Las porinas son proteínas beta barril que cruzan una membrana celular y actúan como un poro, a través del cual las moléculas pueden difundirse . [1] A diferencia de otras proteínas de transporte de membrana , las porinas son lo suficientemente grandes como para permitir la difusión pasiva , es decir, actúan como canales específicos para diferentes tipos de moléculas. Están presentes en la membrana externa de las bacterias gramnegativas y de algunas micobacterias grampositivas ( actinomicetos que contienen ácido micólico ), la membrana externa de las mitocondrias y la membrana externa del cloroplasto (membrana plástida externa).
Las porinas están compuestas de láminas beta (láminas β) formadas por hebras beta (hebras β) que están unidas entre sí mediante vueltas beta (vueltas β) en el lado citoplasmático y largos bucles de aminoácidos en el otro. Las hebras β se encuentran en forma antiparalela y forman un tubo cilíndrico, llamado barril beta (barril β). [2] La composición de aminoácidos de las cadenas de porina β es única porque los residuos polares y no polares se alternan a lo largo de ellas. Esto significa que los residuos no polares miran hacia afuera para interactuar con los lípidos no polares de la membrana externa , mientras que los residuos polares miran hacia adentro, hacia el centro del barril beta, para crear el canal acuoso . Los aminoácidos específicos en el canal determinan la especificidad de la porina para diferentes moléculas.
Los barriles β que forman una porina están compuestos desde tan solo ocho hebras β hasta veintidós hebras β. Los hilos individuales se unen mediante bucles y vueltas. [3] La mayoría de las porinas son monómeros ; sin embargo, se han descubierto algunas porinas diméricas , así como una porina octamérica . [4] Dependiendo del tamaño de la porina, el interior de la proteína puede estar lleno de agua, tener hasta dos cadenas β plegadas hacia el interior o contener un segmento "tapón" compuesto de cadenas β.
Todas las porinas forman homotrímeros en la membrana externa, lo que significa que tres subunidades de porinas idénticas se asocian para formar una superestructura de porinas con tres canales. [5] Los enlaces de hidrógeno y las interacciones dipolo-dipolo entre cada monómero en el homotrímero aseguran que no se disocian y permanecen juntos en la membrana externa.
Se han utilizado varios parámetros para describir la estructura de una proteína porina. Incluyen el ángulo de inclinación (α), el número de corte (S), el número de hebra (n) y el radio del cilindro (R). [6] El ángulo de inclinación se refiere al ángulo relativo a la membrana. El número de corte (S) es el número de residuos de aminoácidos que se encuentran en cada cadena β. El número de hebra (n) es la cantidad de hebras β en la porina, y el radio del barril (R) se refiere al radio de apertura de la porina. Estos parámetros se relacionan mediante las siguientes fórmulas:
y,
Usando estas fórmulas, la estructura de una porina se puede determinar conociendo sólo algunos de los parámetros disponibles. Si bien la estructura de muchas porinas se ha determinado mediante cristalografía de rayos X , también se puede utilizar el método alternativo de secuenciación de la estructura primaria de la proteína .
Las porinas son poros y canales llenos de agua que se encuentran en las membranas de bacterias y eucariotas. También se han descubierto canales similares a porinas en arqueas. [7] Tenga en cuenta que el término " nucleoporina " se refiere a proteínas no relacionadas que facilitan el transporte a través de los poros nucleares en la envoltura nuclear .
Las porinas participan principalmente en el transporte pasivo de moléculas hidrófilas de diversos tamaños y cargas a través de la membrana. [8] Para sobrevivir, ciertos nutrientes y sustratos necesarios deben transportarse al interior de las células. Asimismo, las toxinas y desechos deben transportarse al exterior para evitar la acumulación de tóxicos. [9] Además, las porinas pueden regular la permeabilidad y prevenir la lisis al limitar la entrada de detergentes a la célula. [8]
Existen dos tipos de porinas para transportar diferentes materiales: generales y selectivas. Las porinas generales no tienen especificidades de sustrato, aunque algunas muestran ligeras preferencias por aniones o cationes. [8] Las porinas selectivas son más pequeñas que las porinas generales y tienen especificidades por especies químicas. Estas especificidades están determinadas por los tamaños umbral de las porinas y los residuos de aminoácidos que las recubren. [5]
En las bacterias gramnegativas , la membrana interna es la principal barrera de permeabilidad. [10] La membrana externa es más permeable a sustancias hidrófilas, debido a la presencia de porinas. [5] Las porinas tienen tamaños umbral de moléculas transportables que dependen del tipo de bacteria y porina. Por lo general, sólo pueden difundirse sustancias con un tamaño inferior a 600 daltons . [8]
Las porinas se descubrieron por primera vez en bacterias gramnegativas, pero se han encontrado bacterias grampositivas con ambos tipos de porinas. [9] Exhiben funciones de transporte similares pero tienen una variedad más limitada de porinas, en comparación con la distribución que se encuentra en las bacterias gramnegativas. [9] Las bacterias Gram positivas carecen de membranas externas, por lo que estos canales de porinas están unidos a lípidos específicos dentro de las paredes celulares . [7]
Las porinas también se encuentran en los eucariotas, concretamente en las membranas externas de las mitocondrias y los cloroplastos . [9] [10] Los orgánulos contienen porinas generales que son estructural y funcionalmente similares a las bacterianas. Estas similitudes han apoyado la teoría endosimbiótica , mediante la cual los orgánulos eucariotas surgieron a partir de bacterias gramnegativas. [10] Sin embargo, las porinas eucariotas exhiben la misma diversidad limitada que las porinas grampositivas y también muestran un mayor papel dependiente del voltaje durante el metabolismo. [9] [10]
Archaea también contiene canales iónicos que se han originado a partir de porinas generales. [7] Los canales se encuentran en la envoltura celular y ayudan a facilitar la transferencia de solutos. Tienen características similares a las porinas bacterianas y mitocondriales, lo que indica superposiciones fisiológicas en los tres dominios de la vida. [7]
Muchas porinas son objetivos de las células inmunitarias del huésped , lo que da lugar a vías de señalización que conducen a la degradación bacteriana. Se utilizan tratamientos terapéuticos, como vacunas y antibióticos , para complementar esta respuesta inmunitaria . [5] Se han diseñado antibióticos específicos para viajar a través de las porinas con el fin de inhibir los procesos celulares. [8]
Sin embargo, debido a la presión selectiva, las bacterias pueden desarrollar resistencia mediante mutaciones en el gen de la porina. [5] Las mutaciones pueden provocar una pérdida de porinas, lo que hace que los antibióticos tengan una menor permeabilidad o queden completamente excluidos del transporte. Estos cambios han contribuido al surgimiento global de resistencia a los antibióticos y a un aumento de las tasas de mortalidad por infecciones . [5]
El descubrimiento de las porinas se ha atribuido a Hiroshi Nikaido, apodado "el porinólogo". [11]
Según TCDB , existen cinco superfamilias de porinas evolutivamente independientes. La superfamilia de porinas I incluye 47 familias de porinas con una variedad de números de cadenas β transmembrana (β-TMS). Estas incluyen las familias de porinas GBP, SP y RPP. Mientras que PSF I incluye 47 familias, PSF II-V contiene cada una solo 2 familias. Mientras que PSF I deriva miembros de bacterias gramnegativas principalmente de una familia de porinas mitocondriales eucariotas, las porinas PSF II y V se derivan de Actinomycetota . PSF III y V se derivan de orgánulos eucariotas. [12] [13]
1.B.1 - Familia de porinas bacterianas generales
1.B.2 - Familia de porinas de clamidia (CP)
1.B.3 - Familia de porinas de azúcar (SP)
1.B.4 - Porinas de Brucella-Rhizobium (BRP ) ) Familia
1.B.5 - Familia de porinas OprP (POP) de Pseudomonas
1.B.6 - Familia de porinas OmpA-OmpF (OOP)
1.B.7 Familia de porinas Rhodobacter
PorCa (RPP)
1.B.8 Mitocondriales y plastidios familia de porinas (MPP)
1.B.9 Familia de proteínas de membrana externa (FadL) FadL
1.B.10 Familia de porinas de membrana externa (Tsx) formadoras de canales específicos de nucleósidos
1.B.11 Familia de porinas usher (FUP) de membrana externa fimbrial
1.B.12 Familia del autotransportador-1 (AT-1)
1.B.13 Familia de porinas exportadoras de alginato (AEP)
1.B.14 Familia de receptores de membrana externa (OMR)
1.B.15 Familia de porinas de rafinosa (RafY)
1 .B.16 Familia de porinas de urea y amida de cadena corta (SAP)
1.B.17 Familia de factores de membrana externa (OMF)
1.B.18 Familia de proteínas auxiliares de membrana externa (OMA)
1.B.19 Porina OprB selectiva para glucosa ( OprB) familia
1.B.20 Familia de secreción bipartita (TPS)
1.B.21 Familia de porina OmpG (OmpG)
1.B.22 Familia de secretina de membrana bacteriana externa (secretina)
1.B.23 Porina de cianobacteria (CBP) familia
1.B.24 Porina micobacteriana
1.B.25 Familia de porina de membrana externa (Opr)
1.B.26 Familia de porina de ciclodextrina (CDP)
1.B.31 Familia de porina de membrana externa principal (MomP) de Campylobacter jejuni
1.B. 32 Familia de porinas fusobacterianas de la membrana externa (FomP)
1.B.33 Familia de porinas de inserción de proteínas de la membrana externa (complejo Bam) (OmpIP)
1.B.34 Porinas corinebacterianas
1.B.35 Familia de porinas específicas de oligogalacturonato (KdgM)
1.B .39 Porina bacteriana, familia OmpW (OmpW)
1.B.42 - Familia de porinas de exportación de lipopolisacáridos de membrana externa (LPS-EP)
1.B.43 - Familia de porinas Coxiella P1 (CPP1)
1.B.44 - Las probables Familia de porinas (PorT) de Porphyromonas gingivalis translocadora de proteínas
1.B.49 - Familia de porinas de Anaplasma P44 (A-P44)
1.B.54 - Familia de intimina /invasina (Int/Inv) o autotransportador-3
1.B.55 - Familia de porinas de poliacetilglucosamina (PgaA)
1.B.57 - Familia de proteínas de membrana externa principal de Legionella (LM-OMP)
1.B.60 - Familia de porinas Omp50 (porinas Omp50)
1.B.61 - Familia de porinas proteobacterianas delta (Delta-Porin)
1.B.62 - Familia putativa de porinas bacterianas (PBP)
1.B.66 - Familia putativa de porinas beta-barril-2 (BBP2)
1 .B.67 - La familia putativa de porina-4 de barril beta (BBP4)
1.B.68 - La superfamilia putativa de porina-5 de barril beta (BBP5)
1.B.70 - La familia de canal de membrana exterior (OMC)
1.B .71 - Familia de porinas proteobacterianas/verrucomicrobianas (PVP)
1.B.72 - Familia de porinas de membrana externa protoclamidiales (PomS/T)
1.B.73 - Familia de biogénesis/ensamblaje de cápsulas (CBA)
1.B.78 - La familia de porinas asociadas al transporte de electrones (ETPorin) DUF3374
1.B.24 - Porina micobacteriana
1.B.58 - Familia de canales de pared celular heterooligoméricos del nocardio (NfpA/B)
1.B.28 - Familia de porinas de envoltura externa de plástidos de 24 kDa (OEP24)
1.B.47 - Familia de porinas de envoltura externa de plástidos de 37 kDa (OEP37)
Esta superfamilia incluye proteínas que comprenden poros en translocasas de proteínas multicomponentes como sigue: 3.A.8 - [Tim17 (P39515) Tim22 (Q12328) Tim23 (P32897)]; 1.B.69 - [PXMP4 (Q9Y6I8) PMP24 (A2R8R0)]; 3.D.9 - [Componente NDH de 21,3 kDa (P25710)]
1.B.30 - Familia de porinas de envoltura externa de plástidos de 16 kDa (OEP16)
1.B.69 - Familia de porinas de membrana peroxisomal 4 (PxMP4)
3.A.8 - Familia de translocasas de proteínas mitocondriales (MPT)
1.B.34 - Familia de porina A (PorA) corinebacteriana 1.B.59 - Familia de porina de membrana externa, PorH (PorH)
