Vápník: kationtový antiporter - Calcium:cation antiporter - Wikipedia

The Ca.2+: rodina kationových antiporterů (CaCA) (TC # 2.A.19 ) je členem nadrodina zprostředkovatele kationové difúze (CDF). Tato rodina by neměla být zaměňována s Ca2+: H+ Rodina Antiporter-2 (CaCA2) (TC # 2.A.106), která patří do nadčeledi Lysine Exporter (LysE). Proteiny z rodiny CaCA se nacházejí všudypřítomně a byly identifikovány u zvířat, rostlin, kvasinek, archea a odlišných bakterií. Členové této rodiny usnadňují antiport iontu vápníku s jiným kationtem.

Homologie

Členové rodiny CaCA vykazují velmi odlišné sekvence. Ukázalo se, že několik homologů vzniklo při tandemové intragenní duplikaci.[1] Nejkonzervovanější části tohoto opakujícího se prvku, a1 a α2, se nacházejí v domnělých TMS 2-3 a TMS 7-8.[2] Tyto konzervované sekvence jsou důležité pro transportní funkci a mohou tvořit intramembranózní strukturu podobnou póru / smyčce. Tyto nosiče fungují primárně v Ca2+ vytlačování.[3]

Fylogenetický strom pro rodinu CaCA odhaluje nejméně šest hlavních větví.[1] Dva klastry se skládají výhradně ze živočišných bílkovin, třetí obsahuje několik bakteriálních a archaálních proteinů, čtvrtý má kvasinkové, rostlinné a modrozelené bakteriální homology, pátý obsahuje pouze ChaA Ca2+: H+ antiporter z E-coli a šestý obsahuje pouze jednu vzdálenou S. cerevisiae homolog neznámé funkce. V jednom organismu může být přítomno několik homologů. Tato skutečnost a tvar stromu naznačují, že izoformy těchto proteinů vznikly duplikací genů předtím, než se tři domény života od sebe oddělily, nebo že horizontální přenos genů došlo mezi těmito doménami.[1]

Byly charakterizovány homology z několika sinic. Hrají důležitou roli v toleranci solí.[4]

Podskupiny

Rodina CaCA se skládá z nejméně pěti podskupin:[5]

  1. K.+-nezávislé výměníky
  2. Na+/ Ca2+ výměníky (NCX)
  3. Kation / Ca2+ výměníky (CCX),
  4. Transportéry YBRG
  5. Kationtoměniče (CAX)

Reprezentativní seznam členů rodiny CaCA lze nalézt v Databáze klasifikace transportérů.

Struktura

Členové rodiny CaCA se liší velikostí od 302 aminoacylových zbytků (Methanococcus jannaschii ) na 1199 zbytků (Bos taurus ). I v rámci zvířecí říše se liší velikostí od 461 do 1199 zbytků. Bakteriální a archaální proteiny jsou obecně menší než eukaryotické proteiny.[6] Bylo navrženo, aby procházeli membránou 9 (savci ) nebo 10 (bakterie ) krát jako α-šroubovice klíče, ale některé rostlinné homology (Cax1 a Cax2, tj. TC # s 2.A.19.2.3 a 2.A.19.2.4, respektive, z Arabidopsis thaliana) vykazují 11 domnělých TMS. The E-coli ChaB (YrbG; TC # 2.A.19.5.1 ) bylo zjištěno, že homolog má 10 TMS s N- a C-konci lokalizovanými v periplazmě. Každá homologní polovina interně duplikovaného proteinu má 5 TMS s opačnou orientací v membráně.[7] Zdá se, že tato orientace je stabilizována přítomností pozitivně nabitých zbytků v cytoplazmatických smyčkách.

Homolog srdečního svalu savců má pravděpodobně 9 TMS. Předpokládá se, že N-konec tohoto proteinu je extracelulární, zatímco C-konec je intracelulární.[2] Velká centrální smyčka není pro transportní funkci nutná a hraje roli v regulaci. V preferovaném modelu 9 TMS pro tento savčí protein se polypeptidový řetězec smyčí do membrány po TMS 2 a po TMS 7. Velká centrální smyčka odděluje TMS 5 od TMS 6. TMS 2 a následující smyčka vykazují podobnost sekvencí s TMS 7 a jeho smyčka. TMS 7 může být blízký TMS 2 a 3 ve 3-D struktuře proteinu.[8]

Funkce

Pak+: Ca2+ výměník hraje ústřední roli v srdeční kontraktilitě udržováním Ca2+ homeostáza. Dva Ca2+vazebné domény, CBD1 a CBD2, umístěné ve velké intracelulární smyčce, regulují aktivitu výměníku. Ca.2+ vazba na tyto regulační domény aktivuje transport Ca2+ přes plazmatickou membránu. Struktura CBD1 ukazuje čtyři Ca2+ ionty uspořádané v těsném rovinném klastru. Struktura CBD2 v Ca2+-bound (rozlišení 1,7 Å) a Ca2+-volné (rozlišení 1,4 Å) konformace ukazuje (jako CBD1) klasický Ig záhyb, ale koordinuje pouze dva Ca2+ ionty v primárním a sekundárním Ca2+ stránky. V nepřítomnosti Ca2+, Lys585 stabilizuje strukturu koordinací dvou kyselých zbytků (Asp552 a Glu648), jednoho z každého z Ca2+-vazebná místa a brání rozvinutí proteinu.[9]

Všechny charakterizované živočišné proteiny katalyzují Ca2+: Na+ výměna, i když někteří také přepravují K+. Proteiny plazmatické membrány NCX si vyměňují 3 Na+ pro 1 Ca2+ (tj. TC # 2.A.19.3 ). Savčí Na+/ Ca2+ výměníky existují jako tři izoformy NCX1-3, které jsou navzájem přibližně ze 70% identické. Výměníky NCKX vyměňují 1 Ca2+ plus 1 K.+ pro čtyři Na+ (tj. TC # 2.A.19.4 ). Varianta sestřihu myocytů NCX1.1 katalyzuje Ca2+ vytlačování během srdeční relaxace a může katalyzovat Ca2+ příliv během kontrakce. The E-coli ChaA (TC # 2.A.19.1.1 ) protein katalyzuje Ca2+: H+ antiport, ale může také katalyzovat Na+: H+ antiport pomalu. Všichni zbývající dobře charakterizovaní členové rodiny katalyzují Ca2+: H+ výměna.

Pak+/ Ca2+ výměník, NCX1 (TC # 2.A.19.3.1 ), je plazmatický membránový protein, který reguluje intracelulární Ca2+ úrovně v srdeční myocyty. Přepravní činnost je regulována Ca2+a primární Ca2+ Senzor (CBD1) je umístěn ve velké cytoplazmatické smyčce spojující dva transmembránové šroubovice. High-affinity vazba Ca2+ do senzorické domény CBD1 má za následek konformační změny, které stimulují výměník k vytlačování Ca2+. Krystalová struktura CBD1 v rozlišení 2,5 Á odhaluje nový Ca2+ vazebné místo skládající se ze čtyř Ca2+ ionty uspořádané v těsném rovinném klastru. Tento složitý koordinační vzorec pro Ca2+ vazebný klastr je indikátorem vysoce citlivého Ca2+ senzor a může představovat obecnou platformu pro Ca2+ snímání.[10]

Lidská Na+: Ca2+ výměníky, pokud jsou vadné, mohou způsobit neurodegenerativní poruchy.[11] Alosterická aktivace NCX zahrnuje vazbu cytosolického Ca2+ do regulačních domén CBD1 a CBD2.[12]

Transportní reakce

Zobecněná transportní reakce katalyzovaná proteiny z rodiny CaCA je:

Ca.2+ (v) + [nH+ nebo nNa+ (out)] ⇌ Ca2+ (ven) + [nH+ nebo nNa+] (v).

Reference

  1. ^ A b C Saier, M. H .; Eng, B. H .; Fard, S .; Garg, J .; Haggerty, D. A .; Hutchinson, W. J .; Jack, D. L .; Lai, E. C .; Liu, H. J. (1999-02-25). "Fylogenetická charakterizace nových rodin transportních proteinů odhalená analýzou genomu". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Recenze na biomembrány. 1422 (1): 1–56. doi:10.1016 / s0304-4157 (98) 00023-9. ISSN  0006-3002. PMID  10082980.
  2. ^ A b Iwamoto, T .; Nakamura, T. Y .; Pan, Y .; Uehara, A .; Imanaga, I .; Shigekawa, M. (12. 3. 1999). Msgstr "Jedinečná topologie vnitřních repetic v srdečním výměníku Na + / Ca2 +". FEBS Dopisy. 446 (2–3): 264–268. doi:10.1016 / s0014-5793 (99) 00218-5. ISSN  0014-5793. PMID  10100855. S2CID  29847951.
  3. ^ DiPolo, Reinaldo; Beaugé, Luis (01.01.2006). "Sodík / vápník: vliv metabolické regulace na interakce iontových nosičů". Fyziologické recenze. 86 (1): 155–203. doi:10.1152 / physrev.00018.2005. ISSN  0031-9333. PMID  16371597.
  4. ^ Waditee, Rungaroon; Hossain, Gazi Sakir; Tanaka, Yoshito; Nakamura, Tatsunosuke; Shikata, Masamitsu; Takano, červen; Takabe, Tetsuko; Takabe, Teruhiro (06.02.2004). "Izolace a funkční charakterizace antiporterů Ca2 + / H + z sinic". The Journal of Biological Chemistry. 279 (6): 4330–4338. doi:10,1074 / jbc.M310282200. ISSN  0021-9258. PMID  14559898.
  5. ^ Cai, Sin-ťiang; Lytton, Jonathan (01.09.2004). „Nadrodina kationtů / Ca (2+) výměníků: fylogenetická analýza a strukturální důsledky“. Molekulární biologie a evoluce. 21 (9): 1692–1703. doi:10,1093 / molbev / msh177. ISSN  0737-4038. PMID  15163769.
  6. ^ Chung, Y. J .; Krueger, C .; Metzgar, D .; Saier, M. H. (2001-02-01). „Porovnání velikosti mezi homologními proteiny membránového transportního homologu v bakteriích, Archaei a Eukaryi“. Journal of Bacteriology. 183 (3): 1012–1021. doi:10.1128 / JB.183.3.1012-1021.2001. ISSN  0021-9193. PMC  94969. PMID  11208800.
  7. ^ Sääf, A .; Baars, L .; von Heijne, G. (01.06.2001). „Interní repetice v proteinu Esrbichia coli souvisejícím s výměníkem Na + / Ca2 + YrbG mají opačné membránové topologie“. The Journal of Biological Chemistry. 276 (22): 18905–18907. doi:10,1074 / jbc.M101716200. ISSN  0021-9258. PMID  11259419.
  8. ^ Qiu, Z .; Nicoll, D. A .; Philipson, K. D. (01.01.2001). "Helixové balení funkčně důležitých oblastí srdečního Na (+) - Ca (2+) výměníku". The Journal of Biological Chemistry. 276 (1): 194–199. doi:10,1074 / jbc.M005571200. ISSN  0021-9258. PMID  11035002.
  9. ^ Besserer, Gabriel Mercado; Ottolia, Michela; Nicoll, Debora A .; Chaptal, Vincent; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Abramson, Jeff (2007-11-20). „Druhá doména vázající Ca2 + výměníku Na + Ca2 + je nezbytná pro regulaci: krystalové struktury a mutační analýza“. Sborník Národní akademie věd Spojených států amerických. 104 (47): 18467–18472. doi:10.1073 / pnas.0707417104. ISSN  1091-6490. PMC  2141800. PMID  17962412.
  10. ^ Nicoll, Debora A .; Sawaya, Michael R .; Kwon, Seunghyug; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Abramson, Jeff (04.08.2006). „Krystalová struktura primárního senzoru Ca2 + ve výměníku Na + / Ca2 + odhaluje nový vazebný motiv Ca2 +“. The Journal of Biological Chemistry. 281 (31): 21577–21581. doi:10.1074 / jbc.C600117200. ISSN  0021-9258. PMID  16774926.
  11. ^ Gomez-Villafuertes, Rosa; Mellström, Britt; Naranjo, Jose R. (01.04.2007). "Hledání role výměníků NCX / NCKX v neurodegeneraci". Molekulární neurobiologie. 35 (2): 195–202. doi:10.1007 / s12035-007-0007-0. ISSN  0893-7648. PMID  17917108. S2CID  11116673.
  12. ^ Giladi, Moshe; Khananshvili, Daniel (01.01.2013). "Molekulární determinanty alosterické regulace v proteinech NCX". Pokroky v experimentální medicíně a biologii. 961: 35–48. doi:10.1007/978-1-4614-4756-6_4. ISBN  978-1-4614-4755-9. ISSN  0065-2598. PMID  23224868.

Od 10. února 2016 je tento článek zcela nebo zčásti odvozen od the Databáze klasifikace transportérů. Držitel autorských práv licencoval obsah způsobem, který umožňuje jeho opětovné použití pod CC BY-SA 3.0 a GFDL. Je třeba dodržovat všechny příslušné podmínky. Původní text byl v „2.A.19 Rodina Ca2 +: Cation Antiporter (CaCA)“