METABOLISMO DA PLACA DENTAL

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Letícia Kariny Teles Deusdará/Odontologia UFPE
Biofilm� denta�: Metabolism� d� plac�,,,,,,,,,,,,,
● Carboidratos
➢ Fonte de carbono
➢ Principal fonte de
energia da microbiota
da placa
● Alguns microrganismos
podem empregar ácidos
carboxílicos, aminoácidos ou
peptídeos, ao invés de
carboidratos
● Como a concentração de
glicose na saliva é muito baixa,
as glicoproteínas são a
principal fonte de
carboidratos para as bactérias
da placa.
➔ Glicosidases
produzidas pelas
bactérias clivam a parte
sacarídica para que as
glicoproteínas sirvam
de fonte de carbono.
● As bactérias apresentam
enzimas constitutivas,
direcionadas ao metabolismo
da glicose (via glicolítica).
● Microrganismos bacterianos
exibem habilidades
enzimáticas latentes para
utilizar uma grande variedade
de açúcares como a sacarose,
maltose, lactose, frutose e
álcoois-açúcares como
sorbitol e manitol.
➢ Essas enzimas são sintetizadas
apenas quando o açúcar está
presente, sendo denominadas
de enzimas indutíveis ou
adaptativas
● Para que um açúcar possa ser
metabolizado há necessidade
de dois sistemas enzimáticos:
➢ Um para transportá-lo
para o interior da
célula
➢ Outro para convertê-lo
em um intermediário
da via glicolítica.
● S. mutans apresentam
diversos maquinários
enzimáticos capazes de
transportar diferentes
açúcares para o interior da
célula.
➢ Pelo menos 14 sistemas
de transporte
fosfotransferases(PTS)
específicos para
diferentes açúcares.
➢ 5 sistemas de
transporte do tipo ABC
(de ATP-binding
cassette), incluindo-se
o sistema de
metabolismo de
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múltiplos açúcares
(MSM)
● S. mutans possui sistemas
transportadores, cuja
expressão é induzida pela
disponibilidade dos
respectivos açúcares
● Também possui sistemas
transportadores
continuamente expressos,
independentemente da
presença do respectivo
açúcar, que incluem os
sistemas PTS de glicose,
frutose, sacarose e maltose.
Sistem� d� transport�…...
………..f�fotransferas� (PTS).........
● Mecanismo de transporte
ativo
➢ As moléculas ao serem
transportadas são
fosforiladas
➢ Fosfoenolpiruvato
(PEP) usado como fonte
de energia e doador de
fosfato.
● O PTS é encontrado apenas
em bactérias
● Catalisa o transporte e
fosforilação de diversos
monossacarídeos,
dissacarídeos, açúcares
aminados, polióis e outros
derivados de açúcares.
● Atua em:
➢ Baixas concentrações
de açúcar
➢ pH neutro
➢ Crescimento lento.
PEP + açúcar(fora da célula) →
piruvato + açúcar-P(dentro da célula)
● A fosforilação de um dado
açúcar requer quatro
proteínas:
➢ Enzima I e HPr
(proteínas gerais)
➢ Complexo Enzima
II(um par de proteínas
específicas para açúcar)
● Enzima transmembrana
IIc(específica para o tipo de
açúcar a ser transportado)
➢ A Enzima IIc é
fosforilada através de
um processo
intracelular em cascata,
que se inicia pela
transferência do P
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originado da conversão
do fosfoenolpiruvato
(PEP) em piruvato, por
uma enzima I. O P é
então transferido,
através da proteína HPr,
para a Enzima IIa e
desta, para a Enzima
IIb, e finalmente, para a
Enzima IIc.
➢ A enzima IIc transporta
através da membrana e
fosforila o substrato
translocado.
Transport� alternativ� d� açúcar..
● Pesquisas realizadas com o S.
mutans indicam que a glicose
também pode ser
transportada por enzimas,
denominadas permeases, e
fosforilada por um processo
dependente de ATP.
● Esse mecanismo parece
funcionar com:
➢ Altas concentrações de
glicose
➢ Baixos níveis de pH
➢ Altos índices de
crescimento
Transport� ABC (permeas�).....
● Estes sistemas consistem de
uma proteína associada à
superfície externa da
membrana citoplasmática, a
qual se liga especificamente a
um tipo de substrato a ser
transportado.
● Esta proteína de alta afinidade
ao substrato específico
carrega o mesmo para ser
translocado para o interior da
célula, através de uma
proteína transmembrânica
transportadora.
● Para este processo, é
necessária energia gerada
pela hidrólise de ATP.
➢ A hidrólise de ATP é
realizada por uma
enzima deste sistema,
localizada na superfície
citoplasmática da
membrana.
Metabolism� d� carboidrat�….
…………...n�... S mutan�………………
● S. Mutans pode metabolizar
uma grande variedade de
carboidratos
➢ Mais comuns: Glicose,
frutose e sacarose
● No meio extracelular a
sacarose é substrato para as
enzimas glicosiltransferases
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(GTFs) e frutosiltransferases
(FTFs) que catalisam a
produção de glicanas e
frutanas respectivamente.
➢ As glicanas contribuem para a
formação do biofilme.
➢ As frutanas atuam como fonte
de carboidrato e são
degradadas pela frutanase
(FruA), produzindo frutose
que pode ser internalizada
para a produção de energia.
➢ As glucanas são susceptíveis a
ação de dextranases
extracelulares (DexA), que
quebra as ligações the α1,6
produzindo oligossacarídeos.
➢ Após ser transportada para a
célula, os oligossacarídeos são
degradados a
monossacarídeos pela DexB
glicosidase
● Oligossacarídeos são
transportados para dentro das
células pelos transportadores
ATP-binding cassette (ABC)
● Os monossacarídeos(ex
glicose e frutose) e
dissacarídeos (ex sacarose) são
captados preferencialmente
pelo sistema PTS;
Via� metabólica� d� conversã�...
…...d� pir�at� n� estreptococ�…..
● O destino do piruvato
depende:
➢ Da quantidade e tipo de
açúcar disponível no
meio oral
➢ Da presença de O2 e
CO2
★ Concentrações elevadas de
açúcar
➢ O principal produto
formado é o ácido lático
★ Baixas concentrações de
açúcar e em anaerobiose
➢ Resulta na geração de
ácido fórmico, ácido
acético e etanol como
produtos finais.
● A contribuição das diferentes
espécies de bactérias para a
acidez do ambiente dentário
varia:
➢ Os microrganismos que
fermentam açúcares em
ácido butírico ou
propiônico contribuem
muito menos para a
acidez da placa dental
do que os que
produzem ácido
fórmico, acético ou
lático como produtos
finais.
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● Os Eubacterium
alanctolyticum possuem a
capacidade de absorver ácido
acético do ambiente e
condensá-lo em ácido butírico
e capróico.
➢ Diminuição de acidez
do ambiente, assim
como do consumo de
ácidos lático e fórmico.
Metabolism� X nívei� d� açúcar...
● Excesso de substratos:
➢ A concentração de
açúcares na placa pode
abruptamente subir
cerca de 10.000 vezes e
muitas bactérias
morrem por um
processo denominado
“morte acelerada pelo
substrato”.
● Mecanismos de proteção
bacteriana quando há
aumento repentino de
substrato:
➢ Regulando o índice de
glicólise
➢ Convertendo o piruvato
em diferentes produtos
finais
➢ Sintetizando
polissacarídeos intra e
extracelulares
➢ Inibindo o sistema de
transporte de açúcares
Resp�t� a� estress� ácid�…….
● Nos microrganismos,
mecanismos fisiológicos e
genéticos de resistência
evoluíram para sobrevivência
em ambientes ácidos:
➢ Homeostase de pH
➢ Alteração de
membranas celulares
➢ Regulação do
metabolismo
➢ Reparação de danos em
macromoléculas
➢ Controle do transporte
de prótons
transmembrana
➢ Consumo de prótons
citoplasmáticos para
sustentar a homeostase
do pH em ambientes
ácidos.
● Diferentes espécies utilizam
elementos específicos como
resposta ao estresse ácido.
● Os sistemas enzimáticos que
geram produtos alcalinos
desempenham papéis-chave
nesses mecanismos
➢ Modificações na
membrana(fluidez e
composição lipídica-
AG, grau de
insaturação)
➢ Resposta ao estresse
em microrganismos
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● O excesso de carboidratos na
dieta é estocado por algumas
espécies na forma de
polímeros intracelulares, que
podem ser metabolizados na
ausência de substratos
fermentáveis
Matr� polissacarídic�………..
● Influencia a virulência da
placa por:
➢ Aumentar a aderência
de microrganismos
➢ Fonte de energia e
nutrientes
➢ Proteger
microrganismos
aumentando a
tolerância a
antimicrobianos
➢ Afetar a difusão de
substâncias no biofilme
➢ Concentrar íons de
metais e outros
nutrientes no biofilme
Síntes� d� polissacaríde�...
………..�tracelulare�(PEC�)...........
● Microrganismos como S.
mutans, S. salivarius e S.
sanguis sintetizam PECs a
partir da sacarose, através das
glicosiltransferases (GTFs).
★ Glucanos
-As glicosiltransferases (GTFs)
hidrolisam a sacarose em glicose e
frutose e polimerizam as moléculas
de glicose liberadas, formando
polissacarídeos extracelulares (PEC)
denominados glucanos.
● A sacarose pode ser
convertida em
glicanos(polímeros de glicose)
por ação da
glicosiltransferase(Gtf)
➢ Glicanos podem
consolidar a adesão da
placa
-A hidrólise da sacarose pelas GTFs
gera energia para a síntese de
polímeros de glicose, os glucanos
(G)n, liberando “n” moléculas de
frutose.
-A solubilidade depende do grau de
ramificação e da proporção de cada
tipo de ligação α(1-3) e α(1-6).
★ Frutanos
-Os frutanos também são
polissacarídeos extracelulares
formados pela ligação de moléculas
de frutose liberadas com a hidrólise
da sacarose.
● A sacarose pode ser
convertida em frutanos
(polímeros de frutose) pela
frutosiltransferase(Ftf)
➢ Frutanos atuam como
estoque extracelular de
nutrientes
-A síntese de frutanos também
ocorre extracelularmente, catalisada
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pela enzima frutosiltransferase
(FTF).
-Os frutanos são solúveis em água;
assim, seu papel na formação da
matriz extracelular de PECs é
limitada.
-Acredita-se que o principal papel
dos frutanos na virulência de S.
mutans, seja o fato de atuarem como
reservatórios extracelulares de
substratos, durante os períodos de
escassez de nutrientes.
Síntes� d� polissacaríde�….
………….intracelulare� (PIC)...........
● S. mutans também é capaz de
sintetizar polissacarídeos
intracelulares semelhantes ao
glicogênio, os quais funcionam
como uma reserva interna de
carboidratos.
➢ Espécie ainda mais
acidogênica
➢ Fermentação de
açúcares e consequente
produção de ácidos
durante os períodos em
que não há
disponibilidade de
substratos da dieta