Введение
Бактериальный метаболический путь групповой транслокации PEP (фосфоенолпируват), также известный как система фосфотрансферазы или PTS, представляет собой специфический метод, используемый бактериями для захвата сахаров, в котором источником энергии служит фосфоенолпируват (PEP). Это известная многокомпонентная система, всегда включающая ферменты плазматической мембраны и ферменты цитоплазмы. Система PTS использует активный транспорт. После транслокации через мембрану транспортируемые метаболиты подвергаются модификации. Система PTS была открыта Солом Роуземаном в 1964 году. Бактериальная система фосфоенолпируват:сахарная фосфотрансфераза (PTS) транспортирует и фосфорилирует свои сахарные субстраты за один энергетически связанный этап. Этот процесс транспортировки зависит от нескольких цитоплазматических белков, осуществляющих перенос фосфорильной группы – фермента I (I), HPr, фермента IIA (IIA) и фермента IIB (IIB), а также от интегрального мембранного сахаропереносчика (IIC). Комплексы PTS Enzyme II происходят из 4 независимо эволюционировавших суперсемейств комплексов PTS Enzyme II, включающих (1) суперсемейство глюкозы (Glc), (2) маннозы (Man), (3) аскорбат-галактитола (Asc Gat) и (4) дигидроксиацетона (DHA).
PEP (phosphoenol pyruvate) group translocation, also known as the phosphotransferase system or PTS, is a distinct method used by bacteria for sugar uptake where the source of energy is from phosphoenolpyruvate (PEP). It is known to be a multicomponent system that always involves enzymes of the plasma membrane and those in the cytoplasm. The PTS system uses active transport. After the translocation across the membrane, the metabolites transported are modified. The PTS system was discovered by Saul Roseman in 1964. The bacterial phosphoenolpyruvate:sugar phosphotransferase system (PTS) transports and phosphorylates its sugar substrates in a single energy coupled step. This transport process is dependent on several cytoplasmic phosphoryl transfer proteins Enzyme I (I), HPr, Enzyme IIA (IIA), and Enzyme IIB (IIB)) as well as the integral membrane sugar permease (IIC). The PTS Enzyme II complexes are derived from independently evolving 4 PTS Enzyme II complex superfamilies, that include the (1) Glucose (Glc), (2) Mannose (Man), (3) Ascorbate Galactitol (Asc Gat) and (4) Dihydroxyacetone (DHA) superfamilies.
Специфика
Система фосфотрансферазы участвует в транспорте многих сахаров в бактерии, включая глюкозу, маннозу, фруктозу и целлобиозу. Сахара PTS могут различаться у разных групп бактерий, отражая наиболее подходящие источники углерода, доступные в среде обитания, в которой каждая группа эволюционировала. У Escherichia coli существует 21 различный транспортер (то есть белки IIC, иногда слитые с белками IIA и/или IIB, см. рисунок), определяющие специфичность импорта. Из них 7 относятся к семейству фруктозы (Fru), 7 – к семейству глюкозы (Glc), а 7 – к другим семействам ПТС-пермеаз.
Механизм
Фосфорильная группа PEP в конечном итоге передается импортированному сахару посредством нескольких белков. Фосфорильная группа переносится на фермент EI (EI), гистидиновый белок (HPr, теплостабильный белок) и фермент EII (EII) в консервативный остаток гистидина, в то время как в ферменте EIIB (EIIB) фосфорильная группа обычно переносится в остаток цистеина и редко – в гистидин. В процессе транспорта глюкозы по системе PTS, характерном для энтеробактерий, PEP передает свой фосфорил гистидиновому остатку в EI. EI, в свою очередь, передает фосфат HPr. От HPr фосфорил передается EIIA. EIIA специфичен для глюкозы и далее передает фосфорильную группу на EIIB, расположенный вблизи мембраны. Наконец, EIIB фосфорилирует глюкозу при ее прохождении через плазматическую мембрану посредством трансмембранного фермента II C (EIIC), образуя глюкозо-6-фосфат. Белки, расположенные ниже по течению от HPr, как правило, различаются в зависимости от типа сахара. Перенос фосфатной группы на субстрат после его импорта через мембранный транспортер предотвращает повторное распознавание субстрата транспортером, тем самым поддерживая градиент концентрации, который способствует дальнейшему импорту субстрата через транспортер.
Специфика
У многих бактерий существует четыре различных набора белков IIA, IIB и IIC, каждый из которых специфичен для определенного сахара (глюкозы, маннита, маннозы и лактозы/хитобиозы). Чтобы еще больше усложнить ситуацию, IIA может быть объединен с IIB, образуя единый белок с двумя доменами, или IIB может быть объединен с IIC (транспортером), также состоящим из двух доменов.