ЧАС+, Na+-транслокационное семейство пирофосфатаз - H+, Na+-translocating pyrophosphatase family

H +, Na + -транслокационная пирофосфатаза
Идентификаторы
Символ?
PfamPF03030
ИнтерПроIPR004131
TCDB3.A.10
OPM суперсемейство390
Белок OPM4av3

Члены ЧАС+, Na+-транслоцирующая пирофосфатаза (M+-PPase) Семья (TC № 3.A.10 ) находятся в вакуолярном (тонопласт ) мембраны высших растений, водоросли, и простейшие, и у бактерий, и у археи. Следовательно, они являются древними ферментами.

Два типа неорганическая дифосфатаза, очень разные с точки зрения обоих аминокислотная последовательность и структура, были охарактеризованы на сегодняшний день: растворимые и трансмембранный протононасосные пирофосфатазы (sPPases и H (+) -PPases соответственно). sPPases повсеместно белки которые гидролизуют пирофосфат выделять тепло, тогда как H+-PPases, пока не идентифицированные в животное и грибковый ячеек, пара энергии PPi гидролиз к протон движение по биологический мембраны.[1][2] Последний тип представлен этой группой белки. ЧАС+-PPases вакуолярный -тип неорганических пирофосфатаз (V-PPase) или вакуолярная мембрана с энергией пирофосфата протонные насосы.[3] У растений вакуоли содержат два ферменты для подкисления внутренней части вакуоли, V-АТФаза и V-PPase (V означает вакуоль).[2]

Два разных биохимический подклассы H+-PPases на сегодняшний день охарактеризованы: K+-стимулированный и K+-нечувствительный.[1][3]

Классификация

Полнометражные члены группы H+Семейство -PPase было секвенировано из множества бактерий, архей и эукариот. Эти H+ перекачивающие ферменты, которые, вероятно, являются гомодимерными, делятся на два филогенетических подсемейства.[4] Одно подсемейство неизменно содержит консервативный цистеин (Cys222) и включает все известные K+-независимый H+-PPases, в то время как другой имеет другой консервативный цистеин (Cys573), но отсутствует Cys222 и включает все известные K+-зависимый H+-PPases.[4][5] Все H+-PPases требуется Mg2+, а из вакуолей растений, ацидокальцисом простейших и ферментативных бактерий требуется мМ K+. Бактерии респираторных и фотосинтетических бактерий, а также архей менее зависимы от калия.+. Однако могут быть исключения.[4] Неизвестно, действительно ли K+ транспортируется.

Археон, Methanosarcina лабиринт Gö1, кодирует в своем геноме два H+-переносящий пирофосфатазы (PPases), Mvp1 и Mvp2. Mvp1 похож на бактериальные PPases, тогда как Mvp2 похож на растительные PPases.[6] Было показано, что Mvp2 перемещает 1 H+ гидролизованный пирофосфат.

Некоторые PPases от Anaerostipes caccae, Chlorobium limicola, Clostridium tetani, и Desulfuromonas acetoxidans были идентифицированы как K+-зависимый Na+ транспортеры.[7] Филогенетический анализ привел к идентификации монофилетической клады, содержащей охарактеризованный и предсказанный Na+-транспортирующие PPases (Na+-PPases) в пределах K+-зависимое подсемейство. ЧАС+-транспортировка полипропиленов (H+-PPases) более разнородны и образуют не менее трех независимых клад в обоих подсемействах.[7]

Функция

Растительные ферменты, вероятно, перекачивают один H+ при гидролизе пирофосфата, тем самым создавая движущая сила протона, положительный и кислый в просвете тонопласта. Они устанавливают ПДС такой же величины, что и порождаемая H+-транслокация АТФаз в ту же вакуолярную мембрану. Белки бактерий и архей могут катализировать полностью обратимые реакции, таким образом, имея возможность синтезировать пирофосфат, когда PMF достаточно. Фермент из R. rubrum вносит вклад в ПДС, когда интенсивность света недостаточна для генерации ПДС, достаточной по величине для поддержки быстрого синтеза АТФ. Оба С-конца димерный субъединицы V-PPase находятся на одной стороне мембраны, и они расположены близко друг к другу.[8] Трансмембранный домен 6 вакуолярного H+-пирофосфатаза по-видимому, опосредует как нацеливание на белок, так и транспорт протонов.[9]

Обобщенная транспортная реакция, катализируемая H+-PPases это:

пирофосфат (P2) + H2O + H+ (цитоплазма) → неорганический фосфат (2 Pя) + H+ (внешняя среда или просвет вакуоля).

Структура

Эукариотические члены группы H+Семейство -PPase - это большие белки, состоящие примерно из 770 аминоацильных остатков (а.с.) с 15 или 16 предполагаемыми трансмембранными α-спиральными гаечными ключами (TMS). Предполагается, что N-концы находятся в просвете вакуоля, тогда как C-концы, как полагают, находятся в цитоплазме. Эти белки демонстрируют область, которая демонстрирует убедительное сходство последовательностей с областями, окружающими DCCD-чувствительный глутамат в С-концевых областях с-субъединиц АТФаз F-типа (TC № 3.A.2 ). H+-пирофосфатаза Streptomyces coelicolor было показано, что имеет топологию 17 TMS с доменом связывания субстрата, выставленным в цитоплазму. С-конец является гидрофильным с одним С-концом ТМС. Считается, что основная структура состоит из 16 ТМС с несколькими большими цитоплазматическими петлями, содержащими функциональные мотивы.[10] Несколько кислотных остатков в Арабидопсис ЧАС+-PPase важен для работы. Некоторые растения обладают близкородственными H+-PPase изоформы. Эти ферменты имеют номер комиссии по ферментам. EC 3.6.1.1.

Lin et al. (2012) сообщили о кристаллической структуре Vigna radiata ЧАС+-PPase (VrH+-PPase) в комплексе с негидролизуемым аналогом субстрата, имидодифосфатом (IDP), с разрешением 2,35 Å. Каждый VrH+Субъединица -PPase состоит из интегрального мембранного домена, образованного 16 трансмембранными спиралями.[11] IDP связывается в цитозольной области каждой субъединицы и улавливается многочисленными заряженными остатками и пятью Mg.2+ ионы. Ранее не описанный путь транслокации протонов образован шестью стержневыми трансмембранными спиралями. Перекачка протонов может быть инициирована гидролизом PP (i), а H+ затем транспортируется в просвет вакуоля посредством пути, состоящего из Arg 242, Asp 294, Lys 742 и Glu 301. Lin et al. (2012) предложили рабочую модель механизма связи протонной накачки с гидролизом PP (i) H+-PPases. Мембранные интегральные пирофосфатазы (M-PPases) имеют решающее значение для выживания растений, бактерий и простейших паразитов. Они связывают гидролиз или синтез пирофосфата с Na+ или H+ перекачка.[11] Структура 2.6Å Thermotoga maritima ЧАС+-PPase в состоянии покоя обнаружила ранее неизвестное решение для ионной откачки.[12] Гидролитический центр, расположенный на 20 ангстрем выше мембраны, связан с воротами, образованными консервативными Asp (243), Glu (246) и Lys (707), с помощью необычной «воронки связи» из шести α-спиралей. Спираль 12 скользит вниз после связывания субстрата, чтобы открыть ворота с помощью простого механизма связывания-изменения. Ниже ворот четыре спирали образуют выходной канал. Наложение спиралей с 3 по 6, с 9 по 12 и с 13 по 16 позволяет предположить, что M-PPases возникли в результате трипликации генов.[12] Сравнивая активные центры, данные ингибирования фтора и различные модели переноса ионов, Kajander et al. пришли к выводу, что интегральные с мембраной PPases, вероятно, используют связывание пирофосфата для управления накачкой.[13]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б Перес-Кастинейра Дж. Р., Лопес-Маркес Р. Л., Вильяльба Дж. М., Лосада М., Серрано А. (декабрь 2002 г.). «Функциональное дополнение цитозольной пирофосфатазы дрожжей бактериальными и растительными H + -транслокационными пирофосфатазами». Proc. Natl. Акад. Sci. СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ. 99 (25): 15914–9. Bibcode:2002PNAS ... 9915914P. Дои:10.1073 / pnas.242625399. HDL:11441/26079. ЧВК  138539. PMID  12451180.
  2. ^ а б Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (сентябрь 1999 г.). «H + -PPases: семейство прочно связанных мембран». FEBS Lett. 457 (3): 527–33. Дои:10.1016 / S0014-5793 (99) 90617-8. PMID  10523139. S2CID  12452334.
  3. ^ а б Перес-Кастинейра-младший, Лопес-Маркес Р.Л., Лосада М., Серрано А. (май 2001 г.). «Термостабильная K (+) - стимулированная пирофосфатаза вакуолярного типа из гипертермофильной бактерии Thermotoga maritima». FEBS Lett. 496 (1): 6–11. Дои:10.1016 / S0014-5793 (01) 02390-0. PMID  11343697. S2CID  24013031.
  4. ^ а б c Белогуров Г.А., Туркина М.В., Пенттинен А., Хуопалахти С., Байков А.А., Лахти Р. (июнь 2002 г.). «H + -пирофосфатаза Rhodospirillum rubrum. Высокая экспрессия в Escherichia coli и идентификация остатков Cys, ответственных за инактивацию моего мерсалила». Журнал биологической химии. 277 (25): 22209–14. Дои:10.1074 / jbc.M202951200. PMID  11956221.
  5. ^ Белогуров Г.А., Фабричный И.П., Похьянйоки П., Кашо В.Н., Лехтихухта Э., Туркина М.В., Куперман Б.С., Гольдман А., Байков А.А., Лахти Р. (ноябрь 2000 г.). «Каталитически важные ионизации по пути реакции дрожжевой пирофосфатазы». Биохимия. 39 (45): 13931–8. Дои:10.1021 / bi000895s. PMID  11076535.
  6. ^ Боймер С., Лентес С., Готтшалк Г., Деппенмайер Ю. (март 2002 г.). «Идентификация и анализ протон-транслокационных пирофосфатаз в метаногенном археоне Methansarcina mazei». Археи. 1 (1): 1–7. Дои:10.1155/2002/371325. ЧВК  2685546. PMID  15803653.
  7. ^ а б Луото Х.Х., Белогуров Г.А., Байков А.А., Лахти Р., Малинен А.М. (июнь 2011 г.). «Na + -транслоцирующие мембранные пирофосфатазы широко распространены в микробном мире и эволюционно предшествуют H + -транслокационным пирофосфатазам». Журнал биологической химии. 286 (24): 21633–42. Дои:10.1074 / jbc.M111.244483. ЧВК  3283130. PMID  21527638.
  8. ^ Лю TH, Hsu SH, Huang YT, Lin SM, Huang TW, Chuang TH, Fan SK, Fu CC, Tseng FG, Pan RL (август 2009 г.). «Близость между С-концами димерной вакуолярной H + -пирофосфатазы определяется с использованием атомно-силовой микроскопии и метода наночастиц золота». Журнал FEBS. 276 (16): 4381–94. Дои:10.1111 / j.1742-4658.2009.07146.x. PMID  19614743. S2CID  21186995.
  9. ^ Пан YJ, Lee CH, Hsu SH, Huang YT, Lee CH, Liu TH, Chen YW, Lin SM, Pan RL (январь 2011 г.). «Трансмембранный домен 6 вакуолярной H (+) - пирофосфатазы обеспечивает нацеливание на белок и транспорт протонов». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1807 (1): 59–67. Дои:10.1016 / j.bbabio.2010.10.006. PMID  20937245.
  10. ^ Мимура Х., Наканиши Й., Хироно М., Маэшима М. (август 2004 г.). «Мембранная топология H + -пирофосфатазы Streptomyces coelicolor, определенная с помощью цистеин-сканирующего мутагенеза». Журнал биологической химии. 279 (33): 35106–12. Дои:10.1074 / jbc.M406264200. PMID  15187077.
  11. ^ а б Lin SM, Tsai JY, Hsiao CD, Huang YT, Chiu CL, Liu MH, Tung JY, Liu TH, Pan RL, Sun YJ (март 2012 г.). «Кристаллическая структура встроенной в мембрану Н + -транслокационной пирофосфатазы». Природа. 484 (7394): 399–403. Bibcode:2012Натура 484..399л. Дои:10.1038 / природа10963. PMID  22456709. S2CID  4402379.
  12. ^ а б Келлосало Дж., Каяндер Т., Коган К., Покхарел К., Голдман А. (июль 2012 г.). «Структура и каталитический цикл натрийперекачивающей пирофосфатазы». Наука. 337 (6093): 473–6. Bibcode:2012Наука ... 337..473K. Дои:10.1126 / science.1222505. PMID  22837527. S2CID  5220443.
  13. ^ Каяндер Т., Келлосало Дж., Голдман А. (июнь 2013 г.). «Неорганические пирофосфатазы: один субстрат, три механизма». Письма FEBS. 587 (13): 1863–9. Дои:10.1016 / j.febslet.2013.05.003. PMID  23684653. S2CID  207715175.
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR004131

По состоянию на это редактирование, в этой статье используется контент из «3.A.10 Семейство H +, Na + -транслоцирующих пирофосфатаз (M + -PPase)», который лицензирован таким образом, чтобы разрешить повторное использование в соответствии с Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Непортированная лицензия, но не под GFDL. Все соответствующие условия должны быть соблюдены.