La translocación del grupo PEP (fosfoenolpiruvato) , también conocida como sistema de fosfotransferasa o PTS , es un método específico que utilizan las bacterias para la captación de azúcar, donde la fuente de energía es el fosfoenolpiruvato (PEP). Se sabe que es un sistema multicomponente que siempre involucra enzimas de la membrana plasmática y del citoplasma .
El sistema PTS utiliza transporte activo. Después de la translocación a través de la membrana, los metabolitos transportados se modifican. El sistema PTS fue descubierto por Saul Roseman en 1964. [1] El sistema bacteriano fosfoenolpiruvato:azúcar fosfotransferasa (PTS) transporta y fosforila sus sustratos de azúcar en un solo paso acoplado a la energía. Este proceso de transporte depende de varias proteínas de transferencia de fosforilo citoplasmáticas: enzima I (I), HPr, enzima IIA (IIA) y enzima IIB (IIB)), así como la permeasa integral de membrana de azúcar (IIC). Los complejos de enzima II de PTS se derivan de 4 superfamilias de complejos de enzima II de PTS que evolucionan independientemente, que incluyen las superfamilias (1) glucosa (Glc) , (2) manosa (Man) , [2] [3] (3) ascorbato-galactitol (Asc-Gat) [4] [5] y (4) dihidroxiacetona (DHA). [6] [7]
El sistema de fosfotransferasa está involucrado en el transporte de muchos azúcares a las bacterias, incluyendo glucosa , manosa , fructosa y celobiosa . Los azúcares PTS pueden diferir entre grupos bacterianos, reflejando las fuentes de carbono más adecuadas disponibles en el entorno en el que evolucionó cada grupo. En Escherichia coli , hay 21 transportadores diferentes (es decir, proteínas IIC, a veces fusionadas a proteínas IIA y/o IIB, ver figura) que determinan la especificidad de importación. De estos, 7 pertenecen a la familia de la fructosa (Fru), 7 pertenecen a la familia de la glucosa (Glc) y 7 pertenecen a las otras familias de permeasas PTS. [8]
El grupo fosforilo en PEP se transfiere finalmente al azúcar importado a través de varias proteínas. El grupo fosforilo se transfiere a la enzima EI ( EI ), proteína histidina ( HPr , proteína termoestable ) y enzima E II ( EII ) a un residuo de histidina conservado , mientras que en la enzima E II B ( EIIB ) el grupo fosforilo generalmente se transfiere a un residuo de cisteína y rara vez a una histidina. [9]
En el proceso de transporte de glucosa PTS específico de las bacterias entéricas , PEP transfiere su fosforilo a un residuo de histidina en EI . EI a su vez transfiere el fosfato a HPr. Desde HPr, el fosforilo se transfiere a EIIA . EIIA es específico para la glucosa y transfiere además el grupo fosforilo a un EIIB yuxtamembrana. Finalmente, EIIB fosforila la glucosa a medida que cruza la membrana plasmática a través de la enzima transmembrana II C ( EIIC ), formando glucosa-6-fosfato . [9] El beneficio de transformar la glucosa en glucosa-6-fosfato es que no se filtrará fuera de la célula, proporcionando así un gradiente de concentración unidireccional de glucosa. El HPr es común a los sistemas de fosfotransferasa de los otros sustratos mencionados anteriormente, al igual que el EI aguas arriba. [10]
Las proteínas que se encuentran aguas abajo de la HPr tienden a variar entre los diferentes azúcares. La transferencia de un grupo fosfato al sustrato una vez que se ha importado a través del transportador de membrana evita que el transportador reconozca nuevamente el sustrato, manteniendo así un gradiente de concentración que favorece una mayor importación del sustrato a través del transportador.
En muchas bacterias, existen cuatro conjuntos diferentes de proteínas IIA, IIB e IIC, cada una específica para un azúcar en particular (glucosa, manitol, manosa y lactosa/quitobiosa). Para complicar aún más las cosas, la IIA puede fusionarse con la IIB para formar una única proteína con dos dominios, o la IIB puede fusionarse con la IIC (el transportador), también con dos dominios. [11]
Con el sistema de la glucosa fosfotransferasa, el estado de fosforilación de EIIA puede tener funciones reguladoras. Por ejemplo, a bajas concentraciones de glucosa, el EIIA fosforilado se acumula y esto activa la adenilato ciclasa unida a la membrana . Los niveles intracelulares de AMP cíclico aumentan y esto luego activa la CAP ( proteína activadora de catabolitos ), que está involucrada en el sistema de represión de catabolitos , también conocido como efecto de la glucosa. Cuando la concentración de glucosa es alta, EIIA está mayoritariamente desfosforilada y esto le permite inhibir la adenilato ciclasa , la glicerol quinasa , la lactosa permeasa y la maltosa permeasa. Por lo tanto, además de ser una forma eficiente de importar sustratos a la bacteria, el sistema de translocación del grupo PEP también vincula este transporte a la regulación de otras proteínas relevantes.
G. Marius Clore resolvió las estructuras tridimensionales de ejemplos de todos los complejos citoplasmáticos solubles del PTS mediante espectroscopia RMN multidimensional , y condujo a conocimientos significativos sobre cómo las proteínas de transducción de señales reconocen múltiples socios estructuralmente diferentes al generar superficies de unión similares a partir de elementos estructurales completamente diferentes, haciendo uso de grandes superficies de unión con redundancia intrínseca y explotando la plasticidad conformacional de la cadena lateral. [11]