Porin (proteína)

Una porina específica de sacarosa de Salmonella typhimurium , una bacteria gramnegativa . AP : 1A0S

Porina gramnegativa
Identificadores
Símbolo	Porin_1
Pfam	PF00267
Clan pfam	CL0193
InterPro	IPR001702
PROSITE	PDOC00498
SCOP2	1mpf / SCOPe / SUPFAM
TCDB	1.B.1
Superfamilia OPM	31
Proteína OPM	1pho
CDD	cd01345
Estructuras proteicas disponibles: Pfam   estructuras / ECOD   PDB RCSB PDB ; PDBe ; PDBj PDBsum resumen de estructura

Las porinas son proteínas de barril beta que atraviesan una membrana celular y actúan como un poro, a través del cual las moléculas pueden difundirse . ^[1] A diferencia de otras proteínas de transporte de membrana , las porinas son lo suficientemente grandes como para permitir la difusión pasiva, es decir, actúan como canales específicos para diferentes tipos de moléculas. Están presentes en la membrana externa de las bacterias gramnegativas y algunas micobacterias grampositivas ( actinomicetos que contienen ácido micólico ), la membrana externa de las mitocondrias y la membrana exterior de cloroplasto .

Estructura

Las porinas se componen de láminas beta ( láminas β) formadas por hebras beta ( hebras β) que están unidas entre sí por giros beta en el lado citoplásmico y bucles largos de aminoácidos en el otro. Las hebras β se encuentran de forma antiparalela y forman un tubo cilíndrico, llamado barril beta (barril β). ^[2] La composición de aminoácidos de las hebras β de la porina es única en el sentido de que los residuos polares y no polares se alternan a lo largo de ellas. Esto significa que los residuos apolares miran hacia afuera para interactuar con los lípidos apolares de la membrana externa., mientras que los residuos polares miran hacia adentro en el centro del barril beta para crear el canal acuoso . Los aminoácidos específicos en el canal determinan la especificidad de la porina para diferentes moléculas.

Los barriles β que forman una porina se componen de tan solo ocho hebras β hasta veintidós hebras β. Los hilos individuales se unen mediante bucles y giros. ^[3] La mayoría de las porinas son monómeros ; sin embargo, se han descubierto algunas porinas diméricas , así como una porina octamérica . ^[4] Dependiendo del tamaño de la porina, el interior de la proteína puede estar lleno de agua, tener hasta dos hebras β dobladas hacia el interior o contener un segmento de "tapón" compuesto por hebras β.

Todas las porinas forman homotrímeros en la membrana externa, lo que significa que tres subunidades de porinas idénticas se asocian para formar una superestructura de porina con tres canales. ^[5] Los enlaces de hidrógeno y las interacciones dipolo-dipolo entre cada monómero en el homotrímero aseguran que no se disocien y permanezcan juntos en la membrana externa.

Se han utilizado varios parámetros para describir la estructura de una proteína porina. Incluyen el ángulo de inclinación (α), el número de corte (S), el número de hebra (n) y el radio del cilindro (R). ^[6] El ángulo de inclinación se refiere al ángulo relativo a la membrana. El número de cizallamiento (S) es el número de residuos de aminoácidos que se encuentran en cada cadena β. El número de hebra (n) es la cantidad de hebras β en la porina, y el radio del cilindro (R) se refiere al radio de la abertura de la porina. Estos parámetros están relacionados mediante las siguientes fórmulas:

${\displaystyle 2\pi R={\frac {nb}{2\cos(\alpha )}}}$

y,

${\displaystyle \tan(\alpha )={\frac {Sa}{nb}}}$

Usando estas fórmulas, la estructura de una porina se puede determinar conociendo solo algunos de los parámetros disponibles. Si bien la estructura de muchas porinas se ha determinado usando cristalografía de rayos X , también puede usarse en su lugar el método alternativo de secuenciar la estructura primaria de la proteína .

Roles celulares

Las porinas son poros y canales llenos de agua que se encuentran en las membranas de bacterias y eucariotas. También se han descubierto canales similares a los porinos en las arqueas. ^[7] Tenga en cuenta que el término " nucleoporina " se refiere a proteínas no relacionadas que facilitan el transporte a través de los poros nucleares en la envoltura nuclear .

Las porinas participan principalmente en el transporte pasivo de moléculas hidrófilas de diversos tamaños y cargas a través de la membrana. ^[8] Para sobrevivir, ciertos nutrientes y sustratos necesarios deben transportarse a las células. Asimismo, las toxinas y los desechos deben ser transportados para evitar la acumulación de tóxicos. ^[9] Además, las porinas pueden regular la permeabilidad y prevenir la lisis al limitar la entrada de detergentes en la celda. ^[8]

Existen dos tipos de porinas para transportar diferentes materiales: general y selectiva. Las porinas generales no tienen especificidades de sustrato, aunque algunas muestran ligeras preferencias por aniones o cationes. ^[8] Las porinas selectivas son más pequeñas que las porinas generales y tienen especificidades por especies químicas. Estas especificidades están determinadas por los tamaños umbral de las porinas y los residuos de aminoácidos que las recubren. ^[5]

En las bacterias gramnegativas , la membrana interna es la principal barrera de permeabilidad. ^[10] La membrana exterior es más permeable a las sustancias hidrófilas, debido a la presencia de porinas. ^[5] Las porinas tienen tamaños de umbral de moléculas transportables que dependen del tipo de bacteria y porina. Generalmente, solo las sustancias de menos de 600 Daltons de tamaño pueden difundirse. ^[8]

Diversidad

Las porinas se descubrieron por primera vez en bacterias gramnegativas, pero se han encontrado bacterias grampositivas con ambos tipos de porinas. ^[9] Exhiben funciones de transporte similares pero tienen una variedad más limitada de porinas, en comparación con la distribución que se encuentra en las bacterias gramnegativas. ^{[9] Las} bacterias grampositivas carecen de membranas externas, por lo que estos canales de porina están unidos a lípidos específicos dentro de las paredes celulares. ^[7]

Las porinas también se encuentran en eucariotas, específicamente en las membranas externas de mitocondrias y cloroplastos . ^{[9] [10]} Los orgánulos contienen porinas generales que son estructural y funcionalmente similares a las bacterianas. Estas similitudes han apoyado la teoría endosimbiótica , a través de la cual surgieron orgánulos eucariotas a partir de bacterias gramnegativas. ^[10] Sin embargo, las porinas eucariotas exhiben la misma diversidad limitada que las porinas grampositivas, y también muestran un papel más dependiente del voltaje durante el metabolismo. ^{[9] [10]}

Las arqueas también contienen canales iónicos que se han originado a partir de porinas generales. ^[7] Los canales se encuentran en la envoltura celular y ayudan a facilitar la transferencia de solutos. Tienen características similares a las porinas bacterianas y mitocondriales, lo que indica superposiciones fisiológicas en los tres dominios de la vida. ^[7]

Resistencia a los antibióticos

Muchas porinas son objetivos de las células inmunitarias del huésped, lo que da como resultado vías de señalización que conducen a la degradación bacteriana. Los tratamientos terapéuticos, como las vacunas y los antibióticos, se utilizan para complementar esta respuesta inmunitaria. ^[5] Se han diseñado antibióticos específicos para viajar a través de las porinas con el fin de inhibir los procesos celulares. ^[8]

Sin embargo, debido a la presión selectiva, las bacterias pueden desarrollar resistencia a través de mutaciones en el gen de la porina. ^[5] Las mutaciones pueden provocar una pérdida de porinas, lo que hace que los antibióticos tengan una permeabilidad más baja o que se excluyan por completo del transporte. Estos cambios han contribuido a la aparición mundial de resistencia a los antibióticos y a un aumento de las tasas de mortalidad por infecciones. ^[5]

Descubrimiento

El descubrimiento de las porinas se ha atribuido a Hiroshi Nikaido, apodado "el porinólogo". ^[11]

Clasificación

Según TCDB , hay cinco superfamilias de porinas evolutivamente independientes . La superfamilia I de porinas incluye 47 familias de porinas con un rango de números de cadenas β transmembrana (β-TMS). Estos incluyen las familias de porinas GBP, SP y RPP. Mientras que PSF I incluye 47 familias, PSF II-V cada una contiene solo 2 familias. Mientras que PSF I deriva miembros de bacterias gramnegativas principalmente una familia de porinas mitocondriales eucariotas, las porinas PSF II y V se derivan de Actinobacteria . PSF III y V se derivan de orgánulos eucariotas. ^{[12] [13]}

Superfamilia de Porin I

1.B.1 - Familia de
porinas bacterianas generales 1.B.2 - Familia de porinas de clamidia (CP)
1.B.3 - Familia de porinas de azúcar (SP)
1.B.4 - Porinas de Brucella-Rhizobium (BRP) ) Familia
1.B.5 - Familia Pseudomonas OprP Porin (POP)
1.B.6 - Familia OmpA-OmpF porin (OOP)
1.B.7 Familia de porina Rhodobacter PorCa (RPP)
1.B.8 Mitocondrial y plastidio Familia de
porinas (MPP) 1.B.9 Familia de proteínas de membrana externa FadL (FadL) 1.B.10 Familia de
porinas de membrana externa formadoras de canales específicos de nucleósidos (Tsx)
1.B.11 Familia de porinas ujieres fimbriales de membrana externa (FUP)
1.B.12 Familia del autotransportador-1 (AT-1)
1.B.13 Familia de la porina de exportación de alginato (AEP)
1.B.14 Familia del receptor de membrana externa (OMR)
1.B.15 Familia de la porina rafinosa (RafY)
1 .B.16 Familia de amidas de cadena corta y urea porinas (SAP)
1.B.17 Familia de factores de membrana externa (OMF)
1.B.18 Familia de proteínas auxiliares de membrana externa (OMA)
1.B.19 Porina OprB selectiva de glucosa ( Familia OprB) 1.B.20 Familia de
secreción de dos parejas (TPS)
1.B.21 Familia de porina OmpG (OmpG)
1.B.22 Familia de secretina (secretina) de membrana bacteriana externa
1.B.23 Porina cianobacteriana (CBP) familia
1.B.24 Porina micobacteriana
1.B.25 Familia de porina de membrana externa (Opr) 1.B.26 Familia de
porina de ciclodextrina (CDP)
1.B.31 Familia de porina de membrana externa principal de Campylobacter jejuni (MomP)
1.B.32 Porina de membrana externa fusobacteriana (FomP) familia
1.B.33 Porina de inserción de proteínas de la membrana externa (complejo Bam) (OmpIP) familia
1.B.34 ​​Porinas corinebacterianas
1.B.35 Porina específica de oligogalacturonato (KdgM) familia
1.B.39 Porina bacteriana, OmpW (OmpW ) Familia
1.B.42 - La Porina de Exportación de Lipopolisacáridos de Membrana Externa (LPS-EP) Familia
1.B.43 - La Porina Coxiella P1 (CPP1) Familia
1.B.44 - La Probable Traslocación de Proteínas Porphyromonas gingivalisPorina (puerto) Familia
1.B.49 - El Anaplasma P44 (P44-A) porina familia
1.B.54 - Intimina / invasina (Int / Inv) o Autotransporter-3 familia
1.B.55 - El Poli Acetil Glucosamina Familia de la
porina (PgaA) 1.B.57 - Familia de la proteína de la membrana principal de Legionella (LM-OMP)
1.B.60 - Familia de la porina Omp50 (Porina Omp50)
1.B.61 - La porina delta-proteobacteriana ( Familia delta-porina)
1.B.62 - La supuesta familia de la porina bacteriana (PBP)
1.B.66 - La supuesta familia de la porina beta-barril-2 (BBP2)
1.B.67 - La supuesta porina-4 beta del barril (BBP4) Familia
1.B.68 - La supuesta superfamilia Beta Barrel Porin-5 (BBP5)
1.B.70 - Familia de canales de membrana externa (OMC)
1.B.71 - Familia de porinas proteobacterianas / verrucomicrobianas (PVP)
1.B.72 - Familia de porinas de membrana externa de protoclamidias (PomS / T)
1.B. 73 - Familia de biogénesis / ensamblaje de cápsulas (CBA)
1.B.78 - Familia de porinas asociadas al transporte de electrones (ETPorin) DUF3374

Porin Superfamily II (Superfamilia MspA)

1.B.24 - Porina micobacteriana
1.B.58 - Familia de canales de la pared celular heterooligomérica nocardial (NfpA / B)

Superfamilia Porin III

1.B.28 - La Porina de Envolvente Exterior Plastid de la Familia de 24 kDa (OEP24)
1.B.47 - La Familia de Porina de Envolvente Exterior Plastid de 37 kDa (OEP37)

Porin Superfamily IV (Tim17 / OEP16 / PxMPL (TOP) Superfamily)

Esta superfamilia incluye proteínas que comprenden poros en translocaciones de proteínas multicomponente como sigue: 3.A.8 - [Tim17 (P39515) Tim22 (Q12328) Tim23 (P32897)]; 1.B.69 - [PXMP4 (Q9Y6I8) PMP24 (A2R8R0)]; 3.D.9 - [Componente NDH 21,3 kDa (P25710)]

1.B.30 - La porina de la envoltura externa del plastidio de la familia de 16 kDa (OEP16)
1.B.69 - La familia de la porina 4 de la membrana peroxisomal (PxMP4)
3.A.8 - La familia de la proteína translocasa de la proteína mitocondrial (MPT)

Porin Superfamily V (Corinebacterial PorA / PorH Superfamily)

1.B.34 ​​- Familia de la porina A (PorA) corinebacteriana 1.B.59 - Familia de la porina de membrana externa, PorH (PorH)

Ver también

• Canal aniónico dependiente del voltaje
• Acuaporina

Referencias

1. Porins en los encabezados de temas médicos de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.(MeSH)
2. Schirmer T (1998). "Porinas generales y específicas de las membranas externas bacterianas". Revista de Biología Estructural . 121 (2): 101–9. doi : 10.1006 / jsbi.1997.3946 . PMID  9615433 .
3. Tamm LK, Hong H, Liang B (noviembre de 2004). "Plegado y ensamblaje de proteínas de membrana beta-barril". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1666 (1–2): 250–63. doi : 10.1016 / j.bbamem.2004.06.011 . PMID 15519319 . 
4. Faller M, Niederweis M, Schulz GE (febrero de 2004). "La estructura de un canal de membrana externa de micobacterias". Ciencia . 303 (5661): 1189–92. Código Bibliográfico : 2004Sci ... 303.1189F . doi : 10.1126 / science.1094114 . PMID 14976314 . 
5. Galdiero S, Falanga A, Cantisani M, Tarallo R, Della Pepa ME, D'Oriano V, Galdiero M (diciembre de 2012). "Interacciones microbio-huésped: estructura y papel de las porinas bacterianas Gram-negativas" . Ciencia actual de proteínas y péptidos . 13 (8): 843–54. doi : 10.2174 / 138920312804871120 . PMC 3706956 . PMID 23305369 .  
6. Schulz GE (2004). "Capítulo 2: Las estructuras de General Porins". En Benz R (ed.). Porinas bacterianas y eucariotas: estructura, función, mecanismo . Weinheim: Wiley-VCH. págs. 26-29. ISBN 978-3-527-30775-3.
7. Besnard M, Martinac B, Ghazi A (enero de 1997). "Canales iónicos similares a porina dependientes de voltaje en el archaeon Haloferax volcanii" . La Revista de Química Biológica . 272 (2): 992–5. doi : 10.1074 / jbc.272.2.992 . PMID 8995393 . 
8. Novikova OD, Solovyeva TF (2009). "Porinas inespecíficas de la membrana externa de bacterias gramnegativas: estructura y funciones". Biologicheskie Membrany . 3 (1): 3–15. doi : 10.1134 / S1990747809010024 .
9. Yen MR, Peabody CR, Partovi SM, Zhai Y, Tseng YH, Saier MH (mayo de 2002). "Porinas de membrana externa de translocación de proteínas de bacterias Gram-negativas". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1562 (1–2): 6–31. doi : 10.1016 / s0005-2736 (02) 00359-0 . PMID 11988218 . 
10. Benz R (1989). "Porinas de membranas externas mitocondriales y bacterianas: aspectos estructurales y funcionales". En Azzi A, Nałęz KA, Nałęcz MJ, Wojtczak L (eds.). Portadores de aniones de membranas mitocondriales . Berlín, Heidelberg: Springer. págs. 199–214. doi : 10.1007 / 978-3-642-74539-3_16 . ISBN 978-3-642-74541-6.
11. Klebba PE (diciembre de 2005). "El porinólogo" . Revista de bacteriología . 187 (24): 8232–6. doi : 10.1128 / JB.187.24.8232-8236.2005 . PMC 1317029 . PMID 16321927 .  
12. Niederweis M (septiembre de 2003). "Porinas micobacterianas - nuevas proteínas de canal en membranas externas únicas". Microbiología molecular . 49 (5): 1167–77. doi : 10.1046 / j.1365-2958.2003.03662.x . PMID 12940978 . 
13. Rath P, Saurel O, Tropis M, Daffé M, Demange P, Milon A (noviembre de 2013). "Localización por RMN de la O-micoloilación en PorH, un péptido formador de canales de Corynebacterium glutamicum" . Cartas FEBS . 587 (22): 3687–91. doi : 10.1016 / j.febslet.2013.09.032 . PMID 24100136 . 

Enlaces externos

• Descripción general en la Universidad de Hamburgo
• Orientación UMich de proteínas en familias de membranas / superfamilia-181 - porina OmpG
• Orientación UMich de proteínas en familias de membranas / superfamilia-31 - Porinas triméricas
• Orientación UMich de proteínas en familias de membranas / superfamilia-32 - Porinas de azúcar