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PEP（ホスホエノールピルビン酸）基転座は、ホスホトランスフェラーゼシステムまたはPTSとも呼ばれ、ホスホエノールピルビン酸（PEP）をエネルギー源として細菌が糖を取り込むために使用する独特の方法です。これは、常に細胞膜の酵素と細胞質の酵素が関与する多成分システムであることが知られています。
PTS システムは能動輸送を利用します。膜を越えた輸送後、輸送された代謝物は変更されます。PTS システムは1964 年にSaul Rosemanによって発見されました。 [1]細菌のホスホエノールピルビン酸: 糖ホスホトランスフェラーゼ システム (PTS) は、エネルギー結合した単一のステップで糖基質を輸送し、リン酸化します。この輸送プロセスは、細胞質リン酸化タンパク質（酵素 I (I)、HPr、酵素 IIA (IIA)、酵素 IIB (IIB)）および膜貫通糖透過酵素（IIC）に依存しています。PTS 酵素 II 複合体は、独立して進化する 4 つの PTS 酵素 II 複合体スーパーファミリーに由来し、これには (1)グルコース (Glc)、(2)マンノース (Man)、[2] [3] (3)アスコルビン酸-ガラクチトール (Asc-Gat) [4] [5]および (4) ジヒドロキシアセトン (DHA) スーパーファミリーが含まれます。[6] [7]
特異性
ホスホトランスフェラーゼ系は、グルコース、マンノース、フルクトース、セロビオースなど、多くの糖を細菌に輸送するのに関与している。PTS糖は細菌群によって異なり、各群が進化した環境で利用できる最も適した炭素源を反映している。大腸菌には、輸入特異性を決定する21種類のトランスポーター（ IICタンパク質、IIAタンパク質やIIBタンパク質と融合することもある、図を参照）がある。これらのうち、7つはフルクトース（Fru）ファミリーに属し、7つはグルコース（Glc）ファミリーに属し、7つは他のPTSパーミアーゼファミリーに属している。[8]
機構
PEPのリン酸基は、最終的にいくつかのタンパク質を介して輸入された糖に転移されます。リン酸基は酵素EI（EI）、ヒスチジンタンパク質（HPr、耐熱性タンパク質）、酵素E II（EII）では保存されたヒスチジン残基に転移されますが、酵素E II B（EIIB）では、リン酸基は通常システイン残基に転移され、ヒスチジンに転移されることはまれです。[9]
腸内細菌に特有のグルコース PTS 輸送の過程では、PEP がEIのヒスチジン残基にホスホリル基を転移する。 EI は次にリン酸を HPr に転移する。 HPr からホスホリル基はEIIAに転移する。 EIIA はグルコースに特異的であり、さらにホスホリル基を膜近傍の EIIB に転移する。 最後に、 EIIB はグルコースが膜貫通酵素 II C ( EIIC )を介して細胞膜を通過する際にグルコースをリン酸化して、グルコース-6-リン酸を形成する。[9]グルコースをグルコース-6-リン酸に変換する利点は、細胞外に漏れ出さないため、グルコースの一方向の濃度勾配が提供されることである。 HPr は、上流の EI と同様に、前述の他の基質のホスホトランスフェラーゼ システムに共通である。[10]
HPr の下流のタンパク質は、異なる糖の間で変化する傾向があります。リン酸基が膜トランスポーターを介して基質に輸送されると、トランスポーターが基質を再度認識することがなくなり、トランスポーターを介して基質がさらに輸送されるのに有利な濃度勾配が維持されます。
特異性
多くの細菌には、それぞれ特定の糖（グルコース、マンニトール、マンノース、ラクトース/キトビオース）に特異的なIIA、IIB、IICタンパク質の4つの異なるセットがあります。さらに複雑なことに、IIAはIIBと融合して2つのドメインを持つ単一のタンパク質を形成する場合があり、IIBは2つのドメインを持つIIC（トランスポーター）と融合する場合があります。[11]
規制
グルコースホスホトランスフェラーゼシステムでは、EIIAのリン酸化状態が調節機能を持つことができます。たとえば、低グルコース濃度では、リン酸化EIIAが蓄積し、膜結合型アデニル酸シクラーゼを活性化します。細胞内サイクリックAMPレベルが上昇し、次にグルコース効果としても知られるカタボライト抑制システムに関与するCAP（カタボライト活性化タンパク質）が活性化されます。グルコース濃度が高い場合、EIIAは主に脱リン酸化され、これによりアデニル酸シクラーゼ、グリセロールキナーゼ、ラクトースパーミアーゼ、およびマルトースパーミアーゼを阻害することができます。したがって、PEPグループ転座システムは、基質を細菌に輸入する効率的な方法であることに加えて、この輸送を他の関連タンパク質の調節にも結び付けます。
構造解析
PTSの可溶性細胞質複合体の例の3次元構造は、G.マリウス・クロアによって多次元NMR分光法を用いて解明され、シグナル伝達タンパク質が、完全に異なる構造要素から類似の結合面を生成し、固有の冗長性を持つ大きな結合面を利用し、側鎖の立体配座可塑性を利用することによって、複数の構造的に異なるパートナーを認識する方法について重要な洞察につながりました。[11]
参考文献
- ^ Bramley HF、Kornberg HL (1987 年 7 月)。「細菌ホスホエノールピルビン酸依存性糖ホスホトランスフェラーゼシステムのタンパク質間の配列相同性: リン酸を運ぶ可能性のあるヒスチジン残基の特定」。米国科学アカデミー紀要。84 ( 14): 4777–80。Bibcode :1987PNAS...84.4777B。doi : 10.1073 / pnas.84.14.4777。PMC 305188。PMID 3299373。
- ^ Liu, Xueli; Zeng, Jianwei; Huang, Kai; Wang, Jiawei (2019-06-17). 「細菌ホスホトランスフェラーゼシステムのマンノーストランスポーターの構造」. Cell Research . 29 (8): 680–682. doi :10.1038/s41422-019-0194-z. ISSN 1748-7838. PMC 6796895. PMID 31209249 .
- ^ Huang, Kai; Zeng, Jianwei; Liu, Xueli; Jiang, Tianyu; Wang, Jiawei (2021-04-06). 「孔形成バクテリオシンであるマイクロシンE492と複合体を形成したマンノースホスホトランスフェラーゼシステム（man-PTS）の構造」。Cell Discovery。7 （ 1 ）：20。doi：10.1038/ s41421-021-00253-6。ISSN 2056-5968。PMC 8021565。PMID 33820910。
- ^ Luo P, Yu X, Wang W, Fan S, Li X, Wang J (2015年3月). 「リン酸化結合型ビタミンCトランスポーターの結晶構造」. Nature Structural & Molecular Biology . 22 (3): 238–41. doi :10.1038/nsmb.2975. PMID 25686089. S2CID 9955621.
- ^ Luo P, Dai S, Zeng J, Duan J, Shi H, Wang J (2018). 「L-アスコルビン酸トランスポーターの内向き構造はエレベーター機構を示唆する」. Cell Discovery . 4:35 . doi :10.1038/s41421-018-0037-y. PMC 6048161. PMID 30038796 .
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- ^ ab Lengeler JW、Drews G、Schlegel HG (1999)。原核生物の生物学。シュトゥットガルト、ドイツ：ブラックウェルサイエンス。pp. 83–84。ISBN 978-0-632-05357-5。
- ^ Madigan MT、Martinko JM、Dunlap PV、Clark DP (2009)。Brock微生物学（第 12 版）。サンフランシスコ、カリフォルニア州：Pearson/Benjamin Cummings。
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外部リンク
- 米国国立医学図書館の医学主題標目表(MeSH)におけるホスホエノールピルビン酸 + 糖 + ホスホトランスフェラーゼ + システム