36.12. Активный транспорт ряда сахаров сопряжен с их фосфорилированием
Симпорт - не единственный тип насосов, осуществляющих транспорт сахаров. У некоторых бактерий накопление углеводов происходит путем сопряжения их входа в клетку с фосфорилированием. Например, у многих бактерий поступающая в клетки глюкоза превращается в глюкозо-6-фосфат. Особенность транспорта этого типа, называемого транслокацией группы, состоит в том, что в ходе транспорта происходит модификация растворенного вещества. Клеточная мембрана непроницаема по отношению к фосфорилированным сахарам, и потому они накапливаются внутри бактериальной клетки.
Таблица 36.1. (см. скан) Углеводы, транспортируемые фосфотрансферазной системой Е. coli
Наиболее хорошо изучен процесс транслокации групп, осуществляемый фосфотрансферазной системой (ФТС) которую открыл Сол Роузман (Saul Roseman). Особенность этой системы состоит в том, что донором фосфорильной группы служит фосфоенолпируват, а не АТР или какой-либо иной нуклеозидтрифосфат. Суммарная реакция, катализируемая фосфотрансферазной системой, следующая:
Рис. 36.15. Протонный градиент служит источником энергии для транспорта ряда сахаров и аминокислот в бактериальные клетки. Протонный градиент генерируется током электронов в дыхательной цепи.
В этой транслокации участвуют 4 белка: HPr, фермент I, фермент II и фермент III. Фермент II, будучи интегральным белком мембраны, образует трансмембранный канал и катализирует фосфорилирование сахара. При этом фосфорильная группа фосфое-нолпирувата переносится на сахар не прямо, а сначала на фермент I и после на специфический остаток гистидина небольшого термостабильного белка HPr (рис. 36.16). Образующийся в качестве промежуточного соединения фосфогистидин имеет высокий потенциал переноса фосфатной группы. промежуточный по величине между соответствующими значениями для АТР и фосфоенолпирувата. Далее происходит перенос фосфорильной группы от фосфорилированного HPr на фермент III - периферический мембранный белок, который уже взаимодействует с собственно каналом, т. е. ферментом II:
Конечный этап - перенос фосфорильной группы от фермента III на транспортируемый сахар (рис. 36.17). Из указанных четырех очищенных белков удалось реконструировать функционально активный ферментный комплекс.
Некоторые белки, входящие в состав фосфотрансферазной системы, обладают специфичностью, другие - нет. Так, HPr и фермент I, которые являются растворимыми белками цитозоля, участвуют в транспорте всех сахаров, переносимых этой системой. С другой стороны, ферменты II и III проявляют специфичность в отношении определенных сахаров. Например, в транспорте глюкозы, лактозы и фруктозы участвуют разные ферменты II и III. Такой же результат был получен и при генетических исследованиях. У мутантов, дефектных по HPr или ферменту I, не происходит транспорта большого числа разных сахаров, тогда как мутанты, дефектные по синтезу ферментов II и III, не способны транспортировать только какой-либо определенный сахар. Фермент III не участвует в транслокации гекситолов, в частности галактитола;
Рис. 36.16. Поток фосфорильных групп от фосфоенолпирувата на сахар, транспортируемый через мембрану фосфотрансферазной системой.
в этом случае фосфорильная группа переносится непосредственно от HPr на углевод.
Чем объяснить, что фосфотрансферазная система устроена значительно сложнее других переносчиков, например пермеазы для лактозы? Представляется вероятным, что фосфотрансферазная система не только осуществляет транспорт сахаров, но и выполняет регуляторные функции. Избыточное поступление какого-то одного углевода под действием фосфотрансферазной системы сильно подавляет активный транспорт сахаров другими переносчиками. Это ингибирование опосредуется, по-видимому, изменением содержания сАМР, а именно
Рис. 36.17. Предполагаемый механизм транслокации групп, осуществляемой фосфотрансферазной системой.
Рис. 36.18. Транспортируемый фосфо-трансферазной системой сахар а-метилглюкозид ингибирует образование сАМР.
повышение концентрации сахара, накопленного фосфотрансферазной системой, ведет к снижению выработки сАМР (рис. 36.18). В результате прекращается транскрипция ряда индуцируемых оперонов. Вспомним, что экспрессия таких индуцируемых оперонов, как lac и gal, значительно возрастает при связывании комплекса сАМР с белком БАК в соответствующих участках промотора (разд. 28.6). Следовательно, фосфотрансферазная система регулирует использование источников углерода.
