stringtranslate.com

Транслокация группы PEP

Транслокация группы PEP (фосфоенолпируват) , также известная как система фосфотрансферазы или PTS , является особым методом, используемым бактериями для поглощения сахара, где источником энергии является фосфоенолпируват (PEP). Известно, что это многокомпонентная система, которая всегда включает ферменты плазматической мембраны и ферменты цитоплазмы .

Система PTS использует активный транспорт. После транслокации через мембрану транспортируемые метаболиты модифицируются. Система PTS была открыта Солом Роземаном в 1964 году . [1] Бактериальная система фосфоенолпируват:сахар фосфотрансферазы (PTS) транспортирует и фосфорилирует свои сахарные субстраты за один энергетически сопряженный шаг. Этот транспортный процесс зависит от нескольких цитоплазматических белков переноса фосфорила - фермента I (I), HPr, фермента IIA (IIA) и фермента IIB (IIB), а также от интегральной мембранной пермеазы сахара (IIC). Комплексы фермента PTS II происходят от независимо развивающихся 4 суперсемейств комплексов фермента PTS II, которые включают (1) суперсемейства глюкозы (Glc) , (2) маннозы (Man) , [2] [3] (3) аскорбат-галактитола (Asc-Gat) [4] [5] и (4) дигидроксиацетона (DHA). [6] [7]

Специфичность

Система фосфотрансферазы участвует в транспортировке многих сахаров в бактерии, включая глюкозу , маннозу , фруктозу и целлобиозу . Сахара PTS могут различаться между группами бактерий, отражая наиболее подходящие источники углерода, доступные в среде, в которой развивалась каждая группа. В Escherichia coli существует 21 различный транспортер (т. е. белки IIC, иногда слитые с белками IIA и/или IIB, см. рисунок), которые определяют специфичность импорта. Из них 7 принадлежат к семейству фруктозы (Fru), 7 принадлежат к семейству глюкозы (Glc) и 7 принадлежат к другим семействам пермеаз PTS. [8]

Механизм

Фосфорильная группа на PEP в конечном итоге переносится на импортируемый сахар через несколько белков. Фосфорильная группа переносится на фермент EI ( EI ), гистидиновый белок ( Hpr , термостабильный белок ) и фермент E II ( EII ) на консервативный остаток гистидина , тогда как в ферменте E II B ( EIIB ) фосфорильная группа обычно переносится на остаток цистеина и редко на гистидин. [9]

Система PTS глюкозы в E. coli и B. subtilis . Путь можно прочитать справа налево, при этом глюкоза поступает в клетку и имеет фосфатную группу, переносимую к ней EIIB. PTS маннозы в E. coli имеет ту же общую структуру, что и PTS глюкозы B. subtilis , т. е. домены IIABC слиты в один белок.

В процессе транспорта глюкозы PTS, специфичного для кишечных бактерий , PEP переносит свой фосфорил на остаток гистидина на EI . EI, в свою очередь, переносит фосфат на HPr. От HPr фосфорил переносится на EIIA . EIIA специфичен для глюкозы и далее переносит фосфорильную группу на околомембранный EIIB. Наконец, EIIB фосфорилирует глюкозу, когда она пересекает плазматическую мембрану через трансмембранный фермент II C ( EIIC ), образуя глюкозо-6-фосфат . [9] Преимущество преобразования глюкозы в глюкозо-6-фосфат заключается в том, что она не будет вытекать из клетки, следовательно, обеспечивая односторонний градиент концентрации глюкозы. HPr является общим для систем фосфотрансферазы других субстратов, упомянутых ранее, как и восходящий EI. [10]

Белки ниже HPr имеют тенденцию различаться между различными сахарами. Передача фосфатной группы субстрату после его импорта через мембранный транспортер не позволяет транспортеру снова распознать субстрат, тем самым поддерживая градиент концентрации, который благоприятствует дальнейшему импорту субстрата через транспортер.

Специфичность

Во многих бактериях есть четыре различных набора белков IIA, IIB и IIC, каждый из которых специфичен для определенного сахара (глюкозы, маннита, маннозы и лактозы/хитобиозы). Чтобы сделать вещи более сложными, IIA может быть слит с IIB, образуя один белок с 2 доменами, или IIB может быть слит с IIC (транспортером), также с 2 доменами. [11]

Регулирование

С системой глюкозофосфотрансферазы статус фосфорилирования EIIA может иметь регуляторные функции. Например, при низких концентрациях глюкозы фосфорилированный EIIA накапливается, и это активирует связанную с мембраной аденилатциклазу . Внутриклеточные уровни циклического АМФ повышаются, и это затем активирует CAP ( белок-активатор катаболита ), который участвует в системе репрессии катаболита , также известной как эффект глюкозы. Когда концентрация глюкозы высока, EIIA в основном дефосфорилируется, и это позволяет ему ингибировать аденилатциклазу , глицеролкиназу , пермеазу лактозы и пермеазу мальтозы. Таким образом, в дополнение к тому, что это эффективный способ импорта субстратов в бактерию, система транслокации группы PEP также связывает этот транспорт с регуляцией других соответствующих белков.

У Serratia marcescens .

Структурный анализ

Трехмерные структуры примеров всех растворимых цитоплазматических комплексов PTS были решены Г. Мариусом Клором с помощью многомерной ЯМР- спектроскопии и привели к существенному пониманию того, как белки передачи сигнала распознают множественные, структурно несхожие партнеры, создавая схожие поверхности связывания из совершенно разных структурных элементов, используя большие поверхности связывания с внутренней избыточностью и эксплуатируя конформационную пластичность боковой цепи. [11]

Ссылки

  1. ^ Bramley HF, Kornberg HL (июль 1987). «Гомологии последовательностей между белками бактериальных систем фосфоенолпируватзависимых сахарных фосфотрансфераз: идентификация возможных остатков гистидина, переносящих фосфат». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (14): 4777–80. Bibcode : 1987PNAS...84.4777B. doi : 10.1073 /pnas.84.14.4777 . PMC  305188. PMID  3299373.
  2. ^ Лю, Сюэли; Цзэн, Цзяньвэй; Хуан, Кай; Ван, Цзявэй (2019-06-17). «Структура транспортера маннозы бактериальной фосфотрансферазной системы». Cell Research . 29 (8): 680–682. doi :10.1038/s41422-019-0194-z. ISSN  1748-7838. PMC 6796895 . PMID  31209249. 
  3. ^ Хуан, Кай; Цзэн, Цзяньвэй; Лю, Сюэли; Цзян, Тяньюй; Ван, Цзявэй (2021-04-06). «Структура системы маннозной фосфотрансферазы (man-PTS) в комплексе с микроцином E492, порообразующим бактериоцином». Cell Discovery . 7 (1): 20. doi :10.1038/s41421-021-00253-6. ISSN  2056-5968. PMC 8021565 . PMID  33820910. 
  4. ^ Luo P, Yu X, Wang W, Fan S, Li X, Wang J (март 2015 г.). «Кристаллическая структура транспортера витамина C, связанного с фосфорилированием». Nature Structural & Molecular Biology . 22 (3): 238–41. doi :10.1038/nsmb.2975. PMID  25686089. S2CID  9955621.
  5. ^ Luo P, Dai S, Zeng J, Duan J, Shi H, Wang J (2018). «Внутренняя конформация транспортера L-аскорбата предполагает механизм лифта». Cell Discovery . 4 : 35. doi :10.1038/s41421-018-0037-y. PMC 6048161 . PMID  30038796. 
  6. ^ Saier MH (2015). «Бактериальная фосфотрансферазная система: новые рубежи спустя 50 лет после ее открытия». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 25 (2–3): 73–78. doi : 10.1159/000381215 . PMC 4512285. PMID  26159069 . 
  7. ^ Бэхлер С., Шнайдер П., Бэлер П., Люстиг А., Эрни Б. (2005). «Дигидроксиацетонкиназа Escherichia coli контролирует экспрессию генов путем связывания с фактором транскрипции DhaR». Журнал ЭМБО . 24 (2): 283–293. дои : 10.1038/sj.emboj.7600517 . ПМЦ 545809 . ПМИД  15616579. 
  8. ^ Tchieu JH, Norris V, Edwards JS, Saier MH (июль 2001 г.). «Полная система фосфотрансферазы в Escherichia coli». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 3 (3): 329–46. PMID  11361063.
  9. ^ ab Lengeler JW, Drews G, Schlegel HG (1999). Биология прокариот . Штутгарт, Германия: Blackwell Science. стр. 83–84. ISBN 978-0-632-05357-5.
  10. ^ Madigan MT, Martinko JM, Dunlap PV, Clark DP (2009). Биология микроорганизмов Брока (12-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Pearson/Benjamin Cummings.
  11. ^ ab Clore GM, Venditti V (октябрь 2013 г.). «Структура, динамика и биофизика цитоплазматических белок-белковых комплексов бактериальной фосфоенолпируватной: сахарной фосфотрансферазной системы». Trends in Biochemical Sciences . 38 (10): 515–30. doi :10.1016/j.tibs.2013.08.003. PMC 3831880 . PMID  24055245. 

Внешние ссылки