Hispanopedia WikiParM es un homólogo de actina procariota [1] que proporciona la fuerza para impulsar copias del plásmido R1 a los extremos opuestos de las bacterias con forma de bastón antes de la citocinesis .
ParM es un monómero que está codificado en el ADN del plásmido R1 y es fabricado por los ribosomas de la célula huésped . En el citoplasma, se polimeriza espontáneamente formando hebras cortas que se unen a ParR o se hidrolizan . ParR estabiliza a ParM y evita que se hidrolice. Una vez unidas por ParR en ambos extremos, las unidades monoméricas continúan uniéndose a los extremos de ParM y la reacción resultante empuja a los plásmidos R1 a los extremos opuestos de la célula . [2] Los ParM de diferentes plásmidos bacterianos pueden formar estructuras helicoidales sorprendentemente diversas que comprenden dos [3] [4] o cuatro [5] hebras para mantener la herencia fiel del plásmido.
Acción
In vitro se ha observado que el monómero ParM polimeriza tanto con ATP como con GTP , pero los experimentos de Popp et al. parecen indicar que la reacción "prefiere" GTP y que GTP es el nucleótido que probablemente hace las contribuciones significativas en la célula. [6] Durante el resto de este artículo se asumirá que GTP es el nucleótido activo, aunque muchos experimentos han utilizado ATP en su lugar.
ParM se une e hidroliza GTP a medida que se polimeriza . La creencia dominante actual es que se requiere una "tapa" de GTP en los extremos de las cadenas de polímero ParM para evitar que se hidrolicen. Aunque las unidades ParM hidrolizan GTP después de la unión, se cree que la energía que impulsa los plásmidos se deriva de la energía libre de Gibbs de las concentraciones de monómero ParM, y no de la energía liberada por la hidrólisis de GTP. Las concentraciones de monómero y polímero ParM deben mantenerse fuera de equilibrio en los extremos donde se está produciendo la unión para que la reacción continúe independientemente de las concentraciones de GTP.
Una vez que el ParM ha empujado los plásmidos a los extremos opuestos de la célula, el polímero se despolimeriza rápidamente, devolviendo las unidades monoméricas al citoplasma . [7]
Estructura
La unidad monomérica ParM no es funcional antes de unirse a un nucleótido de GTP. Una vez que el GTP se ha unido, puede unirse al extremo de un filamento en crecimiento. En algún momento después de la unión, ParM hidroliza GTP que se convierte en GDP y permanece en la subunidad ParM mientras la cadena de polímero permanezca intacta. ParM forma una estructura de hélice levógira. [6]
Un estudio de Garner y Campbell ha sugerido que la unidad al final de la cadena de ParM debe tener GTP unido para mantener la estabilidad del polímero. Si uno de los extremos tiene la versión unida a GDP, la cadena de polímero se despolimeriza muy rápidamente en sus unidades monoméricas constituyentes. Esto lo sugiere su experimento en el que cortaron cadenas de polímero ParM en crecimiento exponiendo los extremos unidos a ADP. Una vez cortadas, las cadenas se hidrolizaron rápidamente. [7]
Inestabilidad dinámica
La inestabilidad dinámica se describe como el cambio de un polímero entre fases de elongación constante y acortamiento rápido. Este proceso es esencial para el funcionamiento de los microtúbulos eucariotas . En ParM, el "rescate" de la inestabilidad dinámica o el cambio de una fase de acortamiento a la fase de elongación se ha observado muy raramente, y solo cuando se utiliza el nucleótido ATP. Los filamentos de ParM no unidos se encuentran con una longitud promedio típica de 1,5 a 2 μm, cuando las concentraciones de monómero de ParM son de 2 μM o más. Se cree que la inestabilidad dinámica de ParM y los microtúbulos eucariotas es un ejemplo de evolución convergente . [8] L ParM forma espontáneamente segmentos de polímero cortos cuando está presente en el citoplasma. Estos segmentos sirven para "buscar" de manera muy eficiente los plásmidos R1, y también mantienen una concentración favorable de unidades de monómero de ParM para la polimerización. [6]
Referencias
- ^ Gunning PW, Ghoshdastider U, Whitaker S, Popp D, Robinson RC (junio de 2015). "La evolución de filamentos de actina compositiva y funcionalmente distintos". Journal of Cell Science . 128 (11): 2009–19. doi : 10.1242/jcs.165563 . PMID 25788699.
- ^ Hoischen C, Bussiek M, Langowski J, Diekmann S (febrero de 2008). "El centrómero parC del plásmido R1 de bajo número de copias de Escherichia coli forma un complejo en forma de U con su proteína de unión ParR". Nucleic Acids Research . 36 (2): 607–15. doi :10.1093/nar/gkm672. PMC 2241845 . PMID 18056157.
- ^ Popp D, Xu W, Narita A, Brzoska AJ, Skurray RA, Firth N, et al. (marzo de 2010). "Estructura y dinámica de filamentos de la proteína ParM similar a la actina pSK41: implicaciones para la segregación del ADN plasmídico". The Journal of Biological Chemistry . 285 (13): 10130–40. doi : 10.1074/jbc.M109.071613 . PMC 2843175 . PMID 20106979.
- ^ Popp D, Narita A, Ghoshdastider U, Maeda K, Maéda Y, Oda T, et al. (abril de 2010). "Estructuras poliméricas y propiedades dinámicas de la actina bacteriana AlfA". Revista de biología molecular . 397 (4): 1031–41. doi :10.1016/j.jmb.2010.02.010. PMID 20156449.
- ^ Popp D, Narita A, Lee LJ, Ghoshdastider U, Xue B, Srinivasan R, et al. (junio de 2012). "Nueva estructura de filamento similar a la actina de Clostridium tetani". The Journal of Biological Chemistry . 287 (25): 21121–9. doi : 10.1074/jbc.M112.341016 . PMC 3375535 . PMID 22514279.
- ^ abc Popp D, Narita A, Oda T, Fujisawa T, Matsuo H, Nitanai Y, et al. (febrero de 2008). "Estructura molecular del polímero ParM y el mecanismo que conduce a su inestabilidad dinámica impulsada por nucleótidos". The EMBO Journal . 27 (3): 570–9. doi :10.1038/sj.emboj.7601978. PMC 2241650 . PMID 18188150.
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- ^ Garner EC, Campbell CS, Mullins RD (noviembre de 2004). "Inestabilidad dinámica en un homólogo de actina procariota segregante de ADN". Science . 306 (5698): 1021–5. Bibcode :2004Sci...306.1021G. doi :10.1126/science.1101313. PMID 15528442. S2CID 14032209.
