PEP基転座

PEP（ホスホエノールピルビン酸）基転位は、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、細菌が糖を取り込む際に用いる独特な方法であり、エネルギー源はホスホエノールピルビン酸（PEP）である。これは、細胞膜上の酵素と細胞質内の酵素が常に関与する多成分システムであることが知られている。

PTSシステムは能動輸送を利用します。膜を横切って輸送された後、輸送された代謝物は修飾されます。PTSシステムは1964年にソール・ローズマン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、単一のエネルギー共役ステップで糖基質を輸送およびリン酸化します。この輸送プロセスは、いくつかの細胞質リン酸転移タンパク質（酵素 I (I)、HPr、酵素 IIA (IIA)、酵素 IIB (IIB)）と膜貫通糖透過酵素 (IIC) に依存しています。PTS 酵素 II 複合体は、独立して進化してきた 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 ]}

ホスホトランスフェラーゼシステムは、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ことに関与しています。PTS糖は細菌のグループによって異なり、各グループが進化してきた環境で最も適した炭素源を反映しています。大腸菌には、輸入特異性を決定する21種類の異なるトランスポーター（すなわちIICタンパク質、場合によってはIIAおよび/またはIIBタンパク質と融合している、図を参照）があります。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透過酵素ファミリーに属しています。^{[ 8 ]}

PEP上のリン酸基は、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る。リン酸基は、ホスホエノールピルビン酸タンパク質ホスホトランスフェラーゼ（EI）、ヒスチジンタンパク質（HPr、耐熱性タンパク質）、および酵素E II（EII）では保存されたヒスチジン残基に転移されるが、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、まれにヒスチジンに転移される。^{[ 9 ]}

腸内細菌に特異的なグルコースPTS輸送の過程では、PEPがそのリン酸基をEI上のヒスチジン残基に転移します。EIは次にリン酸基をHPrに転移します。HPrからリン酸基はEIIAに転移されます。EIIAはグルコースに特異的であり、さらにリン酸基を膜近傍のEIIBに転移します。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、グルコース-6-リン酸を形成します。^{[ 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濃度勾配が得られることです。HPrは、上流のEIと同様に、前述の他の基質のリン酸転移酵素系に共通しています。^{[ 10 ]}

HPrの下流にあるタンパク質は、糖の種類によって異なる傾向がある。基質が膜輸送体を通して取り込まれた後、リン酸基が基質に転移されると、輸送体は再びその基質を認識できなくなるため、輸送体を介した基質のさらなる取り込みを促進する濃度勾配が維持される。

規制

グルコースホスホトランスフェラーゼ系では、EIIAのリン酸化状態が調節機能を持つことがあります。例えば、グルコース濃度が低い場合、リン酸化されたEIIAが蓄積し、膜結合型アデニル酸シクラーゼが活性化されます。細胞内cAMP濃度が上昇し、これがカタボライト抑制系（グルコース効果とも呼ばれる）に関与するCAP（カタボライト活性化タンパク質）を活性化します。グルコース濃度が高い場合、EIIAはほとんど脱リン酸化され、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、マルトースパーミアーゼを阻害します。このように、PEP基転座系は、細菌への基質の効率的な輸送手段であるだけでなく、この輸送を他の関連タンパク質の調節にも結びつけています。

PTSのすべての可溶性細胞質複合体の例の3次元構造は、G. Marius Clore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、全く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、側鎖の立体構造の可塑性を活用することによって、構造的に異なる複数のパートナーを認識する方法について重要な知見をもたらした。^{[ 11 ]}

• 米国国立医学図書館の医学主題見出し（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」