Membrana plasmática
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Mmbrana plasmática A membrana é um collage de proteinas e outras moléculas inseridas numa bicamada lipídca Fluído extracelular glicolipídeos fosfolipideos Colesterol?? Proteínas transmembrana Proteina Periférica Citoplasma Filamentos de citoesqueleto • 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 Colesterol Sterol-like hopanóides As bactérias não contém colesterol na membrana plasmática (exceto micoplasma) A maioria das bactérias contem hopanóides Função da membrana plasmática • • • • • • Permeabilidade seletiva Produção de energia Motilidade Remoção de detritos Formãção de endosporos Resistência a drogas 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 NH3 sal H 2O aa Açúcar Exterior célula Bombas de efluxo e resistência a drogas ANTIBIOTICO Alvo Resistência a drogas • • • • • Descoberta da penicilina 1929. Sir Alexander Fleming. contaminação acidental fungo. Chineses, egípcios, os europeus usavam alimentos mofados para tratar infecções Muitas bacterias desenvolveram resistência aos antibióticos. 80% dos Staphylococcus resistentes à penicilina. "Superbactérias" resistentes a todos os antibióticos. Tuberculose multi-resistente. Mau uso de antibióticos acelera as taxas de resistência. Fonte dos antibióticos Cómo podemos atacar a uma bactéria patogênica • Alvos? Alvos de antibióticos Chromosome Cell wall Ribosomes Cytoplasmic membrane Exemplos de antibióticos • b-Lactam antibiotics (e.g., Penicillin): – Transpeptidase crosslinks the peptidoglycan net in the cell wall of Grampositive bacteria. – The b-lactam ring mimics a component of the cell wall to which transpeptidase binds, inhibiting the binding of transpeptidase. – Bacterium lyse (rupture) because the cell wall is weakened. • Disrupters of nucleic acid synthesis prevent bacterial cell division. – The antibiotic rifampin interferes with prokaryotic RNA polymerase. – Fluoroquinolones inhibit DNA gyrase. • Disrupters of protein synthesis: – Aminoglycosides inhibit nucleic acid or protein synthesis in bacteria. – L-shaped molecules that fit into pockets of bacterial ribosomal RNA. – When they insert themselves into rRNA, they disrupt ribosomal structure. – L-shaped pocket is specific to bacteria. Antibiotic Mechanisms Principais mecanismos de resistência a drogas Inactivação Modificação ANTIBIOTICO Efluxo Impermeabilidade Protecção alvo Substituição Amplificação Afinidade reduzida - mutações - recombinação - Modificação enzimática Resistência adquirida As bactérias não começam a vida resistentes a um antibiótico específico, mas podem adquirir resistência. Evolução horizontal: Os genes da resistência passam a partir de uma cepa resistente a uma cepa não resistente, que confere resistência a este último. Presença de um antibiótico é uma pressão seletiva. Mecanismos de transferência de genes: Conjugação. Transdução. Transformação. Transdução e Transformação • Transdução: Virus transfere os genes. • Transformação: DNA liberado pela bactéria é passado a outra (plasmídeos) Transferência horizontal de genes • Organismo transfere material genético para outra célula que não é sua descendente (≠ transferência vertical) • Importante mecanismo na evolução e variabilidade genética de procariotos • Interações genéticas entre bactérias permitem a evolução de seus genomas mais rapidamente que as mutações apenas Principais mecanismos de resistência a drogas Inactivação Modificação ANTIBIOTICO Efluxo Impermeabilidade Protecção alvo Substituição Amplificação Afinidade reduzida - mutações - recombinação - Modificação enzimática Espécies Gram-negativas com sistemas de efluxo conhecidos Escherichia coli Salmonella Typhimurium Shigella dysenteriae Klebsiella pneumoniae Enterobacter Bacteroides fragilis... aerogenes Serratia Pseudomonas aeruginosa Pseudomonas putida Burkholderia cepacia Burkholderia pseudomallei Stenotrophomonas maltophilia Alcaligenes eutrophus... Haemophilus influenzae Campylobacter jejuni Helicobacter pylori Vibrio parahaemolyticus Vibrio cholerae Neisseria gonorrhoeae... Estrutura dos sistemas bacterianos de efluxo • Sistemas de um componente – A maioria em espécies Gram positivas species (except Tet..E coli.) – Transporta só um composto na membrana citoplasmática – Determina a especificidade do substrato e resistência. – Examples of such single-component efflux pumps include the transposonencoded tetracycline- and chloramphenicol-specific pumps, TetA and CmlA, respectively (2,38), and the MDR pump MdfA, encoded in the chromosome ofEscherichia coli 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 Structure of drug efflux systems antibiotic antibiotic H+ Na+ H+ ATP MFS, SMR MATE Major Facilitator Superfamily (MFS) Multi Antimicrobial Extrusion Family ADP ABC RND, MFS, ABC Resistance/Nodulation Cell Division Family Major facilitator superfamily ATP pumps 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 Bompa MDR AcrABTolC de E coli Proteínas: Transportadora AcrB Adaptadora AcrA Canal TolC Murakami S. et al. Nature 2002, 419: 587 Murakami S. et al. Curr Opinion Struct. Biol. 2003, 13: 443 Genoma de E. coli Sistemas de efluxo • 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 Efflux pumps coded by mobile genetic elements Species System E. coli E. coli E. coli E. coli TetA/B/E CmlA Flo OqxAB-TolC Family MFS MFS MFS RND Substrates Tc, Min Cmp Cmp, Flo Olaquindox, Cmp Tc: tetracycline; Min: minocycline; Cmp: chloramphenicol; Flo: florfenicol Induction of acrAB-tolC expression tetracycline chloramphenicol salicylate-acetylsalicylate benzoate stress... MarROAB SoxSR Rob Porin OmpF TolC AcrAB EmrAB Other proteins Mar regulon oxidative stress bile salts tetracycliner chloramphenicolr quinolonesr erythromycinr solvants, pine oil... Overexpression of acrAB and mtrCDE operons _ MarA (MppA) MarR _ + - SoxS acrA SoxR acrB acrR MtrA + - mtrC mtrD mtrE mtrR multiple transferable resistance gene complex in Neisseria mutations mdr System AcrAB-TolC in E. coli wild type AcrAB++ AcrAB- 4-6 8.5 - 32 0.6 Norfloxacin 0.025 - 0.1 0.3 - 1.25 nd Ofloxacin 0.06 - 0.07 0.25 - 0.3 nd Ciprofloxacin 0.02 0.15 nd Ampicillin 2-4 5-6 0.6 - 2 Erythromycin 128 - 256 > 512 <2-8 Tetracycline 1.25 - 3 5 - 16 0.25 - 0.3 Chloramphenicol 4 - 7.5 10 - 28 0.6 Antibiotics Nalidixic acid Interação entre mecanismos de resistência Em bactérias Gram - Outer membrane permeability Other mechanisms Active efflux Efflux inhibitors Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide Uso indiscriminado de Anitbióticos > 40 por cento dos antibióticos produzidos a cada ano, nos EUA são utilizados em animais para o tratamento ou prevenção de infecções e em níveis baixos como promotores do crescimento no gado e aves de capoeira. Antibióticos também são aplicados como aerossóis para árvores frutais, truta e fazendas de salmão para controlar ou prevenir infecções bacterianas 40 a 80% dos antibióticos utilizados são desnecessárias. Uso excessivo de desinfetantes (ex. Hospitais) Infecções virais não são curadas com antibióticos Conclusões Nós temos um uso excessivo de antibióticos e, muitas vezes por negligencia paramos o uso do antibiótico antes do tempo prescrito, levando à disseminação da resistência aos antibióticos. Higiene pessoal Lavar as mãos!!!
