Семейство анионообменников
| Анионообменник, семейство транспортеров бикарбоната | |
|---|---|
| Идентификаторы | |
| Символ | HCO3_cotransp |
| ИнтерПро | ИПР003020 |
| PROSITE | PDOC00192 |
| TCDB | 2.А.31 |
Семейство анионообменников ( TC# 2.A.31 , также называемое семейством переносчиков бикарбоната ) является членом большого APC . суперсемейства вторичных переносчиков [ 1 ] Члены семейства AE обычно отвечают за транспорт анионов через клеточные барьеры, хотя их функции могут различаться. Все они обменивают бикарбонат . Охарактеризованные члены белка семейства AE обнаружены у растений, животных, насекомых и дрожжей. Неохарактеризованные гомологи AE могут присутствовать в бактериях (например, у Enterococcus faecium , 372 аминокислоты; gi 22992757; 29% идентичности в 90 остатках). Животные АЕ-белки состоят из гомодимерных комплексов интегральных мембранных белков, размер которых варьируется от примерно 900 аминоацильных остатков до примерно 1250 остатков. Их N-концевые гидрофильные домены могут взаимодействовать с белками цитоскелета и, следовательно, играть структурную роль клетки. Некоторые из охарактеризованных на данный момент членов семейства AE можно найти в базе данных классификации транспортеров.
Обзор семьи
[ редактировать ]| Транспортер бикарбоната, С-концевой домен | |||
|---|---|---|---|
 низкоэнергетическая структура конечной цитоплазматической петли полосы 3, ЯМР, минимизированная средняя структура | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | HCO3_transpt_C | ||
| Пфам | PF00955 | ||
| Пфам Клан | CL0062 | ||
| ИнтерПро | ИПР011531 | ||
| PROSITE | PDOC00192 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1бтр / СКОПе / СУПФАМ | ||
| |||
| Цитоплазматический домен полосы 3 | |||
|---|---|---|---|
 кристаллическая структура цитоплазматического домена белка полосы-3 эритроцитов человека | |||
| Идентификаторы | |||
| Символ | Band_3_cyto | ||
| Пфам | PF07565 | ||
| Пфам Клан | CL0340 | ||
| ИнтерПро | ИПР013769 | ||
| ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ 2 | 1хин / СКОПе / СУПФАМ | ||
| TCDB | 2.А.31 | ||
| Суперсемейство OPM | 284 | ||
| белок OPM | 1 битк | ||
| |||
Бикарбонат (HCO 3 − ) Транспортные механизмы являются основными регуляторами рН в животных клетках . Такой транспорт также играет жизненно важную роль в движении кислотно-щелочного баланса в желудке, поджелудочной железе, кишечнике, почках, репродуктивных органах и центральной нервной системе . Функциональные исследования показали различные HCO 3 − виды транспорта.
- Анионообменные 3 белки обменивают HCO − для Cl − обратимым электронейтральным образом. [ 2 ]
- Уже + /HCO 3 − котранспортные белки опосредуют связанное перемещение Na + и ОХС 3 − через плазматические мембраны, часто электрогенным способом. [ 3 ]
Анализ последовательности двух семейств HCO 3 − транспортеры , которые были клонированы к настоящему времени (анионообменники и Na + /HCO 3 − котранспортеры) показывает, что они гомологичны . Это не совсем неожиданно, учитывая, что оба они транспортируют HCO 3 − и ингибируются классом фармакологических агентов, называемых дисульфоновыми стильбенами . [ 4 ] Они имеют примерно 25-30% идентичности последовательностей , которая распределена по всей длине последовательности, и имеют сходную предсказанную топологию мембран , что позволяет предположить, что они имеют ~10 трансмембранных (TM) доменов .
Консервативный домен находится на С-конце многих белков-переносчиков бикарбоната. Он также содержится в некоторых растительных белках, ответственных за транспорт бора . [ 5 ] В этих белках он покрывает почти всю длину последовательности .
Анионообменные белки Band 3 , которые обменивают бикарбонат, являются наиболее распространенным полипептидом в мембране эритроцитов , составляя 25% от общего количества мембранных белков. Цитоплазматический домен полосы 3 функционирует главным образом как место закрепления для других мембран-ассоциированных белков. В число белков-лигандов этого домена входят анкирин , белок 4.2, белок 4.1, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH), фосфофруктокиназа , альдолаза , гемоглобин , гемихромы и протеинтирозинкиназа (p72syk). [ 6 ]
Анионообменники у человека
[ редактировать ]У людей анионообменники относятся к семейству растворенных переносчиков 4 (SLC4), которое состоит из 10 паралогичных 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 обменника (АЕ1-3) и пять Na + -связанный HCO −
3 транспортера (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Двое из На + -связанные транспортеры (NBCe1, NBCe2) электрогенны; остальные три На + -связанный HCO −
3 транспортера и все три АЭ электронейтральны. [ 7 ] [ 8 ] Два других (AE4, SLC4A9 и BTR1, SLC4A11 ) не охарактеризованы. Большинство из них, хотя и не все, ингибируются 4,4'-диизотиоцианатостильбен-2,2'-дисульфонатом (DIDS) . Белки SLC4 играют роль в кислотно-основном гомеостазе, транспорте H + или ОХС −
3 эпителием (например, поглощение HCO −
3 в проксимальных канальцах почек, секреция HCO −
3 в протоке поджелудочной железы), а также регуляция объема клеток и внутриклеточного pH. [ 8 ]
На основании графиков гидропатии предполагается, что все белки SLC4 имеют одинаковую топологию клеточной мембраны. Они имеют относительно длинные цитоплазматические N-концевые домены, состоящие из нескольких сотен-нескольких сотен остатков, за которыми следуют 10-14 трансмембранных (ТМ) доменов, и заканчиваются относительно короткими цитоплазматическими С-концевыми доменами, состоящими из ~30-~90 остатков. Хотя С-концевой 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) важен для доставки на клеточную мембрану (например, AE1 и NBCe1) и (iii) может обеспечивать сайты для регуляции функции транспортера посредством протеинкиназы A фосфорилирования (например, NBCe1). [ 9 ]
Семейство SLC4 включает следующие белки.
Анионит 1
[ редактировать ]Человеческий анионообменник 1 (AE1 или Band 3 ) связывает карбоангидразу II (CAII), образуя «транспортный метаболон », поскольку связывание CAII активирует транспортную активность AE1 примерно в 10 раз. [ 10 ] AE1 также активируется при взаимодействии с гликофорином , который также направляет его на плазматическую мембрану. [ 11 ] Каждый из встроенных в мембрану С-концевых доменов может охватывать мембрану 13-16 раз. Согласно модели Чжу и др. (2003), AE1 у людей охватывает мембрану 16 раз, 13 раз в виде α-спирали и три раза (TMS 10, 11 и 14), возможно, в виде β-нитей. [ 12 ] AE1 преимущественно катализирует реакции анионного обмена ( антипорт ). Специфические точечные мутации в человеческом анионообменнике 1 (AE1) превращают этот электронейтральный анионообменник в одновалентный катион проводимости. Один и тот же транспортный сайт в охватывающем домене AE1 участвует как в анионном обмене, так и в транспорте катионов. [ 13 ]
Было показано, что AE1 в эритроцитах человека транспортирует различные неорганические и органические анионы. Двухвалентные анионы могут симпортироваться с H + . Кроме того, он катализирует переворот нескольких анионных амфипатических молекул, таких как додецилсульфат натрия (SDS) и фосфатидная кислота, из одного монослоя фосфолипидного бислоя в другой монослой. Скорость переворота достаточно высока, чтобы предположить, что этот катализируемый AE1 процесс физиологически важен в эритроцитах и, возможно, также в других тканях животных. Анионные фосфолипиды и жирные кислоты, вероятно, являются природными субстратами. Однако само присутствие ТМС увеличивает частоту липидных переворотов. [ 14 ] [ 15 ]
Структура
[ редактировать ]Определена кристаллическая структура AE1 (CTD) при 3,5 ангстрем. [ 16 ] Структура фиксируется в открытой конформации, обращенной наружу, с помощью ингибитора. Сравнение этой структуры со связанной с субстратом структурой переносчика урацила UraA в обращенной внутрь конформации позволило идентифицировать вероятное анион-связывающее положение в AE1 (CTD) и привело к предложению возможного механизма транспорта, который мог бы объяснить, почему был выбран мутации приводят к заболеванию. Трехмерная структура подтвердила, что семейство AE является членом суперсемейства APC . [ 9 ]
доступно несколько кристаллических структур Для белка AE1 в RCSB (ссылки также доступны в TCDB ).
- AE1: 1BH7 , 1BNX , 1BTQ , 1BTR , 1BTS , 1BTT , 1BZK , 2BTA , 1HYN , 2BTB , 3BTB , 2BTA , 2BTB , 3BTB , 4KY9 , PDB : 4YZF , 1HYN , 5А16
Другие участники
[ редактировать ]Renal Na + :ОХС −
Было обнаружено, что 3 котранспортера являются членами семейства AE. Они катализируют реабсорбцию HCO. −
3 в проксимальных канальцах почек в результате электрогенного процесса, который ингибируется типичными стильбеновыми ингибиторами АЭ, такими как DIDS и SITS. Они также обнаружены во многих других тканях организма. По крайней мере, два гена кодируют эти симпортеры у любого млекопитающего. Была представлена модель 10 TMS, [ 17 ] но эта модель противоречит модели 14 TMS, предложенной для AE1. Трансмембранная топология электрогенного Na поджелудочной железы человека + :ХО −
№3 NBC1. Изучен транспортер [ 18 ] Была предложена топология ТМС с N- и С-концами в цитоплазме. Внеклеточная петля определяет стехиометрию Na. + -ОХЗ −
3 котранспортера. [ 19 ]
В дополнение к На + -независимые аниониты (АЕ1-3) и Na + :ОХС −
3 котранспортера (NBC) (которые могут быть электронейтральными или электрогенными), Na + - управляемый HCO −
3 /Кл − обменник (NCBE) был секвенирован и охарактеризован. [ 20 ] Он переносит Na + + ОЗС −
3 предпочтительно во внутреннем направлении и H + + Cl − в направлении наружу. Этот NCBE широко распространен в тканях млекопитающих, где он играет важную роль в подщелачивании цитоплазмы. Например, в β-клетках поджелудочной железы он опосредует глюкозозависимое повышение pH, связанное с секрецией инсулина .
клетки животных в культуре тканей, экспрессирующие ген, кодирующий белок хлоридных каналов ABC-типа CFTR ( TC# 3.A.1.202.1 Сообщалось, что ) в плазматической мембране, демонстрируют циклическую AMP-зависимую стимуляцию активности AE. Регулирование было независимым от Cl − функция проводимости CFTR, а мутации в нуклеотидсвязывающем домене № 2 CFTR изменяют регуляцию независимо от их влияния на активность хлоридных каналов. Эти наблюдения могут объяснить нарушение HCO. −
3 секреции у больных муковисцидозом.
Анионообменники у растений и грибов
[ редактировать ]Растения и дрожжи имеют переносчики анионов, которые как в перициклические клетки растений, так и в плазматическую мембрану дрожжевых клеток экспортируют борат или борную кислоту (pKa = 9,2). [ 5 ] У A. thaliana бор экспортируется из клеток перицикла в звездчатую апоплазму корня против градиента концентрации и попадает в побеги. У S. cerevisiae экспорт также происходит против градиента концентрации. Переносчик дрожжей распознает HCO −
3 , я − , Бр − , НЕТ −
3 и Кл. − , которые могут быть подложками. к токсичности бора Известно, что толерантность зерновых связана со снижением тканевого накопления бора. Экспрессия генов из корней толерантных к бору пшеницы и ячменя с высоким сходством с эффлюксными переносчиками из арабидопсиса и риса снижала концентрации бора за счет эффлюксного механизма. [ 21 ] Механизм энергетической связи неизвестен, а также неизвестно, является ли субстратом борат или борная кислота. Данные можно объяснить несколькими вариантами (унипорт, обмен анион:анион и обмен анион:катион). [ 5 ]
Транспортные реакции
[ редактировать ]Физиологически значимой транспортной реакцией, катализируемой анионитами семейства AE, является: [ 9 ]
- кл. − (в) + ОЗС −
3 (уходит) ⇌ Кл − (уходит) + ОХС −
3 (в).
Это для На + Котранспортеры :HCO3- это:
- Уже + (выход) + нХСО −
3 (выход) → Вкл. + (в) + nHCO −
3 (в).
Это для На + /HCO −
3 :Ч + /Cl − обменник это:
- Уже + (уходит) + ОХС −
3 (выходит) + Х + (в) + Cl − (и) ⇌ Вкл. + (в) + ОЗС −
3 (в) + Н + (выходит) + Cl − (вне).
Что касается белка оттока бора из растений и дрожжей:
- Бор (выходит) → Бор (уходит)
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]По состоянию на 28 января 2016 г. эта статья полностью или частично взята из базы данных классификации транспортеров . Владелец авторских прав лицензировал контент таким образом, чтобы его можно было повторно использовать в соответствии с CC BY-SA 3.0 и GFDL . Все соответствующие условия должны быть соблюдены. Исходный текст был «2.A.31 Семейство анионообменников (AE)».
- ^ Вастермарк А., Волваге С., Хоул М.Э., Рио Р., Сайер М.Х. (октябрь 2014 г.). «Расширение суперсемейства вторичных носителей APC» . Белки . 82 (10): 2797–811. дои : 10.1002/прот.24643 . ПМЦ 4177346 . ПМИД 25043943 .
- ^ 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 . ПМИД 2289848 .
- ^ Борон В.Ф., Фонг П., Хедигер М.А., Булпап Э.Л., Ромеро М.Ф. (июнь 1997 г.). «Электрогенный котранспортер Na/HCO3». Венский клинический еженедельник . 109 (12–13): 445–56. ПМИД 9261985 .
- ^ Бёрнем С.Э., Амлал Х., Ван З., Шулл Г.Е., Сулеймани М. (август 1997 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия котранспортера Na+:HCO3- почек человека» . Журнал биологической химии . 272 (31): 19111–4. дои : 10.1074/jbc.272.31.19111 . ПМИД 9235899 .
- ^ Jump up to: а б с 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. Бибкод : 2002Natur.420..337T . дои : 10.1038/nature01139 . ПМИД 12447444 . S2CID 4418856 .
- ^ Чжан Д., Кияткин А., Болин Дж. Т., Лоу PS (ноябрь 2000 г.). «Кристаллографическая структура и функциональная интерпретация цитоплазматического домена полосы 3 мембраны эритроцитов». Кровь . 96 (9): 2925–33. дои : 10.1182/blood.V96.9.2925 . ПМИД 11049968 .
- ^ Пьермарини П.М., Чой I, Борон В.Ф. (июнь 2007 г.). «Клонирование и характеристика электрогенного котранспортера Na/HCO3 из доли гигантского волокна кальмара». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 292 (6): C2032-45. doi : 10.1152/ajpcell.00544.2006 . ПМИД 17267543 . S2CID 808344 .
- ^ Jump up to: а б Ромеро М.Ф., Чен А.П., Паркер М.Д., Борон В.Ф. (01.06.2013). «Семейство бикарбонатов SLC4 (HCO 3 − ) транспортеры» . Molecular Aspects of Medicine . 34 (2–3): 159–82. : 10.1016 /j.mam.2012.10.008 . PMC 3605756. . PMID 23506864 doi
- ^ Jump up to: а б с Сайер, М.Х. младший «2.A.31 Семейство анионообменников (AE)» . База данных классификации транспортеров . Группа биоинформатики Saier Lab @ UCSD / SDSC.
- ^ Стерлинг Д., Райтмайер Р.А., Кейси-младший (декабрь 2001 г.). «Транспортный метаболон. Функциональное взаимодействие карбоангидразы II и хлоридно-бикарбонатных обменников» . Журнал биологической химии . 276 (51): 47886–94. дои : 10.1074/jbc.M105959200 . ПМИД 11606574 .
- ^ Янг М.Т., Таннер М.Дж. (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 . ПМИД 12813056 .
- ^ Чжу Кью, Ли Д.В., Кейси-младший (январь 2003 г.). «Новая топология С-концевой области анионообменника плазматической мембраны человека, AE1» . Журнал биологической химии . 278 (5): 3112–20. дои : 10.1074/jbc.M207797200 . ПМИД 12446737 .
- ^ Барно-Рокка Д., Боргезе Ф., Гизуарн Х. (март 2011 г.). «Двойные транспортные свойства анионита 1: один и тот же трансмембранный сегмент участвует в анионном обмене и в утечке катионов» . Журнал биологической химии . 286 (11): 8909–16. дои : 10.1074/jbc.M110.166819 . ПМК 3059035 . ПМИД 21257764 .
- ^ Кол М.А., де Крун А.И., Рийкерс Д.Т., Киллиан Дж.А., де Круйфф Б. (сентябрь 2001 г.). «Мембранные пептиды вызывают флоп фосфолипидов: модель транслокации фосфолипидов через внутреннюю мембрану E. coli». Биохимия . 40 (35): 10500–6. дои : 10.1021/bi010627+ . ПМИД 11523991 .
- ^ Сапай Н., Беннетт В.Ф., Тилеман Д.П. (сентябрь 2010 г.). «Молекулярное моделирование липидного триггера в присутствии модельных трансмембранных спиралей». Биохимия . 49 (35): 7665–73. дои : 10.1021/bi100878q . ПМИД 20666375 .
- ^ Аракава Т., Кобаяши-Юруги Т., Алгуэль Ю., 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. Бибкод : 2015Sci...350..680A . дои : 10.1126/science.aaa4335 . ПМИД 26542571 . S2CID 5331647 .
- ^ Ромеро МФ, Борон ВФ (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 . ПМИД 10099707 .
- ^ Татищев С., Абуладзе Н., Пушкин А., Ньюман Д., Лю В., Уикс 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 . ПМИД 12534288 .
- ^ Чен Л.М., Лю Ю, Борон В.Ф. (февраль 2011 г.). «Роль внеклеточной петли в определении стехиометрии Na+-HCO 3 − котранспортеры» . Журнал физиологии . 589 (Pt 4): 877–90. : 10.1113 /jphysicalol.2010.198713 . PMC 3060367. . PMID 21224233 doi
- ^ Ван Ч.З., Яно Х., Нагашима К., Сейно С. (ноябрь 2000 г.). «Обменник Cl-/HCO3-, управляемый Na+. Клонирование, распределение в тканях и функциональная характеристика» . Журнал биологической химии . 275 (45): 35486–90. дои : 10.1074/jbc.C000456200 . ПМИД 10993873 .
- ^ Рид Р. (декабрь 2007 г.). «Идентификация генов-переносчиков бора, которые, вероятно, отвечают за толерантность к токсичности бора у пшеницы и ячменя» . Физиология растений и клеток . 48 (12): 1673–8. дои : 10.1093/pcp/pcm159 . ПМИД 18003669 .
