stringtranslate.com

Бактериальная наружная мембрана

Структура оболочки грамотрицательной клетки

Бактериальная наружная мембрана обнаружена у грамотрицательных бактерий . Грамотрицательные бактерии образуют два липидных бислоя в своих клеточных оболочках - внутреннюю мембрану (ВМ), которая инкапсулирует цитоплазму , и наружную мембрану (ВМ), которая инкапсулирует периплазму . [1]

Состав внешней мембраны отличается от состава внутренней цитоплазматической мембраны клетки . Среди прочего, наружный слой внешней мембраны многих грамотрицательных бактерий включает сложный липополисахарид , липидная часть которого действует как эндотоксин . У некоторых бактерий, таких как E. coli, он связан с пептидогликаном клетки посредством липопротеина Брауна .

В этом слое можно обнаружить порины . [2]

Белки наружной мембраны

Внешние мембранные белки — это мембранные белки , ключевые роли которых связаны со структурой и морфологией бактериальных клеток; гомеостазом клеточной мембраны; поглощением питательных веществ; защитой клетки от токсинов, включая антибиотики; и факторами вирулентности , включая адгезины, экзотоксины и образование биопленки . [3] [4] Существует ряд внешних мембранных белков, которые специфически связаны с вирулентностью .

Внешние мембранные белки состоят из двух основных классов белков - трансмембранных белков и липопротеинов. Трансмембранные белки образуют каналы или поры в мембране, называемые поринами , и активно перекачивают оттокные каналы. [5]

Внешние мембраны бактерий могут содержать огромное количество белков. Например, в E. Coli их около 500 000 в мембране. [5]

Белки внешней мембраны бактерий обычно имеют уникальную структуру бета-бочонка, которая охватывает мембрану. Бета-бочонки складываются, чтобы обнажить гидрофобную поверхность перед их вставкой во внешнюю мембрану. Бета-бочонки различаются по последовательности и размеру, которые варьируются от 8 до 36 бета-нитей. Подмножество OMP имеет периплазматическую или внеклеточную связь со своей структурой бета-бочонка. [3] Белок внешней мембраны перемещается через внутреннюю мембрану через механизм ''Sec'' и, наконец, вставляется во внешнюю мембрану с помощью комплекса механизмов сборки бочонка.

Биогенез

Биогенез внешней мембраны требует , чтобы отдельные компоненты транспортировались от места синтеза к месту их конечного назначения за пределами внутренней мембраны путем пересечения как гидрофильных , так и гидрофобных отсеков. Механизм и источник энергии, которые управляют этим процессом, еще не полностью изучены. Часть липида A -core и повторяющиеся единицы O-антигена синтезируются на цитоплазматической поверхности внутренней мембраны и отдельно экспортируются через две независимые транспортные системы, а именно, транспортер O-антигена Wzx (RfbX) и транспортер АТФ-связывающей кассеты (ABC) MsbA, который переворачивает часть липида A-core с внутреннего листка на внешний листок внутренней мембраны. [6] [7] [8] [9] [10] Затем повторяющиеся единицы O-антигена полимеризуются в периплазме полимеразой Wzy и лигируются с частью липида A-core лигазой WaaL . [11] [12]

Транспортный аппарат ЛПС состоит из LptA, LptB, LptC, LptD, LptE. Это подтверждается тем фактом, что истощение любого из этих белков блокирует путь сборки ЛПС и приводит к очень похожим дефектам биогенеза внешней мембраны. Более того, расположение по крайней мере одного из этих пяти белков в каждом клеточном отсеке предполагает модель того, как организован и упорядочен в пространстве путь сборки ЛПС. [12]

LptC необходим для перемещения липополисахарида (ЛПС) из внутренней мембраны во внешнюю. [12] LptE образует комплекс с LptD, который участвует в сборке ЛПС во внешнем слое внешней мембраны и необходим для биогенеза оболочки. [12] [13] [14]

Клиническое значение

Если липид А , часть липополисахарида, попадает в кровеносную систему , он вызывает токсическую реакцию, активируя толл-подобный рецептор TLR 4. Липид А очень патогенен и не иммуногенен. Однако полисахаридный компонент очень иммуногенен, но не патогенен, вызывая агрессивную реакцию иммунной системы. У пострадавшего будет высокая температура и частота дыхания, а также низкое кровяное давление. Это может привести к эндотоксическому шоку , который может оказаться фатальным. Бактериальная наружная мембрана физиологически сбрасывается как ограничивающая мембрана везикул внешней мембраны в культурах, а также в тканях животных на границе хозяина и патогена , что участвует в транслокации грамотрицательных микробных биохимических сигналов в клетки-хозяева или целевые клетки. [ необходима цитата ]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Yeow J, Luo M, Chng SS (декабрь 2023 г.). «Молекулярный механизм транспорта фосфолипидов на границе наружной бактериальной мембраны». Nat Commun . 14 (1): 8285. doi :10.1038/s41467-023-44144-8. PMC  10719372. PMID  38092770 .
  2. ^ ван дер Лей П., Хекельс Дж. Э., Вирджи М., Хугерхаут П., Пулман Дж. Т. (сентябрь 1991 г.). «Топология поринов внешней мембраны патогенных видов Neisseria». Инфекция и иммунитет . 59 (9): 2963–71. дои : 10.1128/IAI.59.9.2963-2971.1991. ПМК 258120 . ПМИД  1652557. 
  3. ^ ab Wang X, Peterson JH, Bernstein HD (май 2021 г.). «Бактериальные белки внешней мембраны нацелены на комплекс Bam двумя параллельными механизмами». mBio . 12 (3). doi :10.1128/mBio.00597-21. PMC 8262991 . PMID  33947759. 
  4. ^ Ноулз, Тимоти Дж.; Скотт-Такер, Энтони; Овердуин, Майкл; Хендерсон, Ян Р. (март 2009 г.). «Архитекторы мембранных белков: роль комплекса BAM в сборке наружных мембранных белков». Nature Reviews Microbiology . 7 (3): 206–214. doi :10.1038/nrmicro2069.
  5. ^ ab Sun J, Rutherford ST, Silhavy TJ, Huang KC (апрель 2022 г.). «Физические свойства внешней мембраны бактерий». Nat Rev Microbiol . 20 (4): 236–248. doi :10.1038/s41579-021-00638-0. PMC 8934262. PMID  34732874 .  
  6. ^ Feldman MF, Marolda CL, Monteiro MA, Perry MB, Parodi AJ, Valvano MA (декабрь 1999 г.). «Активность предполагаемой полиизопренол-связанной сахарной транслоказы (Wzx), участвующей в сборке антигена O Escherichia coli, не зависит от химической структуры повтора O». J. Biol. Chem . 274 (49): 35129–38. doi : 10.1074/jbc.274.49.35129 . PMID  10574995.
  7. ^ Liu D, Cole RA, Reeves PR (апрель 1996 г.). «Функция обработки O-антигена для Wzx (RfbX): перспективный кандидат на роль флиппазы O-единицы». J. Bacteriol . 178 (7): 2102–7. doi :10.1128/jb.178.7.2102-2107.1996. PMC 177911. PMID  8606190 . 
  8. ^ Doerrler WT, Reedy MC, Raetz CR (апрель 2001 г.). «Мутант Escherichia coli, дефектный по экспорту липидов». J. Biol. Chem . 276 (15): 11461–4. doi : 10.1074/jbc.C100091200 . PMID  11278265.
  9. ^ Polissi A, Georgopoulos C (июнь 1996 г.). «Мутационный анализ и свойства гена msbA Escherichia coli, кодирующего необходимый транспортер семейства ABC». Mol. Microbiol . 20 (6): 1221–33. doi :10.1111/j.1365-2958.1996.tb02642.x. PMID  8809774. S2CID  26807796.
  10. ^ Zhou Z, White KA, Polissi A, Georgopoulos C, Raetz CR (май 1998 г.). «Функция Escherichia coli MsbA, важного транспортера семейства ABC, в биосинтезе липида A и фосфолипидов». J. Biol. Chem . 273 (20): 12466–75. doi : 10.1074/jbc.273.20.12466 . hdl : 2434/611267 . PMID  9575204.
  11. ^ Raetz CR, Whitfield C (2002). «Липополисахаридные эндотоксины». Annu. Rev. Biochem . 71 : 635–700. doi :10.1146/annurev.biochem.71.110601.135414. PMC 2569852 . PMID  12045108. 
  12. ^ abcd Sperandeo P, Lau FK, Carpentieri A, De Castro C, Molinaro A, Deho G, Silhavy TJ, Polissi A (июль 2008 г.). «Функциональный анализ белкового аппарата, необходимого для транспортировки липополисахарида к внешней мембране Escherichia coli». J. Bacteriol . 190 (13): 4460–9. doi :10.1128/JB.00270-08. PMC 2446812. PMID 18424520  . 
  13. ^ Wu T, McCandlish AC, Gronenberg LS, Chng SS, Silhavy TJ, Kahne D (август 2006 г.). «Идентификация белкового комплекса, который собирает липополисахарид во внешней мембране Escherichia coli». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 103 (31): 11754–9. Bibcode : 2006PNAS..10311754W. doi : 10.1073/pnas.0604744103 . PMC 1544242. PMID  16861298 . 
  14. ^ Bos MP, Tefsen B, Geurtsen J, Tommassen J (июнь 2004 г.). «Идентификация белка внешней мембраны, необходимого для транспорта липополисахарида на поверхность бактериальной клетки». Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 101 (25): 9417–22. Bibcode : 2004PNAS..101.9417B . doi : 10.1073/pnas.0402340101 . PMC 438991. PMID  15192148. 
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR007485
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR010664