composizione chimica traGram+ e Gram- che sono responsabili delle diverse proprietà tintoriali dei due gruppidi batteri.

GRAM -Sottile peptidoglicano;pochi strati concentrici (2-3)5% del peso seccopochi legami crociatiAltri componenti oltre al peptidoglicano:organizzati a formare una struttura complessaall'esterno della mureina: la membrana esterna

Gram +

Gram -

PERCHE’ I BATTERI GRAM+ E GRAM- SICOLORANO DIVERSAMENTE?

I GRAM+: trattengono il cristal violetto per lapresenza di uno spesso peptidoglicano;

I GRAM-: rilasciano il cristal violetto per lapresenza di un sottile peptidoglicano e di unamembrana esterna di natura lipidica solubile in alcool.

Batteri Gram+ Batteri Gram-

STRUTTURA DEL PEPTIDOGLICANO

Componente glucidica: Catena lineare di n unità di undisaccaride:

N-acetil-D-glucosammina (NAG)

Acido N-acetil-muramico (NAM)

Il NAM ha la stessa struttura del NAG ad eccezione diun acido lattico legato mediante ponte a ossigeno al C3.

Componente peptidica: Corta catena di amino acidi (TETRAPEPTIDE)alternati negli stereoisomeri D ed L;

Il gruppo carbossilico delgruppo lattilico del NAMsi lega al gruppo aminicodel primo aminoacido deltetrapeptide mediante unlegame carboaminico.

La sequenza di aminoacidinei tetrapeptidi puòvariare da una speciebatterica all’altra, macontiene sempre in terzaposizione un aminoacidoBIBASICO che è ingenere la LISINA (neiGram +) o l’ACIDO-DIAMINOPIMELICO (neiGram-)

corti peptidi chesono attaccati allecatene di zuccherie le leganotrasversalmente

lunghe catene linearidisaccaridiche posteconcentricamente allacellula batterica

Struttura semplificata del peptidoglicano

I tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di loroI tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di lorocon due modalità principali:con due modalità principali:

N-acetil-glucosamina (NAG)

N-acetil-muramico NAM)

I tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di loro con due modalità principali:I tetrapeptidi legati al NAM si legano tra di loro con due modalità principali:

1) DIRETTAMENTE (nei Gram negativi es: 1) DIRETTAMENTE (nei Gram negativi es: E. coliE. coli))

Tramite un legame peptidico tra il gruppo aminico dell’a.a. bibasico di unTramite un legame peptidico tra il gruppo aminico dell’a.a. bibasico di untetrapeptide ed il gruppo carbossilico tetrapeptide ed il gruppo carbossilico dell’aminoacidodell’aminoacido terminale di un altro terminale di un altrotetrapeptide (D-Ala)tetrapeptide (D-Ala)

L-Ala

D-Glu

L-DAP

D-Ala

D-Ala

L-DAP

D-Glu

L-Ala

-NH3 -COOH

NAG

NAM

legamepeptidico

NAG

NAM

L-Ala

D-Glu

L-Lys

D-Ala

-NH3

Gly

Gly

Gly

Gly

GlyCOOH-

legamepeptidico

D-Ala

L-Lys

D-Glu

L-Ala

-NH3 COOH-

legamepeptidico2) INDIRETTAMENTE (nei Gram

positivi es: S. aureus)

Tramite un ponte diPENTAGLICINA

- il gruppo aminico dell’aminoacidobibasico di un tetrapeptide formaun legame peptidico con il gruppocarbossilico della pentaglicina.

- il gruppo aminico dellapentaglicina forma un legamepeptidico con il gruppocarbossilico dell’ultimo aminoacidodel tetrapeptide (D-Ala)

NUMERO DI LEGAMI CROCIATINUMERO DI LEGAMI CROCIATIOltre che nella struttura anche il numero dei legami crociati differisce neiGram+ rispetto ai Gram-:

Nei Gram+: praticamente tutti i residui di NAM sono legati ad un tetrapeptide;

Nei Gram-: i legami sono più scarsi e le maglie più larghe

Rappresentazione schematica del monostrato di peptidoglicano di S. aureus (Gram+) (A) e di E.coli (Gram-) (B). G, N-acetil-glucosamina; M, N-acetil-muramico; le linee verticali rappresentanole catene peptidiche; le linee orizzontali i legami crociati tra aminoacidi di catene contigue.

CARATTERISTICHE DIFFERENZIALI MUREINA

GRAM-NEGATIVI:(i) la mureina costituisce il 10% della parete;(II) è monostratificata;(III) non presenta ponti di pentaglicina;(VI) non tutti gli acidi muramici portano il tetrapeptide

GRAM-POSITIVO:(I)la mureina costituisce l’80-90% della parete e corrisponde almeno al40% del peso secco della cellula;(II) è pluristratificata;(III) presenta ponti di pentaglicina posti tra i tetrapeptidi di cateneglicaniche adiacenti e/o distanti tra loro.(VI) tutti gli acidi muramici portano il tetrapeptide,

CARATTERISTICHE DI RESISTENZA DELCARATTERISTICHE DI RESISTENZA DELPEPTIDOGLICANO (resistenza alla trazione similePEPTIDOGLICANO (resistenza alla trazione simile

al cemento armato !!!)al cemento armato !!!)

• unica grossa molecola nelle tre direzioni dellospazio;

• legami β-1-4 particolarmente forti (anche nellachitina della parete cellulare vegetale);

• alternanza di aminoacidi D ed L risulta in unaresistenza maggiore;

• sembra infine probabile che come avviene nelleproteine tra i vari gruppi peptidici si stabiliscanonumerosi legami ad idrogeno.

STRUTTURA COMPLESSIVA DELLA PARETECELLULARE DEI BATTERI GRAM +

Acido teicoico

Acidolipoteicoico

Proteina associataalla parete

Peptidoglicano

Membranacitoplasmatica

ALTRI COMPONENTI DELLA PARETE DEI BATTERI GRAM+ oltre alpeptidoglicano

ACIDI TEICOICI

polisaccaridi acidi intercalati nelpeptidoglicano di molti batteriGram+; fino al 10-15% del pesosecco di parete; sono polimericontenenti anche fino a 30molecole di GLICEROLO oRIBITOLO FOSFATI; i monomerisono legati da legami di fosfato;agli ossidrili del ribitolo o glicerolopossono essere legati zuccheri(glucosio, galattosio) o aminoacidi(D-alanina) che rappresentanodeterminanti antigenici(determinano il sierotipo); uniticovalentemente con il gruppo 6-ossidrile del NAM delpeptidoglicano.

ACIDI LIPO-TEICOICI

Acidi teicoici costituiti di solito da catene di glicerolfosfato,contenenti un acido grasso con il quale sono strettamente ancorati ailipidi di membrana. Attraversano la parete e si estendononell’ambiente esterno.

Ribitolo fosfato

glicerolo fosfato

FUNZIONI DEGLI ACIDI TEICOICI E LIPOTEICOICIFUNZIONI DEGLI ACIDI TEICOICI E LIPOTEICOICI

FUNZIONE STRUTTURALE:contribuiscono alla forza edelasticità della parete

FORTEMENTEIMMUNOGENICI

INTERVENGONO NEIMECCANISMI DI PATOGENICITA’:

Es: LTA degli Streptococchi medial’adesività alle superfici mucose

FACILITANO L’ASSUNZIONEDI CATIONI: La presenza dicosì tanti gruppi fosfatoripetuti rende le molecolefortemente acide e carichenegativamente; legano cationi(k+; Ca++; Mg++) e facilitanola loro assunzione)

CARBOIDRATI:

PROTEINE:

es: carboidrato C degliStreptococchi (divisionein gruppi)

es: PROTEINA M degliStreptococchi (divisione in tipi;ruolo nella virulenza);

es: PROTEINA A degliStafilococchi; (ruolo nellavirulenza)

ALTRI COMPONENTI DELLA PARETE DEI BATTERI GRAM+oltre al peptidoglicano