Sistemas de Transporte

Transcripción

1 Sistemas de Transporte

2 Membrana celular y proteínas Mantiene el medio interno de las bacterias diferente con el externo. Las proteínas integrales (transportadoras, acarreadoras, porteros o permeasas) permiten el paso de los solutos. Estas proteínas forman un canal a través de la membrana con múltiples secuencias de aminoácidos transmembranales.

3 Liposomas y proteoliposomas Braz J Med Biol Res vol.35 no.7 Ribeirão Preto July 2002

4 Transporte y transportadores Transporte pasivo inespecífico (Difusión simple). Transporte pasivo específico (Difusión facilitada). Transporte primario y secundario (energía química, luminosa o electroquímica).

5 Transporte primario Es producido por un evento metabólico productor de energía: ATP, energía luminosa o reacciones de oxidación-reducción. El transporte activo se ha considerado una clase de transporte primario donde el soluto no es químicamente modificado.

6 Transporte secundario Es guiado por gradientes electroquímicos y está acoplado al transporte primario. Transporte primario H + in + energía H+ out Transporte secundario H + out +S out H+ in + S in Se consideran como transporte secundario, a: Uniporte, Simporte y Antiporte.

7 ATP-binding cassette (ABC) Se denomina de transportadores ABC o ATPasas de tráfico, y se conocen muchos ejemplos en eubacterias y arqueas. Se trata de un sistema de varios componentes, en el que existen proteínas periplásmicas que captan el sustrato con gran afinidad, y lo llevan hasta unas proteínas de membrana, las cuales acoplan el paso de dicho sustrato hasta el citoplasma (sin alterarlo químicamente) con la hidrólisis de ATP.

8 Transporte de Vitamina B 12 Transporte de Vitamina B 12 en Escherichia coli Porinas u otras proteínas de membrana externa para lograr la difusión del sustrato desde el medio hasta el espacio periplásmico, por ejemplo, en enterobacterias OmpF y OmpC (BtuB). Proteína(s) solubles de espacio periplásmico que se unen al sustrato con gran afinidad (BtuF). Un heterodímero formado por dos proteínas integrales de membrana por donde pasa el sustrato (BtuC). Dos proteínas periféricas de membrana citoplásmica, en el lado citoplásmico, que acopla la hidrólisis de ATP con el transporte unidireccional del sustrato a través de la membrana (BtuD).

9 Transportadores ABC

10 Sistema de Fosfotransferasa Translocación de grupo. Principalmente ocurre en bacterias anaerobias y facultativas. Funciona como una cadena de transportadores del grupo fosfato de alta energía del fosfoenolpirúvico (PEP) hasta el azúcar a transportar. Enzima-I (EI) HPr Enzima II (EII) puede contener de una a cuatro proteínas.

11 Funcionamiento del Sistema PTS 1. El azúcar se une al enzima EIIC específico, pero éste por sí mismo no puede liberar al azúcar sin modificar en el interior celular. 2. La EI cataliza (en presencia de Mg 2+ ) la transferencia del fosfato de alta energía del PEP a la HPr. 3. La HPr fosforilada (HPr-P) transfiere el fosfato al enzima IIA específico del azúcar [p. ej., la glucosa (EIIA Glc ) o el manitol (EIIA Man )]. 4. La EIIA-P rápidamente, y en presencia de Mg 2+, transfiere el fosfato a la enzima-iib específica con la que se asocia (p. ej., EIIB Glc ), que a su vez fosforila el azúcar (en el caso de la glucosa convirtiéndola en glucosa-6- P): en este momento la EIIC pierde su afinidad por el azúcar modificado, que de esta forma entra en el citoplasma, preparado ya para actuar como sustrato de la primera reacción del catabolismo de este azúcar. Nature Reviews Microbiology 6, (August 2008)

12 Componentes del sistema PTS Las enzimas EI y HPr son comunes en todos los sistemas PTS de carbohidratos. La enzima EII puede estar compuesta de una a cuatro proteínas, una de las cuales se encuentra siempre en la membrana citoplasmática y es la que cataliza el transporte del carbohidrato al interior de la célula.

13 PTS glucosa

14 Sistema de la Fosfotransferasa Microbial Cell Factories 2005, 4:14

15 Omp s transportadoras de En condiciones de laboratorio las proteínas OmpC y OmpF son las más abundantes y constituyen el principal canal de entrada de glucosa al periplasma, cuando esta se encuentra en concentraciones mayores a 0.2 mm. glucosa En condiciones de limitación de glucosa se ha observado la inducción en la síntesis de la glicoporina LamB que transporta diversos carbohidratos incluyendo maltosa, maltodextrinas y glucosa. Se ha demostrado que en concentraciones submicromolares de glucosa LamB transporta hasta el 70% de la glucosa al periplasma. Maltoporina en E. coli

16 Aquaporinas Proteínas transmembranales de la MI. Son canales de agua que permiten el equilibrio de agua en E. coli y otras bacterias. Están codificadas en E. coli por el gen aqpz. Las mutantes nulas del gen aqpz son viables pero forman colonias más pequeñas. Cuando E. coli crece en medios de alta osmolaridad la síntesis de los canales de aquaporinas es reprimido. Esto puede ayudar a proteger la célula de la tensión hipo-osmótica en caso de una disminución aguda en el osmolaridad del medio externo. Aquaporina Z en E. coli Topology in Bacterial gramnegative inner membrane periplasmic side cytoplasmic side

17 Sideróforos Las bacterias secretan captadores de hierro específicos para atrapar el hierro del ambiente. Sistemas de transporte especiales en la membrana externa que unen los sideróforos de hierro y trasportan el complejo al periplasma, Esto es activado por la proteína TonB. Ferric hydroxamate uptake receptor FhuA, complex with TonB Topology in Bacterial gramnegative outer membrane extracellular side periplasmic side

18 Sideróforos

19 Fig1. Representative iron-uptake systems in Gram-negative bacteria. Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, (February 2003)

20 Pie de figura. En condiciones aeróbicas, bacteria confía en proteínas receptoras de superficie de alta afinidad (azul) que une Fe 3+ -proteínas (púrpura brillante), como sideróforos de hierro cargado o hemo, y que posteriormente facilita su desplazamiento en el espacio periplásmico. Este proceso es activado por el complejo de Ton (TonB-ExbBD). Proteínas periplásmicas de unión (azul claro) transportadores de ATP (púrpura) que se encuentran en la membrana citoplasmática son usadas para asegurar a futuro el transporte en la célula (lo mismo es cierto para bacterias Gram positivas pero en estas bacterias las proteínas se encuentran ancladas a la membrana). Por ejemplo, Escherichia coli importa el sideróforo enterobactina por el receptor FepA y el sistema FepBCDG. Las bacterias patógenas también pueden usar fuentes de hierro del hospedero; por ejemplo, en Neisseria el hierro férrico es removido de la transferrina (Tf) y la lactoferrina (Lf) en la membrana externa, y transportado a la célula por el sistema TbpAB-FbpABC. Hem es secuestrado de la hemoglobina (Hb) y la hemoglobinahaptoglobinas (Hb-Hp) por proteínas externas de la membrana como HpuAB y HmbR. Hem también puede ser subido directamente, por ejemplo por el sistema HemRTUV en Yersinia enterocolitica, o ser entregado por hemoforos como HasA en Serratia marcescens por HasR. En condiciones anaerobias, Fe 2+ soluble puede difundirse a través de la membrana externa por porinas, y posteriormente es importado por sistemas dependientes de energía como el FeoABC. Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, (February 2003)

21 Omp s, TonB y PTS

22 Biological functions of structurally characterized outer-membrane proteins of Gram-negative bacteria. Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, (February 2003)

23 Pie de figura. Los azúcares y alcoholes se difunden pasivamente al periplasma a través de las porinas específicas LamB y PhoE, donde pueden secuestrarlos proteínas de unión periplasmicas (el MalE, PiBP), y llevadas al citoplasma por los Transportadores ABC (MalFGK, PstABC) o por canales (GlpF). Los iones penetran en y hacia fuera la célula por porinas inespecíficas como OmpF y por canales ionicos como ClC y por la proteína mecanosensitiva MscL. Sideroforos atrapadores de hierro (por ejemplo, ferricromo) son importados por receptores externos de la membrana como FhuA, una proteína periplasmica de unión (FhuD) y un transportador de ABC(FhuBC). En este caso la energía que se requiere para activar el transporte de la membrana externa, proviene del un gradiente de protones a través de la membrana citoplasmica, por el complejo TonB-ExbBD. La secreción de toxinas como-hemolisin y secresión de sustancias tóxicas como antibióticos es mediada por transportadores dependientes de energía a nivel de la membrana citoplasmática, y por proteínas que forman un poro en el periplasma y la membrana externa, como TolC. Los barriles de la membrana externa apoyan en funciones diversas incluyendo el anclaje de la membrana externa al peptidoglucano (OmpA), la adherencia a células receptoras (OpcA, que une a la heparina sobre la superficie de células epiteliales, y OmpX, que puede asociar con proteínas de células hospederas) y la actividad enzimática (las lipasas OMPLA y PagP, que conservan la composición de lípido externo, y la peptidasa OmpT). Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, (February 2003)