Membrana externa bacteriana
| Ensamblaje de lipopolisacáridos, relacionado con LptC | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | LptC | ||||||||
| Pfam | PF06835 | ||||||||
| Clan Pfam | CL0259 | ||||||||
| Interprofesional | IPR010664 | ||||||||
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| Ensamblaje de lipopolisacáridos | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | LptE | ||||||||
| Pfam | PF04390 | ||||||||
| Interprofesional | IPR007485 | ||||||||
| Base de datos de datos termodinámica | 1.B.42 | ||||||||
| Superfamilia OPM | 412 | ||||||||
| Proteína OPM | 4t35 | ||||||||
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La membrana externa bacteriana se encuentra en las bacterias gramnegativas . Las bacterias gramnegativas forman dos bicapas lipídicas en sus envolturas celulares : una membrana interna (MI) que encapsula el citoplasma y una membrana externa (ME) que encapsula el periplasma . [1]
La composición de la membrana externa es distinta de la de la membrana celular citoplasmática interna : entre otras cosas, la capa externa de la membrana externa de muchas bacterias gramnegativas incluye un lipopolisacárido complejo cuya porción lipídica actúa como una endotoxina , y en algunas bacterias como E. coli está unido al peptidoglicano de la célula mediante la lipoproteína de Braun .
En esta capa se pueden encontrar porinas . [2]
Proteínas de membrana externa
Las proteínas de membrana externa son proteínas de membrana con funciones clave asociadas con la estructura y morfología de la célula bacteriana; la homeostasis de la membrana celular; la absorción de nutrientes; la protección de la célula contra toxinas, incluidos los antibióticos; y factores de virulencia, incluidas las adhesinas, las exotoxinas y la formación de biopelículas . [3] [4] Hay una serie de proteínas de membrana externa que están específicamente relacionadas con la virulencia .
Las proteínas de la membrana externa constan de dos clases principales de proteínas: las proteínas transmembrana y las lipoproteínas. Las proteínas transmembrana forman canales o poros en la membrana llamados porinas y canales de eflujo de bombeo activo. [5]
Las membranas externas de una bacteria pueden contener una enorme cantidad de proteínas. En el caso de E. coli, por ejemplo, hay alrededor de 500.000 en la membrana. [5]
Las proteínas de la membrana externa bacteriana suelen tener una estructura de barril beta única que se extiende a lo largo de la membrana. Los barriles beta se pliegan para exponer una superficie hidrofóbica antes de su inserción en la membrana externa. Los barriles beta varían en secuencia y tamaño, que van desde 8 a 36 cadenas beta. Un subconjunto de OMP tiene un enlace periplasmático o extracelular con su estructura de barril beta. [3] Una proteína de la membrana externa se transloca a través de la membrana interna a través de la maquinaria "Sec", y finalmente se inserta en la membrana externa mediante el complejo de maquinaria de ensamblaje de barriles.
Biogénesis
La biogénesis de la membrana externa requiere que los componentes individuales sean transportados desde el sitio de síntesis hasta su destino final fuera de la membrana interna atravesando compartimentos hidrofílicos e hidrofóbicos . La maquinaria y la fuente de energía que impulsan este proceso aún no se comprenden completamente. La fracción de núcleo de lípido A y las unidades de repetición de antígeno O se sintetizan en la cara citoplasmática de la membrana interna y se exportan por separado a través de dos sistemas de transporte independientes, a saber, el transportador de antígeno O Wzx (RfbX) y el transportador de casete de unión a ATP (ABC) MsbA que voltea la fracción de núcleo de lípido A desde el folíolo interno al folíolo externo de la membrana interna. [6] [7] [8] [9] [10] Las unidades de repetición de antígeno O luego se polimerizan en el periplasma por la polimerasa Wzy y se ligan a la fracción de núcleo de lípido A por la ligasa WaaL . [11] [12]
La maquinaria de transporte de LPS está compuesta por LptA, LptB, LptC, LptD y LptE. Esto se ve respaldado por el hecho de que la disminución de cualquiera de estas proteínas bloquea la vía de ensamblaje de LPS y da lugar a defectos muy similares en la biogénesis de la membrana externa. Además, la ubicación de al menos una de estas cinco proteínas en cada compartimento celular sugiere un modelo de cómo se organiza y ordena en el espacio la vía de ensamblaje de LPS. [12]
La LptC es necesaria para la translocación del lipopolisacárido (LPS) de la membrana interna a la membrana externa. [12] La LptE forma un complejo con la LptD, que participa en el ensamblaje de LPS en la hoja externa de la membrana externa y es esencial para la biogénesis de la envoltura. [12] [13] [14]
Importancia clínica
Si el lípido A , parte del lipopolisacárido, entra en el sistema circulatorio , provoca una reacción tóxica activando el receptor tipo Toll TLR 4. El lípido A es muy patógeno y no inmunogénico. Sin embargo, el componente polisacárido es muy inmunogénico, pero no patógeno, lo que provoca una respuesta agresiva del sistema inmunitario. El paciente tendrá una temperatura y una frecuencia respiratoria elevadas y una presión arterial baja. Esto puede provocar un shock endotóxico , que puede ser mortal. La membrana externa bacteriana se desprende fisiológicamente como membrana delimitadora de las vesículas de la membrana externa en cultivos, así como en tejidos animales en la interfaz huésped-patógeno , implicada en la translocación de señales bioquímicas microbianas gramnegativas a las células huésped o diana. [ cita requerida ]
Véase también
- Interacción huésped-patógeno
- Maltoporina
- Base de datos OMP
- Proteínas de eflujo de la membrana externa
- Membrana mitocondrial externa
Referencias
- ^ Yeow J, Luo M, Chng SS (diciembre de 2023). "Mecanismo molecular del transporte de fosfolípidos en la interfaz de la membrana externa bacteriana". Nat Commun . 14 (1): 8285. doi :10.1038/s41467-023-44144-8. PMC 10719372 . PMID 38092770.
- ^ van der Ley P, Heckels JE, Virji M, Hoogerhout P, Poolman JT (septiembre de 1991). "Topología de las porinas de la membrana externa en Neisseria spp patógena". Infección e inmunidad . 59 (9): 2963–71. doi :10.1128/IAI.59.9.2963-2971.1991. PMC 258120 . PMID 1652557.
- ^ ab Wang X, Peterson JH, Bernstein HD (mayo de 2021). "Las proteínas de la membrana externa bacteriana se dirigen al complejo Bam mediante dos mecanismos paralelos". mBio . 12 (3). doi :10.1128/mBio.00597-21. PMC 8262991 . PMID 33947759.
- ^ Knowles, Timothy J.; Scott-Tucker, Anthony; Overduin, Michael; Henderson, Ian R. (marzo de 2009). "Arquitectos de proteínas de membrana: el papel del complejo BAM en el ensamblaje de proteínas de membrana externa". Nature Reviews Microbiology . 7 (3): 206–214. doi :10.1038/nrmicro2069.
- ^ ab Sun J, Rutherford ST, Silhavy TJ, Huang KC (abril de 2022). "Propiedades físicas de la membrana externa bacteriana". Nat Rev Microbiol . 20 (4): 236–248. doi :10.1038/s41579-021-00638-0. PMC 8934262 . PMID 34732874.
- ^ Feldman MF, Marolda CL, Monteiro MA, Perry MB, Parodi AJ, Valvano MA (diciembre de 1999). "La actividad de una translocasa de azúcar (Wzx) unida a poliisoprenol que participa en el ensamblaje del antígeno O de Escherichia coli es independiente de la estructura química de la repetición O". J. Biol. Chem . 274 (49): 35129–38. doi : 10.1074/jbc.274.49.35129 . PMID 10574995.
- ^ Liu D, Cole RA, Reeves PR (abril de 1996). "Una función de procesamiento del antígeno O para Wzx (RfbX): un candidato prometedor para la flipasa de la unidad O". J. Bacteriol . 178 (7): 2102–7. doi :10.1128/jb.178.7.2102-2107.1996. PMC 177911 . PMID 8606190.
- ^ Doerrler WT, Reedy MC, Raetz CR (abril de 2001). "Un mutante de Escherichia coli defectuoso en la exportación de lípidos". J. Biol. Chem . 276 (15): 11461–4. doi : 10.1074/jbc.C100091200 . PMID 11278265.
- ^ Polissi A, Georgopoulos C (junio de 1996). "Análisis mutacional y propiedades del gen msbA de Escherichia coli, que codifica un transportador esencial de la familia ABC". Mol. Microbiol . 20 (6): 1221–33. doi :10.1111/j.1365-2958.1996.tb02642.x. PMID 8809774. S2CID 26807796.
- ^ Zhou Z, White KA, Polissi A, Georgopoulos C, Raetz CR (mayo de 1998). "Función de Escherichia coli MsbA, un transportador esencial de la familia ABC, en la biosíntesis de lípido A y fosfolípidos". J. Biol. Chem . 273 (20): 12466–75. doi : 10.1074/jbc.273.20.12466 . hdl : 2434/611267 . PMID 9575204.
- ^ Raetz CR, Whitfield C (2002). "Endotoxinas de lipopolisacáridos". Annu. Rev. Biochem . 71 : 635–700. doi :10.1146/annurev.biochem.71.110601.135414. PMC 2569852. PMID 12045108 .
- ^ abcd Sperandeo P, Lau FK, Carpentieri A, De Castro C, Molinaro A, Deho G, Silhavy TJ, Polissi A (julio de 2008). "Análisis funcional de la maquinaria proteica necesaria para el transporte de lipopolisacáridos a la membrana externa de Escherichia coli". J. Bacteriol . 190 (13): 4460–9. doi :10.1128/JB.00270-08. PMC 2446812 . PMID 18424520.
- ^ Wu T, McCandlish AC, Gronenberg LS, Chng SS, Silhavy TJ, Kahne D (agosto de 2006). "Identificación de un complejo proteico que ensambla lipopolisacárido en la membrana externa de Escherichia coli". Proc. Natl. Sci. USA . 103 (31): 11754–9. Bibcode :2006PNAS..10311754W. doi : 10.1073/pnas.0604744103 . PMC 1544242 . PMID 16861298.
- ^ Bos MP, Tefsen B, Geurtsen J, Tommassen J (junio de 2004). "Identificación de una proteína de membrana externa necesaria para el transporte de lipopolisacárido a la superficie celular bacteriana". Proc. Natl. Sci. USA . 101 (25): 9417–22. Bibcode :2004PNAS..101.9417B. doi : 10.1073/pnas.0402340101 . PMC 438991 . PMID 15192148.
