FtsK
| FtsK alfa- | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| domänidentifierare | |||||||||
| Symbol | FtsK_alpha | ||||||||
| Pfam | PF17854 | ||||||||
| InterPro | IPR041027 | ||||||||
| CATH | 2j5o | ||||||||
| SCOP2 | 2j5o / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| CDD | 407717 | ||||||||
| |||||||||
| FtsK alfadomän | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Molekylstruktur för FtsK (PDB 2j5o).
| |||||||
| Identifierare | |||||||
| Organism | |||||||
| Symbol | ftsK_alpha | ||||||
| UniProt | P46889 | ||||||
| |||||||
FtsK , upptäckt 1995 av Donachie-labbet, är ett av de största proteinerna i E. coli med 1329 aminosyror. Det är involverat i bakteriell celldelning och kromosomsegregering. FtsK står för " F ilament t emperature s ensitive mutant K" eftersom celler som uttrycker en mutant ftsK- allel kallad ftsK44 , som kodar för en FtsK-variant som innehåller en E58A-restförändring i den första periplasmatiska slingan, misslyckas med att dela sig vid höga temperaturer och istället bilda långa filament . FtsK, specifikt dess C-terminala domän, fungerar som ett DNA-translokas, interagerar med andra celldelningsproteiner och reglerar Xer-medierad rekombination. FtsK tillhör AAA (ATPas associerad med olika cellulära aktiviteter) och finns i de flesta bakterier.
Strukturera
FtsK är ett transmembranprotein som består av tre domäner: FtsKN , FtsKL och FtsKC . FtsK fungerar för att koordinera celldelning och kromosomsegregation genom dess N-terminala och C-terminala domäner. FtsK N- domänen är inbäddad i det cytoplasmatiska membranet av fyra transmembrana α-helixar. FtsK L -domänen sträcker sig från membranet in i cytoplasman. Denna länkdomän varierar i längd över många bakterier. C -segmentet av proteinet, som finns vid den cytoplasmatiska änden av länkdomänen, är ansvarigt för att möjliggöra aktiviteten av Xer-rekombinationssystemet vid bildandet av en kromosomdimer.
Dessutom är FtsK C -domänen sammansatt av tre underdomäner: α, β och y. α- och β-subenheterna aggregerar för att bilda en hexamer som har förmågan att translokera DNA genom ATP-hydrolys . ATP-hydrolysställena finns på hexamerens β-subenheter. γ-domänen är ansvarig för kontrollen av hexameren. Det förmedlar bindningen av hexameren till dubbelsträngat DNA, kontrollerar translokasets riktning och initierar segregering av kromosomdimer.
Handlingsmekanism
Dif - sidan
Dif - stället finns i skärningspunkten mellan monomererna i kromosomdimeren. Det motsvarar där kromosomal replikation upphörde och är också platsen för Xer-medierad segregation. Translokation av FtsK C -hexameren upphör när den når platsen för Xer- rekombinaskomplexet som är associerat med dif -stället.
Bindande webbplats
Guanosinrika DNA-områden, som finns i ändarna av dif -regionen, är platserna för translokationsinitiering . Dessa webbplatser kallas KOPS-motiv. Vid bindning av ett KOPS-motiv bildas FtsK-hexameren och fortsätter mot dif -regionen. Rörelse mot dif -regionen underlättas av polariteten hos KOPS-motivet.
Translokation
Det finns tre föreslagna mekanismer för DNA-translokation : den roterande tummasken, trappan och rotationsmekanismen. Den roterande inchworm-mekanismen involverar två kontaktpunkter mellan DNA och subenheterna av FtsK C -hexameren. Dessa kontaktpunkter motsvarar en α- och en β-domän. En konformationsförändring i α-subenheten kan få DNA:t att förskjutas. Detta skift följs av en konformationsförändring i β-subenheten (som också får DNA:t att röra sig). De upprepade konformationsförändringarna leder till translokation av DNA.
Omvänt ser trappmekanismen α- och β-subenheterna av hexameren interagera med det dubbelsträngade DNA:t på ett sekventiellt och överlappande sätt. Konformationsförändringar i varje subenhet orsakar rörelse i DNA-strängens rumsliga position. Dessutom innebär revolutionsmekanismen att DNA passerar genom en kanal som bildas av den hexameriska FtsK C -domänen. I allmänhet translokeras kromosomdimeren så att upplösningsstället är nära divisomen och så en kopia av det genetiska materialet hamnar i varje dottercell. FtsK är den snabbaste DNA-translokationspumpen, med hastigheter på upp till 7 kb s -1 den är också en mycket effektiv sådan.
Rekombinas (Xer D) aktivering
Under bakteriell replikation, i närvaro av en dimer, introduceras XerCD-mekanismen för att dela dimeren i två monomerer. FtsK ansvarar för aktiviteten av Xer-rekombinationsreaktionen. Specifikt anropas FtsKc om en kromosomdimer är närvarande vid mittcellpunkten. Xer-mekanismen aktiveras av överuttryck av FtsK, därför verkar det som om FtsK aktiverar Xer-rekombinationen. FtsK slår på XerCDs aktivitet vid utgifter för ATP.
Rekombinationsapparaten består av fyra monomerer, två är Xer D och två är Xer C, som tillhör en familj av tyrosinrekombinaser. Interaktionen mellan Xer D och y-subenheten av FtsK C resulterar i aktiveringen av rekombinaset. Kontakt mellan Xer D och y-subenheten underlättas av translokationen av DNA. Närmare bestämt stoppar translokationen när FtsK c -hexameren når dif -platsen.
Roll i celldelning
FtsK är en del av bakteriens divisom och koordinerar celldelning med upplösningen av kromosomdimerer. FtsK N stabiliserar septum och hjälper till vid rekryteringen av andra proteiner till platsen för celldelning. De N-terminala 220 resterna av FtsK är tillräckliga för att främja celldelning i Escherichia coli . Ytterligare bevis tyder dock på att N-terminalen inte är den enda delen av FtsK som är involverad i celldelning. I ett experiment gjort av Dubarry tillät en suppressormutation cellerna att överleva utan FtsK N . När segment av den FtsK cytoplasmatiska länkdomänen fuserades till andra divisomproteiner som kan fästa till membranet, såsom FtsW, kunde endast de fusioner som innehöll FtsK-linkerregionen återställa normal celltillväxt, vilket ger övertygande bevis för att länkregionen av FtsK spelar en viktig roll vid celldelning. Andra studier har visat att en del av FtsK N -domänen (som finns i periplasman) är involverad i konstruktionen av cellväggen.
Fylogeni
FtsK är medlem i AAA motor ATPases. Det fylogenetiska trädet av FtsK har sitt ursprung vid divergensen mellan ssDNA och dsDNA translokaser där TraB, FtsK, T4CPs och VirB4s uppstod. Var och en av dessa visar strukturella likheter och modergrenen till FtsK uppstod tillsammans med andra grenar av TraB, TcpA och FtsK. Även om FtsK har sin egen fylogeni och förgreningar inom, liknar TraB en systerproteingren som kan spåras tillbaka till FtsKs tidslinje. Ett vanligt protein som härrör från en av de fylogenetiska grenarna av FtsK är SpoIIIE, som är väsentligt för kromosomsegregering i vissa grampositiva bakterier. FtsK finns i de flesta bakterier inklusive E. coli , Staphyloccus och Streptomycetes och i vissa Archaea, där det fylogenetiska trädet liknar det hos bakterier. FtsK-familjens proteiner har divergerande grenlängder, vilket gör det svårt att tillhandahålla en exakt evolutionär tidslinje. Filogenin hos FtsK kan därför jämföras med den tid då proteingrupperna VirB4/VirD4 diversifierades, och något tidigare än TraB och TcpA eftersom de bara förekommer i Actinomycetota och Bacillota .