GalP (белок) - GalP (protein)
Пермеаза галактозы или GalP нашел в кишечная палочка является интегральный мембранный белок участвует в транспорте моносахаридов, в первую очередь гексозы, для использования Кишечная палочка в гликолиз и другие метаболические и катаболические пути (3,4). Он является членом суперсемейства главных фасилитаторов (MFS) и является гомологом человека. GLUT1 транспортер (4). Ниже вы найдете описания структуры, специфичности, эффектов на гомеостаз, экспрессию и регуляцию GalP, а также примеры некоторых его гомологов.
Структура
Галактозопермеаза (GalP) является членом суперсемейства основных фасилитаторов (MFS) и поэтому имеет структурное сходство с другими членами этого суперсемейства, такими как GLUT1 (4). Все члены MFS имеют 12 мембран, охватывающих альфа (α) -спирали, причем как С-, так и N-конец расположены на цитоплазматической стороне мембраны (4). На рис. 1а (3) показано, как 12 спиралей делятся на две псевдосимметричные половины из 6 спиралей, которые соединены длинной гидрофильной цитоплазматической петлей между спиралью 6 и спиралью 7 (2,3,4). Эти две половинки объединяются, образуя поры для транспортировки субстрата. В GalP субстраты в основном состоят из галактоза, глюкоза и H +. Мономеры GalP имеют поры примерно 10 Å в диаметре, что согласуется с размерами пор, обнаруженными в других членах MFS, между 10-15 Å (4). GalP был обнаружен как олигомер, образованный гомотримером мономеров GalP, который проявляет р3 или 3-кратную вращательную симметрию (рис. 1b-c) (4). GalP является первым членом MFS, который был обнаружен как тример и был биологически активен в своей тримерной форме; считается, что олигомер GalP формируется для стабильности (4).
Специфика
GalP - это транспортер моносахаридов, который использует хемиосмотический механизм транспорта его субстратов в цитоплазму Кишечная палочка (1). Глюкоза, галактоза и другие гексозы транспортируются GalP с помощью протонный градиент производятся цепью переноса электронов и обратимы АТФаза (1). GalP может специфически связываться с гексозами с преимущественным связыванием галактозы и глюкозы через поры в каждом мономере (2,3). Он транспортирует эти сахара с большей скоростью с протонным градиентом, но все еще может транспортировать их с утечкой без присутствия протонного градиента (4). Как указывалось ранее, GalP имеет сходство с GLUT1 и другие члены MFS и, как GLUT1, GalP могут ингибироваться антибиотиками. цитохалазин B и форсколин (Рисунок 1a) (3), которые конкурентно связываются с порами, блокируя транспорт сахара в клетку (2,3,4). Форсколин является структурным гомологом D-галактозы (рис. 1а) (3) и, следовательно, может связываться с переносчиком с аналогичным сродством. Цитохалазин B может связываться с остатком аспарагина (Asn394) в поре, блокируя захват сахарида, который также обнаруживается в транспортере GLUT1 (2,3). GalP может транспортировать лактозу или фруктозу, но с низким сродством, позволяя этим сахарам «просачиваться» через мембрану только тогда, когда глюкоза, галактоза или другие гексозы не присутствуют для транспорта (4).
Гомеостаз
ГалП сторонник связывает галактозу и импорт протонов, используя благоприятный градиент концентрации протонов для перемещения галактозы против градиента ее концентрации. Однако этот механизм, если его изолировать, приведет к закислению цитоплазмы и прекращению импорта галактозы (14). Чтобы предотвратить это, Кишечная палочка использует ионные насосы, предназначенные для повышения внутриклеточного pH (13,14). Во время транспорта электронов (ключевой этап производства АТФ в дыхание ) энергия, получаемая от электронов, используется для перекачки протонов в периплазматическое пространство для создания движущей силы протонов. Первичные протонные насосы, отвечающие за откачку протонов из цитоплазмы, могут работать без синтеза АТФ и являются основным механизмом экспорта протонов (13,14). Сочетание импорта галактозы / протонов с экспортом протонов будет поддерживать pH гомеостаз. Поскольку протоны представляют собой заряженные молекулы, их импорт или экспорт может нарушить мембранный потенциал клетки (14). Однако одновременный импорт и экспорт протонов не приведет к изменению чистого заряда клетки и, следовательно, к чистому изменению мембранного потенциала.
Регулирование / выражение
Симпортер GalP / H + представляет собой пермеаза галактозы из GalP ген кишечная палочка геном. Галактоза является альтернативным источником углерода по сравнению с предпочтительной глюкозой. Регулятор катаболитной репрессии цАМФ / СРБ, скорее всего, участвует в регуляции экспрессии GalP (рис. 2) (9). Два белка, ответственные за ингибирование транскрипции регулона gal, - это GalR и GalS (рис. 4) (11). GalR и GalS имеют очень похожие последовательности первичной структуры и одинаковые сайты связывания на операторе (11). В присутствии D-галактозы GalR и GalS ингибируются, поскольку являются репрессорами (5, 11). Однако, когда GalP не требуется (т.е. когда глюкоза доступна), GalR / GalS будет связываться с участком оператора промотора, блокируя транскрипцию и предотвращая активацию cAMP-CRP (11). Видно, что GalS связывается только в присутствии GalR, поэтому оба эти белка необходимы для репрессии (11). цАМФ - это то, что модулирует СРБ на промоторе. Комплекс цАМФ-СРБ активирует регулон gal и отвечает за активацию GalP (рисунок 2) (9,11). GalP также репрессируется в присутствии глюкозы, так как клетка будет предпочитать глюкозу галактозе (7).
Существует также исследование участия NagC в регуляции, белка из гена nagC, который отвечает за репрессию N-ацетилглюкозамина (5). Это исследование предполагает, что NagC взаимодействует с GalR и GalS путем связывания с одним сайтом с высокой аффинностью перед промотором galP, а также для подавления транскрипции регулона gal (5).
Симпортеры других бактерий
Несколько других сторонники были идентифицированы в Кишечная палочка и у других бактерий. Кишечная палочка имеет хорошо изученный симпортер GltS глутамат / Na +, который способствует поглощению глутамата клеткой вместе с притоком ионов натрия. У него также есть серин-треониновый симпортер, SstT, который также использует приток ионов натрия для поглощения растворенных веществ.
Симпортер Na + / глюкозы (SglT) был идентифицирован в Вибрион парагемолитический (10). Ионы натрия индуцировали поглощение глюкозы клетками при исследовании фосфотрансферазная система (ФТС) мутанты (10). Clostridum difficle имеет симпортер, гомологичный симпортеру V. parahaemolyticus SglT (6). Симпортер цитрат / Na +, CitS, по-видимому, является обычным явлением между Холерный вибрион, Сальмонелла Тиф и Клебсиелла пневмонии (6). Этот симпортер использует приток ионов натрия, чтобы доставить цитрат в клетку, который является важным субстратом для метаболических процессов, таких как декарбоксилирование оксалоацетата (6). Симпортер H + / аминокислоты BrnQ можно найти в Lactobacillus delbruckii, и Синегнойная палочка имеет симпортер BraB для таких субстратов, как глутамат (6).
Растворенное вещество / ион сторонники очень часто встречаются у бактерий, так как они очень важны. Гомеостаз и регулируемое поглощение метаболическими путями важно для выживания бактерий.
GLUT-1: эукариотический гомолог
GalP гомологичен GLUT-1 обнаружен в клетках млекопитающих (12). Оба транспортера являются транспортерами MFS и обладают 29% идентичностью последовательностей (4). GLUT-1 является переносчиком глюкозы, присутствующим в большинстве клеток млекопитающих (рис. 5) (12). Его структура почти идентична структуре GalP - он имеет цитоплазматические амино- и карбоксиконцы, двенадцать мембранных α-спиралей, периплазматический сайт гликозилирования между спиралями 1 и 2 и цитоплазматическую α-спиральную петлю между спиралями 6 и 7 (12). GLUT-1 колеблется от 45 до 55 кДа; изменение размера зависит от степени гликозилирование (12).
В то время как GLUT-1 обнаружен в большинстве клеток млекопитающих, некоторые типы тканей экспрессируют этот переносчик больше, чем другие. GLUT-1 экспрессируется в высоком уровне на эритроцитах, эмбриональных клетках, фибробластах и эндотелиальных клетках (12). GLUT-1 также является одним из основных транспортеров, участвующих в транспортировке глюкозы через гематоэнцефалический барьер (12).
В общем, GLUT-1 действует как способствующий переносчик глюкозы, переносчик глюкозы по градиенту ее концентрации. Когда глюкоза связывается с GLUT-1, она стимулирует конформационное изменение, позволяя глюкозе выделяться на противоположной стороне мембраны (4,12). GLUT-1 является двунаправленным транспортером и обладает сайтами связывания глюкозы, доступными как на цитоплазматической, так и на внеклеточной поверхности (4,12). В редких случаях, когда GLUT-1 транспортирует глюкозу против градиента ее концентрации, Glut-1 использует источник энергии, обычно АТФ, чтобы переместить глюкозу. Как и GalP, GLUT-1 ингибируется за счет связывания цитохалазин B и форсколин (12).
использованная литература
1. Хендерсон, П. Дж. Ф., Гидденс, Р. А. и Джонс-Мортимер, М. С. (1977) Транспорт галактозы, глюкозы и их молекулярных аналогов Escherichia coli K12. Biochem. J. 162, 309-320.
2. Макдональд, Т. П., Уолмсли, А. Р. и Хендерсон, П. Дж. Ф. (1997) Аспарагин 394 в предполагаемой спирали 11 белка галактоза-Н + симпорт (GalP) из Escherichia coli связан с внутренним сайтом связывания цитохалазина В и сахара. J. Biol. Chem. 272, 15189-15199.
3. Макдональд, Т. П. и Хендерсон, П. Дж. Ф. (2001) Остатки цистеина в белке симпорта D-галактоза-H + Escherichia coli: влияние мутагенеза на транспорт, реакция с N-этилмалеимидом и связывание антибиотика. BioChem. J. 353, 709-717.
4. Чжэн, Х., Тараска, Дж., Мерц, А. Дж. И Гонен, Т. (2010) Прототипный H + / галактозный симпортер GalP собирается в функциональные тримеры. J. Mol. Биол. 396 (3), 593-601.
5. Эль-Каиди, С., Аллеманд, Дж. О., и Пламбридж, Дж. (2009). Репрессия galP, переносчика галактозы в Escherichia coli, требует специфического регулятора метаболизма N-ацетилглюкозамина. Молекулярная микробиология 71: 146-157.
6. Хасе, К. К., Федорова, Н. Д., Гальперин, М. Ю., Дибров, П. А. (2001). Цикл ионов натрия в бактериальных патогенах: данные сравнений перекрестных геномов. Обзоры микробиологии и молекулярной биологии Vol. 65, № 3: 353-370.
7. Эрнандес-Монтальво, В., Мартинес, А., Эрнандес-Чавес, Г., Боливар, Ф., Валле, Ф., и Госсет, Г. (2003). Экспрессия galP и glk в мутанте Escherichia coli PTS восстанавливает транспорт глюкозы и увеличивает гликолитический поток к продуктам ферментации. Биотехнология и биоинженерия, Vol. 83, № 6: 687-694.
8. Юнг, Х. (2002). Семейство симпортеров натрия / субстрат: структурные и функциональные особенности. Федерация европейских биохимических обществ 529: 73-77.
9. Моллер Т., Франч Т., Удесен К., Гердес К. и Валентин-Хансен П. (2002). РНК Spot 42 опосредует дискоординатную экспрессию оперона галактозы E. coli. Гены и развитие 16: 1696-1706.
10. Саркер, Р. И., Огава, В., Шимамото, Т., Симамото, Т., и Цучия, Т. (1996). Первичная структура и свойства Vibrio parahaemolyticus. Журнал бактериологии, Vol. 179, № 5: 1805–1808.
11. Семсей, С., Кришна, С., Снеппен, К., и Адхья, С. (2007). Интеграция сигналов в галактозной сети Escherichia coli. Молекулярная микробиология, 65: 465-476.
12. Олсон, А.Л., Пессин, Дж. Э. (1996). Структура, функция и регуляция семейства стимулирующих генов переносчиков глюкозы у млекопитающих. Анну Rev Nutr 16: 235-56.
13. Уайт, Д. (2007). Физиология и биохимия прокариот, 3-е издание. Издательство Оксфордского университета, Нью-Йорк.
14. Швейцер, Х. (2011). Гомеостаз. Лекция. 7 марта 2011 г.