U2c_SistemasSecrecion_19651

Sistemas

de

secrecin

Nature Reviews Microbiology 5, 839-851 (November 2007)

Transporte de molculas al

exterior del citoplasmaTranslocacin. Transporte de protenas intra o a travs de la membrana.

Exportacin. Cuando la protena es translocada al periplasma.

Secrecin. Cuando la protena es transportada al medio extracelular, dentro de otra clula o a la superficie celular.

Excrecin. Transporte extracelular de molculas que nos son de origen proteico (por ejemplo productos de la fermentacin).

Transporte de

protenasOcurre en las clulas de los tres dominios de la vida.

La tercera parte de las protenas de las clulas es secretada a travs o

insertada en las membranas.

Bacterias Gram positivas solo en la membrana citoplasmtica.

Bacterias Gram negativos tambin ocurre en la membrana externa.

Bacterias fottrofas adems en las membranas fotosnteticas.

Clulas eucariotas en las membranas de los organelos.

Bacterias patgenas en la membrana citoplasmtica de las clulas hospederas y las toxinas en

su sitio blanco.

Mechanisms of regulated unconventional protein secretionWalter Nickel & Catherine RabouilleNature Reviews Molecular Cell Biology 10, 148-155 (February 2009)

Secrecin de protenas

Enzimas hidrolticas.Lipoprotenas periplsmicas.Toxinas.Apndices de superficie.

Protenas integrales de membrana:~Transporte.

~Produccin de energa.~Divisin celular.

~Receptores de seales extracelulares.

~Biognesis.


Sistemas generales de secrecin

Sistema Sec (General Secretory Pathway GSP). Sistema de translocacin y exportacin de protenas no plegadas.

Sistema Tat (Twin arginine translocation). Sistema de translocacin y exportacin de protenas plegadas.

Translocasa YidC. Sistema de translocacin de protenas de Membrana Interna.

Nature 406, 575-577 (10 August 2000)

Sistema Sec

Componentes:

1. Pptido lder2. Protena chaperona (SecB)

3. Complejo de protenas de unin (SecYEG)4. ATPasa citoplasmtica (SecA)

General Secretory Pathway (GSP). Sistema de translocacin y

exportacin de protenas no plegadas.

Sistema SecSecYEG + Sec A= translocasa. Es la responsable del movimiento de la protena a travs de la membrana citoplasmtica.

El complejo SecYE forma un canal conocido como translocn o canal conductor de protenas (CCP).

SecG, estimula el transporte y SecD, SecF y yajC son regulatorias.

Nature Reviews Microbiology 5, 839-851 (Nov 2007)

Pptido lder (secuencia lder o secuencia seal).

La protena que ser

translocada es sintetizada con este

pptido y es removido

durante la translocacin.

Peptidasa del pptido seal (SPaseI). Libera la

protena translocada del

translocn.

Sistema Sec1. Reconocimiento y gua a la protena (translocacin

co-traduccional y post-traduccional)

2. Translocacin.

3. Liberacin y maduracin.


Translocacin post-traduccional.

Sistema Sec.

1) La protena chaperona SecB se une a una preprotena naciente

en el citosol, estabilizando su conformacin no plegada.

2a) El complejo SecB-preprotena es dirigido hacia la translocasa

SecYEG unida a SecA (3a).

2b) El complejo SecB-preprotena se asocia a la protena SecA y se

dirige a SecYEG en la MI (3b).

MENSAJE BIOQUMICO, Vol. XXVII (2003)

Translocacin post-traduccional.

Sistema Sec.

4) Se une la secuencia seal a SecA, lo cual estabiliza la interaccin

SecB-SecA.

5) La preprotena se transfiere a SecA. La unin de ATP por SecA

promueve el inicio de la translocacin y la liberacin de SecB del

complejo ternario. La hidrlisis del ATP permite el paso de la protena a travs del

translocn.

MENSAJE BIOQUMICO, Vol. XXVII (2003)

Translocacin de la

pre-protena

dependiente de

SecA


SecA y SecY se muestran como

monmeros y el

extremo carboxilo de

SecA, donde se cree que SecB se une

(etapas 1-4 y 12).

Contornos irregulares indican cambios

conformacionales.

La lnea gruesa de color naranja

representa a la pre-secrecin de protenas

y el rectngulo naranja

representa el N-terminal

del pptido de seal.

D: ADP

T: ATP.

Translocacin co-traduccional.

Signal Recognition Particle (SRP)

La translocacin de

protenas es

mediada por una

ribonucleoprotena

(SRP), su receptor (FtsY) en la

membrana y el

complejo SecYEG.

Requiere la hidrlisis de GTP en la SRP y

FtsY para liberar la

protena naciente a

travs de SecYEG.

Nature Reviews Microbiology 4, 537-547 (July 2006)

Sec en diferentes organismos


Composicin de la translocasa

Sec en los dominios de la vida


Sistema Tat

Nature Reviews Molecular Cell Biology 2, 350-356, 2001.

Twin arginine translocation (Tat). Sistema de translocacin y

exportacin de protenas

plegadas.

Se ha encontrado en:

La membrana citoplasmtica en bacterias y arqueas.

Membranas tilakoides de los cloroplastos en plantas.

Posiblemente en la membrana interna de la mitocondria.

Componentes twin-arginine translocase (Tat)

Peptido seal (SRRxFLK) en el extremo amino terminal.

3 DominiosAmino terminal, cargada positivamente.

Hidrofbico

Carboxilo terminal

Corte de la

peptidasaAnnu. Rev. Microbiol. 2006. 60:37395

Pptido seal

Biochemical Society Transactions (2007) Volume 35, part 5

Aminocido Cdigo de tres letras Cdigo de una letra

Alanina Ala A

Arginina Arg R

Asparagina Asn N

cido asprtico Asp D

Cistena Cys C

Glutamina Gln Q

cido glutmico Glu E

Glicina Gly G

Histidina His H

Isoleucina Ile I

Leucina Leu L

Lisina Lys K

Metionina Met M

Fenilalanina Phe F

Prolina Pro P

Serina Ser S

Treonina Thr T

Triptfano Trp W

Tirosina Tyr Y

Valina Val V

No

me

nc

latu

ra

de

am

ino

c

ido

s

Protenas TatABC

Tat translocasa: Protenas membranales (TatA, TatB y TatC).

TatA forma el poro por medio de subunidades .TatB tiene funcin semejante a TatC sin embrago no se encuentra presente en todos los microorganismos.

TatC funciona en el reconocimiento de las protenas.

Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:37395

Presencia de

Tat B

TatA (verde)

TatB (amarillo)

TatC (prpura)

A) E. coli K-12

B) Bacillus subtilis

C) Halobacterium sp.

D) Tilakoides de maz

Tat B pudiera servir como

mediador entre Tat A y C.

Modelo Tat

Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:37395

Translocasa YidC

EMBO reports 4, 10, 939943 (2003)

Translocacin e insercin de

protenas de Membrana

Interna.

Las protenas de membrana

interna (IMP) pueden

translocarse e insertarse a travs de tres formas

propuestas:

A. Ruta de YidC.

B. Ruta YidC-SRP ?

C. Ruta translocasa Sec-YidC

o SecSRP-YidC

Protenas en las membranas

Hay dos tipos de protenas

integrales de membrana en las

membranas celulares:

Las que contienen regiones transmembranales (TM) a-hlices

ampliamente distribuidas.

Las que poseen mltiples plegamientos , que se encuentran predominantemente

en la membrana externa de las

bacterias Gram negativas

y de la membrana externa mitocondrial y de cloroplastos de

las eucariotas.

YidC insertasa dependiente e

independiente de Sec

Nature Reviews Microbiology 6, 234-244 (March 2008)

La insertasa YidC tienen la

funcin de promover la

insercin de protenas de

membrana en conjuncin con la

translocasa Sec (o Sec-

SRP) o independiente de

ella.

YidC como

nica va de

insercin de

protenas de MI

Insercin por las

translocasas

Sec y YidC en la MI

Durante la insercin en la

membrana los segmentos

transmembranales de la

protena recin sintetizada se

unen a YidC, la cual facilita el

desplazamiento lateral de los

segmentos hidrofbicos dentro

de la bicapa y/o asiste en el

plegamiento y ensamblaje. YidC

tambin acta como protena

insertasa de membrana

independiente de Sec de ciertas

pequeas protenas de

membrana. Estas protenas se

unen directamente a YidC o

posiblemente utilizan el sistema

SPR y FtsY para la unin. An se

desconoce que determina que

las protenas recin sintetizadas

empleen un sistema Sec

dependiente o Sec

dependiente. PMF: fuerza protn

motriz. Microbial Cell Factories 2008 7:10

YidC interacta con los

segmentos TM de dos maneras


En el modelo secuencial, el primer segmento TM es liberado de

YidC para entrar en la fase lipdica antes de unirse a la siguiente hlice TM (a).

YidC interacta con los

segmentos TM de dos maneras


En el modelo de ensamblaje de sitio, YidC tiene un papel

importante en el acomodo de las regiones TM en un paquete (b). El conjunto de los segmentos TM se libera de YidC y entran en la

bicapa lipdica al mismo tiempo.

En ambos casos, los segmentos TM pasan el canal SecYEG uno a

la vez mientras que YidC acta como un acompaante transfiriendo los dominios TM en la bicapa lipdica.

Sistemas de secrecin en

bacterias

BMC Microbiology 2009, 9(Suppl 1):S2

Propuesta. Biognesis de la

membrana externa

Nature Reviews Microbiology 4, 57-66, 2006

FL(LP) y LPS Omp (Omp85)LPP

Pie de figura.

Biogenesis of the outer membrane. After synthesis at the inner leaflet of the inner membrane (IM), both lipopolysaccharide (LPS) and phospholipids (PL) are flipped

to the outer leaflet of the IM. MsbA is required for the translocation of LPS and

possibly phospholipids across the IM, but helical transmembrane domains have

also been shown to translocate phospholipids. How both LPS and phospholipids

travel from the IM to the outer membrane(OM), and how LPS is flipped to its outer

leaflet, remains unknown, although the OM protein (OMP) Imp is required for the

assembly of LPS. Both OM lipoproteins and OMPs are synthesized in the cytoplasm

and are translocated across the IM by the Sec translocon. After undergoing lipid

modification and signal-sequence processing (not shown), OM lipoproteins

interact with the ATP-binding cassette (ABC) transporter LolCDE, which hands them

over to the periplasmic chaperone LolA. LolA escorts OM lipoproteins across the

periplasm and delivers them to the OM-assembly site, the OM lipoprotein LolB.

After translocation through the Sec machinery, OMPs are transported to the OM

by an unknown mechanism, although the periplasmic chaperones Skp, DegP and

SurA have been implicated. At the OM, the YaeT/YfgL/YfiO/NlpB complex

assembles OMPs by an unknown mechanism.


Principales sistemas de

secrecin en bacterias Gram

negativas


Chaperonas

1. Las subunidades son

exportadas

individualmente a travs de la membrana por el

sistema Sec y la regin

amino terminal de la

secuencia seal es procesada.

2. En el periplasma cada subunidad se une a

protenas chaperonas periplsmicas.

Secreta estructuras de

virulencia como las fimbrias P y tipo 1 en E. coli uropatgena.

The EMBO Journal (2005) 24, 20752086

Chaperonas

3. El complejo chaperona-subunidad migra a la protena

portera (usher) que se encuentra en la membrana externa y forma un canal.

4. La chaperona se une al usher y transfiere la subunidad a

este. Ms chaperonas transfieren las subunidades para ensamblar el filamento a travs del usher.

EMBO reports 7, 7, 734738 (2006)

SSTV. Autotransportadores

1. El pptido lder dirige la

secrecin va el sistema Sec y

se procesa en la cara

periplasmtica de la membrana interna (MI).

2. El dominio b del intermediario

periplsmico adquiere la

conformacin de barril b y se inserta en la membrana

externa (ME) para formar el poro.

3. Se transloca el dominio pasajero a la superficie.

Transporta protenas con diferentes

funciones: proteasas, txinas, invasinas, adhesinas.

SSTII

Principal va para

la secrecin de

protenas en

bacterias Gram

negativas:

enzimas

hidrolticas y toxinas.

Emplea el sistema Sec para transportar las protenas laperiplasma y la secuencia lder es removida por proteasas en

la cara externa de la MI. La regin amino terminal de lasecuencia seal es procesada.

SSTII 1. Las protenas se pliegan en una forma cercana a la nativa.2. Son excretadas por un sistema llamado secretn

que consiste de protenas localizadas en la MI y en la ME que presentan dominios en el periplasma.

3. Las protenas a secretar pasan a travs del poro

formado por la protena GspD (secretina) y que es

estabilizado por las lipoprotenas chaperonas GspS para su correcto plegamiento y actividad.

4. En el modelo de la toxina de V.cholerae Las

protenas Gsp E , L y M regulan la secrecin de la

extracelular comunicando la fosforilacin o hidrlisis del ATP entre la MI y el poro.

5. Las protenas GspG, H, I, J y K son procesadas por

Gsp O y forman una estructura de pilus, principalmente GspG y se postula que acta

empujando la toxina a travs del poro con movimientos de contraccin.

SSTII

El sistema de secrecin tipo II es empleado para la biognesis de

la fimbria tipo IV y para el flagelo de las arqueas.

SSTI

La secrecin protena se da en un solo paso desde el citosol hasta

el exterior de la clula. Este mecanismo lo realizan la mayora delas bacterias para la secrecin de toxinas y exoenzimas (proteasas

y lipasas).

SSTI1. La secuencia exportar es reconocida por la

secuencia seal del extremo carboxilo terminal por el

transportador ABC en la MI.

2. El transportador ABC interacta con las protenas de

fusin membranales (MFP).

3. Cuando se forma el complejo Protena-ABC-MFP, se

produce una conexin con la protenas de los

factores de membrana externa (OMFs) y se forma unporo de salida.

4. En la toxina a-hemolisina (HlyA) de E. coli interacciona

con el trasportador ABC (HlyB) y la protena de fusin

trimrica en un proceso dependiente de la fuerza

protn motriz (FPM). La translocacin de HlyA requierela interaccin entre HlyD y el transportador trimrico

TolC, as como de la hidrlisis de ATP.

SSTIII

Sistema de secrecin

que ocurre en un solo

paso y est asociado a la secrecin de factores

de virulencia en

bacterias patgenas de

humanos, animales y plantas (Bordetella,

Chlamydia, Erwinia, E.

coli, Pseudomonas,

Ralstonia, Rhizobia,

Salmonella, Shigella,

Xanthomonas y Yersinia),

as como en la biognesis flagelar.

SSTIII (inyectisoma)


Tanto el flagelo,

como el translocn de

secrecin de molculas

efectoras, son sistemas

complejos que requieren

de ms de 20 protenas

que se ensamblan en largas estructuras

macromoleculares

que atraviesan

ambas membranas

bacterianas, y en los

sistemas de virulencia,

tambin la membrana plasmtica eucarionte.

Esta compuesto por protenas de MI relacionadas a las del cuerpo

basal del flagelo y protenas que formar anilllos en la MI y en la ME.

La translocacin de las protenas se lleva a cabo por el interior de las

estructuras y se requiere la energa de la hidrlisis del ATP.

Secrecin de factores de

virulencia

SSTIV

Sistema verstil que se emplea tanto para la

secrecin de cidos nucleicos como protenas.

Se encuentra en bacterias Gram positivas y

Gram negativas.

Puede ser Sec dependiente (toxina de

Bordetella pertusis ) o Sec independiente.


SSTIV


SSTVI

THE EMBO JOURNAL (2009) 28, 309 - 310

Bacterias Gram negativas.

Inyectisoma.

Es requerido para los factores de virulencia en

patgenos de humanos,

animales y plantas.

Presente en bacterias simbiontes (fijacin de N2)

y no simbiontes

formadoras de

biopelculas)

Se asemeja al SSTIII y SSTIV con la presencia probable

de chaperonas.

Infeccin por Rhizobium

(SSTIII y SSTIV)


SSTVII

(ESX)

Presente en Mycobacterium.

SecA-1 (GSP)

SecA-2 (Va alternativa)

Tat

Sistemas especializados

(ESAT-6-, SNM-, ESX-,

or type VII secretion)


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