Membrana 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
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
Difusão facilitada
• Difusão através de canais de proteínas
• Os canais transportam moléculas sem
necessidade de energia.
Canal aberto = transporte rápido
high
low
Transporte ativo
•
Células podem precisar transportar moléculas contra um gradiente de
concentração.
– Bombas de proteína que precisam de energia
baixo
ATP
Mudança conformacional
ATP
alto
“O porteiro”
Active transport
• Many models & mechanisms
ATP
ATP
antiport
symport
Transporte através da membrana
• 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
Resumo de transporte
Difusão pasiva
Difusão facilitada
TransporteATP
ativo
Bombas de efluxo e
resistência a drogas
ANTIBIOTICO
Alvo
Alvos de antibiótiocos
Chromosome
Cell wall
Ribosomes
Cytoplasmic membrane
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...)
–
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
antibiotic
antibiotic
H+
Na+
H+
ATP
MFS, SMR
MATE
ADP
ABC
RND, MFS, ABC
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
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
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
mutations mdr
System AcrAB-TolC in E.
coli
Antibiotics wild type AcrAB++ AcrABNalidixic acid
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
Chloramphenicol4 - 7.5
10 - 28
0.6
Interplays between resistance mechanisms in GNB
Outer membrane
permeability
Other mechanisms
Active efflux
Efflux inhibitors
Phenyl-Arginyl ß N-naphtylamide