4.3. Les transporteurs secondaires

4.3. Les transporteurs secondaires
4. 3.1. Généralités
- Le transport actif primaire fournit un gradient électrochimique d’ion ou de soluté
utilisé par le transporteur secondaire (primaire = flux d’électrons de la chaîne
respiratoire qui crée le gradient de H+).
- Le transporteur secondaire permet le passage de deux solutés, l’un qui diffuse
spontanément (Na+, H+) et fournit de l’énergie à l’autre qui lui, est transporté
activement.
+
+
S/S- H+/Na+
S+ H /Na
S/S- H+/Na+
S+ H+/Na+
Symport
Antiport
- Molécules transportées : ions, sucres, aa, peptides, acides carboxyliques,
nucléosides…
- Système de transport très répandu chez les bactéries, 77 familles répertoriées
(selon similarités de séquences)
- La famille la plus importante, MFS (Major Facilitator Superfamilly)
400 à 600 aa, 12, 14, 24 hélices transmembranaires
Un membre bien étudié : La lactose perméase d’E. coli
Le transport primaire permet de créer et de maintenir le gradient de proton
ext/int = différence de potentiel électrochimique
pH7
ext
Membrane
(0.5)
(150mV)
int
pH7.5
Le gradient de Na+ est créé par des transporteurs antiport H+/Na+ ou par des
transporteur à ATP
+ H+ Na+
+ H
H
+
+
H
H
+ Na+
+
Na
Na
+
Na
Membrane
plasmique
+
+
H Na
+
Na
4.3.2 Organisation structurale de LacY
- Située dans la membrane cytoplasmique de E. coli
- Spécificité pour le lactose et le galactose
- Ratio : 1 proton transporté pour 1 lactose, en symport
- Semble agir à l’état monomérique
- 12 hélices α transmembranaires
4.3.3 Mécanisme proposé du symport
Périplasme
LacY
H+
1
Cytoplasme
6
H-LacY
L
2
H-L-LacY
3
LacY
5
H+
LacY-H
4
L
LacY-H-L
La lactose perméase fonctionne selon plusieurs modes :
b
Entrée ou sortie des solutés, toujours en symport, dépendant de la direction de
la « force conductrice » issue du gradient, soit de H+ ou soit du gradient de
lactose. (b et c en absence de ΔH+ au départ, mais en forte concentration de
lactose, la lactose perméase génère alors un gradient de H+)
4.4. Gradient de sodium et température
-  L’augmentation de la température augmente la fluidité membranaire et donc la
perméabilité de la membrane au protons
= problème pour le maintient de la PMF
- Adaptation aux changements de température par un contrôle de la composition lipidique :
* Augmentation de la longueur des chaînes carbonées des lipides
* Saturation des chaînes carbonées des lipides
Ceci permet de maintenir la perméabilité aux protons constante
= Homéostasie de la perméabilité du proton sur la gamme de température de
croissance
Au-delà d’une certaine T°C, la PMF ne peux plus être maintenue = mort cellulaire
- Températures extrêmes: les archées
- Contrôle lipidique :
= présence de lipides tetraether traversant la bicouche
la fluidité (archées)
- Malgré tout, la perméabilité du proton est très forte aux températures de
croissance
= Maintient de la PMF difficile
- Solution : SMF = sodium motive force
La composition lipidique affecte peu la perméabilité du sodium
Et comme la perméabilité des membranes au Na+ << au H+ ,
le maintient d’une SMF est plus facile à haute T°C
Des exemples :
Bacillus steaorothemophilus (60°C : limite inférieure des thermophiles )
1- Taux de respiration augmenté = expulsion forte de protons
2- A cause de la fuite de protons due à la haute perméabilité de la membrane aux protons :
conversion de la PMF en SMF via antiport H+/Na+
3- Utilisation de SMF pour le transport secondaire…
Caloramator fervidus : anaérobie, ne peut pas contrôler son pH intracellulaire
1- Energie produite par fermentation est convertie en SMF via ATPase de
type V
2- Utilisation de SMF pour le transport secondaire…
4.4. Le transport dépendant du système TonB : le cas du fer
Ce type de système est décrit pour le transfert de nutriments tels que le
fer, la vitamine B12, le nickel.
Le fer est très important pour la cellule (transport d’électrons…) mais il est peu
biodisponible
Stratégies de capture du fer :
- capture directe du fer ou d’hème à partir de protéines de l’hôte chez les
bactéries pathogènes (récepteurs)
- sécrétion de molécules de capture comme les sidérophores
Les sidérophores sont des chélateurs qui piègent le fer Fe3+ avec une très haute affinité
(KD=10-22 à 10-49M) permettant de l’extraire.
Exemples de sidérophores bactériens et fongiques
(italique, sans fer)
1-Sécrétion sidérophores
4-Dans la cellule le
fer est délivré du
sidérophore
2-Capture du fer
3- Transport du
sidérophore complexé
au fer dans la cellule
Peptide backbone
Hexacoordonné avec Fe3+
Comment le fer complexé au sidérophore passe t’il les membranes ?
Membrane externe : une porine spécifique des sidérophores :
Pore large monomérique (tonneau, 22 feuillets β)
Très affin (nM).
Fermé par un domaine N-terminal (plug ou cork en jaune sur le schéma).
Ouverture ? Il n’y a pas d’énergie au niveau de la membrane externe !
Porine
Transporteur ABC
Complexe TonB
H+
La protéine TonB interagit avec la boîte TonB de la porine (5 à 7 AA en N–term).
ExbB et D formeraient le canal à protons qui fournit l’énergie au système
Membrane interne : un transporteur ABC prend alors en charge le complexe sidérophore + fer
Utilisation de xenosidérophores possible.
4.5 Bacterial PhosphoTransferase System : PTS
1. Généralités
- Bactéries à Gram + et Gram -, pas de système homologue décrit chez les archées
et eucaryotes : évolution tardive
- C’est un système dédié au transport des sucres
- Rôle dans la régulation du métabolisme du carbone
- Transport et modification simultanés du soluté à transporter
- Modification selon une chaîne réactionnelle à partir du PEP phosphoenolpyruvate =
donneur initial du groupement phosphate et d’énergie (d’où le terme PTS)
HPr
IIC
2. Intérêt énergétique du PTS
- Potentiel énergétique du PEP est équivalent à l’ATP car pendant la glycolyse:
A partir d’une molécule de PEP, une molécule d’ATP est produite sous
l’action de la pyruvate kinase
Phosphoenolpyruvate (PEP)
ADP
ATP
Pyruvate kinase
Dernière étape de la
glycolyse.
pyruvate
- Mais la déphosphorylation du PEP libère 61,5kJ/mol, c’est plus que l’ATP (30,5) = gaspillage ?
-  Pour une molécule de glucose tranportée :
Le PTS effectue à la fois l’étape de transport et de phosphorylation, avec un PEP contre
- 2 à 3 ATP pour les transporteurs ABC (transport + phosphorylation du sucre)
- 1,3 ATP/sucre par le symporteur à proton (0,3 (1 ATP pour au mieux 3 H+
+ 1 ATP pour la phosphorylation du sucre)
Transport PTS est économique pour le transport des sucres simples
3. Description générale du PTS
Il est composé de composantes générales et de protéines cytoplasmiques solubles,
communes à tous les sucres et de composantes spécifiques à chaque sucre
HPr
EI
Réactions de phosphotransfert réversibles
21 complexes EII ont été identifiés (20 sucres), codés dans le génome chez E. coli
Autophosphorylation de EI
= étape limitante, lente
Transfert sur His15 de HPr
Transfert sur EIIA
Transfert sur EIIB
Phosphotranslocation du sucre via
IIC (la perméase du système)
IIC transporte le sucre et le
présente à IIB qui le phosphoryle
Le PTS permet de coupler la glycolyse au transport de sucres : ratio des différentes protéines dans
leurs formes phosphorylées ou non phosphorylées (HPr, EIIA, EI).
Le système PTS est à la fois un système de transport de sucres, et un réseau global de régulation
contrôlant l’utilisation des sucres et influençant les réponses de la cellule :
- préférence pour un sucre, comme le glucose (répression catabolique, exclusion de l’inducteur), selon
l’état de phosphorylation de EIIAglc, lié à la présence de glucose dans le milieu et à son transport
- chimiotactisme (EI)
Production d’AMPc , se
-  biofilms…
complexe avec CRP (cAMP
receptor protein, ou CAP pour
- Glu: EIIA glc-P/EIIAglc est grand
catabolique gene activator
protein),
Activation de
EIIA glc-P
l’adénylate cyclase Influence l’expression de
certains gènes (régulon Crp)
utilisation du lactose, maltose,
biofilm… (131 unités
transcriptionelles régulées)
+ Glu: EIIA glc/EIIAglc –P est grand
EIIA glc: bloque directement la lactose perméase, le transporteur ABC du maltose
(exclusion de l’inducteur)
V- Bilan - diversité des transporteurs
Les transporteurs
rencontrés :
-  Transport facilité
-  Pores (membranes externe)
-  Canaux (membrane interne)
- 
Transport actif :
•  le transport secondaire (synport/antiport)
•  le transport ATP-dépendent (ABC)
•  le système PTS (phosphotransférase system)
Comparaison fonctionnelle
Le transport actif est couplé à une source d’énergie
Propriétés
Diffusion
passive
Diffusion
facilitée
Diffusion
active
Translocation
de groupe
Médiateur/
Protéine
-
+
+
+
Concentration
contre un
gradient
-
-
+
+
Spécificité
+/-
+
+
+
Dépenses
énergétiques
-
-
+
+
Modification du
substrat dans le
transport
-
-
-
+
- Transporteurs secondaires et ABC sont ubiquitaires et majoritaires, et en
proportion inverses
- La bactérie peut utiliser l’ATP ou le gradient de pH/Na+ comme source d’énergie
préférentiellement
- Chez les hyperthermophiles les transporteurs ABC sont plus importants : source de
nutriments faibles dans les environnements extrêmes : ABC plus adapté (KmABC <
Km des transporteurs secondaires
Conclusions
Souvent un microorganisme possède plus d’un transporteur pour chaque nutriment
Par exemple E. coli a au moins
5 transporteurs pour le galactose
3 pour glutamate et leucine
2 pour le potassium
Les systèmes de transport pour chaque nutriment peuvent différer du point de
vue de la source d’énergie, de leur affinité, de leur régulation
Cette diversité permet à la bactérie de s’adapter aux différents environnements
rencontrés