Membrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa...

Membrana plasmática

A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada

lipídcaFluído extracelular

Colesterol??

Citoplasma

glicolipídeos

Proteínas transmembrana

Filamentos de citoesqueletoProteina Periférica

fosfolipideos

• A composição lipídica afeta a flexibilidade da membrana

– % ácidos graxos insaturados nos fosfolipídeos . Mantém a membrana menos viscosa

– Organismos adaptados a temperatura – colesterol na membrana ajuda a manter a

flexibilidade

Bicamada lipídica

As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma)A maioria das bactérias contem hopanóides

Colesterol Sterol-like hopanóides

Função da membrana plasmática

• Permeabilidade seletiva• Produção de energia• Motilidade• Remoção de detritos• Formãção de endosporos

Canais formados a traves da membrana

• Membrana fica semi-permeavél com canais de proteína– Canais específicos permitem o transporte

de material específico através da membrana celular.

Interior célula

Exterior célula

AçúcaraaH2O

salNH3

Difusão facilitada• Difusão através de canais de proteínas • Os canais transportam moléculas sem

necessidade de energia.Canal aberto = transporte rápidohigh

low

Transporte ativo

“O porteiro”

Mudança conformacional

• Células podem precisar transportar moléculas contra um gradiente de concentração.

– Bombas de proteína que precisam de energia ATP

ATP

baixo

alto

symportantiport

Active transport• Many models & mechanisms

ATP ATP

• Transporte passivo– Difusão simples

• Difusão de moléculas apolares, hidrofóbicas. • lipídeos

– alto baixo- gradiente de concentração– Transporte facilitado

• Difusão de moléculas polares, hidrofílicas• Através de canal de proteína

– alto baixo -gradiente de concentração

• Transporte ativo– Difusão contra um gradiente de concentração

• baixo alto– usa uma bomba de proteína– requer ATP

ATP

Transporte através da membrana

Resumo de transporte

Difusão pasiva

Difusão facilitada

Transporteativo

ATP

Bombas de efluxo e resistência a drogas

ANTIBIOTICO

Alvo

Alvos de antibiótiocos

Chromosome

Cell wall

Cytoplasmic membrane

Ribosomes

Principais mecanismos de resistência a drogas

ANTIBIOTICO

alvo

Protecção

Afinidade reduzida- mutações- recombinação- Modificação enzimática

InactivaçãoModificação

EfluxoImpermeabilidade

SubstituiçãoAmplificação

Espécies Gram-negativas com sistemas de efluxo conhecidos

Escherichia coliSalmonella TyphimuriumShigella dysenteriaeKlebsiella pneumoniaeEnterobacter aerogenesSerratia marcescensProteus vulgarisCitrobacter freundii...

Pseudomonas aeruginosaPseudomonas putidaBurkholderia cepaciaBurkholderia pseudomalleiStenotrophomonas maltophiliaAlcaligenes eutrophus...

Haemophilus influenzaeCampylobacter jejuniHelicobacter pyloriVibrio parahaemolyticusVibrio choleraeNeisseria gonorrhoeae...

Bacteroides fragilis...

Estrutura dos sistemas bacterianos de efluxo

• Sistemas de um componente

– A maioria em espécies Gram positivas species (except Tet...)

– Transporta só um composto na membrana citoplasmática

– Determina a especificidade do substrato e resistêcia.

Sistemas de três componentes (tripartitas)

– Exclusivamente em espécies Gram negativas

– Uma proteína transportadora

• Uma lipoproteína periplasmica adaptadora

• Um canal de proteína na membrana externa

• Resistência a várias drogas MDR

Fonte de energia

• Antiporters

– PMF transportadores (proton motive force)

– Na+-antibiotico antiporters

• Transportadores ABC

– Transportadores ABC- ATP binding cassette

– Hydrolisis de ATPem ADP + Pi

– Maioria em espécies Gram positivas

– Não é comum em bactérias como em cels

cancerígenas

Transportadores de drogas

• Major Facilitator Superfamily (MFS)– Drug efflux

• 12 TMS transporters• 14 TMS transporters

– Active uptake/export• sugars...• amino acids, secondary metabolites...

• Small Multidrug Resistance Family (SMR)• 4 TMS transporters

• Resistance/Nodulation Cell Division Family (RND)• 12 TMS transporters

• Multi Antimicrobial Extrusion Family (MATE)• 12 TMS transporters

Structure of drug efflux systems

H+

ATP ADP

antibiotic

MFS, SMR MATE ABC RND, MFS, ABC

Na+

antibiotic

H+

Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587

Proteínas:Transportadora AcrBAdaptadora AcrACanal TolC

Murakami S. et al. Curr Opinion Struct. Biol. 2003, 13: 443

Sistemas de efluxo em E. coli• Codificadas por genes cromossomais

– 37 putative drug transporters: 19 MFS, 3 SMR, 7 RND, 7 ABC, 1 MATE

– 20 pumps are able to transport toxic/antibiotic molecules– 15-17 pumps may provide with some resistance to antibiotics

when overproduced from cloned genes (Nishino K et al. J. Bacteriol. 2001)

– Upregulation of a single pump may result in increased drug efflux

• Acquisition of exogenous pump encoding genes– Genes carried by mobile elements (plasmids, transposons,

integrons)

Efflux pumps coded by mobile genetic elements

Species System Family Substrates

E. coli TetA/B/E MFS Tc, MinE. coli CmlA MFS CmpE. coli Flo MFS Cmp, FloE. coli OqxAB-TolC RND Olaquindox, Cmp

Tc: tetracycline; Min: minocycline; Cmp: chloramphenicol; Flo: florfenicol

Induction of acrAB-tolC expression

tetracyclinechloramphenicol

salicylate-acetylsalicylatebenzoate

stress...

tetracycliner

chloramphenicolr

quinolonesr

erythromycinr

solvants, pine oil...

MarROABRob bile salts

SoxSR oxidative stress

AcrABAcrABEmrAB

Porin OmpFPorin OmpF TolCTolC

Other proteins

Mar regulon

Overexpression of acrAB and mtrCDE operons

mtrDmtrDmtrCmtrC mtrEmtrEmtrRmtrR

acrRacrRacrBacrBacrAacrA

--

mutations mdrmutations mdr

MtrAMtrA

++

++

MarAMarA

--

MarRMarR__ (MppA)

SoxSSoxS SoxRSoxR__

System AcrAB-TolC in E. coli

Antibiotics wild type AcrAB++ AcrAB-

Nalidixic acid 4 - 6 8.5 - 32 0.6Norfloxacin 0.025 - 0.1 0.3 - 1.25 ndOfloxacin 0.06 - 0.07 0.25 - 0.3 ndCiprofloxacin 0.02 0.15 nd

Ampicillin 2 - 4 5 - 6 0.6 - 2Erythromycin 128 - 256 > 512 < 2 - 8Tetracycline 1.25 - 3 5 - 16 0.25 - 0.3Chloramphenicol 4 - 7.5 10 - 28 0.6

Active efflux

Outer membranepermeability

Other mechanisms

Interplays between resistance mechanisms in GNB

Efflux inhibitors

Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide