ABSTRACT Bacteria are subject to a substantial concentration differential of osmolytes between the interior and exterior of the cell, which results in cytoplasmic turgor pressure. Failure to mechanically balance turgor pressure causes cells to burst. Here, we show that in Gram-negative bacteria, the outer membrane and peptidoglycan layer function together to resist turgor: when attached to each other, these two layers form a robust mechanical unit that allows pressure build-up in the periplasmic compartment, which in turn balances cytoplasmic turgor across the inner membrane, preventing cell death. Thus, the peptidoglycan layer is necessary but not sufficient to maintain turgor, which challenges the general view that protecting cells from bursting is the specific task of the peptidoglycan cell wall. ONE-SENTENCE SUMMARY The peptidoglycan and outer membrane are interconnected layers that cooperate to balance cytoplasmic turgor.

SUMMARY Hsp60 chaperonins and their Hsp10 cofactors assist protein folding in all living cells, constituting the paradigmatic example of molecular chaperones. Despite extensive investigations of their structure and mechanism, crucial questions regarding how these chaperonins promote folding remain unsolved. Here, we report that the bacterial Hsp60 chaperonin GroEL forms a stable, functionally relevant complex with the chaperedoxin CnoX, a protein combining a chaperone and a redox function. Binding of GroES (Hsp10) to GroEL induces CnoX release. Cryo-electron microscopy provided crucial structural information on the GroEL-CnoX complex, showing that CnoX binds GroEL outside the substrate-binding site via a highly conserved C-terminal α-helix. Furthermore, the identification of complexes in which CnoX, bound to GroEL, forms mixed-disulfides with GroEL substrates indicates that CnoX likely functions as a redox quality-control plugin for GroEL. Proteins sharing structural features with CnoX exist in eukaryotes, which suggests that Hsp60 molecular plugins have been conserved through evolution.