Las porinas bacterianas generales son una familia de proteínas porinas de las membranas externas de las bacterias Gram-negativas . Las porinas actúan como filtros moleculares para compuestos hidrófilos . [1] Son responsables de las propiedades de " tamiz molecular " de la membrana externa. Las porinas forman grandes canales llenos de agua que permiten la difusión de moléculas hidrófilas en el espacio periplásmico . Algunas porinas forman canales de difusión generales que permiten que cualquier soluto hasta un cierto tamaño (ese tamaño se conoce como el límite de exclusión) cruce la membrana, mientras que otras porinas son específicas para un soluto en particular y contienen un sitio de unión para ese soluto dentro de los poros (estas se conocen como porinas selectivas). Como las porinas son las principales proteínas de la membrana externa, también sirven como sitios receptores para la unión de fagos y bacteriocinas .
Las porinas de difusión general generalmente se ensamblan como un trímero en la membrana, y el núcleo transmembrana de estas proteínas está compuesto exclusivamente de cadenas beta . [2] Se ha demostrado [3] que varias porinas están relacionadas evolutivamente.
Las porinas están compuestas por cadenas β, que están, en general, unidas entre sí por giros beta en el lado periplásmico de la membrana externa y bucles largos en el lado externo de la membrana. Las cadenas β se encuentran en forma antiparalela y forman un tubo cilíndrico, llamado barril β[2]. La composición de aminoácidos de las cadenas β de las porinas es única, ya que 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 la membrana lipídica no polar, mientras que los residuos polares miran hacia adentro, en el centro del barril β, para formar el canal acuoso. Los fosfolípidos que componen la membrana externa le confieren las mismas características semipermeables que la membrana citoplasmática [4].
El canal de la porina está parcialmente bloqueado por un bucle, llamado ojal, que se proyecta hacia la cavidad. En general, se encuentra entre las hebras 5 y 6 de cada barril, y define el tamaño del soluto que puede atravesar el canal. Está revestido casi exclusivamente con residuos de aminoacilo cargados dispuestos en lados opuestos del canal, lo que crea un campo eléctrico transversal a través del poro. El ojal tiene un excedente local de cargas negativas de cuatro residuos de ácido glutámico y siete de ácido aspártico (en contraste con un residuo de histidina, dos de lisina y tres de arginina) que se compensa parcialmente con dos átomos de calcio unidos, y se cree que esta disposición asimétrica de las moléculas tiene una influencia en la selección de moléculas que pueden pasar a través del canal[3].
Algunas osmoporinas, como OmpC, forman un complejo con la proteína transmembrana alfa-helicoidal MlaA para mantener la asimetría lipídica de la membrana externa. [5]
Los análisis estructurales tridimensionales muestran que hay muchas otras familias (al menos 48) que comparten una similitud de secuencia suficiente con la familia de porinas bacterianas generales (GBP). son homólogas en estructura y función a la familia de porinas bacterianas generales. Una de estas familias es la familia de porinas de azúcar (SP) . (TC# 1.B.3) La familia SP incluye la maltoporina bien caracterizada de E. coli para la cual se han obtenido las estructuras tridimensionales con y sin su sustrato por difracción de rayos X. La proteína consta de un barril β de 18 cadenas β en contraste con las proteínas de la familia de porinas bacterianas generales (GBP) y la familia de porinas Rhodobacter PorCa (RPP) (TC# 1.B.7)) que consta de 16 barriles β de cadenas β. Aunque la maltoporina contiene un barril beta más ancho que las porinas de las familias GBP (TC# 1.B.1) y RPP (TC# 1.B.7), exhibe un canal más estrecho, mostrando solo el 5% de la conductancia iónica de las últimas porinas.
La proteína PorCa de Rhodobacter, el único miembro bien caracterizado de la familia RPP, fue la primera porina en la que se obtuvo su estructura tridimensional mediante cristalografía de rayos X. Tiene una estructura de barril β de 16 cadenas similar a la de los miembros de la familia GBP (TC #1.B.1). Paupit et al. (1991) presentaron las estructuras cristalinas de la fosfoporina (PhoE; TC# 1.B.1.1.2), la maltoporina (LamB; TC# 1.B.3.1.1) y la matrixporina (OmpF), todas de E. coli, y descubrieron que estas tienen pliegues tridimensionales similares a los de la porina de Rhodobacter, PorCa. El análisis estructural y de secuencia proporciona evidencia sólida de que las familias GBP, SP y RPP, junto con 44 familias adicionales en TCDB, pertenecen a una sola superfamilia. Sin embargo, hemos podido demostrar homología entre miembros de las familias GBP y RPP utilizando medios estadísticos (M. Saier, resultados no publicados).
La familia general de porinas bacterianas pertenece a la superfamilia I de las porinas. Las familias homólogas Sugar Porin (SP) y Rhodobacter PorCa Porin (RPP) también pertenecen a la superfamilia I de las porinas.