I FLAGELLI NEI BATTERI
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- Olimpia Grande
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1 Prof. Giorgio Sartor Motori molecolari VI Flagello batterico Copyright by Giorgio Sartor. All rights reserved. P06 - Versione 2.0 oct 2013 I FLAGELLI NEI BATTERI Un diverso movimento Un diverso carburante Schienenzeppelin( )
2 Per muoversi in un liquido Alcuni batteri possiedo un sistema estremamente sofisticato per muoversi in acqua: I flagelli Non c è nulla di simile in cellule eucariote. Il flagello agisce come un elica che ruota. P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico - 4 -
3 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico I flagelli Usati per il movimento di batteri in ambiente acquatico Permettono il movimento in risposta ad uno stimolo ambientale: Chimico (chemotassi) Luminoso (fototassi) Calore (termotassi) Campo magnetico (magnetotassi) ( tassi) P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico - 6 -
4 Modello concettuale P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Modello concettuale e realtà P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico - 8 -
5 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
6 Flagello batterico È il motore più piccolo e più complesso Ha un diametro di 30 nm; Ruota a 270 RPS (16200 RPM); Efficienza energetica vicina al 100%; Fa ruotare il filamento attraverso una serie di anelli; Può ruotare in senso orario o antiorario Una proteina(e) alla base del motore gestisce il senso di rotazione Prototipo per la nanotecnologia: P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Come funziona? La rotazione antioraria del flagello genera un movimento rettilineo senza cambio di di direzione; Una rotazione lenta in senso orario genera un rotolamento del batterio e cambia la direzione del movimento. P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
7 Sentendo l ambiente P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Il movimento simulato P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
8 Movimento rettilineo Rotolamento P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Varietà di flagelli A. Un singolo flagello ad una estremità della cellula batterica (monotrichous); B. Vari flagelli ad una o all altra estremità della cellula batterica (lophotrichous); C. Un singolo flagello ad ogni estremità della cellula (amphitrichous); D. Vari flagelli sono distribuiti sull intera superficie della cellula batterica (peritrichous). P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
9 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
10 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
11 Struttura del flagello per flagello P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Dominio D3 β-sheet Flagellina Dominio D1 Tre α-eliche e una struttura β-hairpin Dominio D2 β-sheet 1io1 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
12 Flagellina 3a5x P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Flagellina 1ucu P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
13 Filamento di flagellina P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Filamento di flagellina P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
14 Assemblaggio della flagellina P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Movimento molecolare io1 1ucu P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
15 Assemblaggio della flagellina P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Assemblaggio della flagellina P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
16 Movimento del propulsore P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
17 Struttura dell uncino L uncino del flagello è una corta struttura tubulare che connette il motore rotativo con il flagello; La flessibilità dell uncino gli permette di funzionare come un giunto. 1wlg 3a69 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Struttura dell uncino L uncino del flagello è una corta struttura tubulare che connette il motore rotativo con il flagello; La flessibilità dell uncino gli permette di funzionare come un giunto. P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
18 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Uncino P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
19 Il carburante Rotore P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
20 Il carburante P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
21 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
22 Dominio C-terminale MotB (Helicobacter pylori) 3imp P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Scheda tecnica del motore Forza propulsiva Numero di protoni per giro Energia per protone Massima velocità di rotazione Momento torcente in stallo Potenza massima Efficienza Numero di passi per giro Gradiente elettrochimico (H + o Na + ) ~ 1000 ~ 2.5 x J 300 Hz (H + ) 1700 Hz (Na + ) ~ 4 x Nm (4 nn nm) ~ W % (stallo) ~ 5% (cellula che nuota) ~ 50 per rotazione (35 ) P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
23 Direzione P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
24 Chemotassi P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
25 Movimento rettilineo Rotolamento P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Chemotassi
26 Frequenza di rotazione P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Percorso P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
27 P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Stimolo - Risposta Stimolo ambientale Recettore del segnale Sensore (Kinasi) Fosforilazione Regolatore della risposta (RR) Risposta P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
28 Meccanismo della chemotassi Membrana CheB - CH 3 P i P i CheA P i CheY P i Motore flagellare MCP CheW CheY + CH 3 CheR CheA CheZ Parete cellulare MCP: methyl-accepting chemotaxis proteins P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Via del segnale chemotassico in E. coli e Salmonella Proteine MCP: Recettore CheA: Histidine protein-kinase (HPK) CheY: Regolatore di risposta (CheY P ) CheZ: Fosfatasi CheW: facilita l interazione MCP e HPK CheB: metilesterasi per MCP CheR: metiltransferasi per MCP P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
29 Via del segnale chemotassico in E. coli e Salmonella P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico MCP (Methyl accepting Chemotaxis Proteins) P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
30 OM Repellenti CM MCP Chemotassi a due componenti Attivazione della kinasi ATP ADP CheW CheA CheY P P Eccitazione Rotazione CM M OM CW OM CM Attrattori MCP Inibizione della kinasi CheW CheA CheY CM M OM CCW Movimento rettilineo P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Macnab R. M. Annu. Rev. Microbiol Parkinson et al., Curr. Opin. Microbiol P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
31 Differenti recettori Raccolti ai poli della cellula P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico CheY::YFP P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
32 Underbakke & Kiessling, EMBO J P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Adattamento via metilazione del recettore OM CM CheR CM OM +CH3 -CH3 ATP ADP CheW CheA P CheY P CheZ M P CheB P P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
33 Attivazione sequenziale e adattamento (via metilazione) di un chemocettore Il ligando attrattore si lega e diminuisce l attività del recettore ed espone i di metilazione per l azione della metiltransferasi La lenta metilazione dei siti esposti ripristina l attività del recettore P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico Per finire
34 ENZIMI EC x Acting on acid anhydrides to facilitate cellular and subcellular movement EC myosin ATPase EC dynein ATPase EC microtubule-severing ATPase EC plus-end-directed kinesin ATPase EC minus-end-directed kinesin ATPase EC vesicle-fusing ATPase EC peroxisome-assembly ATPase EC proteasome ATPase EC chaperonin ATPase EC non-chaperonin molecular chaperone ATPase EC nucleoplasmin ATPase EC DNA helicase EC RNA helicase P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
35 Motori molecolari ~ 10 mm ~ mm ~ 100 nm ~ 10 nm P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
36 Crediti e autorizzazioni all utilizzo Questo materiale è stato assemblato da informazioni raccolte dai seguenti testi di Biochimica: CHAMPE Pamela, HARVEY Richard, FERRIER Denise R. LE BASI DELLA BIOCHIMICA [ISBN ] Zanichelli NELSON David L., COX Michael M. I PRINCIPI DI BIOCHIMICA DI LEHNINGER - Zanichelli GARRETT Reginald H., GRISHAM Charles M. BIOCHIMICA con aspetti molecolari della Biologia cellulare - Zanichelli VOET Donald, VOET Judith G, PRATT Charlotte W FONDAMENTI DI BIOCHIMICA [ISBN ] - Zanichelli E dalla consultazione di svariate risorse in rete, tra le quali: Kegg: Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes Brenda: Protein Data Bank: Rensselaer Polytechnic Institute: Questo ed altro materiale può essere reperito a partire da: oppure da gsartor.org/ Il materiale di questa presentazione è di libero uso per didattica e ricerca e può essere usato senza limitazione, purché venga riconosciuto l autore usando questa frase: Materiale ottenuto dal Prof. Giorgio Sartor Università di Bologna a Ravenna Giorgio Sartor - [email protected] P06 v. 2.0 gsartor 2013 Motori molecolari - Flagello batterico
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