Транспортёр внутренней мембраны, сопряжённый с редокс-процессом и протоном, опосредует ввоз меди в бактериальную цитоплазму

Гомеостаз меди в бактериях требует строго регулируемых систем импорта, чтобы уравновесить важные редокс‑функции меди с её inherent цитотоксичностью; однако механизмы захвата меди в цитоплазму остаются слабо изученными. В частности, широко распространённое семейство трансмембранных белков CopD было генетически связано с импортом меди в цитоплазму, но не подвергалось механистической характеристике. В настоящей работе, с использованием in vivo тестов поглощения, кинетических измерений транспорта меди в реальном времени на протеолипосомах, а также спектроскопических и электрохимических анализов, мы демонстрируем, что CopD из метанотрофа Methylosinus trichosporium OB3b функционирует как симпорт Cu+/H+ и как редуктаза Cu2+. Измерения транспорта в реальном времени показывают насыщаемый транспорт, опосредованный транспортёром, с микромолярным сродством к Cu+ и быстрыми скоростями транслокации, согласующимися с облегченным диффузионным транспортом или потенциальным вторичным активным транспортом, а pH‑чувствительные флуоресцентные тесты устанавливают обязательную котранспортировку протонов, сопряжённую с транслокацией Cu+. Были идентифицированы три консервативных остатка, два гистидина и триптофан, предполагаемо располагающиеся в периплазматической и трансмембранной областях соответственно, которые являются критическими детерминантами захвата меди и, вероятно, участвуют в координации субстрата и затворации. Примечательно, что CopD содержит C-концевой периплазматический домен цитохрома c с комплексным спектром электронного парамагнитного резонанса, доминируемым низко‑спиновым шестикоординационным гемом с средним потенциалом 138 ± 5 мВ. Спектроскопические и электрохимические данные показывают, что этот гем способен восстанавливать Cu2+ до Cu+, как в растворе, так и когда медь связана с соответствующим периплазматическим шапероном CopC M. trichosporium OB3b. Эти результаты поддерживают модель, согласно которой CopD связывает периплазматическое восстановление Cu2+ с симпортом Cu+/H+ через внутреннюю мембрану, устанавливая новую парадигму транспорта меди и функций металл‑транспортёров в бактериях.