Sistemas de secreción - depa.fquim.unam.mxdepa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/U2c_SistemasSecrecion_19651.pdf · extracelular, dentro de otra célula o a la superficie celular. Excreción.

Sistemas

de

secreción

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

Transporte de moléculas al

exterior del citoplasmaTranslocación. Transporte de proteínas intra o a través de la

membrana.

Exportación. Cuando la proteína es translocada al periplasma.

Secreción. Cuando la proteína es transportada al medio extracelular, dentro de otra célula o a la superficie celular.

Excreción. Transporte extracelular de moléculas que nos son de

origen proteico (por ejemplo productos de la fermentación).

Transporte de

proteínasOcurre en las células de los tres

dominios de la vida.

La tercera parte de las proteínas de

las células es secretada a través o

insertada en las membranas.

Bacterias Gram positivas solo en la

membrana citoplasmática.

Bacterias Gram negativos también ocurre en la membrana externa.

Bacterias fotótrofas además en las

membranas fotosínteticas.

Células eucariotas en las membranas de los organelos.

Bacterias patógenas en la

membrana citoplasmática de las células 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)

Secreción de proteínas

Enzimas hidrolíticas.

Lipoproteínas periplásmicas.

Toxinas.Apéndices de superficie.

Proteínas integrales de membrana:

~Transporte.

~Producción de energía.~División celular.

~Receptores de señales extracelulares.

~Biogénesis.


Sistemas generales de secreción

Sistema Sec (General Secretory Pathway “GSP”). Sistema de

translocación y exportación de proteínas no plegadas.

Sistema Tat (Twin arginine translocation). Sistema de

translocación y exportación de proteínas plegadas.

Translocasa YidC. Sistema de translocación de proteínas de

Membrana Interna.

Nature 406, 575-577 (10 August 2000)

Sistema Sec

Componentes:

1. Péptido líder2. Proteína chaperona (SecB)

3. Complejo de proteínas de unión (SecYEG)4. ATPasa citoplasmática (SecA)

General Secretory Pathway (GSP). Sistema de translocación y

exportación de proteínas no plegadas.

Sistema SecSecYEG + Sec A= translocasa. Es la responsable del movimiento de

la proteína a través de la membrana citoplasmática.

El complejo SecYE forma un canal conocido como translocón o

canal conductor de proteínas (CCP).

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

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

Péptido líder (secuencia

líder o secuencia señal).

La proteína que será

translocada es sintetizada con este

péptido y es removido

durante la translocación.

Peptidasa del péptido

señal (SPaseI). Libera la

proteína translocada del

translocón.

Sistema Sec1. Reconocimiento y guía a la proteína (translocación

co-traduccional y post-traduccional)

2. Translocación.

3. Liberación y maduración.


Translocación post-traduccional.

Sistema Sec.

1) La proteína chaperona SecB se une a una preproteína naciente

en el citosol, estabilizando su conformación no plegada.

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

SecYEG unida a SecA (3a).

2b) El complejo SecB-preproteína se asocia a la proteína SecA y se

dirige a SecYEG en la MI (3b).

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXVII (2003)

Translocación post-traduccional.

Sistema Sec.

4) Se une la secuencia señal a SecA, lo cual estabiliza la interacción

SecB-SecA.

5) La preproteína se transfiere a SecA. La unión de ATP por SecA

promueve el inicio de la translocación y la liberación de SecB del

complejo ternario. La hidrólisis del ATP permite el paso de la proteína a través del

translocón.

MENSAJE BIOQUÍMICO, Vol. XXVII (2003)

Translocación de la

pre-proteína

dependiente de

SecA


SecA y SecY se muestran como

monómeros y el

extremo carboxilo de

SecA, donde se cree que SecB se une

(etapas 1-4 y 12).

Contornos irregulares

indican cambios

conformacionales.

La línea gruesa de

color naranja

representa a la pre-secreción de proteínas

y el rectángulo naranja

representa el N-terminal

del péptido de señal.

D: ADP

T: ATP.

Translocación co-traduccional.

Signal Recognition Particle (SRP)

La translocación de

proteínas es

mediada por una

ribonucleoproteína

(SRP), su receptor (FtsY) en la

membrana y el

complejo SecYEG.

Requiere la hidrólisis de GTP en la SRP y

FtsY para liberar la

proteína naciente a

través de SecYEG.

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

Sec en diferentes organismos


<>

Composición 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 translocación y

exportación de proteínas

plegadas.

Se ha encontrado en:

La membrana citoplasmática 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 señal (SRRxFLK) en el extremo amino terminal.

3 DominiosAmino terminal, cargada positivamente.

Hidrofóbico

Carboxilo terminal

Corte de la

peptidasaAnnu. Rev. Microbiol. 2006. 60:373–95

Péptido señal

Biochemical Society Transactions (2007) Volume 35, part 5

Aminoácido Código de tres letras Código de una letra

Alanina Ala A

Arginina Arg R

Asparagina Asn N

Ácido aspártico Asp D

Cisteína Cys C

Glutamina Gln Q

Ácido glutámico 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

Triptófano Trp W

Tirosina Tyr Y

Valina Val V

No

me

nc

latu

ra

de

am

ino

ác

ido

s

Proteínas TatABC

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

TatA forma el poro por medio de subunidades .

TatB tiene función semejante a TatC sin embrago no se

encuentra presente en todos los microorganismos.

TatC funciona en el reconocimiento de las proteínas.

Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:373–95

Presencia de

Tat B

TatA (verde)

TatB (amarillo)

TatC (púrpura)

A) E. coli K-12

B) Bacillus subtilis

C) Halobacterium sp.

D) Tilakoides de maíz

Tat B pudiera servir como

mediador entre Tat A y C.

Modelo Tat

Annu. Rev. Microbiol. 2006. 60:373–95

Translocasa YidC

EMBO reports 4, 10, 939–943 (2003)

Translocación e inserción de

proteínas de Membrana

Interna.

Las proteínas de membrana

interna (IMP) pueden

translocarse e insertarse a través de tres formas

propuestas:

A. Ruta de YidC.

B. Ruta YidC-SRP ?

C. Ruta translocasa Sec-YidC

o SecSRP-YidC

Proteínas en las membranas

Hay dos tipos de proteínas

integrales de membrana en las

membranas celulares:

Las que contienen regiones transmembranales (TM) a-hélices

ampliamente distribuidas.

Las que poseen múltiples

plegamientos β, 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

función de promover la

inserción de proteínas de

membrana en conjunción con la

translocasa Sec (o Sec-

SRP) o independiente de

ella.

YidC como

única vía de

inserción de

proteínas de MI

Inserción por las

translocasas

Sec y YidC en la MI

Durante la inserción en la

membrana los segmentos

transmembranales de la

proteína recién sintetizada se

unen a YidC, la cual facilita el

desplazamiento lateral de los

segmentos hidrofóbicos dentro

de la bicapa y/o asiste en el

plegamiento y ensamblaje. YidC

también actúa como proteína

insertasa de membrana

independiente de Sec de ciertas

pequeñas proteínas de

membrana. Estas proteínas se

unen directamente a YidC o

posiblemente utilizan el sistema

SPR y FtsY para la unión. Aún se

desconoce que determina que

las proteínas recién sintetizadas

empleen un sistema Sec

dependiente o Sec

dependiente. PMF: fuerza protón

motriz. Microbial Cell Factories 2008 7:10

http://www.microbialcellfactories.com/content/7/1/10/figure/F3?highres=y

YidC interactúa con los

segmentos TM de dos maneras


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

YidC para entrar en la fase lipídica antes de unirse a la siguiente hélice TM (a).

YidC interactúa 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 lipídica al mismo tiempo.

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

la vez mientras que YidC actúa como un acompañante transfiriendo los dominios TM en la bicapa lipídica.

Sistemas de secreción en

bacterias

BMC Microbiology 2009, 9(Suppl 1):S2

http://www.biomedcentral.com.pbidi.unam.mx:8080/1471-2180/9/S1/S2/figure/F1

Propuesta. Biogénesis 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

secreción en bacterias Gram

negativas


Chaperonas

1. Las subunidades son

exportadas

individualmente a través de la membrana por el

sistema Sec y la región

amino terminal de la

secuencia señal es procesada.

2. En el periplasma cada subunidad se une a

proteínas chaperonas periplásmicas.

Secreta estructuras de

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

The EMBO Journal (2005) 24, 2075–2086

Chaperonas

3. El complejo chaperona-subunidad migra a la proteína

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. Más chaperonas transfieren las subunidades para ensamblar el filamento a través del usher.

EMBO reports 7, 7, 734–738 (2006)

SSTV. Autotransportadores

1. El péptido líder dirige la

secreción vía el sistema Sec y

se procesa en la cara

periplasmática de la membrana interna (MI).

2. El dominio b del intermediario

periplásmico adquiere la

conformación 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 proteínas con diferentes

funciones: proteasas, tóxinas, invasinas, adhesinas.

SSTII

Principal vía para

la secreción de

proteínas en

bacterias Gram

negativas:

enzimas

hidrolíticas y toxinas.

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

la cara externa de la MI. La región amino terminal de lasecuencia señal es procesada.

SSTII 1. Las proteínas se pliegan en una forma cercana a la nativa.

2. Son excretadas por un sistema llamado secretón

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

3. Las proteínas a secretar pasan a través del poro

formado por la proteína GspD (secretina) y que es

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

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

proteínas Gsp E , L y M regulan la secreción de la

extracelular comunicando la fosforilación o hidrólisis del ATP entre la MI y el poro.

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

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

empujando la toxina a través del poro con movimientos de contracción.

SSTII

El sistema de secreción tipo II es empleado para la biogénesis de

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

SSTI

La secreción proteína se da en un solo paso desde el citosol hasta

el exterior de la célula. Este mecanismo lo realizan la mayoría delas bacterias para la secreción de toxinas y exoenzimas (proteasas

y lipasas).

SSTI1. La secuencia exportar es reconocida por la

secuencia señal del extremo carboxilo terminal por el

transportador ABC en la MI.

2. El transportador ABC interactúa con las proteínas de

fusión membranales (MFP).

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

produce una conexión con la proteínas de los

factores de membrana externa (OMF’s) y se forma un

poro de salida.

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

con el trasportador ABC (HlyB) y la proteína de fusión

trimérica en un proceso dependiente de la fuerza

protón motriz (FPM). La translocación de HlyA requierela interacción entre HlyD y el transportador trimérico

TolC, así como de la hidrólisis de ATP.

SSTIII

Sistema de secreción

que ocurre en un solo

paso y está asociado a la secreción de factores

de virulencia en

bacterias patógenas de

humanos, animales y plantas (Bordetella,

Chlamydia, Erwinia, E.

coli, Pseudomonas,

Ralstonia, Rhizobia,

Salmonella, Shigella,

Xanthomonas y Yersinia),

así como en la biogénesis flagelar.

SSTIII (inyectisoma)


Tanto el flagelo,

como el translocón de

secreción de moléculas

efectoras, son sistemas

complejos que requieren

de más de 20 proteínas

que se ensamblan en largas estructuras

macromoleculares

que atraviesan

ambas membranas

bacterianas, y en los

sistemas de virulencia,

también la membrana plasmática eucarionte.

Esta compuesto por proteínas de MI relacionadas a las del cuerpo

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

La translocación de las proteínas se lleva a cabo por el interior de las

estructuras y se requiere la energía de la hidrólisis del ATP.

Secreción de factores de

virulencia

SSTIV

Sistema versátil que se

emplea tanto para la

secreción de ácidos nucleicos como proteínas.

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

patógenos de humanos,

animales y plantas.

Presente en bacterias

simbiontes (fijación de N2)

y no simbiontes

formadoras de

biopelículas)

Se asemeja al SSTIII y SSTIV

con la presencia probable

de chaperonas.

Infección por Rhizobium

(SSTIII y SSTIV)


SSTVII

(ESX)

Presente en

Mycobacterium.

SecA-1 (GSP)

SecA-2 (Vía

alternativa)

Tat

Sistemas

especializados

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

or type VII secretion)


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