La translocación del grupo PEP , también conocida como sistema de fosfotransferasa o PTS , es un método distinto utilizado por las bacterias para la absorción de azúcar donde la fuente de energía es el fosfoenolpiruvato ( PEP ). Se sabe que es un sistema multicomponente que siempre involucra enzimas de la membrana plasmática y las del citoplasma .
El sistema PTS utiliza transporte activo. Después de la translocación a través de la membrana, los metabolitos transportados se modifican. El sistema fue descubierto por Saul Roseman en 1964. [1] El sistema bacteriano fosfoenolpiruvato: azúcar fosfotransferasa (PTS) transporta y fosforila sus sustratos de azúcar en un solo paso de energía acoplada. Este proceso de transporte depende de varias proteínas citoplasmáticas de transferencia de fosforilo: Enzima I (I), HPr, Enzima IIA (IIA) y Enzima IIB (IIB)), así como de la permeasa integral de azúcar de membrana (IIC). se derivan de 4 superfamilias del complejo PTS Enzima II en evolución independiente, que incluyen (1) glucosa (Glc) , (2) manosa (hombre) , [2] (3)Superfamilias de Ascorbato-Galactitol (Asc-Gat) [3] [4] y (4) Dihidroxiacetona (Dha).
Especificidad
El sistema de la fosfotransferasa está involucrado en el transporte de muchos azúcares a las bacterias, como glucosa , manosa , fructosa y celobiosa . Los azúcares PTS pueden diferir entre grupos bacterianos, reflejando las fuentes de carbono más adecuadas disponibles en el medio ambiente que cada grupo evolucionó. En Escherichia coli , hay 21 transportadores diferentes (es decir, proteínas IIC, a veces fusionadas con proteínas IIA y / o IIB, ver figura) que determinan la especificidad de importación. De estos, 7 pertenecen a la familia de la fructosa (Fru), 7 pertenecen a la familia de la glucosa (Glc) y 7 pertenecen a las otras familias de permeasas de PTS. [5]
Mecanismo
El grupo fosforilo en PEP finalmente se transfiere al azúcar importado a través de varias proteínas. El grupo fosforilo se transfiere a la enzima EI ( EI ), la proteína histidina ( HPr , proteína termoestable ) y la enzima E II ( EII ) a un residuo de histidina conservado , mientras que en la enzima E II B ( EIIB ) el grupo fosforilo es generalmente se transfiere a un residuo de cisteína y rara vez a una histidina. [6]
En el proceso de transporte de glucosa PTS específico de bacterias entéricas , PEP transfiere su fosforilo a un residuo de histidina en EI . EI, a su vez, transfiere el fosfato a HPr . Desde HPr, el fosforilo se transfiere a EIIA . El EIIA es específico para la glucosa y además transfiere el grupo fosforilo a un EIIB yuxtamembrana . Finalmente, EIIB fosforila la glucosa a medida que atraviesa la membrana plasmática a través de la Enzima II C transmembrana ( EIIC ), formando glucosa-6-fosfato . [6] El beneficio de transformar la glucosa en glucosa-6-fosfato es que no se escapa de la célula, lo que proporciona un gradiente de concentración de glucosa unidireccional. El HPr es común a los sistemas de fosfotransferasas de los otros sustratos mencionados anteriormente, al igual que el EI aguas arriba . [7]
Las proteínas aguas abajo de HPr tienden a variar entre los diferentes azúcares. La transferencia de un grupo fosfato al sustrato una vez importado a través del transportador de membrana evita que el transportador vuelva a reconocer el sustrato, manteniendo así un gradiente de concentración que favorece una mayor importación del sustrato a través del transportador.
Especificidad . En muchas bacterias, hay cuatro conjuntos diferentes de proteínas IIA, IIB e IIC, cada una específica para un azúcar en particular (glucosa, manitol, manosa y lactosa / quitobiosa). Para hacer las cosas más complicadas, IIA se puede fusionar con IIB para formar una sola proteína con 2 dominios, o IIB se puede fusionar con IIC (el transportador), también con 2 dominios. [8]
Regulación . Con el sistema de glucosa fosfotransferasa, el estado de fosforilación de EIIA puede tener funciones reguladoras. Por ejemplo, a concentraciones bajas de glucosa se acumula EIIA fosforilado y esto activa la adenilato ciclasa unida a la membrana . Los niveles de AMP cíclico intracelular aumentan y esto luego activa la CAP ( proteína activadora de catabolitos ), que está involucrada en el sistema de represión de catabolitos , también conocido como efecto de glucosa. Cuando la concentración de glucosa es alta, la EIIA se desfosforila principalmente y esto le permite inhibir la adenilato ciclasa , la glicerol quinasa , la lactosa permeasa y la maltosa permeasa . Por lo tanto, además de que el sistema de translocación del grupo PEP es una forma eficaz de importar sustratos a la bacteria, también vincula este transporte con la regulación de otras proteínas relevantes.
Análisis estructural
G. Marius Clore resolvió estructuras tridimensionales de ejemplos de todos los complejos citoplasmáticos solubles de la PTS utilizando espectroscopía de RMN multidimensional , lo que condujo a conocimientos significativos sobre cómo las proteínas de transducción de señales reconocen múltiples parejas estructuralmente diferentes al generar superficies de unión similares a partir de elementos estructurales completamente diferentes, haciendo uso de grandes superficies de unión con redundancia intrínseca y aprovechando la plasticidad conformacional de la cadena lateral. [8]
Referencias
- ^ Bramley HF, Kornberg HL (julio de 1987). "Homologías de secuencia entre proteínas de sistemas de fosfotransferasa de azúcar dependiente de fosfoenolpiruvato bacteriano: identificación de posibles residuos de histidina portadores de fosfato" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 84 (14): 4777–80. Código bibliográfico : 1987PNAS ... 84.4777B . doi : 10.1073 / pnas.84.14.4777 . PMC 305188 . PMID 3299373 .
- ^ Liu, Xueli; Zeng, Jianwei; Huang, Kai; Wang, Jiawei (17 de junio de 2019). "Estructura del transportador de manosa del sistema de fosfotransferasa bacteriana" . Investigación celular . 29 : 680–682. doi : 10.1038 / s41422-019-0194-z . ISSN 1748-7838 . PMC 6796895 . PMID 31209249 .
- ^ Luo P, Yu X, Wang W, Fan S, Li X, Wang J (marzo de 2015). "Estructura cristalina de un transportador de vitamina C acoplado a fosforilación". Naturaleza Biología Molecular y Estructural . 22 (3): 238–41. doi : 10.1038 / nsmb.2975 . PMID 25686089 .
- ^ Luo P, Dai S, Zeng J, Duan J, Shi H, Wang J (2018). "La conformación orientada hacia adentro del transportador de l-ascorbato sugiere un mecanismo elevador" . Descubrimiento celular . 4 : 35. doi : 10.1038 / s41421-018-0037-y . PMC 6048161 . PMID 30038796 .
- ^ Tchieu JH, Norris V, Edwards JS, Saier MH (julio de 2001). "El sistema completo de fosfotransferasa en Escherichia coli". Revista de Microbiología y Biotecnología Molecular . 3 (3): 329–46. PMID 11361063 .
- ^ a b Lengeler JW, Drews G, Schlegel HG (1999). Biología de los procariotas . Stuttgart, Alemania: Blackwell Science. págs. 83–84. ISBN 978-0-632-05357-5.
- ^ Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP (2009). Biología de los microorganismos de Brock (12ª ed.). San Francisco, CA: Pearson / Benjamin Cummings.
- ^ a b Clore GM, Venditti V (octubre de 2013). "Estructura, dinámica y biofísica de los complejos citoplasmáticos proteína-proteína del sistema de fosfoenolpiruvato bacteriano: azúcar fosfotransferasa" . Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 38 (10): 515-30. doi : 10.1016 / j.tibs.2013.08.003 . PMC 3831880 . PMID 24055245 .
enlaces externos
- Sistema de fosfoenolpiruvato + azúcar + fosfotransferasa + en los encabezados de temas médicos de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU. (MeSH)