Sistemas de Transporte

Sistemas
de
Transporte
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.
http://www.ucsf.edu/multimedia/photography/category/C31/
Liposomas y proteoliposomas
Braz J Med Biol Res vol.35 no.7 Ribeirão Preto July 2002
Transporte y transportadores
Transporte pasivo inespecífico (Difusión simple).
Transporte pasivo específico (Difusión facilitada).
Transporte primario y secundario (energía química, luminosa o
electroquímica).
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.
Transporte secundario
Es guiado por gradientes electroquímicos y está acoplado al
transporte primario.
Transporte primario
H+in + energía H+out
Transporte secundario
H+out +Sout H+in + Sin
Se consideran como transporte secundario, a: Uniporte,
Simporte y Antiporte.
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.
Transporte de Vitamina B12
Transporte de Vitamina B12
en Escherichia coli
http://moose.bio.ucalgary.ca/index.php?page=CK_Projects
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).
Transportadores ABC
http://www.mol.biol.ethz.ch/groups/locher_group/Research
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.
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 Mg2+)
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 (EIIAGlc ) o el
manitol (EIIAMan)].
4. La EIIA-P rápidamente, y en presencia
de Mg2+, transfiere el fosfato a la
enzima-IIB específica con la que se
asocia (p. ej., EIIBGlc), que a su vez
fosforila el azúcar (en el caso de la glucosa convirtiéndola en glucosa-6P): 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, 613-624 (August 2008)
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.
PTS glucosa
Sistema de la Fosfotransferasa
Microbial Cell Factories 2005, 4:14
Omp’s transportadoras de
glucosa
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.
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
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
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
Sideróforos
Fig1. Representative iron-uptake
systems in Gram-negative bacteria.
Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, 105-116 (February 2003)
Pie de figura.
En condiciones aeróbicas, bacteria confía en proteínas receptoras de superficie
de alta afinidad (azul) que une Fe3+-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, Fe2+ 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, 105-116 (February 2003)
Omp’s, TonB y PTS
Biological functions of structurally
characterized outer-membrane
proteins of Gram-negative bacteria.
Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, 105-116 (February 2003)
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, 105-116 (February 2003)