transporte de carbohidratos en bacterias

Sistemas de Transporte

Membrana celular y proteínas

http://www.ucsf.edu/multimedia/photography/category/C31/

�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.

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

�El transporte activo se ha considerado una clase de transporte primario donde el soluto no es químicamente modificado.

�Es producido por un evento metabólico productor de energía: ATP, energía luminosa o reacciones de oxidación-reducción.

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

�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).

Transporte de Vitamina B12

en Escherichia colihttp://moose.bio.ucalgary.ca/index.php?page=CK_Projects

Transportadores ABC

http://www.mol.biol.ethz.ch/groups/locher_group/Research

Sistema de Fosfotransferasa

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.

�Translocación de grupo. Principalmente ocurre en bacterias anaerobias y facultativas.

Funcionamiento del Sistema PTS1. 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 vezfosforila 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, 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

�En condiciones de laboratorio las proteínasOmpC 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 submicromolaresde glucosa LamB transporta hasta el 70% de la glucosa al periplasma.

Omp’s transportadoras de glucosa

Maltoporina en E. coli

Aquaporinas

Aquaporina Z en E. coli

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.

Topology in Bacterial gram-negative inner membrane

periplasmic side

cytoplasmic side

Sideróforos

Ferric hydroxamate uptakereceptor FhuA, complex with TonB

Topology in Bacterial gram-negative outer membrane

extracellular side

periplasmic side

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.

Sideróforos

Fig1. Representative iron-uptakesystems in Gram-negative bacteria.

Nature Reviews Molecular Cell Biology 4, 105-116 (February 2003)

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 coliimporta 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 hemoglobina-haptoglobinas (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 HasAen 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.


Pie de figura.

Omp’s, TonB y PTS

Biological functions of structurallycharacterized outer-membrane

proteins of Gram-negative bacteria.



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. Sideroforosatrapadores 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 célulasreceptoras (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).

Pie de figura.

transporte de carbohidratos en bacterias

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