Los microorganismosVersatilidad metabólica

Utilizan muchas fuertes diferentes de carbono

Se adaptan continuamente a los cambios del medio

Compiten con otros por nutrientes limitantes

Bacteria Tiene sensores que monitorean su alrededor

Pueden encender y apagar la utilización de un gran número de fuentes de carbono.

Sienten gradientes de concentración de nutrientes.

Se adaptan a cambos de fuerza osmótica, estrés, nutrientes, oxígeno (o falta de) y limitación de nutrientes.

Sistema PEP-PTSSistema involucrado en:

el transporte y la fosforilación de un gran número de carbohidratos,

movimiento hacia estas fuentes de carbono (quimiotáxis) y

regulación de muchas rutas metabólicas

Componentes del sistema

Fosfoenolpiruvato (in) + Carbohidrato (out)

Piruvato (in) + Carbohidrato-P (in)

Sistema fosfotransferasa (PTS).

Energía libre de hidrólis (G°’) del gupo fosfato del PEP es -14.7 kcal/mol (-61.5 kJ/mol)

La de un grupo fosfato de un carbohidrato tipico es de -3 kcal/mol (-12.5 kJ/mol).

Desperdicio?????

Funciones del PTSTranslocación y

fosforilación de sustratos

Energética de la PTSPEP es equivalente al ATP como moneda

energética en la célula

Una molécula de ATP se forma a partir de una de PEP durante la glucólisis por la piruvato cinasa.

Por carbohidratos que se acumulan por un sistema no-PTS se gastan más de un equivalente de ATP por unidad de monosacárido.

Uno para el transporte y otro para la fosforilación por ATP

Reacciones del sistema PTS

Proteínas del sistema PTS

La enzima I (EI) y HPr son proteínas solubles y citoplásmicas

Participan en la fosforilación de los carbohidratos transportados por PTS (proteínas generales del PTS).

Las enzimas II (Ells) son específicas para cada carbohidrato y pueden ser: Una proteína sencilla unida a la membrana que tiene 3

dominios (A, B, y C), como para el manitol. Dos o más proteínas en la que al menos una es

membranal (e.g., B y C) y una es soluble (IIA o enzima III [EIII]) como la IICBGlc_IIAGlc para glucosa en E. coli

Proteína HprHpr por Histidine protein (proteína de histidina)

Proteína pequeña monomérica de 9,000 a 10,000 Da excepto cuando hace un dominio con la fosofotransferasa específica del carbohidrato como FPr de S. typhimurium.

Se fosforila en una histidina conservada por la P-EI (residuo de histidina 15 en E. coli).

La fosforila P-EI en la posición N-1 de un residuo de histidina (His-15 en E. coli HPr),

Todas las HPrs secuenciadas o de aquellas que se ha deducido la secuencia tienen este residuo y su entorno altamente conservado.

<

<

Organización del operón PTS

CRP : factor positivo de transcripción

œ

Lactosamaltosa

Fuente de carbono represora

GK

GP

HPr BglGEI

CAP

CyaIIAGlc

IIAGlc

FMCheY/A

PEPPiruvato

ATP

cAMP

Exclusión del inductor

+

++

+

CCR global

CCW

Regulación del carbono por catabolito en bacterias entéricas Gram negativas.

El modelo muestra a una célula bajo dos condiciones: 1, en presencia de una fuente de carbón represiva (fondo blanco), y 2, en ausencia de la fuente represiva de carbón (fondo gris).

BglG, proteína antitermidadora del operón -glucósidoCAP, proteína activadora por catabolitoCCW, rotar en contra de las manecillas del relojCheY/A, proteínas de quimiotaxisCya, adenilato ciclasaEI, enzima fosfotransferasa I del sistema PTSFM, motor del flageloGK, glicerol cinasaGP, glicógeno fosforilasaHpr, fosfotransferasa del PTS con histidina

P

P

P

galactosamaltosa

Fuente de carbono represora

GK

SacT

HPrK/P

EI

CcpA

HPrHpr

CheY/A

PEPPiruvato

-/+

+

CCR/CCA global

CCR/CCA global

CW(vuelta)

Hpr

cre

ADPATP

P

P-his--ser-P

Exclusión del inductorExclusión

del inductor

FBP

Regulación por catabolito en bacterias Gram positivas con bajo contenido de GC

El esquema muestra una bacteria bajo dos condiciones: 1, en presencia de una fuente de carbono represora (fondo blanco), y 2, en ausencia de la misma fuente (fondo gris). Fosforilación flechas sólidas

CcpA, proteína de control por catabolito CheY/A, proteína de quimiotéxis cre, elemento que responde al catabolito CW, a favor de las manecillas del relojEI, enzima I del sistema PTS FM, motor del flajeloFBP, fructose-1,6-bifosfatoGK, glicerol cinasaHPr, fosfotransferasa del sistema PTS que contiene histidina HPrK/P, HPr cinasa/fosfatasaSacT, proteína antiterminadora del operon de sacarosa

Domain structure of the transcription antiterminator LicT and the transcription activators LicR and LevR of B. Subtilis.

cAMP-independent mechanisms of catabolite repression were operative in E. coli (7, 15).

the mechanisms of catabolite repression in evolutionarily divergent bacteria are not the same (17, 37, 38).

The catabolite repressor/activator (Cra) protein of enteric bacteria was initially characterized as the fructose repressor, FruR.

Mutants defective in the cra gene (previously designated fruR) exhibited a pleiotropic phenotype, being unable to grow with gluconeogenic substrates as the sole carbon source (5, 13).

the cra gene controlled the transcriptional expression of numerous genes concerned with carbon and energy metabolism (4, 12, 14, 39).

Cra protein, a member of the LacI-GalR family, recognizes an imperfect palindromic DNA sequence to which it binds asymmetrically.

2 modos de acción de Cra

If this Cra operator precedes the RNA polymerase binding site, it activates transcription of the downstream operon, but if it overlaps or follows the RNA polymerase binding site, it represses transcription.

The effects of Cra on transcription are counteracted by micromolar concentrations of fructose-1-phosphate and millimolar concentrations of fructose-1,6-bisphosphate, which promote catabolite repression of Cra-activated operons and catabolite activation of Cra-repressed operons.

Cra apparently controls the direction of carbon flow in E. coli and consequently influences the rates of utilization of dozens of exogenous carbon sources.

CENTRAL IMPORTANCE OF THE FRUCTOSE-SPECIFICPHOSPHOTRANSFERASE SYSTEM (PTS)

Fructose has important in the early evolution of carbohydrate metabolic pathways in bacteria.

1. Fructose is the only sugar that feeds directly into the centrally important Embden- Meyerhof glycolytic pathway without isomerization or epimerization.

2. The metabolism of fructose can be initiated by two distinct routes, and in E. coli both routes are mediated by the phosphotransferase system (PTS) (Fig. 1).

The sequence of phosphoryl transfer events in the PTS-catalyzed phosphorylation of fructose in

E. coli. PEP,

CENTRAL IMPORTANCE OF THE FRUCTOSE-SPECIFICPHOSPHOTRANSFERASE SYSTEM (PTS)

3. The fructose PTS of E. coli is unique in possessing its own HPr-like protein domain, FPr, encoded within the fructose (fru) catabolic operon.

4. Bacteria in many evolutionarily divergent genera (e.g., Azospirillum, Fusobacterium, Lactobacillus, Listeria, Pseudomonas, Rhodobacter, Streptomyces, etc.) possess the high-affinity fructose-specific PTS, but they apparently cannot phosphorylate other sugars via the PTS (16, 22, 23, 32, 33, 42, 44).

5. in Haemophilus influenzae, the first bacterium for which a completely sequenced genome became available (10), genes only for a fructose-specific PTS permease are found.

6. In E. coli three silent gene clusters (designated frv, frw, and frx) uniquely encode silent “backup” fructose PTSs of unknown physiological function (31).

Finally, the fru operon of enteric bacteria is regulated at the transcriptional level primarily by Cra, although the cAMP-CRP complex plays a secondary role (9).

ISOLATION AND PROPERTIES OF cra MUTANTS

First isolated by selecting for strains that synthesized the protein products of the fructose (fru) catabolic operon at high constitutive levels.

ptsH mutants of E. coli and Salmonella typhimurium lack the small phosphocarrier protein of the PTS, HPr, and consequently cannot utilize most PTS sugars (glucose, mannitol, N-acetyl glucosamine, etc.).

Función de Csr (carbon storage regulator)

Esto se lleva al cabo usando una proteína pequeña que se une a RNA, CsrA, que reconoce y se une específicamente a mRNAs, en vez de a secuencias específicas de DNA.