Кальций: антипортер катионов - Calcium:cation antiporter

В Ca2+: семейство антипортеров катионов (CaCA) (TC № 2.A.19 ) является членом суперсемейство посредников диффузии катионов (CDF). Это семейство не следует путать с Ca2+:ЧАС+ Семейство антипортеров-2 (CaCA2) (TC # 2.A.106), которое принадлежит к суперсемейству экспортеров лизина (LysE). Белки семейства CaCA обнаруживаются повсеместно, будучи идентифицированными у животных, растений, дрожжей, архей и различных бактерий. Члены этой семьи способствуют антипорт иона кальция с другим катионом.

Гомология

Члены семейства CaCA обнаруживают широко расходящиеся последовательности. Было показано, что несколько гомологов возникли в результате тандемной внутригенной дупликации.[1] Наиболее консервативные части этого повторяющегося элемента, α1 и α2, обнаруживаются в предполагаемых TMS 2-3 и TMS 7-8.[2] Эти консервативные последовательности важны для транспортной функции и могут образовывать внутримембранную пору / петлеобразную структуру. Эти носители функционируют в основном в Ca2+ экструзия.[3]

Филогенетическое дерево семейства CaCA выявляет по крайней мере шесть основных ветвей.[1] Два кластера состоят исключительно из белков животного происхождения, третий содержит несколько белков бактерий и архей, четвертый содержит гомологи дрожжей, растений и сине-зеленых бактерий, пятый содержит только ChaA Ca2+:ЧАС+ антипортер Кишечная палочка а шестой содержит только один дальний С. cerevisiae гомолог неизвестной функции. В одном организме может присутствовать несколько гомологов. Этот факт и форма дерева предполагают, что либо изоформы этих белков возникли в результате дупликации генов до того, как три домена жизни отделились друг от друга, либо что горизонтальный перенос генов произошло между этими доменами.[1]

Охарактеризованы гомологи нескольких цианобактерий. Они играют важную роль в переносимости соли.[4]

Подсемейства

Семейство CaCA состоит как минимум из пяти подсемейств:[5]

  1. K+-независимые обменники
  2. Na+/ Ca2+ обменники (NCX)
  3. Катион / Са2+ обменники (CCX),
  4. Транспортёры YBRG
  5. Катионообменники (CAX)

Репрезентативный список членов семьи CaCA можно найти в База данных классификации транспортеров.

Структура

Члены семейства CaCA различаются по размеру от 302 аминоацильных остатков (Methanococcus jannaschii ) до 1199 остатков (Bos taurus ). Даже в пределах животного мира они варьируются по размеру от 461 до 1199 остатков. Бактериальные и архейные белки в целом меньше, чем эукариотические белки.[6] Им предложено пройти через мембрану 9 (млекопитающие ) или 10 (бактерии ) раз как α-спиральный гаечные ключи, но некоторые гомологи растений (Cax1 и Cax2, т.е. TC # s 2.A.19.2.3 и 2.A.19.2.4 соответственно из Arabidopsis thaliana) выставляем 11 предполагаемых ТМС. В Кишечная палочка ЧАБ (YrbG; ТК № 2.A.19.5.1 ) гомолог, как было обнаружено, имеет 10 TMS с N- и C-концом, локализованными в периплазме. Каждая гомологичная половина внутренне дублированного белка имеет 5 ТМС с противоположной ориентацией в мембране.[7] Эта ориентация, по-видимому, стабилизируется наличием положительно заряженных остатков в цитоплазматических петлях.

Гомолог сердечной мышцы млекопитающих, вероятно, имеет 9 TMS. Считается, что N-конец этого белка является внеклеточным, а С-конец - внутриклеточным.[2] Большая центральная петля не требуется для транспортной функции и играет роль в регулировании. В предпочтительной модели 9 TMS для этого белка млекопитающего полипептидная цепь петли в мембрану после TMS 2 и после TMS 7. Большая центральная петля отделяет TMS 5 от TMS 6. TMS 2 и следующая петля демонстрируют сходство последовательностей с TMS 7 и его петля. ТМС 7 может быть близок к ТМС 2 и 3 по трехмерной структуре белка.[8]

Функция

Затем+: Ca2+ обменник играет центральную роль в сократимости сердца, поддерживая Ca2+ гомеостаз. Два Ca2+-связывающие домены CBD1 и CBD2, расположенные в большой внутриклеточной петле, регулируют активность обменника. Ca2+ связывание с этими регуляторными доменами активирует транспорт Са2+ через плазматическую мембрану. Структура CBD1 показывает четыре Ca2+ ионы расположены в плотном плоском кластере. Структура CBD2 в Ca2+-связанный (разрешение 1,7 Å) и Ca2+-свободные (разрешение 1,4 Å) конформации показывают (как CBD1) классическую складку Ig, но координируют только два Ca2+ ионы в первичном и вторичном Ca2+ места. В отсутствие Са2+, Lys585 стабилизирует структуру, координируя два кислотных остатка (Asp552 и Glu648), по одному от каждого из Ca2+сайты связывания и предотвращает разворачивание белков.[9]

Все охарактеризованные животные белки катализируют Ca2+: Na+ обмен хотя некоторые также транспортируют K+. Белки плазматической мембраны NCX обменивают 3 Na+ за 1 Ca2+ (т.е. TC # 2.A.19.3 ). Млекопитающее Na+/ Ca2+ обменники существуют в виде трех изоформ NCX1-3, которые примерно на 70% идентичны друг другу. Обменники NCKX обменивают 1 Ca2+ плюс 1 тыс.+ для четырех Na+ (т.е. TC # 2.A.19.4 ). Вариант сплайсинга NCX1.1 миоцитов катализирует Ca2+ экструзия во время сердечной релаксации и может катализировать Ca2+ приток во время схватки. В Кишечная палочка ЧАА (ТК № 2.А.19.1.1 ) белок катализирует Са2+:ЧАС+ антипорт, но может также катализировать Na+:ЧАС+ антипорт медленно. Все остальные хорошо охарактеризованные члены семейства катализируют Ca2+:ЧАС+ обмен.

Затем+/ Ca2+ обменник, NCX1 (TC # 2.A.19.3.1 ), представляет собой белок плазматической мембраны, который регулирует внутриклеточный Ca2+ уровни в сердечные миоциты. Транспортная деятельность регулируется Ca2+, а первичный Ca2+ сенсор (CBD1) расположен в большой цитоплазматической петле, соединяющей две трансмембранные спирали. Связывание с высоким сродством Ca2+ в сенсорный домен CBD1 приводит к конформационным изменениям, которые стимулируют обменник вытеснять Ca2+. Кристаллическая структура CBD1 при разрешении 2,5 Å обнаруживает новый Ca2+ сайт связывания, состоящий из четырех Ca2+ ионы расположены в плотном плоском кластере. Эта сложная схема координации для Ca2+ связывающий кластер свидетельствует о высокочувствительном Ca2+ датчик и может представлять собой общую платформу для Ca2+ зондирование.[10]

Человек Na+: Ca2+ дефектные обменники могут вызывать нейродегенеративные расстройства.[11] Аллостерическая активация NCX включает связывание цитозольного Ca2+ к регуляторным доменам CBD1 и CBD2.[12]

Транспортная реакция

Обобщенная транспортная реакция, катализируемая белками семейства CaCA:

Ca2+ (дюйм) + [нГн+ или nNa+ (выход)] ⇌ Ca2+ (выход) + [нГн+ или nNa+] (в).

Рекомендации

  1. ^ а б c Saier, M. H .; Eng, B.H .; Fard, S .; Garg, J .; Haggerty, D.A .; Hutchinson, W. J .; Джек, Д. Л .; Lai, E.C .; Лю, Х. Дж. (25 февраля 1999 г.). «Филогенетическая характеристика новых семейств транспортных белков, выявленных с помощью анализа генома». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Обзоры биомембран. 1422 (1): 1–56. Дои:10.1016 / s0304-4157 (98) 00023-9. ISSN  0006-3002. PMID  10082980.
  2. ^ а б Iwamoto, T .; Nakamura, T. Y .; Pan, Y .; Uehara, A .; Иманага, I .; Сигекава, М. (1999-03-12). «Уникальная топология внутренних повторов в сердечном обменнике Na + / Ca2 +». Письма FEBS. 446 (2–3): 264–268. Дои:10.1016 / s0014-5793 (99) 00218-5. ISSN  0014-5793. PMID  10100855. S2CID  29847951.
  3. ^ Диполо, Рейнальдо; Beaugé, Луис (01.01.2006). «Обменник натрия / кальция: влияние регуляции метаболизма на взаимодействия ионных переносчиков». Физиологические обзоры. 86 (1): 155–203. Дои:10.1152 / физрев.00018.2005. ISSN  0031-9333. PMID  16371597.
  4. ^ Вадитее, Рунгарун; Хоссейн, Гази Сакир; Танака, Йошито; Накамура, Тацуносукэ; Шиката, Масамицу; Такано, Джун; Такабэ, Тецуко; Такабэ, Терухиро (06.02.2004). «Выделение и функциональная характеристика антипортеров Ca2 + / H + из цианобактерий». Журнал биологической химии. 279 (6): 4330–4338. Дои:10.1074 / jbc.M310282200. ISSN  0021-9258. PMID  14559898.
  5. ^ Цай, Синьцзян; Литтон, Джонатан (01.09.2004). «Надсемейство катионов / Са (2+) обменников: филогенетический анализ и структурные последствия». Молекулярная биология и эволюция. 21 (9): 1692–1703. Дои:10.1093 / молбев / мш177. ISSN  0737-4038. PMID  15163769.
  6. ^ Chung, Y.J .; Krueger, C .; Metzgar, D .; Сайер, М. Х. (01.02.2001). «Сравнение размеров интегральных гомологов белков мембранного транспорта у бактерий, архей и эукариот». Журнал бактериологии. 183 (3): 1012–1021. Дои:10.1128 / JB.183.3.1012-1021.2001. ISSN  0021-9193. ЧВК  94969. PMID  11208800.
  7. ^ Sääf, A .; Baars, L .; фон Хейне, Г. (2001-06-01). «Внутренние повторы в связанном с Na + / Ca2 + обменником белке Escherichia coli YrbG имеют противоположную мембранную топологию». Журнал биологической химии. 276 (22): 18905–18907. Дои:10.1074 / jbc.M101716200. ISSN  0021-9258. PMID  11259419.
  8. ^ Qiu, Z .; Nicoll, D.A .; Филипсон, К. Д. (2001-01-05). «Спиральная упаковка функционально важных участков сердечного Na (+) - Ca (2+) обменника». Журнал биологической химии. 276 (1): 194–199. Дои:10.1074 / jbc.M005571200. ISSN  0021-9258. PMID  11035002.
  9. ^ Бессерер, Габриэль Меркадо; Оттолия, Микела; Nicoll, Debora A .; Чапталь, Винсент; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Абрамсон, Джефф (20 ноября 2007 г.). «Второй Са2 + -связывающий домен обменника Na + Ca2 + необходим для регуляции: кристаллических структур и мутационного анализа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (47): 18467–18472. Дои:10.1073 / pnas.0707417104. ISSN  1091-6490. ЧВК  2141800. PMID  17962412.
  10. ^ Nicoll, Debora A .; Савая, Майкл Р .; Квон, Сынхёк; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Абрамсон, Джефф (4 августа 2006 г.). «Кристаллическая структура первичного сенсора Ca2 + обменника Na + / Ca2 + выявляет новый мотив связывания Ca2 +». Журнал биологической химии. 281 (31): 21577–21581. Дои:10.1074 / jbc.C600117200. ISSN  0021-9258. PMID  16774926.
  11. ^ Гомес-Виллафуэртес, Роза; Меллстрём, Бритт; Наранхо, Хосе Р. (2007-04-01). «В поисках роли обменников NCX / NCKX в нейродегенерации». Молекулярная нейробиология. 35 (2): 195–202. Дои:10.1007 / s12035-007-0007-0. ISSN  0893-7648. PMID  17917108. S2CID  11116673.
  12. ^ Гилади, Моше; Хананшвили, Даниил (01.01.2013). «Молекулярные детерминанты аллостерической регуляции в белках NCX». Достижения экспериментальной медицины и биологии. 961: 35–48. Дои:10.1007/978-1-4614-4756-6_4. ISBN  978-1-4614-4755-9. ISSN  0065-2598. PMID  23224868.

По состоянию на 10 февраля 2016 г. эта статья полностью или частично взята из то База данных классификации транспортеров. Владелец авторских прав лицензировал контент таким образом, чтобы разрешить повторное использование в соответствии с CC BY-SA 3.0 и GFDL. Все соответствующие условия должны быть соблюдены. Исходный текст был в "2.A.19 Семейство Ca2 +: катион-антипортер (CaCA)"