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Educándose En Línea

Porinas y resistencia antibiótica

Que son las porinas

Las porinas son proteínas beta de barril que atraviesan una membrana celular y actúan como un poro, a través del cual las moléculas pueden difundirse.

A diferencia de otras proteínas de transporte de membrana, las porinas son lo suficientemente grandes para permitir la difusión pasiva, es decir, actúan como canales que son específicos de diferentes tipos de moléculas.

Están presentes en la membrana externa de las bacterias gramnegativas y algunas micobacterias grampositivas ( actinomicetos que contienen ácido micólico ), la membrana externa de las mitocondrias y la Membrana exterior de cloroplasto.

Como están compuesta las porinas

Como están compuesta las porinas

Las porinas están compuestas por láminas beta ( láminas β) compuestas por hebras beta ( hebras β) que están unidas entre sí por giros beta en el lado citoplásmico y por largos bucles de aminoácidos . Las hebras β se encuentran en forma antiparalela y forman un tubo cilíndrico, llamado barril beta (barril β).

La composición de aminoácidos de las cadenas β de la porina es única porque los residuos polares y no polares se alternan a lo largo de ellas.

Esto significa que los residuos no polares están orientados hacia afuera para interactuar con los lípidos no polares de la membrana externa., mientras que los residuos polares miran hacia el centro del barril beta para crear el canal acuoso. Los aminoácidos específicos en el canal determinan la especificidad de la porina a diferentes moléculas.

Los barriles β que forman una porina se componen de tan solo ocho hebras β hasta veintidós cadenas β. Las hebras individuales se unen entre sí mediante bucles y giros. La mayoría de las porinas son monómeros; sin embargo, se han descubierto algunas porinas diméricas , así como una porina octamérica.

Según el tamaño de la porina, el interior de la proteína puede estar lleno de agua, tener hasta dos hebras β dobladas hacia el interior, o contener un segmento “tapón” compuesto por hebras β.

Estructuras de las porinas

Estructuras de las porina

Todas las porinas forman homotrímeros en la membrana externa, lo que significa que tres subunidades porinas idénticas se asocian para formar una superestructura de porinas con tres canales. [5] El enlace de hidrógeno y las interacciones dipolo-dipolo entre cada monómero en el homotrímero aseguran que no se disocien y permanezcan juntos en la membrana externa.

Se han utilizado varios parámetros para describir la estructura de una proteína porina. Incluyen el ángulo de inclinación (α), el número de corte (S), el número de hebra (n) y el radio del barril (R). El ángulo de inclinación se refiere al ángulo relativo a la membrana.

El número de corte (S) es el número de residuos de aminoácidos que se encuentran en cada cadena β. El número de cadena (n) es la cantidad de cadenas β en la porina, y el radio del barril (R) se refiere al radio de la abertura de la porina. Estos parámetros están relacionados a través de las siguientes fórmulas:

y,

Usando estas fórmulas, la estructura de una porina se puede determinar al conocer solo algunos de los parámetros disponibles. Si bien la estructura de muchas porinas se ha determinado utilizando la cristalografía de rayos X , también se puede utilizar el método alternativo de secuenciación de la estructura primaria de la proteína.

Roles celulares

celulas

Las porinas son poros y canales llenos de agua que se encuentran en las membranas de las bacterias y los eucariotas. También se han descubierto canales tipo Porin en las arqueas.

Tenga en cuenta que el término ” nucleoporina ” se refiere a proteínas no relacionadas que facilitan el transporte a través de poros nucleares en la envoltura nuclear .

Las porinas están involucradas principalmente en el transporte pasivo de moléculas hidrófilas de varios tamaños y cargas a través de la membrana. Para sobrevivir, ciertos nutrientes y sustratos requeridos deben ser transportados a las células.

Del mismo modo, las toxinas y los desechos deben ser transportados para evitar la acumulación de tóxicos.  Además, las porinas pueden regular la permeabilidad y prevenir la lisis al limitar la entrada de detergentes en la celda. 

Cuantos tipos de Porinas existen?

Cuantos tipos de Porinas existen?

Existen dos tipos de porinas para transportar diferentes materiales: general y selectivo. Las porinas generales no tienen especificidades de sustrato, aunque algunas exhiben ligeras preferencias por los aniones o cationes.

Las porinas selectivas son más pequeñas que las porinas generales y tienen especificidades para las especies químicas. Estas especificidades están determinadas por los tamaños de umbral de las porinas y los residuos de aminoácidos que las recubren. 

En bacterias gramnegativas , la membrana interna es la principal barrera de permeabilidad. La membrana externa es más permeable a las sustancias hidrófilas, debido a la presencia de porinas.

Las porinas tienen tamaños de umbral de moléculas transportables que dependen del tipo de bacteria y la porina. En general, solo las sustancias de menos de 600 Daltons de tamaño pueden difundirse.

Descubrimiento de las porinas

Descubrimiento de las porinas

Las porinas se descubrieron por primera vez en bacterias gramnegativas, pero se han encontrado bacterias grampositivas con ambos tipos de porinas. Presentan funciones de transporte similares pero tienen una variedad más limitada de porinas, en comparación con la distribución encontrada en bacterias gramnegativas.

El descubrimiento de porins se ha atribuido a Hiroshi Nikaido, apodado “el porinólogo”

Las bacterias grampositivas carecen de membranas externas, por lo que estos canales de porina están unidos a lípidos específicos dentro de las paredes celulares.

Las porinas también se encuentran en los eucariotas, específicamente en las membranas externas de las mitocondrias y los cloroplastos. Los orgánulos contienen porinas generales que son estructuralmente y funcionalmente similares a las bacterianas.

Estas similitudes han apoyado la teoría endosimbiótica , a través de la cual surgieron orgánulos eucarióticos de bacterias gramnegativas.  Sin embargo, las porinas eucariotas muestran la misma diversidad limitada que las porinas grampositivas, y también muestran un mayor papel dependiente del voltaje durante el metabolismo. 

Archaea también contiene canales iónicos que se han originado de porinas generales.  Los canales se encuentran en la envoltura de la celda y ayudan a facilitar la transferencia de solutos. Tienen características similares a las porinas bacterianas y mitocondriales, lo que indica superposiciones fisiológicas en los tres dominios de la vida

Resistencia a los antibióticos 

Resistencia a los antibióticos 

Muchas porinas son dianas para las células inmunes del huésped, lo que resulta en vías de señalización que conducen a la degradación bacteriana. Los tratamientos terapéuticos, como las vacunas y los antibióticos, se utilizan para complementar esta respuesta inmune.

Los antibióticos específicos han sido diseñados para viajar a través de las proteínas para inhibir los procesos celulares. 

Sin embargo, debido a la presión selectiva, las bacterias pueden desarrollar resistencia a través de mutaciones en el gen porina.  Las mutaciones pueden conducir a una pérdida de porinas, lo que hace que los antibióticos tengan una menor permeabilidad o se excluyan completamente del transporte.

Estos cambios han contribuido a la aparición mundial de resistencia a los antibióticos y al aumento de las tasas de mortalidad por infecciones.

Clasificación de las porinas

Resistencia a los antibióticos 

Según TCDB , hay cinco superfamilias de porinas evolutivamente independientes . La superfamilia I de Porin incluye 47 familias de porinas con un rango de números de cadenas β trans-membrana (β-TMS). Estos incluyen las familias porin GBP, SP y RPP.

Mientras que PSF I incluye 47 familias, PSF II-V contiene cada una solo 2 familias. Mientras que PSF I deriva miembros de bacterias gramnegativas, principalmente una familia de porinas mitocondriales eucariotas, las porinas PSF II y V se derivan de Actinobacteria. PSF III y V se derivan de orgánulos eucarióticos.

Porina Super-familia I


1.B.1 – Familia de porina bacteriana general
1.B.2 – Familia de porina por clamidia (CP)
1.B.3 – Familia de porina de azúcar (SP)
1.B.4 – La porina de Brucella-Rhizobium (BRP) ) Familia
1.B.5 – Familia Pseudomonas OprP Porin (POP)
1.B.6 – Familia OmpA-OmpF porin (OOP)
1.B.7 Familia Rhodobacter PorCa porin (RPP)
1.B.8 Mitocondrial y plastidio Familia de porina (MPP)
1.B.9 Familia de proteína de membrana externa (FadL) de FadL 1.B.10 Familia de porina (Tsx) de membrana externa formadora de canal específica de nucleósido
1.B.11 Familia de porina (FUP) de entierro de membrana externa de nucleósido 1.B.12 Autotransporter-1

(AT-1) familia
1.B.13 Porin de exportación de alginato (AEP) familia
1.B.14 Familia de receptores de membrana externa (OMR)
1.B.15 Familia de porina de rafinosa (RafY)
1.B.16 Amida de cadena corta y familia de porina de urea (SAP)
1.B.17 Familia de factor de membrana externa (OMF)
1.B.18 Familia de proteína auxiliar de membrana externa (OMA)
1.B.19 Familia de porina de OprB selectiva de glucosa (OprB)
1.B.20 Familia de secreción de dos parejas (TPS)
1.B.21 Familia de porina OmpG (OmpG) 1.B.22 Familia de
secretina de membrana bacteriana externa (secretina)
1.B.23 Familia de porina cianobacteriana (CBP) Familia
1.B.24 Porina micobacteriana
1.B.25Familia de porina de membrana externa (Opr) 1.B.26 Familia de
porina de ciclodextrina (CDP)
1.B.31 Familia de oorina de membrana externa mayor de Campylobacter jejuni (MomP)
1.B.32 Familia de porina de membrana externa fususacteriana (FomP)
1.B. 33 Membrana de inserción de proteína de membrana externa (complejo Bam) (OmpIP)
1.B.34 ​​Porinas de corinebacterias
1.B.35 Familia de porina (KdgM) específica de oligogalacturonato
1.B.39 Porina bacteriana, familia de OmpW (OmpW)
1.B .42 – La familia
1.B.43 de exportación de lipopolisacáridos de membrana externa (LPS-EP) – La familia Pox (CPP1) de Coxiella Porin (CPP1)
1.B.44 – La proteína probable Translocating Porphyromonas gingivalisFamilia Porin (PorT)
1.B.49 – Anaplasma P44 (A-P44) Familia Porin
1.B.54 – Intimina / Invasina (Int / Inv) o Autotransporter-3 family
1.B.55 – La poli acetil glucosamina Familia Porin (PgaA)
1.B.57 – La familia de la proteína de membrana externa (LM-OMP) de
Legionella 1.B.60 – La familia Porin de Omp50 (Porin de Omp50)
1.B.61 – La Porina delta proteobacteriana ( Familia Delta-Porina)
1.B.62 – La familia putativa bacteriana Porina (PBP)
1.B.66 – La familia putativa beta-barril Porina-2 (BBP2)
1.B.67 – La putativa beta barril Porina-4 (BBP4) Familia
1.B.68 – La Supuesta Familia Beta Barrel Porin-5 (BBP5)
1.B.70 – La familia del canal de membrana externa (OMC)
1.B.71 – La familia de porina proteobacteriana / porcerromicomicrobiana (PVP)
1.B.72 – La familia de porina de la membrana externa protoclamídica (PomS / T)
1.B. 73 – La familia de biogénesis / ensamblaje de cápsulas (CBA)
1.B.78 – La familia de porinas (ETPorin) asociada a transporte de electrones DUF3374

Porina Super-familia II (MspA Superfamilia)

1.B.24 – Porina micobacteriana
1.B.58 – Familia de canales de pared celular hetero-oligoméricos (NfpA / B)

Porina Super-familia III

1.B.28 – Porin de la envoltura externa de plástidos de la familia 24 kDa (OEP24)
1.B.47 – Porin de la envoltura externa de plástidos de la familia de 37 kDa (OEP37)

Super-familia IV de Porina (Superfamilia Tim17 / OEP16 / PxMPL (TOP))

Esta superfamilia incluye proteínas que comprenden poros en translocasas de proteínas de componentes múltiples de la siguiente manera: 3.A.8 – [Tim17 (P39515) Tim22 (Q12328) Tim23 (P32897)]; 1.B.69 – [PXMP4 (Q9Y6I8) PMP24 (A2R8R0)]; 3.D.9 – [Componente NDH 21.3 kDa (P25710)]

1.B.30 – El Porin de la Envoltura Externa de Plástidos de 16 kDa (OEP16) Familia
1.B.69 – La Porina de la Membrana Peroxysomal 4 (PxMP4)
3.A.8 – La Familia de la Translocasa de la Proteína Mitocondrial (MPT)

Porina Super-familia V (Corynebacterial PorA / PorH Superfamily)

1.B.34 ​​- La familia Porin A (PorA) Corynebacterial 1.B.59 – La Porina de la membrana externa, PorH (PorH)