¿Cómo se conservan las proteínas de membrana entre bacterias y eucariotas?

Gran pregunta!

Las proteínas de membrana que realizan funciones similares en bacterias y eucariotas tienden a estar bien conservadas. Veamos un ejemplo de proteínas de membrana que realizan la misma función en bacterias y humanos: la aquaporina, una proteína de membrana que regula el flujo de agua.

Extraje las secuencias de aminoácidos de las acuaporinas de humanos, E. coli y Agrobacterium tumefaciens (un patógeno bacteriano de plantas) y les muestro aquí los resultados de alineación de secuencias.
Las secuencias coloreadas en las tres secuencias se conservan todas. Eso cubre> 90% de la secuencia.

Ahora, veamos las estructuras moleculares de las acuaporinas en estas tres especies.
E. coli (PDB: 3NKA):

Agrobacterium (PDB: 3LLQ):

Humano (PDB: 4CSK):

Las tres estructuras alineadas juntas:

La diferencia de raíz alineada media cuadrada (RMSD) es menor que 1 angrstrom. Claramente, las acuaporinas están muy bien conservadas de secuencia a estructura a funciones entre bacterias y humanos. Este es probablemente el caso porque las acuaporinas son extremadamente cruciales para el control del agua tanto en bacterias como en humanos.

Ahora la pregunta con respecto a la cantidad de proteínas de membrana que se conservan entre los dos reinos probablemente pueda responderse desde una perspectiva funcional. Las bacterias y eucariotas se ocupan de entornos externos e internos muy diferentes. Muchas bacterias tienden a vivir en ambientes químicamente fluctuantes: constantes cambios en el pH, nutrientes, etc. Razonablemente, han desarrollado muchas proteínas de membrana para responder a tales fluctuaciones químicas. Por ejemplo, la movilidad del flagelo de E. coli está acoplada directamente al gradiente de lactosa en el medio ambiente (sistema Che). Las bacterias también tienen una estructura celular diferente a las eucariotas. Las bacterias tienen una cápsula semirrígida, una pared celular y un espacio periplásmico en capas, donde se produce una catálisis química / desintoxicación. Como resultado, tienen un conjunto de proteínas de canales de membrana dedicadas al tráfico intracelular a través de las diferentes capas al espacio periplásmico y al citoplasma; este es simplemente un problema que la mayoría de nosotros, los eucariotas, no tenemos que tratar.



Por otro lado, los eucariotas tienden a ser multicelulares y ocupan el medio ambiente como un todo colectivo. La naturaleza multicelular de la mayoría de los eucariotas también significa que la señalización a las células vecinas es tan importante para la supervivencia y funcionalidad individual de cada célula. La aparición de la diferenciación celular se suma a la complejidad requerida para que los eucariotas se comuniquen entre sí. Como resultado, muchas proteínas de membrana eucarióticas están dedicadas a la señalización intercelular. Esto es algo en lo que las bacterias en general no tienen que lidiar (aunque las bacterias también pueden comunicarse entre sí a través de la detección de quórum).

Debido a las diferentes necesidades funcionales, es probable que las bacterias y los eucariotas no compartan proteínas de membrana conservadas en general.