Cómo entran las sustancias en la bacteria
Las moléculas nutritivas entran en la célula bacteriana a través de la membrana citoplasmática. Existen dos vías básicas: la pasiva y la activa.
- El transporte pasivo no requiere gasto de energía, ya que las moléculas se mueven estrictamente a favor del gradiente de concentración. Incluye la difusión simple, que se caracteriza por ser lenta y carecer de especificidad, así como la difusión facilitada, en la que interviene una proteína transportadora específica y cuya velocidad depende de la cantidad de sustrato en el medio externo.
- El transporte activo se realiza en contra del gradiente de concentración y requiere energía. Aquí actúan las proteínas transportadoras: las permeasas. Son capaces de introducir moléculas pequeñas (por ejemplo, aminoácidos) alcanzando concentraciones de 100 a 1000 veces superiores a las externas.
Un mecanismo independiente es la translocación de radicales. En ella, la molécula transportada (algunos azúcares como la glucosa o la fructosa) no solo se traslada, sino que se modifica químicamente: se fosforila mediante el sistema de fosfotransnasa. Como resultado, la sustancia ingresa ya lista para el metabolismo.
Secreción: sentido biológico y barreras
La eliminación de sustancias al exterior es tan importante como la absorción de nutrientes. Las bacterias secretan moléculas para resolver tres tareas globales:
- Función estructural: exportación de componentes para la construcción de la pared celular, pili y flagelos.
- Nutrición: liberación al exterior de enzimas hidrolíticas que descomponen polímeros grandes en monómeros capaces de atravesar la membrana.
- Patogenicidad: facilitación de la interacción con los sistemas del organismo huésped.
El proceso de secreción depende en gran medida de la estructura de la pared celular. Las bacterias grampositivas (G+) liberan proteínas directamente al medio externo, superando una sola barrera. Los microorganismos gramnegativos (G-) deben lidiar con un obstáculo adicional: la membrana externa, lo que propició la evolución de 6 tipos diferentes de sistemas secretores.
Sistemas secretores de bacterias gramnegativas
En las bacterias gramnegativas se distinguen 6 tipos de secreción. Todos ellos son procesos dependientes de energía. Según su mecanismo de acción, se dividen en de una sola etapa y de dos etapas.
En la secreción de una sola etapa (tipos I y III), el proceso ocurre sin fases intermedias y la proteína sale al exterior sin sufrir modificaciones en el espacio periplásmico.
La secreción de dos etapas (tipos II y V) implica el paso a través de la membrana citoplasmática interna, una estancia temporal en el periplasma y la subsiguiente salida a través de un porus en la membrana externa. Durante la pausa en el periplasma, pequeños transportadores y chaperonas actúan sobre la proteína, llevándola a un estado funcional activo y formando su estructura cuaternaria. En esta etapa también es posible la proteólisis.
Desde el punto de vista médico, los siguientes sistemas son de extrema importancia:
- Tipo II (vía principal): se utiliza para la secreción de enzimas extracelulares y toxinas (por ejemplo, la toxina colérica).
- Tipo III: surgió evolutivamente a partir de los sistemas de transporte de los componentes flagelares. Funciona como una microjeringa, realizando una administración dirigida (inyección) de proteínas bacterianas directamente en el interior de la célula eucariota, lo que altera las funciones celulares del huésped.
Significado clínico de los sistemas de transporte
Los sistemas de transporte y secreción desempeñan un papel decisivo en el desarrollo del proceso infeccioso y en la formación de la resistencia a los antibióticos. Un lugar destacado ocupa el tipo IV de secreción, que se encuentra tanto en bacterias grampositivas como gramnegativas. Es capaz de transportar proteínas, ADN y nucleoproteínas. Este mecanismo actúa como un factor de diversidad bacteriana y asegura la transferencia horizontal de genes (transmisión de factores de patogenicidad y resistencia).
Además, los propios mecanismos de exportación de componentes estructurales, necesarios para la construcción de la cápsula y la pared celular, son dianas para los fármacos antimicrobianos. Un claro ejemplo es el antibiótico glucopéptido vancomicina. Bloquea el transporte de N-acetilglucosamina a través de la membrana, alterando así la síntesis de peptidoglicano y conduciendo a la célula a la muerte.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Cómo funcionan los sistemas secretores de tipos V y VI en las bacterias gramnegativas?
Los sistemas secretores de tipos V y VI tienen diferentes mecanismos de transferencia de sustancias.
| Tipo de secreción | Mecanismo de funcionamiento |
|---|---|
| Tipo V (autotransportadores) | Secreción de dos etapas: paso a través de la membrana citoplasmática, estancia en el periplasma y salida a través de un poro en la membrana externa. |
| Tipo VI | Realiza la inyección de sustancias secretadas directamente a través de una perforación en la membrana de la célula huésped. |
¿Qué toxinas son secretadas por las bacterias a través del sistema secretor de tipo II?
A través del sistema secretor de tipo II, las bacterias gramnegativas secretan enzimas hidrolíticas extracelulares y algunas toxinas.
- Toxina colérica.
- Exotoxina A de P. aeruginosa.
Asimismo, entre los ejemplos de sustratos del T2SS mencionados en las fuentes se encuentran la fosfolipasa C y la elastasa.
Para memorizar la secreción de dos etapas (tipos II y V), imagine una «aduana» en el periplasma: la proteína sale de la membrana, es recibida por los «inspectores» (pequeños transportadores), que pueden modificarla (proteólisis) o «vestirla» adecuadamente (las chaperonas le confieren su forma activa), y solo después de esto la liberan al exterior a través del poro.
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia entre la difusión simple y la facilitada?
La difusión simple transcurre de forma no específica y su velocidad de transferencia es insignificante. La difusión facilitada se realiza con la participación de una proteína transportadora específica y su velocidad depende directamente de la concentración del sustrato en el medio externo.
¿Cómo funciona el mecanismo de translocación de radicales?
Durante el transporte a través de la membrana, la molécula (por ejemplo, la glucosa) se fosforila mediante el sistema de fosfotransnasa. Como resultado, la sustancia se encuentra dentro de la célula ya modificada químicamente y lista para el metabolismo.
¿Por qué la secreción en bacterias gramnegativas presenta un mayor número de tipos?
A diferencia de las bacterias grampositivas, las gramnegativas poseen una barrera adicional en forma de membrana externa. La necesidad de superarla condujo a la formación evolutiva de 6 tipos diferentes de sistemas secretores.
Qué más repasar sobre el tema
- El papel de las proteínas permeasas en la facilitación del transporte activo de sustancias
- Funciones de las chaperonas en la maduración de las proteínas secretadas en el espacio periplásmico
- Origen evolutivo del tipo III de secreción a partir de las estructuras del flagelo bacteriano
- Mecanismo de acción de la vancomicina y bloqueo de la síntesis de peptidoglicano
- Importancia del tipo IV de secreción para la transferencia horizontal de genes de resistencia
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