Acidic residues in the lactococcal multidrug efflux pump LmrP play

Drug efflux mechanism by a secondary transporter LmrP of Lactococcus lactis
Mazurkiewicz, Piotr Stanislaw
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2004
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
Mazurkiewicz, P. S. (2004). Drug efflux mechanism by a secondary transporter LmrP of Lactococcus lactis
Groningen: s.n.
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 04-03-2017
Chapter 7
Podsumowanie
Drobnoustroje w środowisku naturalnym poddane są działaniu
różnorodnych związków toksycznych, np. alkaloidów pochodzenia roślinnego,
soli żółciowych, wielu antybiotyków, jak i toksyn produkowanych przez
człowieka np. rozpuszczalników organicznych, różnorodnych barwników czy
też syntetycznych leków.
Rysunek 1. Mechanizmy oporności na
leki. Opis w tekście.
Powszechna obecność toksyn zmusiła mikroorganizmy do rozwinięcia
mechanizmów zapewniających im oporność na szkodliwe substancje (Rys. 1).
Wśród nich można wyróżnić (A) produkcję specjalnych enzymów
modyfikujących lub rozkładających substancje toksyczne, (B) modyfikację
struktur komórkowych będących celem leku w taki sposób, że lek przestaje z
nimi oddziaływać, (C) zmianę struktur otaczających komórkę w celu
uniemożliwienia wniknięcia leku, (D) produkcję specjalnych białek
transporterowych zlokalizowanych w błonie otaczającej komórkę, które
wypompowują toksyczne substancje z komórki. LmrP jest przykładem takiego
transportera usuwającego z komórek wiele różnych nieporządanych związków
chemicznych.
Białko to jest obecne w komórkach bakterii Lactococcus lactis,
mikroorganizmu powszechnie używanego w przemyśle mleczarskim m.in. do
produkcji serów. LmrP jest zbudowane z 408 aminokwasów, specjalnych
związków chemicznych będących podstawowym budulcem wszystkich białek.
103
Chapter 7
Rysunek 2. Schemat ilustruje topologię LmrP w błonie komórkowej. Aminokwasy są oznaczone kodem
jednoliterowym. Segmenty transbłonowe są ponumerowane od 1 do 12.
Łańcuch aminokwasów jest zlokalizowany w błonie komórkowej – cienkiej
strukturze zbudowanej z tłuszczy (lipidów), oddzielającej wnętrze komórki od
środowiska. LmrP przecina błonę 12 razy (Rys. 2). 12 regionów białka
znajdujących się w obrębie błony określanych jest terminem segmentów
transbłonowych, segmenty te są połączone pętlami, wyłaniającymi się z błony
w kierunku środowiska zewnętrznego komórki (pętle zewnętrzne) lub
wnikające do wnętrza komórki, cytoplazmy (pętle cytoplazmatyczne). LmrP
rozpoznaje niezwykle dużą liczbę związków organicznych o różnorodnych
strukturach chemicznych. Te rozpoznawane i transportowane przez transporter
substancje zwane są substratami. Transport toksyn odbywa się kosztem energii
pochodzącej z przemiany materii zachodzącej w komórce. Jednym z rodzajów
energii używanych przez komórkę jest tak zwany gradient protonowy, czyli
różnica stężeń protonów po obu stronach błony otaczającej komórkę. Protony
wypompowywane są na zewnątrz komórki przez specjalne białka (pompy
protonowe) kosztem energii zgromadzonej w związkach chemicznych. Z
powodu bariery jaką stanowi błona komórkowa, wypompowane protony
powracają do komórki bardzo powoli, dzięki temu tworzy się gradient
protonowy – wyższe stężenie protonów na zewnątrz niż wewnątrz komórki.
Protony mogą wejść do komorki także za pośrednictwem licznych białek
obecnych w błonie, jednym z nich jest LmrP. Powracający za pośrednictwem
LmrP proton powoduje zmianę struktury tego białka, która umożliwia
104
Podsumowanie
równoczesne wypompowanie z komórki toksycznego związku. Ilość protonów
wymienianych na cząsteczkę substratu jest stała dla danego transportera. Co
więcej, proton może przepłynąć przez LmrP tylko w obecności substratu, dzięki
temu energia zgromadzona w postaci gradientu protonowego nie jest zużywana
pod nieobecność substratów. Te cechy transportu są określane terminem
„sprzężenie”.
Rysunek 3. W konformacji „I” miejsce wiązania substratów zwrócone jest w kierunku cytoplazmy. Dwa
aminkwasy, uczestniczące w wiązaniu pozytywnie naładowanych protnów (H+) i substratów (S) oznaczone
literami „D” i „E” są pozbawione protonów i przez to negatywnie naładowane. W tej konformacji LmrP wiąże
substraty, co powoduje zmianę w strukturze LmrP i reorientację miejsca wiązania substratów w taki sposób,
że staje się ono eksponowane do środwiska zewnątrzkomórkowego „II”. W tej konformacji aminokwasy „D”
i „E” przyłączają protony co powoduje uwolnienie substratu na zewnątrz komórki. LmrP z przyłączonymi
protonami powraca do konformacji w której miejsce wiązania substratów jest zwrócone do cytoplazmy „III”,
następuje uwolnienie protonów do cytoplazmy i białko jest gotowe do następnego cyklu transportu.
Substraty transportowane przez LmrP to związki organiczne o dodatnim
ładunku, łatwo rozpuszczalne w lipidach, dlatego też gromodzą się w błonach
lipidowych otaczających komórki. Te właściwości substrtów były zródłem
hipotezy zakładającej, że związki chemiczne transportowane przez LmrP są
wypompowywane na zewnątrz komórki z błony komórkowej a nie z
cytoplazmy, jak to ma miejsce w przypadku substratów innych białek
katalizujących transport. Analiza transportu jednego z substratów (TMA-DPH)
dostarczyła przekonujących danych potwierdzających tę hipotezę.
105
Chapter 7
Celem pracy było wyjaśnienie zdumiewającej zdolności LmrP do
transportowania związków chemicznych o bardzo różnych rozmiarach,
kształtach i strukturach. W tym celu wprowadzono w określone miejsca LmrP
zmiany (mutacje) i badano ich wpływ na odziaływanie białka z substratami. W
ten sposób zidentyfikowano kilka regionów LmrP ważnych ze wzgdlędu na
wiązanie substratów i protonów. Na podstawie analizy mutantów
zaproponowano mechanizm transportu substratów przez LmrP zilustrowany na
Rysunku 3.
106