Stellen Sie sich eine mikroskopische Welt vor, in der Zucker nicht einfach nur transportiert, sondern regelrecht verwandelt werden, um das Überleben von Bakterien zu sichern. Dieses Buch enthüllt die faszinierende Komplexität des PTS-Systems (Phosphoenolpyruvat: Zucker Phosphotransferase System), einem zentralen Mechanismus der Gruppentranslokation von Kohlenhydraten in Prokaryoten. Jenseits des reinen Zuckertransports deckt diese tiefgreifende Analyse die vielfältigen regulatorischen Rollen des PTS-Systems auf, von der Katabolitrepression bis zur Modulation katabolischer Enzyme und Kohlenhydratpermeasen. Entdecken Sie, wie die vier Schlüsselproteine – Enzym I, HPr, Enzym II und Enzym III – in einem eleganten Zusammenspiel Phosphatgruppen von Phosphoenolpyruvat auf Zucker übertragen und diese dabei chemisch modifizieren, um den Transport ins Zellinnere zu ermöglichen. Ergründen Sie die Bedeutung der Dimerisierung von Enzym I für seine Autophosphorylierung und die Rolle von HPr bei der Regulation katabolischer Enzyme. Erfahren Sie, wie phosphorylierte Proteine des PTS-Systems als allosterische Effektoren in komplexen Regulationsnetzwerken fungieren und so die zellphysiologischen Prozesse in Bakterien feinabstimmen. Dieses Buch bietet einen umfassenden Einblick in die molekularen Mechanismen und regulatorischen Funktionen des PTS-Systems, ideal für Studierende und Forscher der Mikrobiologie, Biochemie und Molekularbiologie. Tauchen Sie ein in die Welt der bakteriellen Signaltransduktion und entdecken Sie die zentrale Rolle der Proteinphosphorylierung bei der Anpassung von Bakterien an ihre Umwelt. Untersuchen Sie die spezifischen Funktionen von Enzym II und Enzym III bei verschiedenen Zuckern und gewinnen Sie ein tiefes Verständnis dafür, wie das PTS-System die Zuckeraufnahme und den Stoffwechsel in Bakterien steuert. Lassen Sie sich von der Genialität der Natur überraschen und entdecken Sie, wie ein vermeintlich einfacher Transportmechanismus in Wahrheit ein komplexes Regulationszentrum darstellt.
Panagiotis Papatheodorou
PTS-System :
Bei Eukaryonten :Regulation einer Vielzahl von zellphysiologischen Prozessen erfolgt mit Hilfe von ATP-abhängigen Proteinkinasen
Bei Prokaryonten :Zellphysiologische Prozesse werden bei Bakterien mit Hilfe von drei verschiedenen Proteinphosphorylierungssystemen reguliert
klassisches Proteinkinase-System Abb.(1) Sensor-Kinase/Response-Regulator System Abb.(2)
PTS Abb.(3)
(Phosphoenolpyruvat : Sugar Phosphotransferase System)
- Das PTS-System ist zuständig für die Gruppentranslokation von Kohlenhydraten.
Gruppentranslokation : Moleküle werden während des Transports chemisch modifiziert
- Die Komplexität des PTS-Systems deutet aber auch darauf hin, daß es auch regulatorische Funktionen übernimmt.Beispielsweise hemmen die durch PTS aufgenommene Zucker, die Verwertung anderer Zucker (Katabolit-Repression)
- Das PTS-System besteht normalerweise aus den 4 Proteinen :
HPr Enzym I Enzym II Enzym III
- Die Kohlenhydrate werden durch Phosphorylierung chemisch modifiziert
- Phosphatgruppendonor ist Phosphoenolpyruvat
Enzym I :- nimmt Phosphatgruppe von PEP auf, gibt sie an HPr weiter
- besteht aus aminoterminale Domäne (EIN) und carboxy- terminale Domäne (EIC)
EIN : Bindungsstelle für HPr EIC : Bindungsstelle für PEP
Enzym I macht einen langsamen Monomer-Dimer-Übergang! Nur das Dimer kann die Phosphatgruppe von PEP durch Auto- phosphorylierung übernehmen. (4)
HPr :- gibt die von Enzym I aufgenommene Phosphatgruppe an EnzymIII weiter
- auch : Regulation von katabolischen Enzymen und Kohlen- hydratpermeasen durch direkte Phosphorylierung der Zielsysteme.
Enzym III :- peripheres Membranprotein
- gibt die erhaltene Phosphatgruppe an Enzym II weiter
- nicht immer an Zuckertransporten beteiligt
- phosphoryliertes Enzym III kann auch als allosterischer Effektor auf Regulationen von Zielsystemen wirken z.B.:Adenylat-Cyclase, katabolische Enzyme, Kohlenhydrat-
permeasen
Enzym II :- integrales Membranprotein
- bildet den Kanal für den Zucker
- katalysiert die Phosphorylierung des Zuckers
- Enzym II und III sind für jeden Zucker spezifisch, während Enzym I und HPr bei allen Zuckern beteiligt sind
- Die meisten PTS-Proteine werden an der Histidylstelle phosphoryliert
Zusammenfassung : Die von PEP abgezweigte Phosphatgruppe, wird über eine Kette von phosphorylierbaren Proteinen, zur Phosphorylierung des Zuckers verwendet, welches somit ins Zellinnere transportiert werden kann.
Die phosphorylierten Proteine des PTS-Systems können auch regulatorische Funktionen besitzen.
Literaturangaben :
- Journal of Cellular Biochemistry 51 :1-6 (1993)
Introduction :Protein Phosphorylation and Signal Transduction in Bacteria
Milton H. Saier
- TIBS 15 – October 1990
Regulation of bacterial physiological processes by three types of protein phosphorylating systems
Milton H. Saier, Long-Fei Wu, Jonathan Reizer
- Biochemical and Biophysical Research Communications 250, 381-384 (1998) Autophosphorylation of Enzyme I of the Escherichia coli Phosphoenolpyruvate:Sugar Transferase System requires DimerizationYeong-Jae Seok, Peng-Peng Zhu, Byoung-Mo Koo, Alan Peterkofsky
Häufig gestellte Fragen
Was ist das PTS-System?
Das PTS-System (Phosphoenolpyruvat : Sugar Phosphotransferase System) ist bei Prokaryoten für die Gruppentranslokation von Kohlenhydraten zuständig. Gruppentranslokation bedeutet, dass Moleküle während des Transports chemisch modifiziert werden.
Welche regulatorischen Funktionen hat das PTS-System?
Neben dem Transport von Kohlenhydraten übernimmt das PTS-System auch regulatorische Funktionen. Beispielsweise hemmen die durch PTS aufgenommenen Zucker die Verwertung anderer Zucker (Katabolit-Repression).
Aus welchen Proteinen besteht das PTS-System typischerweise?
Das PTS-System besteht normalerweise aus den vier Proteinen: HPr, Enzym I, Enzym II und Enzym III.
Wie werden die Kohlenhydrate chemisch modifiziert?
Die Kohlenhydrate werden durch Phosphorylierung chemisch modifiziert. Der Phosphatgruppendonor ist Phosphoenolpyruvat (PEP).
Welche Funktion hat Enzym I im PTS-System?
Enzym I nimmt die Phosphatgruppe von PEP auf und gibt sie an HPr weiter. Es besteht aus einer aminoterminalen Domäne (EIN) und einer carboxy-terminalen Domäne (EIC). EIN ist die Bindungsstelle für HPr, und EIC ist die Bindungsstelle für PEP. Enzym I durchläuft einen langsamen Monomer-Dimer-Übergang; nur das Dimer kann die Phosphatgruppe von PEP durch Autophosphorylierung übernehmen.
Welche Funktion hat HPr im PTS-System?
HPr gibt die von Enzym I aufgenommene Phosphatgruppe an Enzym III weiter. Außerdem reguliert HPr katabolische Enzyme und Kohlenhydratpermeasen durch direkte Phosphorylierung der Zielsysteme.
Welche Funktion hat Enzym III im PTS-System?
Enzym III ist ein peripheres Membranprotein, das die erhaltene Phosphatgruppe an Enzym II weitergibt. Es ist nicht immer an Zuckertransporten beteiligt. Phosphoryliertes Enzym III kann auch als allosterischer Effektor auf Regulationen von Zielsystemen wirken, z.B. auf Adenylat-Cyclase, katabolische Enzyme und Kohlenhydrat-permeasen.
Welche Funktion hat Enzym II im PTS-System?
Enzym II ist ein integrales Membranprotein, das den Kanal für den Zucker bildet und die Phosphorylierung des Zuckers katalysiert. Enzym II und III sind für jeden Zucker spezifisch, während Enzym I und HPr bei allen Zuckern beteiligt sind. Die meisten PTS-Proteine werden an der Histidylstelle phosphoryliert.
Was ist die Zusammenfassung des PTS-Systems?
Die von PEP abgezweigte Phosphatgruppe wird über eine Kette von phosphorylierbaren Proteinen zur Phosphorylierung des Zuckers verwendet, welches somit ins Zellinnere transportiert werden kann. Die phosphorylierten Proteine des PTS-Systems können auch regulatorische Funktionen besitzen.
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- Panagiotis Papatheodorou (Author), 2000, PTS-Systeme. Ein kurzer Überblick, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/97901
