Семейство анионообменников - Википедия - Anion exchanger family

Анионообменник, семейство транспортеров бикарбоната
Идентификаторы
СимволHCO3_cotransp
ИнтерПроIPR003020
PROSITEPDOC00192
TCDB2.A.31

В семейство анионообменников (TC № 2.A.31, также названный транспортер бикарбоната семья) является членом большой Суперсемейство APC вторичных перевозчиков.[1] Члены семейства AE обычно несут ответственность за транспорт анионов через клеточные барьеры, хотя их функции могут различаться. Все они обмениваются бикарбонат. Характерные белковые члены семейства AE обнаружены у растений, животных, насекомых и дрожжей. Неохарактеризованные гомологи АЕ могут присутствовать в бактериях (например, в Enterococcus faecium, 372 аас; gi 22992757; 29% идентичности в 90 остатках). Белки AE животных состоят из гомодимерных комплексов интегральных мембранных белков, размер которых варьируется от примерно 900 аминокислотных остатков до примерно 1250 остатков. Их N-концевые гидрофильные домены могут взаимодействовать с белками цитоскелета и, следовательно, играть структурную роль клетки. Некоторые из охарактеризованных в настоящее время членов семейства AE можно найти в База данных классификации транспортеров.

Обзор семьи

Бикарбонатный транспортер, С-концевой домен
PDB 1bh7 EBI.jpg
низкоэнергетическая структура для конечной цитоплазматической петли полосы 3, нмр, минимизированная средняя структура
Идентификаторы
СимволHCO3_transpt_C
PfamPF00955
Pfam кланCL0062
ИнтерПроIPR011531
PROSITEPDOC00192
SCOP21btr / Объем / СУПФАМ
Цитоплазматический домен группы 3
PDB 1hyn EBI.jpg
кристаллическая структура цитоплазматического домена белка полосы-3 эритроцитов человека
Идентификаторы
СимволBand_3_cyto
PfamPF07565
Pfam кланCL0340
ИнтерПроIPR013769
SCOP21hyn / Объем / СУПФАМ
TCDB2.A.31
OPM суперсемейство284
Белок OPM1btq

Бикарбонат (HCO3 −) транспорт механизмы являются основными регуляторами pH в животное клетки. Такой транспорт также играет жизненно важную роль в кислотно-щелочных движениях в желудке, поджелудочной железе, кишечнике, почках, репродуктивных органах и тканях. Центральная нервная система. Функциональные исследования предложили различные HCO3 − виды транспорта.

Последовательность анализ двух семейств HCO3 − транспортеры это было клонированный на сегодняшний день (аниониты и Na+/ HCO3 − совместных перевозчиков) показывает, что они гомологичный. Это не совсем неожиданно, учитывая, что они оба перевозят HCO.3 − и ингибируются классом фармакологических агентов, называемых дисульфоническими стильбены.[4] На них приходится около 25-30% последовательность идентичность, которая распределена по всей длине их последовательности и имеет аналогичные предсказанные мембрана топологий, предполагая, что они имеют ~ 10 трансмембранный (TM) домены.

Консервативный домен находится на С-конце многих транспортных белков бикарбоната. Он также встречается в некоторых растение белки, ответственные за бор транспорт.[5] В этих белках он покрывает почти всю длину последовательность.

В Группа 3 анионообменные белки, которые обменивают бикарбонат, являются наиболее распространенными полипептидами в эритроцит мембрана, составляющая 25% от общего мембранного белка. Цитоплазматический домен полосы 3 в основном функционирует как якорное место для других мембраносвязанных белков. В число белковых лигандов этого домена входят анкирин, белок 4.2, белок 4.1, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH), фосфофруктокиназа, альдолаза, гемоглобин, гемихромы и протеинтирозинкиназа (p72syk).[6]

Аниониты у человека

У людей анионообменники относятся к семейству 4-го семейства носителей растворенных веществ (SLC4), которое состоит из 10 паралоговых членов (SLC4A1-5; SLC4A7-11). Девять кодируют белки, транспортирующие HCO.−
3. Функционально восемь из этих белков делятся на две основные группы: три Cl-HCO−
3 обменники (AE1-3) и пять Na+-связанный HCO−
3 транспортеры (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Двое из Na+-связанные транспортеры (NBCe1, NBCe2) являются электрогенными; остальные три Na+-связанный HCO−
3 транспортеры и все три АЭ электронейтральны.[7][8] Два других (AE4, SLC4A9 и BTR1, SLC4A11 ) не охарактеризованы. Большинство, хотя и не все, сдерживаются 4,4'-диизотиоцианатостильбен-2,2'-дисульфонат (DIDS). Белки SLC4 играют роль в кислотно-основном гомеостазе, транспорте H+ или HCO−
3 эпителием (например, абсорбция HCO−
3 в проксимальном канальце почек, секреция HCO−
3 в протоке поджелудочной железы), а также регулирование объема клеток и внутриклеточного pH.[8]

На основании их графиков гидропатии предполагается, что все белки SLC4 имеют сходные топология в клеточной мембране. У них относительно длинный цитоплазматический N-концевой домены, состоящие из нескольких сотен или нескольких сотен остатков, за которыми следуют 10-14 трансмембранных (TM) доменов и заканчиваются относительно короткими цитоплазматическими C-концевыми доменами, состоящими из ~ 30- ~ 90 остатков. Хотя C-терминал домен составляет небольшой процент от размера белка, этот домен в некоторых случаях имеет (i) связывающие мотивы, которые могут быть важны для белок-белковых взаимодействий (например, AE1, AE2 и NBCn1), (ii) важны для перенос на клеточную мембрану (например, AE1 и NBCe1), и (iii) может обеспечивать сайты для регуляции функции транспортера через протеинкиназа А фосфорилирование (например, NBCe1).[9]

Семейство SLC4 включает следующие белки.

Анионообменник 1

Основная статья: SLC4A1

Человеческий анионообменник 1 (AE1 или Группа 3 ) связывает карбоангидраза II (CAII) образуя «транспортную метаболон "поскольку связывание CAII активирует транспортную активность AE1 примерно в 10 раз.[10] AE1 также активируется при взаимодействии с гликофорин, который также направляет его на плазматическую мембрану.[11] Каждый внедренный в мембрану С-концевой домен может охватывать мембрану 13-16 раз. Согласно модели Zhu et al. (2003), AE1 у человека охватывает мембрану 16 раз, в 13 раз в виде α-спирали и в три раза (TMS 10, 11 и 14), возможно, в виде β-цепей.[12] AE1 преимущественно катализирует анионный обмен (антипорт ) реакции. Специфические точечные мутации в человеческом анионообменнике 1 (AE1) превращают этот электронейтральный анионообменник в моновалентную катионную проводимость. Один и тот же транспортный сайт в остовном домене AE1 участвует как в анионном обмене, так и в транспорте катионов.[13]

AE1 у человека красные кровяные тельца было показано, что он переносит множество неорганических и органических анионов. Двухвалентные анионы могут ассоциироваться с H+. Кроме того, он катализирует переворот нескольких анионных амфипатических молекул, таких как додецилсульфат натрия (SDS) и фосфатидная кислота из одного монослоя фосфолипидный бислой к другому монослою. Скорость переворота достаточно высока, чтобы предположить, что этот процесс, катализируемый AE1, физиологически важен для красных кровяных телец и, возможно, также и в других тканях животных. Анионные фосфолипиды и жирные кислоты, вероятно, являются естественными субстратами. Однако простое присутствие TMS увеличивает скорость липидного сальто.[14][15]

Структура

Определена кристаллическая структура AE1 (CTD) при 3,5 ангстрем.[16] Структура заблокирована в обращенной наружу открытой конформации с помощью ингибитора. Сравнение этой структуры со связанной с субстратом структурой транспортера урацила UraA в обращенной внутрь конформации позволило идентифицировать вероятную позицию связывания аниона в AE1 (CTD) и привело к предложению возможного транспортного механизма, который мог бы объяснить, почему выбранный мутации приводят к болезни. Трехмерная структура подтвердила, что семейство AE является членом Суперсемейство APC.[9]

Существует несколько кристаллических структур, доступных для белка AE1 в RCSB (ссылки также доступны в TCDB ).

AE1: 1BH7​, 1BNX​, 1BTQ​, 1БТР​, 1BTS​, 1BTT​, 1BZK​, 2BTA​, 1HYN​, 2БТБ​, 3БТБ​, 2BTA​, 2БТБ​, 3БТБ​, 4KY9​, PDB: 4YZF​, 1HYN​, 5A16​

Другие члены

Почечный Na+: HCO−
3 котранспортеры принадлежат к семейству AE. Они катализируют реабсорбцию HCO−
3 в проксимальном канальце почек в результате электрогенного процесса, который подавляется типичными стильбен ингибиторы AE, такие как DIDS и СИДЕТСЯ. Они также находятся во многих других тканях организма. По крайней мере, два гена кодируют эти симпортеры у любого одного млекопитающего. Представлена ​​модель 10 TMS,[17] но эта модель противоречит модели 14 TMS, предложенной для AE1. Трансмембранная топология электрогенного Na поджелудочной железы человека+: HO−
3 транспортер, NBC1, был изучен.[18] Предложена топология ТМС с N- и C-концами в цитоплазме. Внеклеточная петля определяет стехиометрию Na+-HCO−
3 котранспортеры.[19]

Помимо Na+-независимые аниониты (AE1-3) и Na+: HCO−
3 котранспортеры (NBC) (которые могут быть электронейтральными или электрогенными), Na+-приводной HCO−
3/ Cl− обменник (NCBE) был секвенирован и охарактеризован.[20] Переносит Na+ + HCO−
3 предпочтительно внутрь, а H+ + Cl− во внешнем направлении. Этот NCBE широко распространен в тканях млекопитающих, где он играет важную роль в подщелачивании цитоплазмы. Например, в поджелудочной β-клетки, он опосредует зависящее от глюкозы повышение pH, связанное с инсулин секреция.

Клетки животных в культуре ткани, экспрессирующие ген, кодирующий белок хлоридного канала ABC-типа CFTR (TC № 3.A.1.202.1 ) в плазматической мембране, как сообщалось, проявляют циклическую AMP-зависимую стимуляцию активности AE. Регулирование не зависело от Cl− функция проводимости CFTR и мутации в нуклеотидсвязывающем домене № 2 CFTR изменяли регуляцию независимо от их влияния на активность хлоридных каналов. Эти наблюдения могут объяснить нарушение HCO.−
3 секреция у больных муковисцидозом.

Аниониты в растениях и грибах

У растений и дрожжей есть переносчики анионов, которые как в клетках перицикла растений, так и в плазматической мембране дрожжевых клеток экспортируют боратную или борную кислоту (pKa = 9,2).[21] В A. thaliana, бор выводится из клеток перицикла в звездную апоплазму корня против градиента концентрации для поглощения побегами. В С. cerevisiaeэкспорт также противоречит градиенту концентрации. Транспортер дрожжей распознает HCO−
3, Я−, Br−, НЕТ−
3 и Cl−, которые могут быть подложками. Толерантность к токсичности бора в хлопья как известно, связано с уменьшением накопления бора в тканях. Экспрессия генов из корней бор-устойчивых пшеницы и ячменя с высоким сходством с переносчиками оттока из Арабидопсис и рис понизили концентрацию бора из-за оттока.[22] Механизм энергетической связи неизвестен, и неизвестно, является ли борат или борная кислота субстратом. Несколько возможностей (унипорт, анион: анионный обмен и анион: катионный обмен) могут учитывать данные.[21]

Транспортные реакции

Физиологически значимая транспортная реакция, катализируемая анионообменниками семейства AE:[9]

Cl− (дюйм) + HCO−
3 (выход) ⇌ Cl− (выход) + HCO−
3 (в).

Что для Na+: HCO3- котранспортеры это:

Na+ (выход) + nHCO−
3 (уходит) → Na+ (дюйм) + nHCO−
3 (в).

Что для Na+/ HCO−
3:ЧАС+/ Cl− обменник это:

Na+ (выход) + HCO−
3 (выход) + H+ (в) + Cl− (дюйм) ⇌ Na+ (дюйм) + HCO−
3 (дюйм) + H+ (выход) + Cl− (из).

Это для белка оттока бора растений и дрожжей:

Бор (входит) → Бор (уходит)

Смотрите также

Рекомендации

По состоянию на 28 января 2016 г. эта статья полностью или частично взята из 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.31 Семейство анионообменников (AE)"

  1. ^ Vastermark A, Wollwage S, Houle ME, Rio R, Saier MH (октябрь 2014 г.). «Расширение суперсемейства вторичных носителей APC». Белки. 82 (10): 2797–811. Дои:10.1002 / prot.24643. ЧВК  4177346. PMID  25043943.
  2. ^ Копито Р.Р. (1990). «Молекулярная биология семейства генов анионообменников». Международный обзор цитологии. 123: 177–99. Дои:10.1016 / S0074-7696 (08) 60674-9. ISBN  9780123645234. PMID  2289848.
  3. ^ Boron WF, Fong P, Hediger MA, Boulpaep EL, Romero MF (июнь 1997 г.). «Электрогенный котранспортер Na / HCO3». Wiener Klinische Wochenschrift. 109 (12–13): 445–56. PMID  9261985.
  4. ^ Бернхэм К.Э., Амлал Х., Ван З., Шулль Г.Е., Сулеймани М. (август 1997 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия Na +: HCO3- котранспортера почки человека». Журнал биологической химии. 272 (31): 19111–4. Дои:10.1074 / jbc.272.31.19111. PMID  9235899.
  5. ^ Такано Дж., Ногучи К., Ясумори М., Кобаяши М., Гайдос З., Мива К. и др. (Ноябрь 2002 г.). «Транспортер бора Arabidopsis для загрузки ксилемы». Природа. 420 (6913): 337–40. Bibcode:2002Натура 420..337Т. Дои:10.1038 / природа01139. PMID  12447444. S2CID  4418856.
  6. ^ Zhang D, Kiyatkin A, Bolin JT, Low PS (ноябрь 2000 г.). «Кристаллографическая структура и функциональная интерпретация цитоплазматического домена полосы 3 мембраны эритроцитов». Кровь. 96 (9): 2925–33. Дои:10.1182 / кровь.V96.9.2925. PMID  11049968.
  7. ^ Piermarini PM, Choi I, Boron WF (июнь 2007 г.). «Клонирование и характеристика электрогенного Na / HCO3-котранспортера из доли гигантского волокна кальмара». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология. 292 (6): C2032-45. Дои:10.1152 / ajpcell.00544.2006. PMID  17267543.
  8. ^ а б Ромеро М.Ф., Чен А.П., Паркер М.Д., Борон В.Ф. (01.06.2013). «Семейство транспортеров бикарбоната (HCO₃⁻) SLC4». Молекулярные аспекты медицины. 34 (2–3): 159–82. Дои:10.1016 / j.mam.2012.10.008. ЧВК  3605756. PMID  23506864.
  9. ^ а б c Saier, MH Jr. "2.A.31 Семейство анионообменников (AE)". База данных классификации транспортеров. Группа компаний Saier Lab Bioinformatics @ UCSD / SDSC.
  10. ^ Стерлинг Д., Рейтмайер Р.А., Кейси-младший (декабрь 2001 г.). «Транспортный метаболон. Функциональное взаимодействие карбоангидразы II и хлорид / бикарбонатных обменников». Журнал биологической химии. 276 (51): 47886–94. Дои:10.1074 / jbc.M105959200. PMID  11606574.
  11. ^ Молодой М. Т., Таннер MJ (август 2003 г.). «Отдельные области человеческого гликофорина А усиливают транспортную функцию анионообменника эритроцитов человека (полоса 3; AE1) и поверхностный транспорт». Журнал биологической химии. 278 (35): 32954–61. Дои:10.1074 / jbc.M302527200. PMID  12813056.
  12. ^ Чжу К., Ли Д. В., Кейси-младший (январь 2003 г.). «Новая топология C-концевой области анионита плазматической мембраны человека, AE1». Журнал биологической химии. 278 (5): 3112–20. Дои:10.1074 / jbc.M207797200. PMID  12446737.
  13. ^ Barneaud-Rocca D, Borgese F, Guizouarn H (март 2011 г.). «Двойные транспортные свойства анионита 1: один и тот же трансмембранный сегмент участвует в анионном обмене и утечке катионов». Журнал биологической химии. 286 (11): 8909–16. Дои:10.1074 / jbc.M110.166819. ЧВК  3059035. PMID  21257764.
  14. ^ Кол М.А., де Крун А.И., Райкерс Д.Т., Киллиан Дж.А., де Круифф Б. (сентябрь 2001 г.). «Мембранные пептиды индуцируют фосфолипидный флоп: модель транслокации фосфолипидов через внутреннюю мембрану E. coli». Биохимия. 40 (35): 10500–6. Дои:10.1021 / bi010627 +. PMID  11523991.
  15. ^ Сапай Н., Беннетт В.Ф., Тилеман Д.П. (сентябрь 2010 г.). «Молекулярное моделирование липидного флип-флопа в присутствии модельных трансмембранных спиралей». Биохимия. 49 (35): 7665–73. Дои:10.1021 / bi100878q. PMID  20666375.
  16. ^ Аракава Т., Кобаяси-Юруги Т., Алгуэль Й, Иванари Х, Хатаэ Х, Ивата М. и др. (Ноябрь 2015 г.). «Кристаллическая структура анионообменного домена полосы 3 эритроцитов человека» (PDF). Наука. 350 (6261): 680–4. Bibcode:2015Научный ... 350..680А. Дои:10.1126 / science.aaa4335. PMID  26542571. S2CID  5331647.
  17. ^ Ромеро М.Ф., Борон В.Ф. (1 января 1999 г.). «Электрогенные котранспортеры Na + / HCO3-: клонирование и физиология». Ежегодный обзор физиологии. 61: 699–723. Дои:10.1146 / annurev.physiol.61.1.699. PMID  10099707.
  18. ^ Татищев С., Абуладзе Н., Пушкин А., Ньюман Д., Лю В., Недели Д. и др. (Январь 2003 г.). «Идентификация топографии мембраны электрогенного котранспортера бикарбоната натрия pNBC1 путем транскрипции / трансляции in vitro». Биохимия. 42 (3): 755–65. Дои:10.1021 / bi026826q. PMID  12534288.
  19. ^ Чен Л.М., Лю Й., Борон В.Ф. (февраль 2011 г.). «Роль внеклеточной петли в определении стехиометрии котранспортеров Na + -HCO₃⁻». Журнал физиологии. 589 (Pt 4): 877–90. Дои:10.1113 / jphysiol.2010.198713. ЧВК  3060367. PMID  21224233.
  20. ^ Ван Ч.З., Яно Х., Нагашима К., Сейно С. (ноябрь 2000 г.). «Управляемый Na + обменник Cl- / HCO3-. Клонирование, распределение в тканях и функциональная характеристика». Журнал биологической химии. 275 (45): 35486–90. Дои:10.1074 / jbc.C000456200. PMID  10993873.
  21. ^ а б Такано Дж., Ногучи К., Ясумори М., Кобаяши М., Гайдос З., Мива К. и др. (Ноябрь 2002 г.). «Транспортер бора Arabidopsis для загрузки ксилемы». Природа. 420 (6913): 337–40. Bibcode:2002Натура 420..337Т. Дои:10.1038 / природа01139. PMID  12447444. S2CID  4418856.
  22. ^ Рид Р. (декабрь 2007 г.). «Идентификация генов переносчиков бора, которые, вероятно, ответственны за толерантность к токсичности бора у пшеницы и ячменя». Физиология растений и клеток. 48 (12): 1673–8. Дои:10,1093 / шт. / Шт. 159. PMID  18003669.
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и ИнтерПро: IPR011531