Транслокация группы ПКП
Транслокация группы PEP (фосфоенолпируват) , также известная как система фосфотрансферазы или PTS , представляет собой особый метод, используемый бактериями для поглощения сахара, где источником энергии является фосфоенолпируват (PEP). Известно, что это многокомпонентная система, в которой всегда участвуют ферменты плазматической и цитоплазмы мембраны .
Система PTS использует активный транспорт. После транслокации через мембрану транспортируемые метаболиты модифицируются. Система PTS была открыта Солом Роузманом в 1964 году. [ 1 ] Бактериальная система фосфоенолпируват: сахарофосфотрансфераза (PTS) транспортирует и фосфорилирует сахарные субстраты за одну энергетически связанную стадию. Этот процесс транспорта зависит от нескольких цитоплазматических белков-переносчиков фосфорила - фермента I (I), HPr, фермента IIA (IIA) и фермента IIB (IIB)), а также от интегральной мембранной сахарной пермеазы (IIC). Комплексы PTS с ферментом II происходят из независимо развивающихся 4 суперсемейств комплексов ферментов II PTS, которые включают (1) глюкозу (Glc) , (2) маннозу (Man) , [ 2 ] [ 3 ] (3) Аскорбат-галактитол (Asc-Gat) [ 4 ] [ 5 ] и (4) суперсемейства дигидроксиацетона (DHA). [ 6 ] [ 7 ]
Специфика
[ редактировать ]Система фосфотрансфераз участвует в транспортировке многих сахаров в бактерии, включая глюкозу , маннозу , фруктозу и целлобиозу . Сахара СТВ могут различаться у разных групп бактерий, отражая наиболее подходящие источники углерода, доступные в окружающей среде, в которой эволюционировала 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
[ редактировать ]Фосфорильная группа PEP в конечном итоге переносится на импортированный сахар через несколько белков. Фосфорильная группа переносится в 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 ]
В процессе транспорта глюкозы ПТС, специфичном для кишечных бактерий , ПЭП переносит свой фосфорил на остаток гистидина на ЭИ . ЭИ, в свою очередь, передает фосфат HPr. Из HPr фосфорил переносится в EIIA . EIIA специфичен для глюкозы и дополнительно 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 выходит из клетки, обеспечивая односторонний градиент концентрации глюкозы. HPr является общим для систем фосфотрансфераз других субстратов, упомянутых ранее, как и вышестоящий EI. [ 10 ]
Белки, расположенные ниже HPr, имеют тенденцию различаться в зависимости от разных сахаров. Перенос фосфатной группы на субстрат после того, как он был импортирован через мембранный транспортер, предотвращает повторное распознавание транспортером субстрата, тем самым поддерживая градиент концентрации, который благоприятствует дальнейшему импорту субстрата через транспортер.
Специфика
[ редактировать ]У многих бактерий существует четыре различных набора белков IIA, IIB и IIC, каждый из которых специфичен для определенного сахара (глюкозы, маннита, маннозы и лактозы/хитобиозы). Чтобы усложнить ситуацию, IIA может быть слит с IIB с образованием одного белка с двумя доменами, или IIB может быть слит с IIC (переносчиком), также с двумя доменами. [ 11 ]
Регулирование
[ редактировать ]Благодаря системе глюкозо-фосфотрансферазы статус фосфорилирования EIIA может иметь регуляторные функции. Например, при низких концентрациях глюкозы накапливается фосфорилированный EIIA, что активирует мембраносвязанную аденилатциклазу . Внутриклеточные уровни циклического АМФ повышаются, что затем активирует CAP ( белок-активатор катаболитов ), который участвует в системе катаболитной репрессии , также известной как эффект глюкозы. Когда концентрация глюкозы высока, EIIA в основном дефосфорилируется, что позволяет ему ингибировать аденилатциклазу , глицеринкиназу , пермеазу лактозы и пермеазу мальтозы . Таким образом, система транслокации групп PEP не только является эффективным способом импорта субстратов в бактерию, но и связывает этот транспорт с регуляцией других соответствующих белков.
Структурный анализ
[ редактировать ]Трехмерные структуры примеров всех растворимых цитоплазматических комплексов PTS были решены Дж. Мариусом Клором с использованием многомерной ЯМР- спектроскопии и привели к значительному пониманию того, как белки сигнальной трансдукции распознают множество структурно несходных партнеров, создавая сходные поверхности связывания из совершенно разные структурные элементы, использующие большие поверхности связывания с внутренней избыточностью и конформационную пластичность боковой цепи. [ 11 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Брэмли HF, Корнберг HL (июль 1987 г.). «Гомологии последовательностей между белками бактериальных фосфоенолпируват-зависимых сахарофосфотрансферазных систем: идентификация возможных фосфатсодержащих остатков гистидина» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 84 (14): 4777–80. Бибкод : 1987PNAS...84.4777B . дои : 10.1073/pnas.84.14.4777 . ПМК 305188 . ПМИД 3299373 .
- ^ Лю, Сюэли; Цзэн, Цзяньвэй; Хуанг, Кай; Ван, Цзявэй (17 июня 2019 г.). «Строение маннозного переносчика бактериальной фосфотрансферазной системы» . Клеточные исследования . 29 (8): 680–682. дои : 10.1038/s41422-019-0194-z . ISSN 1748-7838 . ПМК 6796895 . ПМИД 31209249 .
- ^ Хуанг, Кай; Цзэн, Цзяньвэй; Лю, Сюэли; Цзян, Тяньюй; Ван, Цзявэй (06 апреля 2021 г.). «Структура системы маннозофосфотрансферазы (человек-ПТС) в комплексе с микроцином Е492, порообразующим бактериоцином» . Открытие клеток . 7 (1): 20. дои : 10.1038/s41421-021-00253-6 . ISSN 2056-5968 . ПМК 8021565 . ПМИД 33820910 .
- ^ Луо П, Юй Х, Ван В, Фань С, Ли Х, Ван Дж (март 2015 г.). «Кристаллическая структура связанного с фосфорилированием переносчика витамина С». Структурная и молекулярная биология природы . 22 (3): 238–41. дои : 10.1038/nsmb.2975 . ПМИД 25686089 . S2CID 9955621 .
- ^ Луо П., Дай С., Цзэн Дж., Дуань Дж., Ши Х., Ван Дж. (2018). «Обращенная внутрь конформация транспортера l-аскорбата предполагает наличие лифтового механизма» . Открытие клеток . 4:35 . doi : 10.1038/s41421-018-0037-y . ПМК 6048161 . ПМИД 30038796 .
- ^ Сайер М.Х. (2015). «Бактериальная фосфотрансферазная система: новые горизонты через 50 лет после ее открытия» . Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 25 (2–3): 73–78. дои : 10.1159/000381215 . ПМЦ 4512285 . ПМИД 26159069 .
- ^ 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 .
- ^ Чиу Дж. Х., Норрис В., Эдвардс Дж. С., Сайер М. Х. (июль 2001 г.). «Полная система фосфотрансфераз в Escherichia coli». Журнал молекулярной микробиологии и биотехнологии . 3 (3): 329–46. ПМИД 11361063 .
- ^ Jump up to: а б Ленгелер Дж.В., Дрюс Г., Шлегель Х.Г. (1999). Биология прокариотов . Штутгарт, Германия: Blackwell Science. стр. 83–84. ISBN 978-0-632-05357-5 .
- ^ Мэдиган М.Т., Мартинко Дж.М., Данлэп П.В., Кларк Д.П. (2009). Брока биология микроорганизмов (12-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон/Бенджамин Каммингс.
- ^ Jump up to: а б Clore GM, Venditti V (октябрь 2013 г.). «Структура, динамика и биофизика цитоплазматических белок-белковых комплексов бактериальной фосфоенолпируват: сахарофосфотрансферазной системы» . Тенденции биохимических наук . 38 (10): 515–30. дои : 10.1016/j.tibs.2013.08.003 . ПМЦ 3831880 . ПМИД 24055245 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Система фосфоенолпируват+сахар+фосфотрансфераза+ в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)