Трехсторонний АТФ-независимый периплазматический переносчик

Трехкомпонентные АТФ-независимые периплазматические переносчики ( переносчики TRAP) представляют собой большое семейство переносчиков растворенных веществ, обнаруженных у бактерий и архей , но не у эукариот , которые, по-видимому, специфичны для поглощения органических кислот или родственных молекул, содержащих карбоксилатную или сульфонатную группу. Они уникальны тем, что используют субстрат-связывающий белок (SBP) в сочетании со вторичным транспортером .

История

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

Транспортеры TRAP были обнаружены в лаборатории профессора Дэвида Дж. Келли в Университете Шеффилда , Великобритания. Его группа работала над механизмом, используемым фотосинтезирующей бактерией Rhodobacter capsulatus для поглощения определенных дикарбоновых кислот . Они охарактеризовали компонент связывающего белка (DctP) транспортера, который распознает эти соединения, который, как они предполагали, будет частью типичного транспортера ABC , 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 поглощения требуется электрохимический ионный градиент, что делает его уникальным зависимым от связывающих белков вторичным переносчиком. ^[1]

С этих ранних исследований, стало ясно , что TRAP транспортеры присутствуют во многих бактерий и архебактерий , ^[2] с большим количеством бактерий , обладающих несколькими TRAP транспортеров, некоторые , имеющие 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 совместимые растворенные вещества эктоин, гидроксиэктоин и пироглутамат . ^[4]

Состав

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 специфическом для сиаловой кислоты транспортере TRAP от 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, содержат 17 трансмембранных спиралей. ^[4]

Механизм

При использовании SBP транспортеры TRAP имеют некоторое сходство с транспортерами ABC в том, что субстрат для транспортера первоначально распознается за пределами цитоплазматической мембраны. У грамотрицательных бактерий SBP обычно свободен в периплазме и экспрессируется на относительно высоких уровнях по сравнению с мембранными доменами. ^[1] У грамположительных бактерий 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 субстрат 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 восстановленной форме in vitro , для поглощения используется Na⁺
градиент, а не градиент протонов, чтобы стимулировать захват. ^[8] Системы SiaPQM также проявляют уникальные свойства для вторичного транспортера в том, что они не могут катализировать двунаправленный транспорт, поскольку SBP требует, чтобы движение происходило только в направлении поглощения клеткой. ^[8]

Состав

Субстрат-связывающий белок (SBP)

После первой структуры TRAP SBP в 2005 году ^[9] в настоящее время 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. Высококонсервативный остаток аргинина в SBP TRAP образует солевой мостик с карбоксилатной группой на субстрате, что важно для распознавания субстрата. ^[10]

Мембранные субъединицы

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

использованная литература

^ a b c d Нападающий JA; Behrendt MC; Wyborn NR; Крест R .; Келли DJ (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. DOI : 10.1128 / jb.179.17.5482-5493.1997 . PMC 179420 . PMID 9287004 .
^ Rabus R .; Джек DL; Келли DJ; Сайер М. Х. младший (1999). «Транспортеры TRAP: древнее семейство экстрацитоплазматических зависимых от рецепторов растворенных веществ вторичных активных транспортеров» . Микробиология . 145 (12): 3431–3445. DOI : 10.1099 / 00221287-145-12-3431 . PMID 10627041 .
^ Маллиган C .; Келли DJ; Томас Г. Х. (2007). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические переносчики: применение реляционной базы данных для анализа частоты и организации генов-переносчиков в масштабе всего генома». J. Mol. Microbiol. Biotechnol . 12 (3–4): 218–226. DOI : 10.1159 / 000099643 . PMID 17587870 . S2CID 30920843 .
^ a b c d e Mulligan C .; Фишер М .; Томас Г. (2010). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические транспортеры (TRAP) у бактерий и архей» . FEMS Microbiol. Ред . 35 (1): 68–86. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00236.x . PMID 20584082 .
^ Томас GH, Southworth T, Леон-Кемпис MR, пиявка A, Келли DJ (2006). «Новые лиганды для внеклеточных рецепторов растворенных веществ двух бактериальных транспортеров TRAP» . Микробиология . 152 (2): 187–198. DOI : 10.1099 / mic.0.28334-0 . PMID 16385129 .
^ Pernil R, Герреро A, E Flores (2010). «TRAP-переносчик пирувата и других монокарбоксилат-2-оксокислот в цианобактериях Anabaena sp. Штамм PCC 7120» . J. Bacteriol . 192 (22): 6089–6092. DOI : 10.1128 / JB.00982-10 . PMC 2976462 . PMID 20851902 .
^ Severi E, G Рэндл, Kivlin P, K Уитфилд, Young R, R Моксон, Келли D, D Hood, Томас 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. Microbiol . 58 (4): 1173–1185. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2005.04901.x . PMID 16262798 . S2CID 32085592 .
^ a b Mulligan C .; Герцма ER; Севери Э .; Келли DJ; Poolman B .; Томас Г. Х. (2009). «Субстрат-связывающий белок придает направленность электрохимическому транспортеру TRAP, управляемому градиентом натрия» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 106 (6): 1778–1783. DOI : 10.1073 / pnas.0809979106 . PMC 2644114 . PMID 19179287 .
^ Мюллер A .; Севери Э .; Mulligan C .; Watts AG; Келли DJ; Уилсон К.С.; Уилкинсон AJ; Томас Г. Х. (2006). «Сохранение структуры и механизма в первичных и вторичных транспортерах на примере SiaP, фактора вирулентности, связывающего сиаловую кислоту из Haemophilus influenzae» (PDF) . J. Biol. Chem . 281 (31): 22212–22222. DOI : 10.1074 / jbc.M603463200 . PMID 16702222 . S2CID 37483123 .
^ а б Джонстон JW; Куссенс Н. П.; Allen S .; Houtman JC; Тернер KH; Залески А .; Ramaswamy S .; Гибсон BW; 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. DOI : 10.1074 / jbc.M706603200 . PMID 17947229 .
^ 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 обнаруживают димер с перестановкой спирали, требующий катиона для связывания альфа-кетокислоты» . BMC Struct. Биол . 7 : 11. DOI : 10,1186 / 1472-6807-7-11 . PMC 1839085 . PMID 17362499 .
^ Фишер М, Чжан QY, Хаббард RE, Томас Х. (2010). «Попался в ловушку: субстрат-связывающие белки во вторичном транспорте». Trends Microbiol . 18 (10): 471–478. DOI : 10.1016 / j.tim.2010.06.009 . PMID 20656493 .

внешние ссылки

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

[Forward1997-1] Нападающий JA; Behrendt MC; Wyborn NR; Крест R .; Келли DJ (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. DOI : 10.1128 / jb.179.17.5482-5493.1997 . PMC 179420 . PMID 9287004 .

[Rabus-2] Rabus R .; Джек DL; Келли DJ; Сайер М. Х. младший (1999). «Транспортеры TRAP: древнее семейство экстрацитоплазматических зависимых от рецепторов растворенных веществ вторичных активных транспортеров» . Микробиология . 145 (12): 3431–3445. DOI : 10.1099 / 00221287-145-12-3431 . PMID 10627041 .

[Mulligan2007-3] Маллиган C .; Келли DJ; Томас Г. Х. (2007). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические переносчики: применение реляционной базы данных для анализа частоты и организации генов-переносчиков в масштабе всего генома». J. Mol. Microbiol. Biotechnol . 12 (3–4): 218–226. DOI : 10.1159 / 000099643 . PMID 17587870 . S2CID 30920843 .

[Mulligan2010-4] Mulligan C .; Фишер М .; Томас Г. (2010). «Трехсторонние АТФ-независимые периплазматические транспортеры (TRAP) у бактерий и архей» . FEMS Microbiol. Ред . 35 (1): 68–86. DOI : 10.1111 / j.1574-6976.2010.00236.x . PMID 20584082 .

[Thomas2006-5] Томас GH, Southworth T, Леон-Кемпис MR, пиявка A, Келли DJ (2006). «Новые лиганды для внеклеточных рецепторов растворенных веществ двух бактериальных транспортеров TRAP» . Микробиология . 152 (2): 187–198. DOI : 10.1099 / mic.0.28334-0 . PMID 16385129 .

[Pernil2010-6] Pernil R, Герреро A, E Flores (2010). «TRAP-переносчик пирувата и других монокарбоксилат-2-оксокислот в цианобактериях Anabaena sp. Штамм PCC 7120» . J. Bacteriol . 192 (22): 6089–6092. DOI : 10.1128 / JB.00982-10 . PMC 2976462 . PMID 20851902 .

[Severi2005-7] Severi E, G Рэндл, Kivlin P, K Уитфилд, Young R, R Моксон, Келли D, D Hood, Томас 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. Microbiol . 58 (4): 1173–1185. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.2005.04901.x . PMID 16262798 . S2CID 32085592 .

[Mulligan2009-8] Mulligan C .; Герцма ER; Севери Э .; Келли DJ; Poolman B .; Томас Г. Х. (2009). «Субстрат-связывающий белок придает направленность электрохимическому транспортеру TRAP, управляемому градиентом натрия» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 106 (6): 1778–1783. DOI : 10.1073 / pnas.0809979106 . PMC 2644114 . PMID 19179287 .

[Muller2006-9] Мюллер A .; Севери Э .; Mulligan C .; Watts AG; Келли DJ; Уилсон К.С.; Уилкинсон AJ; Томас Г. Х. (2006). «Сохранение структуры и механизма в первичных и вторичных транспортерах на примере SiaP, фактора вирулентности, связывающего сиаловую кислоту из Haemophilus influenzae» (PDF) . J. Biol. Chem . 281 (31): 22212–22222. DOI : 10.1074 / jbc.M603463200 . PMID 16702222 . S2CID 37483123 .

[Johnston2009-10] а б Джонстон JW; Куссенс Н. П.; Allen S .; Houtman JC; Тернер KH; Залески А .; Ramaswamy S .; Гибсон BW; 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. DOI : 10.1074 / jbc.M706603200 . PMID 17947229 .

[Gonin2007-11] 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 обнаруживают димер с перестановкой спирали, требующий катиона для связывания альфа-кетокислоты» . BMC Struct. Биол . 7 : 11. DOI : 10,1186 / 1472-6807-7-11 . PMC 1839085 . PMID 17362499 .

[Fischer2010-12] Фишер М, Чжан QY, Хаббард RE, Томас Х. (2010). «Попался в ловушку: субстрат-связывающие белки во вторичном транспорте». Trends Microbiol . 18 (10): 471–478. DOI : 10.1016 / j.tim.2010.06.009 . PMID 20656493 .