Membranas de Plasma
Micróbios - são criaturas minúsculas e simples que nem mesmo têm cérebro, mas ainda podem ser inimigos formidáveis quando nos infectam! Essas pequenas melecas têm maneiras engenhosas de assumir o controle de nossos corpos e usá-los como criadouros. Quando acontece uma infecção, temos que enfraquecê-los de todas as formas possíveis!
Qual a melhor maneira de enfraquecer uma célula do que destruir sua membrana? Uma membrana é o que separa uma célula do resto do mundo exterior e mantém todas as guloseimas de um microrganismo dentro! Hoje, vamos falar sobre como os antibióticos e até mesmo nossas próprias proteínas naturais podem matar os micróbios, danificando suas membranas plasmáticas.
Mecanismo Geral de Ação
As moléculas sobre as quais falaremos nesta lição são peptídeos, o que significa que são proteínas curtas com aproximadamente 12-50 aminoácidos de comprimento. Ainda há muita pesquisa sendo feita sobre esses peptídeos para descobrir exatamente como eles funcionam, mas por enquanto, sabemos que seu mecanismo geral é interagir com as membranas e rompê-las. Alguns dos peptídeos podem formar poros ou buracos na membrana, outros podem alterar a estrutura da membrana ao cutucá-la em muitos lugares e pode até haver outros mecanismos que os cientistas ainda nem imaginaram. Mas, o resultado final é que esses peptídeos danificam as membranas e as tornam mais permeáveis.
Quando a membrana de um micróbio é muito permeável, ele morre. Uma razão é que ele pode perder metabólitos e íons importantes, e moléculas do ambiente que o micróbio prefere manter fora podem entrar imediatamente. Isso seria como se todas as portas e janelas de sua casa fossem quebradas ou arrancadas. Muitos dos seus pertences podem desaparecer, e pessoas, animais e as condições meteorológicas teriam livre acesso à sua casa.
Nas células, outros processos diários cruciais podem parar devido a danos na membrana. Um desses processos é a respiração celular, que é como a célula produz sua principal fonte de energia, o ATP. Sem ATP, um micróbio não será capaz de fazer nada. Isso seria como adicionar um insulto à injúria: além dos problemas com os quais você está lidando em sua casa sem janelas e portas, a eletricidade para de funcionar. Não tem graça.
Antibióticos peptídicos
Vejamos alguns exemplos de antibióticos peptídicos , que são moléculas peptídicas usadas como antibióticos. Um exemplo importante é a polimixina B, que danifica as membranas plasmáticas de bactérias Gram-negativas. A polimixina B costumava ser um antibiótico importante para o tratamento de infecções por pseudomonas, mas agora é encontrada principalmente em cremes antibióticos que você pode usar em casa para feridas leves.
A daptomicina é um antibiótico peptídeo mais recente. Em vez de ser apenas um antibiótico peptídico, é um antibiótico lipopeptídeo, o que significa que é um peptídeo com uma cadeia lipídica ligada a ele. Isso permite que ele ataque de forma muito eficaz a membrana bacteriana Gram-positiva. Como outros antibióticos peptídicos, a daptomicina altera a estrutura da membrana plasmática, formando orifícios que tornam a membrana mais permeável. É usado para tratar infecções com patógenos multirresistentes, como Staphylococcus aureus resistente à meticilina , abreviado como MRSA.
Peptídeos Antimicrobianos na Imunidade
Além dos peptídeos que são usados como antibióticos, muitos organismos produzem e usam naturalmente peptídeos antimicrobianos (AMPs) como parte de seus sistemas imunológicos normais. Peptídeos antimicrobianos foram encontrados em vários organismos diferentes, como anfíbios, pássaros, insetos, mamíferos e até mesmo plantas. Eles podem ser parte de um sistema evolutivamente antigo de defesa imunológica.
Vejamos alguns exemplos. As magaininas são peptídeos antimicrobianos encontrados nas glândulas da pele dos anfíbios, como as rãs. Nossas próprias células também possuem peptídeos antimicrobianos. Os neutrófilos, um tipo importante de glóbulo branco em nosso sistema imunológico inato, produzem alfa-defensinas, e outro peptídeo antimicrobiano chamado dermcidina está presente em nosso suor. Todos esses peptídeos antimicrobianos podem romper as membranas de bactérias e às vezes até fungos e outros patógenos eucarióticos.
Um fato muito legal sobre os peptídeos antimicrobianos é que, embora já existam há muito tempo durante a evolução, muito pouca resistência se desenvolveu. Talvez seja muito difícil para os micróbios desenvolverem novos tipos de membranas que não sejam afetadas por esses peptídeos. Uma vez que a resistência aos antibióticos é um grande problema na medicina hoje, os cientistas continuam pesquisando peptídeos antimicrobianos na esperança de criar novos antibióticos com estratégias semelhantes.
Toxicidade Seletiva
Mas espere um minuto; estamos perdendo algo realmente importante aqui. Todas as células possuem membranas plasmáticas, que são compostas praticamente da mesma maneira. Lembre-se de que as membranas plasmáticas são bicamadas lipídicas formadas por muitas moléculas de fosfolipídios dispostas de forma que seus grupos de cabeças hidrofílicas e que amam a água fiquem do lado de fora e as caudas hidrofóbicas e com medo de água fiquem todas penduradas juntas no meio da membrana.
Então, como na Terra esses peptídeos destruidores de membrana poderiam ser seletivamente tóxicos, se nossas membranas celulares são tão semelhantes às membranas celulares microbianas? Novamente, os cientistas não sabem ao certo como isso funciona, mas uma ideia importante é que a carga superficial dos micróbios pode ser um fator importante. Nossas membranas celulares tendem a ter uma carga neutra do lado de fora, mas as membranas bacterianas são mais propensas a ter fosfolipídios com carga negativa do lado de fora. Além disso, as bactérias têm outras moléculas carregadas negativamente em suas superfícies, como lipopolissacarídeo (LPS) em bactérias Gram-negativas e ácido teicóico em bactérias Gram-positivas.
O resultado final é que as superfícies bacterianas tendem a ser carregadas negativamente. Quão conveniente, então, que os peptídeos antimicrobianos tendam a ter uma carga positiva. A atração eletrostática traz o peptídeo carregado positivamente para a superfície bacteriana carregada negativamente, onde pode penetrar na membrana bacteriana ou danificá-la. Se os peptídeos antimicrobianos fossem feitos de velcro e as superfícies bacterianas fossem revestidas com outro tipo de velcro, eles poderiam ficar juntos. Nossas células, por outro lado, não têm nenhum velcro, então os peptídeos antimicrobianos não se ligam a elas muito bem.
Dito isso, nada é perfeito em biologia. Alguns peptídeos antimicrobianos ainda podem danificar acidentalmente as membranas de nossas células - por exemplo, se estiverem presentes em concentrações particularmente altas. Como lidar com qualquer substância potencialmente perigosa, nosso corpo tem meios de lidar com os peptídeos com segurança. Em casa, se você tivesse uma assadeira bem quente que acabou de sair do forno, você tomaria alguns cuidados para evitar acidentes. Você usaria luvas de forno para tocá-lo, colocaria no fogão em vez de em algum lugar que pudesse ser danificado pelo calor e não deixaria nenhuma criança chegar perto dele.
Da mesma forma, nossos corpos são cuidadosos com o uso de peptídeos antimicrobianos. As células imunológicas, como os neutrófilos, tendem a manter seus peptídeos antimicrobianos, como as defensinas, dentro da célula, no compartimento onde estão os micróbios invasores. Eles não apenas despejam as defensinas em qualquer lugar onde possam entrar em contato com as membranas da célula hospedeira. Outro local onde os peptídeos antimicrobianos estão localizados é a parte externa da pele. Você deve saber que as células do lado de fora da pele já estão mortas de qualquer maneira, então este é um lugar perfeito para os peptídeos antimicrobianos matarem os micróbios sem prejudicar nossas próprias células.
Resumo da lição
Hoje, aprendemos sobre proteínas curtas chamadas peptídeos que matam micróbios ao danificar suas membranas plasmáticas. Antibióticos peptídicos como a polimixina B e o lipopeptídeo daptomicina são usados como antibióticos, e organismos como anfíbios, mamíferos, insetos, pássaros e plantas também podem produzir peptídeos antimicrobianos naturalmente por conta própria! Ouvimos dizer que as rãs liberam magaininas em sua pele e que nossos próprios corpos produzem alfa defensinas em algumas de nossas células imunológicas e dermcidina em nosso suor.
O que todos esses peptídeos fazem? Aprendemos que eles interagem com as membranas e as rompem. Eles podem formar poros ou orifícios nas membranas ou alterar a estrutura da membrana de outras maneiras. Todos os peptídeos tornam a membrana plasmática mais permeável, o que mata a célula.
Finalmente, aprendemos que os peptídeos antimicrobianos são geralmente carregados positivamente, enquanto as superfícies bacterianas geralmente têm carga negativa. Isso ajuda na toxicidade seletiva, já que os peptídeos são mais atraídos pelas superfícies bacterianas do que pelas membranas neutras de nossas células. Além disso, nossos corpos tomam precauções para evitar danificar nossas próprias células com esses peptídeos. Eles os mantêm sequestrados dentro das células do sistema imunológico ou os colocam em partes do corpo como a pele, onde não há muitas células vivas que possam ser danificadas.
Resultados de Aprendizagem
Depois de terminar esta lição, você poderá:
- Descreva os métodos pelos quais os peptídeos antimicrobianos podem destruir ou romper as membranas celulares
- Destacar exemplos de antibióticos peptídicos e peptídeos antimicrobianos naturais
- Reconhecer a importância dos peptídeos antimicrobianos serem carregados positivamente e as superfícies bacterianas serem carregadas negativamente
- Liste algumas maneiras pelas quais o corpo humano se protege contra danos às nossas próprias células causados por peptídeos antimicrobianos