Los transportadores periplásmicos tripartitos independientes de ATP ( transportadores TRAP) son una gran familia de transportadores de solutos que se encuentran en bacterias y arqueas , pero no en eucariotas , que parecen ser específicos para la captación de ácidos orgánicos o moléculas relacionadas que contienen un grupo carboxilato o sulfonato. Son únicos en el sentido de que utilizan una proteína de unión a sustrato (SBP) en combinación con un transportador secundario .
Componente DctP del transportador periplásmico tripartito independiente de ATP | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | DctP | |||||||
Pfam | PF03480 | |||||||
Clan pfam | CL0177 | |||||||
InterPro | IPR018389 | |||||||
TCDB | 2.A.56 | |||||||
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Componente DctQ del transportador periplásmico tripartito independiente de ATP | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | DctQ | |||||||
Pfam | PF04290 | |||||||
InterPro | IPR007387 | |||||||
TCDB | 2.A.56 | |||||||
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Transportadores tipo DctM | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | DctM | |||||||
Pfam | PF06808 | |||||||
Clan pfam | CL0182 | |||||||
InterPro | IPR010656 | |||||||
TCDB | 2.A.56 | |||||||
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Historia
Los transportadores TRAP fueron descubiertos en el laboratorio del Prof. David J. Kelly en la Universidad de Sheffield , Reino Unido. Su grupo estaba trabajando en el mecanismo utilizado por la bacteria fotosintética Rhodobacter capsulatus para absorber ciertos ácidos dicarboxílicos . Caracterizaron un componente de proteína de unión (DctP) de un transportador que reconocía estos compuestos, que asumieron que formarían parte de un transportador ABC típico , pero cuando secuenciaron los genes que rodean a dctP encontraron otros dos genes que codifican proteínas integrales de membrana, dctQ y dctM. , pero no genes que codifiquen componentes de un transportador ABC. [1] Además, demostraron que la captación de los mismos dicarboxilatos era independiente de ATP y que la captación requería un gradiente de iones electroquímicos, lo que lo convierte en un transportador secundario dependiente de proteínas de unión único. [1]
Desde estos primeros estudios, ha quedado claro que los transportadores TRAP están presentes en muchas bacterias y arqueas , [2] y muchas bacterias tienen múltiples transportadores TRAP, algunos con más de 20 sistemas diferentes. [3]
Sustratos
Hasta la fecha, la mayoría de sustratos para transportadores TRAP contienen una característica común que es que son ácidos orgánicos. [4] Esto incluye dicarboxilatos C4 como succinato , malato y fumarato , [1] cetoácidos como piruvato y alfa-cetobutirato [5] [6] y el ácido de azúcar, ácido N- acetil neuramínico (o ácido siálico ) . [7] Otros sustratos incluyen el soluto compatible ectoína e hidroxiectoína y piroglutamato . [4]
Composición
Todos los transportadores de TRAP conocidos contienen 3 dominios proteicos. Estos son la proteína de unión a solutos (SBP), el dominio de proteína de membrana pequeña y el dominio de proteína de membrana grande. Siguiendo la nomenclatura del primer transportador de TRAP caracterizado, DctPQM, estas subunidades suelen denominarse P, Q y M respectivamente. [4] Alrededor del 10% de los transportadores TRAP tienen fusiones genéticas naturales entre los dos componentes de la proteína de membrana, y en el único ejemplo bien estudiado de esto en el transportador TRAP específico del ácido siálico de Haemophilus influenzae, el gen fusionado se ha denominado siaQM . Se predice que la subunidad M grande tiene 12 hélices transmembrana y la subunidad Q pequeña tiene 4 hélices transmembrana y se predice que las proteínas QM fusionadas tienen 17 hélices transmembrana. [4]
Mecanismo
Al usar un SBP, los transportadores TRAP comparten cierta similitud con los transportadores ABC en que el sustrato para el transportador se reconoce inicialmente fuera de la membrana citoplasmática. En las bacterias gramnegativas , la SBP suele estar libre en el periplasma y se expresa en niveles relativamente altos en comparación con los dominios de la membrana. [1] En las bacterias Gram positivas y las arqueas, la SBP está anclada a la membrana citoplasmática. En ambos tipos de sistemas, la SBP se une al sustrato, generalmente con baja afinidad micromolar, [4] lo que provoca un cambio de conformación significativo en la proteína, similar al cierre de una Venus atrapamoscas. El sustrato atrapado se entrega luego a los dominios de la membrana del transportador, donde el gradiente de iones electroquímicos se explota de alguna manera para abrir el SBP, extraer el sustrato y catalizar su movimiento a través de la membrana. Para el transportador SiaPQM TRAP que se ha estudiado en una forma in vitro completamente reconstituida , la captación utiliza un Na+
gradiente y no gradiente de protones para impulsar la absorción. [8] Los sistemas SiaPQM también exhiben propiedades únicas para un transportador secundario en el sentido de que no pueden catalizar el transporte bidireccional ya que SBP impone que el movimiento es solo en la dirección de captación en la célula. [8]
Estructura
Proteína de unión al sustrato (SBP)
Después de la primera estructura de un TRAP SBP en 2005, [9] ahora hay más de 10 estructuras diferentes disponibles. [10] [11] [12] Todos tienen estructuras generales muy similares, con dos dominios globulares unidos por una bisagra. El sitio de unión del sustrato está formado por ambos dominios que encierran el sustrato. Un residuo de arginina altamente conservado en los SBP de TRAP forma un puente salino con un grupo carboxilato en el sustrato, que es importante para el reconocimiento del sustrato. [10]
Subunidades de membrana
Actualmente no existen estructuras para los dominios de membrana de ningún transportador TRAP. Ni siquiera se sabe qué subunidad (s) hizo una interacción directa con la subunidad SBP durante el ciclo de transporte.
Referencias
- ^ a b c d Adelante JA; Behrendt MC; Wyborn NR; Cross R .; Kelly DJ (1997). "Transportadores TRAP: una nueva familia de sistemas de transporte de solutos periplásmicos codificados por los genes dctPQM de Rhodobacter capsulatus y por homólogos en diversas bacterias gramnegativas" . J. Bacteriol . 179 (17): 5482–5493. doi : 10.1128 / jb.179.17.5482-5493.1997 . PMC 179420 . PMID 9287004 .
- ^ Rabus R .; Jack DL; Kelly DJ; Saier MH Jr. (1999). "Transportadores TRAP: una antigua familia de transportadores activos secundarios dependientes del receptor de soluto extracitoplasmático" . Microbiología . 145 (12): 3431–3445. doi : 10.1099 / 00221287-145-12-3431 . PMID 10627041 .
- ^ Mulligan C .; Kelly DJ; Thomas GH (2007). "Transportadores periplásmicos independientes de ATP tripartitos: aplicación de una base de datos relacional para el análisis de todo el genoma de la frecuencia y organización del gen transportador". J. Mol. Microbiol. Biotechnol . 12 (3–4): 218–226. doi : 10.1159 / 000099643 . PMID 17587870 . S2CID 30920843 .
- ^ a b c d e Mulligan C .; Fischer M .; Thomas G. (2010). "Transportadores periplásmicos tripartitos independientes de ATP (TRAP) en bacterias y arqueas" . FEMS Microbiol. Rev . 35 (1): 68–86. doi : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00236.x . PMID 20584082 .
- ^ Thomas GH, Southworth T, León-Kempis MR, Leech A, Kelly DJ (2006). "Nuevos ligandos para los receptores de solutos extracelulares de dos transportadores de TRAP bacterianos" . Microbiología . 152 (2): 187–198. doi : 10.1099 / mic.0.28334-0 . PMID 16385129 .
- ^ Pernil R, Herrero A, Flores E (2010). "Un transportador TRAP para piruvato y otros 2-oxoácidos monocarboxilatos en la cianobacteria Anabaena sp. Cepa PCC 7120" . J. Bacteriol . 192 (22): 6089–6092. doi : 10.1128 / JB.00982-10 . PMC 2976462 . PMID 20851902 .
- ^ Severi E, Randle G, Kivlin P, Whitfield K, Young R, Moxon R, Kelly D, Hood D, Thomas GH (2005). "El transporte de ácido siálico en Haemophilus influenzae es esencial para la sialilación de lipopolisacáridos y la resistencia del suero y depende de un nuevo transportador periplásmico tripartito independiente de ATP". Mol. Microbiol . 58 (4): 1173-1185. doi : 10.1111 / j.1365-2958.2005.04901.x . PMID 16262798 . S2CID 32085592 .
- ^ a b Mulligan C .; Geertsma ER; Severi E .; Kelly DJ; Poolman B .; Thomas GH (2009). "La proteína de unión al sustrato impone direccionalidad en un transportador TRAP impulsado por gradiente de sodio electroquímico" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 106 (6): 1778-1783. doi : 10.1073 / pnas.0809979106 . PMC 2644114 . PMID 19179287 .
- ^ Müller A .; Severi E .; Mulligan C .; Watts AG; Kelly DJ; Wilson KS; Wilkinson AJ; Thomas GH (2006). "Conservación de la estructura y el mecanismo en transportadores primarios y secundarios ejemplificados por SiaP, un factor de virulencia de unión al ácido siálico de Haemophilus influenzae" (PDF) . J. Biol. Chem . 281 (31): 22212–22222. doi : 10.1074 / jbc.M603463200 . PMID 16702222 . S2CID 37483123 .
- ^ a b Johnston JW; Coussens NP; Allen S .; Houtman JC; Turner KH; Zaleski A .; Ramaswamy S .; Gibson BW; Apicella MA (2008). "Caracterización del sitio de unión al ácido N-acetil-5-neuramínico del receptor de soluto extracitoplasmático (SiaP) de la cepa 2019 de Haemophilus influenzae no tipificable" . J. Biol. Chem . 283 (2): 855–865. doi : 10.1074 / jbc.M706603200 . PMID 17947229 .
- ^ Gonin S .; Arnoux P .; Pierru B .; Lavergne J .; Alonso B .; Sabaty M .; Pignol D. (2007). "Las estructuras cristalinas de un receptor de soluto extracitoplasmático de un transportador TRAP en sus formas abierta y cerrada revelan un dímero intercambiado en hélice que requiere un catión para la unión del alfa-cetoácido" . BMC Struct. Biol . 7 : 11. doi : 10.1186 / 1472-6807-7-11 . PMC 1839085 . PMID 17362499 .
- ^ Fischer M, Zhang QY, Hubbard RE, Thomas GH (2010). "Atrapados en una TRAP: proteínas de unión a sustrato en transporte secundario". Trends Microbiol . 18 (10): 471–478. doi : 10.1016 / j.tim.2010.06.009 . PMID 20656493 .
enlaces externos
- [1] La página del laboratorio del profesor David Kelly, Universidad de Sheffield, Reino Unido
- [2] La página del laboratorio del Dr. Gavin Thomas, Universidad de York, Reino Unido.