H+, Na+-translokační rodina pyrofosfatázy - H+, Na+-translocating pyrophosphatase family - Wikipedia

H +, Na + - translokační pyrofosfatáza
Identifikátory
Symbol?
PfamPF03030
InterProIPR004131
TCDB3.A.10
OPM nadčeleď390
OPM protein4av3

Členové H+, Na+- translokační pyrofosfatáza (M.+-PPase) Rodina (TC # 3.A.10 ) se nacházejí ve vakuu (tonoplast ) membrány vyšších rostlin, řasy, a prvoky a v obou bakteriích a archaea. Jsou to tedy starodávné enzymy.

Dva typy anorganická difosfatáza, velmi odlišné z hlediska obou aminokyselinová sekvence a struktura, byly dosud charakterizovány: rozpustné a transmembránový pyrofosfatázy čerpající protony (sPPázy a H (+) -PPázy, v uvedeném pořadí). sPPázy jsou všudypřítomné bílkoviny že hydrolyza pyrofosfát k uvolnění tepla, zatímco H+-PPázy, dosud neznámé v zvíře a plísňový buňky, spárujte energii PPi hydrolýza na proton pohyb napříč biologický membrány.[1][2] Druhý typ je reprezentován touto skupinou bílkoviny. H+-Pázy vakuolární - anorganické pyrofosfatázy typu (V-PPáza) nebo vakuolární membrána napájená pyrofosfáty protonové pumpy.[3] V rostlinách obsahují vakuoly dva enzymy pro okyselení vnitřku vakuoly, V-ATPáza a V-PPáza (V je pro vakuolární).[2]

Dva odlišné biochemické podtřídy H+-Pasy byly dosud charakterizovány: K.+-stimulované a K.+-necitlivý.[1][3]

Klasifikace

Celovečerní členové H+-PPase rodina byla sekvenována z mnoha bakterií, archea a eukaryot. Tyto H+ Bylo hlášeno, že čerpací enzymy, které jsou pravděpodobně homodimerní, spadají do dvou fylogenetických podrodin.[4] Jedna podrodina vždy obsahuje konzervovaný cystein (Cys222) a zahrnuje všechny známé K.+-nezávislý H+-PPázy, zatímco druhá má další konzervovaný cystein (Cys573), ale chybí mu Cys222 a zahrnuje všechny známé K.+-závislý H+-Pázy.[4][5] Vše H+-Pázy vyžadují Mg2+a ty z rostlinných vakuol, acidokalcisomů prvoků a fermentačních bakterií vyžadují mM K.+. Ty z respiračních a fotosyntetických bakterií i archea jsou méně závislé na K.+. Mohou však existovat výjimky.[4] Není jisté, zda K.+ je přepravován.

Archeon, Methanosarcina mazei Gö1, kóduje ve svém genomu dva H+- přemístění pyrofosfatázy (PPázy), Mvp1 a Mvp2. Mvp1 se podobá bakteriálním PPázám, zatímco Mvp2 se podobá rostlinným PPázám.[6] Ukázalo se, že Mvp2 translokuje 1 H+ na hydrolyzovaný pyrofosfát.

Některé PPázy z Anaerostipes caccae, Chlorobium limicola, Clostridium tetani, a Desulfuromonas acetoxidans byly identifikovány jako K.+-závislá Na+ transportéry.[7] Fylogenetická analýza vedla k identifikaci monofyletického kladu zahrnujícího charakterizovanou a predikovanou Na+-přeprava PPáz (Na+-PPázy) v rámci K.+-závislá podrodina. H+-přeprava PPáz (H+-PPázy) jsou heterogennější a v obou podskupinách tvoří alespoň tři nezávislé subtypy.[7]

Funkce

Rostlinné enzymy pravděpodobně pumpují jeden H+ při hydrolýze pyrofosfátu, čímž se vytvoří a hnací síla protonu, pozitivní a kyselé v lumen tonoplastu. Stanoví PMF podobné velikosti, jakou generuje H+- translokační ATPázy ve stejné vakuolární membráně. Bakteriální a archaální proteiny mohou katalyzovat plně reverzibilní reakce, a tak jsou schopné syntetizovat pyrofosfát, když je pmf dostatečné. Enzym z R. rubrum přispívá k PMF, když intenzita světla není dostatečná pro generování PMF dostatečné velikosti pro podporu rychlé syntézy ATP. Oba C-konce dimerní podjednotky V-PPázy jsou na stejné straně membrány a jsou blízko sebe.[8] Transmembránová doména 6 vakuolárního H+-pyrofosfatáza Zdá se, že zprostředkovává cílení na proteiny i transport protonů.[9]

Zobecněná transportní reakce katalyzovaná H+-PPases je:

pyrofosfát (str2) + H2O + H+ (cytoplazma) → anorganický fosfát (2 P.i) + H+ (vnější prostředí nebo vakuolární lumen).

Struktura

Eukaryotičtí členové H+Rodina -PPáza jsou velké proteiny o přibližně 770 aminoacylových zbytcích (aas) s 15 nebo 16 domnělými transmembránovými a-šroubovicovými klíči (TMS). Předpokládá se, že N-konce budou ve vakuolárním lumenu, zatímco C-konce jsou považovány za cytoplazmu. Tyto proteiny vykazují oblast, která vykazuje přesvědčivou sekvenční podobnost s oblastmi obklopujícími glutamát citlivý na DCCD v C-koncových oblastech c-podjednotek F-typu ATPáz (TC # 3.A.2 ). H+-pyrofosfatáza z Streptomyces coelicolor Bylo prokázáno, že má topologii 17 TMS s doménou vázající substrát vystavenou cytoplazmě. C-konec je hydrofilní s jediným C-koncovým TMS. Předpokládá se, že základní struktura má 16 TMS s několika velkými cytoplazmatickými smyčkami obsahujícími funkční motivy.[10] Několik kyselých zbytků v Arabidopsis H+Ukázalo se, že -PPase je důležitá pro funkci. Některé rostliny mají blízce příbuzné H+-PPázové izoformy. Tyto enzymy mají číslo provize enzymu EC 3.6.1.1.

Lin a kol. (2012) popsali krystalovou strukturu a Vigna radiata H+-PPáza (VrH+-PPáza) v komplexu s nehydrolyzovatelným analogem substrátu, imidodifosfátem (IDP), v rozlišení 2,35 Á. Každý VrH+Podjednotka -PPase se skládá z integrální membránové domény tvořené 16 transmembránovými šroubovicemi.[11] IDP je vázán v cytosolické oblasti každé podjednotky a zachycen mnoha nabitými zbytky a pěti Mg2+ ionty. Dříve nepopsaná translokační dráha protonu je tvořena šesti jádrovými transmembránovými šroubovicemi. Čerpání protonů lze inicializovat hydrolýzou PP (i) a H+ je poté transportován do vakuolárního lumenu cestou sestávající z Arg 242, Asp 294, Lys 742 a Glu 301. Lin et al. (2012) navrhli pracovní model mechanismu pro vazbu mezi čerpáním protonů a hydrolýzou PP (i) pomocí H+-Pázy. Membránově integrální pyrofosfatázy (M-PPázy) jsou zásadní pro přežití rostlin, bakterií a parazitů prvoků. Spojují hydrolýzu nebo syntézu pyrofosfátu s Na+ nebo H+ čerpací.[11] Struktura 2,6 Å Thermotoga maritima H+-PPáza v klidovém stavu odhalila dříve neznámé řešení pro čerpání iontů.[12] Hydrolytické centrum, 20 angstromů nad membránou, je spojeno s hradlem tvořeným konzervovaným Asp (243), Glu (246) a Lys (707) neobvyklou „spojovací nálevkou“ šesti α šroubovic. Helix 12 sklouzne dolů po vázání substrátu a otevře bránu pomocí jednoduchého mechanismu změny vázání. Pod bránou tvoří čtyři spirály výstupní kanál. Překrytí helixů 3 až 6, 9 až 12 a 13 až 16 naznačuje, že M-PPázy vznikly triplikací genů.[12] Porovnáním aktivních míst, údajů o inhibici fluoridů a různých modelů pro iontový transport Kajander et al. dospěli k závěru, že membránově integrální PPázy pravděpodobně využívají k řízení čerpání vazbu pyrofosfátu.[13]

Viz také

Reference

  1. ^ A b Perez-Castineira JR, Lopez-Marques RL, Villalba JM, Losada M, Serrano A (prosinec 2002). "Funkční komplementace kvasinkové cytosolické pyrofosfatázy bakteriálními a rostlinnými H + -translokačními pyrofosfatázami". Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 99 (25): 15914–9. Bibcode:2002PNAS ... 9915914P. doi:10.1073 / pnas.242625399. hdl:11441/26079. PMC  138539. PMID  12451180.
  2. ^ A b Baltscheffsky M, Schultz A, Baltscheffsky H (září 1999). „H + -PPázy: rodina pevně vázaná na membránu“. FEBS Lett. 457 (3): 527–33. doi:10.1016 / S0014-5793 (99) 90617-8. PMID  10523139. S2CID  12452334.
  3. ^ A b Perez-Castineira JR, Lopez-Marques RL, Losada M, Serrano A (květen 2001). "Termostabilní K (+) - stimulovaná vakuofolární pyrofosfatáza z hypertermofilní bakterie Thermotoga maritima". FEBS Lett. 496 (1): 6–11. doi:10.1016 / S0014-5793 (01) 02390-0. PMID  11343697. S2CID  24013031.
  4. ^ A b C Belogurov GA, Turkina MV, Penttinen A, Huopalahti S, Baykov AA, Lahti R (červen 2002). „H + -pyrofosfatáza z Rhodospirillum rubrum. Exprese s vysokým výtěžkem v Escherichia coli a identifikace zbytků Cys odpovědných za inaktivaci mersalylu.“. The Journal of Biological Chemistry. 277 (25): 22209–14. doi:10,1074 / jbc.M202951200. PMID  11956221.
  5. ^ Belogurov GA, Fabrichniy IP, Pohjanjoki P, Kasho VN, Lehtihuhta E, Turkina MV, Cooperman BS, Goldman A, Baykov AA, Lahti R (listopad 2000). "Katalyticky důležité ionizace podél reakční dráhy kvasinkové pyrofosfatázy". Biochemie. 39 (45): 13931–8. doi:10.1021 / bi000895s. PMID  11076535.
  6. ^ Bäumer S, Lentes S, Gottschalk G, Deppenmeier U (březen 2002). „Identifikace a analýza proton-translokačních pyrofosfatáz v methanogenním archaeonu Methansarcina mazei“. Archaea. 1 (1): 1–7. doi:10.1155/2002/371325. PMC  2685546. PMID  15803653.
  7. ^ A b Luoto HH, Belogurov GA, Baykov AA, Lahti R, Malinen AM (červen 2011). „Na + - translokační membránové pyrofosfatázy jsou v mikrobiálním světě velmi rozšířené a evolučně předcházejí H + - translokační pyrofosfatázy“. The Journal of Biological Chemistry. 286 (24): 21633–42. doi:10,1074 / jbc.M111.244483. PMC  3283130. PMID  21527638.
  8. ^ Liu TH, Hsu SH, Huang YT, Lin SM, Huang TW, Chuang TH, Fan SK, Fu CC, Tseng FG, Pan RL (srpen 2009). „Blízkost mezi C-konci dimerní vakuolární H + -pyrofosfatázy stanovená pomocí mikroskopie atomové síly a techniky nanočástic zlata“. FEBS Journal. 276 (16): 4381–94. doi:10.1111 / j.1742-4658.2009.07146.x. PMID  19614743. S2CID  21186995.
  9. ^ Pan YJ, Lee CH, Hsu SH, Huang YT, Lee CH, Liu TH, Chen YW, Lin SM, Pan RL (leden 2011). „Transmembránová doména 6 vakuolární H (+) - pyrofosfatázy zprostředkovává cílení na proteiny a transport protonů“. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - bioenergetika. 1807 (1): 59–67. doi:10.1016 / j.bbabio.2010.10.006. PMID  20937245.
  10. ^ Mimura H, Nakanishi Y, Hirono M, Maeshima M (srpen 2004). „Membránová topologie H + -pyrofosfatázy ze Streptomyces coelicolor stanovená cysteinovou skenovací mutagenezí“. The Journal of Biological Chemistry. 279 (33): 35106–12. doi:10,1074 / jbc.M406264200. PMID  15187077.
  11. ^ A b Lin SM, Tsai JY, Hsiao CD, Huang YT, Chiu CL, Liu MH, Tung JY, Liu TH, Pan RL, Sun YJ (březen 2012). "Krystalová struktura membránou zalité H + -translokační pyrofosfatázy". Příroda. 484 (7394): 399–403. Bibcode:2012Natur.484..399L. doi:10.1038 / příroda10963. PMID  22456709. S2CID  4402379.
  12. ^ A b Kellosalo J, Kajander T, Kogan K, Pokharel K, Goldman A (červenec 2012). "Struktura a katalytický cyklus sodíkové pyrofosfatázy". Věda. 337 (6093): 473–6. Bibcode:2012Sci ... 337..473K. doi:10.1126 / science.1222505. PMID  22837527. S2CID  5220443.
  13. ^ Kajander T, Kellosalo J, Goldman A (červen 2013). "Anorganické pyrofosfatázy: jeden substrát, tři mechanismy". FEBS Dopisy. 587 (13): 1863–9. doi:10.1016 / j.febslet.2013.05.003. PMID  23684653. S2CID  207715175.
Tento článek včlení text od public domain Pfam a InterPro: IPR004131

Do tato úprava, tento článek používá obsah z „3.A.10 Rodina H +, Na + -translokační pyrofosfatázy (M + -PPázy)“, který je licencován způsobem, který umožňuje opětovné použití v rámci Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 Unported License, ale ne pod GFDL. Je třeba dodržovat všechny příslušné podmínky.