Трехсторонний АТФ-независимый периплазматический переносчик - Tripartite ATP-independent periplasmic transporter

Компонент DctP трехчастичного АТФ-независимого периплазматического переносчика
Идентификаторы
СимволDctP
PfamPF03480
Pfam кланCL0177
ИнтерПроIPR018389
TCDB2.A.56
Компонент DctQ трехчастного АТФ-независимого периплазматического переносчика
Идентификаторы
СимволDctQ
PfamPF04290
ИнтерПроIPR007387
TCDB2.A.56
DctM-подобные транспортеры
Идентификаторы
СимволDctM
PfamPF06808
Pfam кланCL0182
ИнтерПроIPR010656
TCDB2.A.56

Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические переносчики (Транспортеры TRAP) - это большое семейство транспортеров растворенных веществ, обнаруженных в бактерии и археи, но не в эукариоты, которые, по всей видимости, специфичны для поглощения органические кислоты или родственные молекулы, содержащие карбоксилатную или сульфонатную группу. Они уникальны тем, что используют субстрат-связывающий белок (SBP) в сочетании с вторичный транспортер.

История

Схема, показывающая ключевые особенности транспортера TRAP по сравнению с транспортером ABC и классическим вторичным транспортером.

Транспортеры TRAP были обнаружены в лаборатории профессора Дэвида Дж. Келли в Университет Шеффилда, ВЕЛИКОБРИТАНИЯ. Его группа работала над механизмом, используемым фотосинтезирующей бактерией. Rhodobacter capsulatus взять на себя определенные дикарбоновые кислоты. Они охарактеризовали компонент связывающего белка (DctP) транспортера, который распознал эти соединения, которые, как они предполагали, будут составлять часть типичного ABC транспортер, но когда они секвенировали гены, окружающие dctP они обнаружили два других гена, кодирующих интегральные мембранные белки, dctQ и dctM, но отсутствуют гены, кодирующие компоненты транспортера ABC.[1] Они также показали, что поглощение одних и тех же дикарбоксилатов не зависит от АТФ и что для захвата требуется электрохимический ионный градиент, что делает его уникальным зависимым от связывающих белков вторичным переносчиком.[1]

После этих ранних исследований стало ясно, что транспортеры TRAP присутствуют во многих бактерии и археи,[2] при этом многие бактерии имеют несколько транспортеров TRAP, некоторые из которых имеют более 20 различных систем.[3]

Субстраты

На сегодняшний день большинство субстратов для транспортеров TRAP содержат общую особенность, заключающуюся в том, что они представляют собой органические кислоты.[4] Сюда входят C4-дикарбоксилаты, такие как сукцинат, малат и фумарат,[1] кетокислоты Такие как пируват и альфа-кетобутират[5][6] и сахарная кислота, N-ацетилнейраминовая кислота (или сиаловая кислота ).[7] Другие субстраты включают совместимое растворенное вещество эктоин и гидроксиэктоин и пироглутамат.[4]

Сочинение

Все известные транспортеры TRAP содержат 3 белковых домена. Это белок, связывающий растворенные вещества (SBP), малый домен мембранного белка и большой домен мембранного белка. В соответствии с номенклатурой первого охарактеризованного транспортера TRAP, DctPQM, эти субъединицы обычно называют P, Q и M соответственно.[4] Около 10% транспортеров TRAP имеют естественные генетические слияния между двумя компонентами мембранных белков, и в одном хорошо изученном примере этого в транспортере TRAP, специфичном для сиаловой кислоты, из Haemophilus influenzae слитый ген был назван siaQM. Предполагается, что большая субъединица M содержит 12 трансмембранных спиралей, а малая субъединица Q - 4 трансмембранные спирали, а слитые белки QM, как предполагается, будут иметь 17 трансмембранных спиралей.[4]

Механизм

Используя SBP, транспортеры TRAP имеют некоторое сходство с Автовозы ABC в том, что субстрат для переносчика изначально распознается вне цитоплазматической мембраны. В Грамотрицательные бактерии, SBP обычно бесплатно в периплазма и экспрессируется на относительно высоких уровнях по сравнению с мембранными доменами.[1] В Грамположительные бактерии и архей, SBP привязан к цитоплазматической мембране. В обоих типах систем SBP связывается с субстратом, обычно с низким микромолярным сродством,[4] что вызывает значительное изменение конформации белка, подобное закрытию венерианской мухоловки. Захваченный субтрат затем доставляется к мембранным доменам транспортера, где электрохимический ионный градиент каким-то образом используется для открытия SBP, извлечения субстрата и катализатора его движения через мембрану. Для транспортера SiaPQM TRAP, который был изучен в полностью восстановленном in vitro форма, поглощение использует Na+
 градиент, а не градиент протонов, чтобы стимулировать поглощение.[8] Системы SiaPQM также проявляют уникальные свойства для вторичного транспортера, поскольку они не могут катализировать двунаправленный транспорт, поскольку SBP требует, чтобы движение происходило только в направлении поглощения клеткой.[8]

Структура

Субстрат-связывающий белок (SBP)

Следуя первой структуре TRAP SBP в 2005 году,[9] сейчас доступно более 10 различных структур.[10][11][12] Все они имеют очень похожую общую структуру с двумя глобулярными доменами, соединенными шарниром. Сайт связывания субстрата образован обоими доменами, которые окружают субстрат. Сильно консервированный аргинин остаток в SBP TRAP образует соляной мост с карбоксилатной группой на субстрате, что важно для распознавания субстрата.[10]

Мембранные субъединицы

В настоящее время нет структур для мембранных доменов какого-либо транспортера TRAP. Неизвестно даже, какая субъединица (-ы) непосредственно взаимодействовала с субъединицей SBP во время транспортного цикла.

Рекомендации

  1. ^ а б c d Нападающий Ж.А .; Behrendt M.C .; Вайборн Н.Р .; Крест R .; Келли Д.Дж. (1997). «Транспортеры TRAP: новое семейство периплазматических систем транспорта растворенных веществ, кодируемых генами dctPQM Rhodobacter capsulatus и гомологами различных грамотрицательных бактерий». J. Bacteriol. 179 (17): 5482–5493. ЧВК  179420. PMID  9287004.
  2. ^ Rabus R .; Джек Д.Л .; Келли Д.Дж .; Сайер М.Х. Младший (1999). "Транспортеры TRAP: древнее семейство экстрацитоплазматических зависимых от рецепторов растворенных веществ вторичных активных переносчиков". Микробиология. 145 (12): 3431–3445. Дои:10.1099/00221287-145-12-3431. PMID  10627041.
  3. ^ Mulligan C .; Келли Д.Дж .; Томас Г.Х. (2007). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические транспортеры: применение реляционной базы данных для анализа частоты и организации генов-транспортеров в масштабе всего генома». J. Mol. Microbiol. Биотехнология. 12 (3–4): 218–226. Дои:10.1159/000099643. PMID  17587870.
  4. ^ а б c d е Mulligan C .; Фишер М .; Томас Г. (2010). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические транспортеры (TRAP) у бактерий и архей». FEMS Microbiol. Rev. 35 (1): 68–86. Дои:10.1111 / j.1574-6976.2010.00236.x. PMID  20584082.
  5. ^ Томас Г. Х., Саутворт Т., Леон-Кемпис М. Р., Пиявка А., Келли Д. Д. (2006). «Новые лиганды для внеклеточных рецепторов растворенных веществ двух бактериальных транспортеров TRAP». Микробиология. 152 (2): 187–198. Дои:10.1099 / мик. 0.28334-0. PMID  16385129.
  6. ^ Пернил Р., Эрреро А., Флорес Э. (2010). "TRAP-переносчик пирувата и других монокарбоксилат-2-оксокислот в цианобактериях". Анабаена sp. штамм PCC 7120 ". J. Bacteriol. 192 (22): 6089–6092. Дои:10.1128 / JB.00982-10. ЧВК  2976462. PMID  20851902.
  7. ^ Севери Э, Рэндл Дж, Кивлин П., Уитфилд К., Янг Р., Моксон Р., Келли Д., Худ Д., Томас Г. Х. (2005). «Транспорт сиаловой кислоты у Haemophilus influenzae необходим для сиалирования липополисахаридов и устойчивости сыворотки и зависит от нового трехчастичного АТФ-независимого периплазматического переносчика». Мол. Микробиол. 58 (4): 1173–1185. Дои:10.1111 / j.1365-2958.2005.04901.x. PMID  16262798.
  8. ^ а б Mulligan C .; Герцма Э.Р .; Севери Э .; Келли Д.Дж .; Poolman B .; Томас Г.Х. (2009). «Субстрат-связывающий белок придает направленность электрохимическому транспортеру TRAP, управляемому градиентом натрия». Proc. Natl. Акад. Sci. Соединенные Штаты Америки. 106 (6): 1778–1783. Дои:10.1073 / pnas.0809979106. ЧВК  2644114. PMID  19179287.
  9. ^ Мюллер А .; Севери Э .; Mulligan C .; Watts A.G .; Келли Д.Дж .; Wilson K.S .; Wilkinson A.J .; Томас Г.Х. (2006). «Сохранение структуры и механизма в первичных и вторичных переносчиках на примере SiaP, фактора вирулентности, связывающего сиаловую кислоту, из Haemophilus influenzae» (PDF). J. Biol. Chem. 281 (31): 22212–22222. Дои:10.1074 / jbc.M603463200. PMID  16702222.
  10. ^ а б Johnston J.W .; Coussens N.P .; Allen S .; Houtman J.C .; Тернер К.Х .; Залески А .; Ramaswamy S .; Gibson B.W .; Апичелла М.А. (2008). «Характеристика сайта связывания N-ацетил-5-нейраминовой кислоты внецитоплазматического рецептора растворенных веществ (SiaP) нетипируемого штамма Haemophilus influenzae 2019». J. Biol. Chem. 283 (2): 855–865. Дои:10.1074 / jbc.M706603200. PMID  17947229.
  11. ^ Гонин С .; Arnoux P .; Pierru B .; Lavergne J .; Алонсо Б .; Сабаты М .; Пиньоль Д. (2007). «Кристаллические структуры экстрацитоплазматического рецептора растворенного вещества из транспортера TRAP в его открытой и закрытой формах выявляют димер с перестановкой спирали, требующий катиона для связывания альфа-кетокислоты». BMC Struct. Биол. 7: 11. Дои:10.1186/1472-6807-7-11. ЧВК  1839085. PMID  17362499.
  12. ^ Фишер М., Чжан Кью, Хаббард Р. Э., Томас Г. Х. (2010). «Попался в ловушку: субстрат-связывающие белки во вторичном транспорте». Тенденции Microbiol. 18 (10): 471–478. Дои:10.1016 / j.tim.2010.06.009. PMID  20656493.

внешняя ссылка

  • [1] Страница лаборатории профессора Дэвида Келли, Университет Шеффилда, Великобритания
  • [2] Страница лаборатории доктора Гэвина Томаса, Йоркский университет, Великобритания.