Митохондриальный носитель - Mitochondrial carrier

1okc opm.png
Митохондриальный носитель АДФ / АТФ
Идентификаторы
СимволMito_carr
PfamPF00153
ИнтерПроIPR018108
PROSITEPDOC00189
SCOP21okc / Объем / СУПФАМ
TCDB2.A.29
OPM суперсемейство21
Белок OPM1okc
МС надсемейство
Идентификаторы
Символ?
ИнтерПроIPR023395

Митохондриальные носители белки из семейство носителей растворенных веществ 25, которые переносят молекулы через мембраны митохондрии.[1] Митохондриальные носители также классифицируются в База данных классификации транспортеров. В Митохондриальный носитель (MC) Надсемейство был расширен за счет включения как оригинального Митохондриальный носитель (MC) семья (TC № 2.A.29 ) и Семейство слияния митохондриальной внутренней / внешней мембраны (MMF) (ТК № 1. № 6 ).[2]

Филогения

Члены семейства MC (TC № 2.A.29 ) обнаружены исключительно в органеллах эукариот, хотя они кодируются ядром. Большинство из них находится в митохондриях, но некоторые находятся в пероксисомы животных, в гидрогеносомы из анаэробные грибы, И в амилопласты растений.

15 паралоги семейства MC кодируются в геноме Saccharomyces cerevisiae. 50 были идентифицированы у людей, 58 - у A. thaliana и 35 в С. cerevisiae. Функции многих гомологов человека неизвестны, но большинство гомологов дрожжей функционально идентифицированы.[3][4] Увидеть TCDB по функциональным назначениям

Функция

Многие белки MC предпочтительно катализируют обмен одного растворенного вещества на другое (антипорт ). Разнообразие этих субстратов белки-носители, участвующие в передаче энергии, были обнаружены в внутренние мембраны митохондрий и другие эукариотические органеллы, такие как пероксисома и облегчают перенос неорганических ионов, нуклеотидов, аминокислот, кетокислот и кофакторов через мембрану.[5][6][7][8] К таким белкам относятся:

Функциональные аспекты этих белков, включая транспорт метаболитов, были рассмотрены доктором Фердинандо Пальмиери и доктором Сиро Леонардо Пьерри (2010).[12][13][14] Заболевания, вызванные дефектами митохондриальных переносчиков, рассмотрены Palmieri et al. (2008) и Гутьеррес-Агилар и Бейнс 2013.[15][16] Мутации митохондриальных генов-носителей, участвующих в митохондриальных функциях, отличных от окислительного фосфорилирования, ответственны за дефицит носителя карнитина / ацилкарнитина, Синдром HHH, дефицит изоформы 2 аспартата / глутамата, микроцефалия амишей и миоклоническая эпилепсия новорожденных. Эти расстройства характеризуются определенными метаболическими дисфункциями в зависимости от физиологической роли пораженного носителя в промежуточном метаболизме. Дефекты митохондриальных переносчиков, снабжающих митохондрии субстратами окислительного фосфорилирования, неорганическим фосфатом и АДФ, ответственны за заболевания, характеризующиеся дефектной выработкой энергии.[15] Были идентифицированы и проанализированы остатки, участвующие в связывании субстрата в середине транспортера и гейтинга.[8]

Структура

Пермеазы семейства MC (человеческое семейство SLC25) обладают шестью трансмембранными α-спиралями. Белки имеют довольно однородный размер, около 300 остатков. Они возникли путем тандемного внутригенного троектирования, в котором генетический элемент, кодирующий два гаечных ключа, дал начало одному, кодирующему шесть гаечных ключей.[17] Это событие могло произойти менее 2 миллиардов лет назад, когда митохондрии впервые развили свои специализированные эндосимбиотические функции внутри эукариотических клеток.[18] Члены семейства MC являются функциональными и структурными мономерами, хотя в ранних сообщениях указывалось, что они являются димерами.[3][4]

Большинство белков MC содержат первичную структуру с тремя повторами, каждый из которых имеет длину около 100 аминокислотных остатков, и оба N- и C-конца обращены к межмембранное пространство. Все носители содержат общую последовательность, называемую мотивом MCF, в каждой повторяющейся области с некоторыми вариациями в одной или двух сигнатурных последовательностях.[1]

Среди членов семейства митохондриальных носителей, которые были идентифицированы, это носитель ADP / ATP (AAC; ТК № 2.A.29.1.1 ), который отвечает за импорт АДФ в митохондрии и экспорт АТФ из митохондрий в цитозоль после синтеза.[19] AAC - это интегральный мембранный белок который синтезируется без расщепляемой предварительной последовательности, но вместо этого содержит внутреннюю информацию нацеливания.[20] Он состоит из конструкции в форме корзины с шестью трансмембранный спирали, наклоненные по отношению к мембране, 3 из них «перегибаются» из-за наличия пролил остатки.[1]

Остатки, которые важны для транспортного механизма, вероятно, будут симметричными, тогда как остатки, участвующие в связывании субстрата, будут асимметричными, отражая асимметрию субстратов. Оценивая симметрию остатков в повторах последовательности, Robinson et al. (2008) идентифицировали сайты связывания субстрата и сети солевых мостиков, которые важны для транспорта. Анализ симметрии обеспечивает оценку роли остатков и дает ключ к разгадке химической идентичности субстратов не охарактеризованных переносчиков.[21]

Существуют структуры митохондриального носителя АДФ / АТФ в двух различных состояниях. Один из них - это цитоплазматическое состояние, ингибируемое карбоксиатрактилоид, в котором сайт связывания субстрата доступен для межмембранного пространства, которое сливается с цитозолем, то есть с бычьим митохондриальным носителем АДФ / АТФ PDB: 1OKC​/PDB: 2C3E​,[22][23] дрожжевой переносчик АДФ / АТФ Aac2p PDB: 4C9G​/PDB: 4C9H​,[24] дрожжевой переносчик АДФ / АТФ Aac3p PDB: 4C9J​/PDB: 4C9Q​,[24] Другой - это матричное состояние, сдерживаемое бонгкрековая кислота, в котором сайт связывания субстрата доступен для митохондриального матрикса, то есть грибкового митохондриального носителя АДФ / АТФ PDB: 6GCI​.[25] Кроме того, существуют структуры кальциевых регуляторных доменов митохондриального носителя ATP-Mg / Pi в кальций-связанном состоянии. PDB: 4ZCU​/PDB: 4N5X​ [26][27] и митохондриальные носители аспартата / глутамата в различных регуляторных состояниях PDB: 4P5X​/PDB: 4П60​/PDB: 4P5W​.[28]

Субстраты

Транспорт митохондриальных переносчиков аминокислоты, кетокислоты, нуклеотиды, неорганические ионы и сопутствующие факторы через митохондриальная внутренняя мембрана. Транспортеры состоят из шести трансмембранных альфа-спиралей с тройной псевдосимметрией.[29]

Транспортируемые субстраты членов семейства MC могут связываться со дном полости, и транслокация приводит к временному переходу от конформации «ямка» к «каналу».[30] Ингибитор ААС, карбоксиатрактилоид, вероятно, связывается там, где связывается АДФ, в ямке на внешней поверхности, таким образом блокируя транспортный цикл. Другой ингибитор, бонгкрековая кислота, как полагают, стабилизирует вторую конформацию с ямкой, обращенной к матрице. В этой конформации ингибитор может связываться с сайтом связывания АТФ. Были предложены функциональные и структурные роли остатков в TMS.[31][32] Сигнатура митохондриального носителя, Px [D / E] xx [K / R], носителей, вероятно, участвует как в биогенезе, так и в транспортной активности этих белков.[33] В геноме мимивируса был идентифицирован гомолог, который, как было показано, является переносчиком dATP и dTTP.[34]

Примеры транспортируемых соединений включают:

Примеры

Белки человека, содержащие этот домен, включают:

Дрожжи Ugo1 являются примером семейства MMF, но у этого белка нет человеческого ортолога.

использованная литература

  1. ^ а б c Nury, H .; Dahout-Gonzalez, C .; Трезеге, В .; Lauquin, G.J.M .; Brandolin, G .; Пебай-Пейрула, Э. (2006). «Отношения между структурой и функцией митохондриального носителя АДФ / АТФ». Анну. Преподобный Biochem. 75: 713–41. Дои:10.1146 / annurev.biochem.75.103004.142747. PMID  16756509.
  2. ^ Куан Дж., Сайер М. Х. (октябрь 1993 г.). «Расширение семейства митохондриальных носителей». Исследования в области микробиологии. 144 (8): 671–2. Дои:10.1016 / 0923-2508 (93) 90073-Б. PMID  8140286.
  3. ^ а б Бамбер Л., Хардинг М., Монне М., Slotboom DJ, Kunji ER (июнь 2007 г.). «Дрожжевой митохондриальный переносчик АДФ / АТФ функционирует как мономер в митохондриальных мембранах». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (26): 10830–4. Bibcode:2007ПНАС..10410830Б. Дои:10.1073 / pnas.0703969104. ЧВК  1891095. PMID  17566106.
  4. ^ а б Бамбер Л., Хардинг М., Батлер П.Дж., Кунджи Э.Р. (октябрь 2006 г.). «Дрожжевые митохондриальные носители АДФ / АТФ являются мономерными в детергентах». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 103 (44): 16224–9. Bibcode:2006ПНАС..10316224Б. Дои:10.1073 / pnas.0607640103. ЧВК  1618811. PMID  17056710.
  5. ^ Клингенберг М. (март 1990 г.). «Механизм и эволюция разобщающего белка коричневой жировой ткани». Тенденции в биохимических науках. 15 (3): 108–12. Дои:10.1016 / 0968-0004 (90) 90194-Г. PMID  2158156.
  6. ^ Нельсон Д.Р., Лоусон Дж. Э., Клингенберг М., Дуглас М. Г. (апрель 1993 г.). «Сайт-направленный мутагенез дрожжевого митохондриального транслокатора АДФ / АТФ. Шесть аргининов и один лизин необходимы». Журнал молекулярной биологии. 230 (4): 1159–70. Дои:10.1006 / jmbi.1993.1233. PMID  8487299.
  7. ^ Янк Б., Хаберманн Б., Швейен Р.Дж., Линк Т.А. (ноябрь 1993 г.). «PMP47, пероксисомальный гомолог митохондриальных белков-переносчиков растворенных веществ». Тенденции в биохимических науках. 18 (11): 427–8. Дои:10.1016/0968-0004(93)90141-9. PMID  8291088.
  8. ^ а б Монне М., Пальмиери Ф, Кунджи Э.Р. (март 2013 г.). «Субстратная специфичность митохондриальных носителей: новый взгляд на мутагенез». Молекулярная мембранная биология. 30 (2): 149–59. Дои:10.3109/09687688.2012.737936. PMID  23121155. S2CID  1837739.
  9. ^ а б Dolce V, Cappello AR, Capobianco L (июль 2014 г.). «Митохондриальные носители трикарбоксилата и дикарбоксилат-трикарбоксилата: от животных к растениям». IUBMB Life. 66 (7): 462–71. Дои:10.1002 / iub.1290. PMID  25045044.
  10. ^ Пальмиери Ф (июнь 1994 г.). «Белки-переносчики митохондрий». Письма FEBS. 346 (1): 48–54. Дои:10.1016/0014-5793(94)00329-7. PMID  8206158. S2CID  35726914.
  11. ^ Уокер JE (1992). «Семья переносчиков митохондрий». Curr. Мнение. Struct. Биол. 2 (4): 519–526. Дои:10.1016 / 0959-440X (92) 90081-H.
  12. ^ Пальмиери Ф (февраль 2004 г.). «Семья переносчиков митохондрий (SLC25): физиологические и патологические последствия». Pflügers Archiv. 447 (5): 689–709. Дои:10.1007 / s00424-003-1099-7. PMID  14598172. S2CID  25304722.
  13. ^ Пальмиери Ф, Ридер Б., Вентрелла А., Бланко Е., До ПТ, Нунес-Неси А., Траут А.Ю., Фиермонте Дж., Тьаден Дж., Агрими Г., Кирхбергер С., Парадиес Е., Ферни А.Р., Нойхаус ХЭ (ноябрь 2009 г.). «Молекулярная идентификация и функциональная характеристика митохондриальных и хлоропластных белков-носителей NAD + Arabidopsis thaliana». Журнал биологической химии. 284 (45): 31249–59. Дои:10.1074 / jbc.M109.041830. ЧВК  2781523. PMID  19745225.
  14. ^ Пальмиери Ф, Пьерри С.Л. (01.01.2010). «Транспорт митохондриальных метаболитов». Очерки биохимии. 47: 37–52. Дои:10.1042 / bse0470037. PMID  20533899.
  15. ^ а б Palmieri F (1 августа 2008 г.). «Заболевания, вызванные дефектами митохондриальных носителей: обзор». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1777 (7–8): 564–78. Дои:10.1016 / j.bbabio.2008.03.008. PMID  18406340.
  16. ^ Гутьеррес-Агилар М., Бейнс С.П. (сентябрь 2013 г.). «Физиологические и патологические роли митохондриальных носителей SLC25». Биохимический журнал. 454 (3): 371–86. Дои:10.1042 / BJ20121753. ЧВК  3806213. PMID  23988125.
  17. ^ Palmieri F (1 июня 2013 г.). «Семейство митохондриальных переносчиков SLC25: идентификация, свойства и физиопатология». Молекулярные аспекты медицины. 34 (2–3): 465–84. Дои:10.1016 / j.mam.2012.05.005. PMID  23266187.
  18. ^ Куан Дж., Сайер М. Х. (1 января 1993 г.). «Митохондриальное семейство транспортных белков: структурные, функциональные и эволюционные отношения». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии. 28 (3): 209–33. Дои:10.3109/10409239309086795. PMID  8325039.
  19. ^ Кунджи, Эдмунд Р. С .; Александрова, Антония; King, Martin S .; Маджд, Хома; Эштон, Валери Л .; Серсон, Элизабет; Спрингетт, Роджер; Кибальченко Михаил; Тавулари, Сотирия (2016). «Транспортный механизм митохондриального переносчика АДФ / АТФ» (PDF). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток. 1863 (10): 2379–2393. Дои:10.1016 / j.bbamcr.2016.03.015. ISSN  0006-3002. PMID  27001633.
  20. ^ Райан М.Т., Мюллер Х., Пфаннер Н. (июль 1999 г.). «Функциональная стадия транслокации носителей АДФ / АТФ через наружную митохондриальную мембрану». Журнал биологической химии. 274 (29): 20619–27. Дои:10.1074 / jbc.274.29.20619. PMID  10400693.
  21. ^ Робинсон А.Дж., Овери К., Кунджи Э.Р. (ноябрь 2008 г.). «Механизм транспорта митохондриальными переносчиками на основе анализа симметрии». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (46): 17766–71. Bibcode:2008PNAS..10517766R. Дои:10.1073 / pnas.0809580105. ЧВК  2582046. PMID  19001266.
  22. ^ Пебай-Пейрула, Ева; Даут-Гонсалес, Сесиль; Кан, Ричард; Трезеге, Вероник; Lauquin, Guy J.-M .; Брандолин, Жерар (2003). «Структура митохондриального носителя АДФ / АТФ в комплексе с карбоксиатрактилозидом». Природа. 426 (6962): 39–44. Bibcode:2003Натура 426 ... 39П. Дои:10.1038 / природа02056. ISSN  1476-4687. PMID  14603310. S2CID  4338748.
  23. ^ Nury, H .; Dahout-Gonzalez, C .; Трезеге, В .; Lauquin, G .; Brandolin, G .; Пебай-Пейрула, Э. (2005). «Структурная основа липид-опосредованных взаимодействий между митохондриальными мономерами носителя АДФ / АТФ». Письма FEBS. 579 (27): 6031–6036. Дои:10.1016 / j.febslet.2005.09.061. ISSN  0014-5793. PMID  16226253. S2CID  30874107.
  24. ^ а б Рупрехт, Джонатан Дж .; Hellawell, Alex M .; Хардинг, Мэрилин; Crichton, Paul G .; Маккой, Эйрли Дж .; Кунджи, Эдмунд Р. С. (2014). «Структуры дрожжевых митохондриальных носителей АДФ / АТФ поддерживают доменный механизм переменного доступа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 111 (4): E426–434. Bibcode:2014PNAS..111E.426R. Дои:10.1073 / pnas.1320692111. ISSN  1091-6490. ЧВК  3910652. PMID  24474793.
  25. ^ Рупрехт, Джонатан Дж .; King, Martin S .; Зёгг, Томас; Александрова, Антония А .; Простите, Элс; Crichton, Paul G .; Steyaert, Ян; Кунджи, Эдмунд Р. С. (2019). «Молекулярный механизм транспорта митохондриальным носителем АДФ / АТФ». Ячейка. 176 (3): 435–447.e15. Дои:10.1016 / j.cell.2018.11.025. ISSN  1097-4172. ЧВК  6349463. PMID  30611538.
  26. ^ Харборн, Стивен П. Д .; Рупрехт, Джонатан Дж .; Кунджи, Эдмунд Р. С. (2015). «Индуцированные кальцием конформационные изменения в регуляторном домене митохондриального носителя ATP-Mg / Pi человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1847 (10): 1245–1253. Дои:10.1016 / j.bbabio.2015.07.002. ISSN  0006-3002. ЧВК  4562336. PMID  26164100.
  27. ^ Ян, Цинь; Брюшвайлер, Свен; Чжоу, Джеймс Дж. (2014). «Само-секвестрируемый кальмодулин-подобный Ca²⁺ сенсор митохондриального носителя SCaMC и его влияние на Ca²-зависимый транспорт ATP-Mg / P (i)». Структура. 22 (2): 209–217. Дои:10.1016 / j.str.2013.10.018. ISSN  1878-4186. ЧВК  3946054. PMID  24332718.
  28. ^ Тангаратнараджа, Ханциеван; Рупрехт, Джонатан Дж .; Кунджи, Эдмунд Р. С. (2014). «Индуцированные кальцием конформационные изменения регуляторного домена митохондриальных носителей аспартата / глутамата человека». Nature Communications. 5: 5491. Bibcode:2014 НатКо ... 5.5491T. Дои:10.1038 / ncomms6491. ISSN  2041-1723. ЧВК  4250520. PMID  25410934.
  29. ^ Кунджи Э.Р., Робинсон А.Дж. (август 2010 г.). «Сцепление протона и транслокации субстрата в транспортном цикле митохондриальных переносчиков». Текущее мнение в структурной биологии. 20 (4): 440–7. Дои:10.1016 / j.sbi.2010.06.004. PMID  20598524.
  30. ^ Кунджи Э.Р., Робинсон А.Дж. (01.10.2006). «Консервативный сайт связывания субстрата митохондриальных носителей». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика. 1757 (9–10): 1237–48. Дои:10.1016 / j.bbabio.2006.03.021. PMID  16759636.
  31. ^ Cappello AR, Curcio R, Valeria Miniero D, Stipani I, Robinson AJ, Kunji ER, Palmieri F (октябрь 2006 г.). «Функциональная и структурная роль аминокислотных остатков в четных трансмембранных альфа-спиралях бычьего митохондриального носителя оксоглутарата». Журнал молекулярной биологии. 363 (1): 51–62. Дои:10.1016 / j.jmb.2006.08.041. PMID  16962611.
  32. ^ Cappello AR, Miniero DV, Curcio R, Ludovico A, Daddabbo L, Stipani I, Robinson AJ, Kunji ER, Palmieri F (июнь 2007 г.). «Функциональная и структурная роль аминокислотных остатков в трансмембранных альфа-спиралях с нечетным номером бычьего митохондриального носителя оксоглутарата». Журнал молекулярной биологии. 369 (2): 400–12. Дои:10.1016 / j.jmb.2007.03.048. PMID  17442340.
  33. ^ Зара В., Феррамоска А., Капобьянко Л., Бальц К. М., Рандель О, Рассоу Дж., Пальмиери Ф., Папатеодору П. (декабрь 2007 г.). «Биогенез дрожжевого носителя дикарбоксилата: сигнатура носителя способствует перемещению через внешнюю мембрану митохондрий». Журнал клеточной науки. 120 (Pt 23): 4099–106. Дои:10.1242 / jcs.018929. PMID  18032784.
  34. ^ Монне М., Робинсон А.Дж., Боэс К., Харбор М.Э., Фернли И.М., Кунджи Э.Р. (апрель 2007 г.). «Геном мимивируса кодирует митохондриальный носитель, который транспортирует dATP и dTTP». Журнал вирусологии. 81 (7): 3181–6. Дои:10.1128 / JVI.02386-06. ЧВК  1866048. PMID  17229695.

внешние ссылки