Википедија

P-тип ATPаза: Разлика помеѓу преработките

Поново уредување →
Избришана содржина Додадена содржина
НагледноВикитекст
Создадено преведувајќи ја страницата „P-type ATPase“
(нема разлика)

Преработка од 18:25, 9 декември 2019

P-тип ATPаза, исто така позната како E1-E2 ATPaза — голема група на еволутивно сродни пумпи на јони и липиди, кои се среќаваат кај бактериите, aрхеите и eукариотите.[1] P-тип ATPaзите се примарни транспортери, именувани врз основа на нивната способност да катализираат автофосфорилација (оттука P, од англ. phosphorylation) на сочуван aспартатен остаток во рамките на пумпата, при што користат ATP (аденозин трифосфат). Овие пумпи постојат во најмалку две различни конформации, означени со E1 и E2.[2] P-тип ATPaзите формираат своја белковинска суперфамилија, наречена P-тип ATPaзна (P-ATPaзна) суперфамилија (ТС# 3.А. 3), во која, досега, се идентификувани 20 различни белковински фамилии.

Calcium ATPase, E2-Pi state
Назнаки
СимболE1-E2_ATPase
PfamPF00122
InterProIPR008250
PROSITEPDOC00139
SCOP1su4
SUPERFAMILY1su4
TCDB3.A.3
OPM-суперсемејство22
OPM-белковина3b9b

Повеќето членови на оваа суперфамилија на транспортери го катализираат внесот и/или ефлуксот на катјони, а една подфамилија (ТС# 3.A. 3.8) е флипаза на фосфолипиди.

Кај човекот, P-тип ATPaзите учествуваат во процесите на создавање на нервни импулси, релаксацијата на мускулите, секрецијата и апсорпцијата во бубрезите, апсорпција на хранливи материи во цревата и други физиолошки процеси. Познати членови на оваа суперфамилија на белковини се натриум-калиумовата пумпа (Na+/К+-ATPaза), протон-калиумовата пумпа (H+/К+-ATPaза), калциумовата пумпа (Ca2+-ATPaза) и плазма мембранската протонска пумпа (H+-ATPaза).

Откритие

Првооткриената P-тип ATPaза била Na+/К+-ATPaзата, изолирана во 1957 година од страна на Нобеловецот Јенс Кристијан Скоу.[3]

Структура

P-тип ATPaзите имаат една каталитичка подединица од 70 - 140 kDa. Каталитичката подединица врши хидролиза на ATP, го содржи аспартатниот остаток кој бива фосфорилиран, ги содржи врзувачките места за лигандите кои треба да се транспортираат и го катализира самиот транспорт. Кај P1A, P2A, P2C и P4 ATPaзите, присутни се и дополнителни подединици, кои немаат каталитичка активност. Првата кристализирана P-тип ATPaза била SERCA1a, а нејзината структура е прифатена како претставник на суперфамилијата на P-тип ATPaзи.[4][5]

Каталитичката подединица на P-тип ATPaзите се состои од цитоплазматски дел и трансмембрански дел со места за врзување на транспортираните лиганди. Цитоплазматскиот дел се состои од три цитоплазматски домени, означени како P, N и А домени, а тие сочинуваат повеќе од половина од масата на протеинот.

Мембрански дел

Трансмембранскиот дел (M домен) обично има десет трансмембрански хеликси (М1-M10), каде врзувачките места за транспортираните лиганди се наоѓа во близина на средината на фосфолипидниот двослој. Додека повеќето подфамилии имаат 10 трансмембрански хеликси, постојат исклучоци. На пример, P1A ATPaзите имаат 7 трансмембрански хеликси, а големата подфамилија на пумпи за тешки метали P1B имаат 8 трансмембрански хеликси. P5 ATPaзите имаат вкупно 12 трансмембрански хеликси.

Заедничко за сите P-тип ATPaзи е јадрото од 6 трансмембрански сегменти (исто така наречено „транспортен (Т) домен“; М1-M6 кај SERCA), кое ги содржи врзувачките места за лигандите кои треба да се транслоцираат. Лигандите влегуваат преку полуканал до врзувачкото место, а излегуваат од другата страна на мембраната преку друг полуканал.

Разликата помеѓу различните подфамилии на P-тип ATPaзи е дополнителниот број на трансмембрански сегменти (исто така наречен „поддржувачки (S) домен“), кои се движи од 2 до 6. Дополнителните трансмембрански сегменти, најверојатно обезбедуваат структурна поддршка на Т домен, а може да имаат и специјализирани функции.

Фосфорилационен (P) домен

Фосфорилациониот (P) домен го содржи аспартатниот остаток кој треба да се фосфорилира во реакциониот циклус, во склоп на сочуван DKTGT мотив. Доменот е составен од два дела кои се доста оддалечени во аминокиселинската секвенца. Овие два дела се склопуваат во β-плоча составена од 7 паралелни нишки поврзани со осум алфа хеликса, кои заедно го формираат карактеристичниот Розманов склоп.

Кај P-тип ATPaзите шемата на склопувањето и локациите на критичните аминокиселини за фосфорилација ја има карактеристиката на склопот на суперфамилијата на халокиселински дехалогенази (ХАД суперфамилија), како што покажува хомологноста на секвенците. Заедничко за сите претставници на ХАД суперфамилијата е формирањето на аспартатен естер по механизмот на SN2 реакција. Оваа SN2 реакција јасно се гледа во познатата структура на SERCA, во присуство на ADP и AlF4−.[6]

Нуклеотид-врзувачки (N) домен

N доменот служи како вградена протеинска киназа, која служи за фосфорилација на P доменот. N доменот е вметнат помеѓу двата сегмента на P доменот, и е изграден од β-плоча од 7 антипаралелни нишки, помеѓу два хеликсни снопа. Овој домен го содржи ATP-врзувачкиот џеб, кој е насочен кон растворувачот, во близина на P-доменот.

Придвижувачки (А) домен

Придвижувачкиот (А, од англ. Actuator) домен служи како вградена протеинска фосфатаза која го дефосфорилира фосфорилираниот P домен. А доменот е најмалиот од трите цитоплазматски домени. Доменот се состои од изобличен склоп на „швајцарски ролат“ и два кратки хеликса. Овој домен ја модулира оклузијата на транспортираните лиганди во трансмембранските врзувачки места и ја насочува енергијата од хидролизата на ATP во цитоплазматските домени кон векторскиот транспорт на катјони во трансмембранскиот домен. А доменот го дефосфорилира P доменот, како дел од реакционен циклус, со помош на високо сочуваниот TGES мотив кој се наоѓа на едниот крај на склопот на „швајцарски ролат“.

Регулаторен (R) домен

Некои членови на P-тип ATPaзите имаат дополнителни регулаторни (R) домени фузирани за пумпата. P1B пумпите за тешки метали може да имаат неколку N- и C-терминални домени за врзување на тешки метали, за кои е пронајдено дека се вклучени во регулација. P2B Ca2+ ATPaзите имаат автоинхибиторни домени во нивните амино-терминални (растенија) или карбокси-терминални (животни) региони, кои содржат врзувачки места за калмодулин, кој, во присуство на Ca2+, ги активира P2B ATPaзите со неутрализирање на терминалната пречка. P3A плазма мембранските протонски пумпи имаат C-терминален регулаторен домен, кој, кога не е фосфорилиран, го инхибира транспортот.

Механизам

Сите P-тип ATPaзи ја користат енергијата од хидролизата на ATP за да го овозможат транспортот. Тие градат високоенергетски аспартил-фосфоанхидриден меѓупроизвод во реакционен циклус, и се менуваат помеѓу најмалку две различни конформации, означени со E1 и E2. Во E1 конформацијата, пумпата има висок афинитет за експортираниот супстрат, а низок афинитет за импортираниот супстрат. Во E2 конформацијата, таа има низок афинитет за експортираниот супстрат, а висок афинитет за импортираниот супстрат. Реакционите меѓупроизводи се означени со E1~P, E2P, E2-P* и E1/E2.[7]

Хидролизата на ATP се одвива во цитоплазматскиот дел на протеинот, на интерфејсот помеѓу N и P домените. Две места за врзување на магнезиумови јони се составен дел на активното место. Хидролизата на ATP е спрегната со транслокацијата на транспортираните лиганди низ мембраната.

Класификација

Филогенетска анализа на 159 секвенци, изработена во 1998 година од страна на Акселсен и Палмгрен сугерира дека P-тип ATPaзите може да се поделат во пет подфамилии или типови (означени со P1-P5).[8] Чан и соработниците (2010) исто така ги анализирале P-тип ATPaзите во сите поголеми прокариотски колена и ги споредиле со еукариотските P-тип ATPaзи.[9] Овие филогенетски анализи покажале дека диверзификацијата на P-тип ATPaзите се случила пред сепарацијата на трите суперцарства на животот: бактерии, aрхеи и eукариоти. Овој податок го истакнува значењето на оваа група на белковини за живиот свет.

P1 ATPaзи

P1 ATPaзите (или Тип I) се ATPaзи кои транспортираат тешки метали. Тие предоминираат кај прокариотите (приближно десетпати).[10]

P1A ATPaзи (калиумови пумпи)

P1A ATPaзите (или Тип IA) се вклучени во внесот на К+ јони (ТС# 3.A. 3.7).

P1B ATPaзи (пумпи на тешки метали)

P1B ATPaзите (или Тип IB) се вклучени во транспортот на слаби Луисови киселини: Cu+, Ag+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ и Co2+ (ТС#s 3.A. 3.5 и 3.A. 3.6). Тие се од клучно значење за отпорност кон метали и за метална хомеостаза кај мноштво на организми.

P2 ATPaзи

P2 ATPaзите (или Тип II) се поделени во четири групи. Тие предоминираат кај еукариотите (приближно двапати).[10]

P2A ATPaзи (калциумови пумпи)

P2A ATPaзите (или Тип IIA) се калциумски ATPaзи, вклучени во транспортот на Ca2+ јони. P2A ATPaзите се поделени во две групи: Ca2+-ATPaзи на сарко/ендоплазматичниот ретикулум (исто така познати како SERCA) и Ca2+-ATPaзи на секреторниот пат (исто така познати како SPCA).

P2B ATPaзи (калциумови пумпи)

P2B ATPaзите (или Тип IIB) се калциумски ATPaзи, вклучени во транспортот на Ca2+ јони.

P2C ATPaзи (натриум/калиумови и протон/калиумови пумпи)

P2C ATPaзите (или Тип IIC) ги вклучуваат блиску сродните Na+/К+ и H+/К+ ATPaзи кај животинските клетки. (ТС# 3.A. 3.1)

P2D ATPaзи (натриумови пумпи)

P2D ATPaзите (или Тип IID) вклучуваат мал број на ATPaзи кои изнесуваат Na+ (и К+) јони и се среќаваат кај габите и мововите. (Габични К+ транспортери; ТС# 3.A. 3.9)

P3 ATPaзи

P3 ATPaзите (или Тип III) се поделени на две групи.

P3A ATPaзи (протонски пумпи)

P3A ATPaзите (или Тип IIIA) ги содржат плазма мембранските протонски пумпи (H+-ATPaзи) кај прокариотите, протистите, растенијата и габите.

P3B ATPaзи (магнезиумови пумпи)

P3B ATPaзите (или Тип IIIB) се Mg2+-ATPaзи кои се среќаваат кај бактериите и растенијата.

P4 ATPaзи (фосфолипидни флипази)

P4 ATPазите (или Тип IV) се флипази вклучени во транспортот на фосфолипиди,[11] како што се фосфатидилсерин, фосфатидилхолин и фосфатидилетаноламин.[12]

P5 ATPaзи

P5 ATPaзите (или Тип V) имаат непозната функција. Оваа голема група се среќава само во еукариотите и е поделена на две групи.

P5A ATPaзи

P5A ATPaзите (или Тип VA) се вклучени во регулацијата на хомеостазата во ендоплазматичниот ретикулум.[13]

P5B ATPaзи

P5B ATPaзите (или Тип VB) се наоѓаат во лизозомалната мембрана на животните. Мутациите на овие пумпи се поврзани со различни невролошки заболувања.[14][15]

Понатамошна филогенетска класификација

Освен подфамилиите на P-тип ATPaзи наведени погоре, откриени се и неколку фамилии кај прокариотите кои имаат непозната функција.[16] Базата на податоци за класификација на транспортери нуди репрезентативен список на членови на P-ATPaзната суперфамилија, која досега вбројува 20 фамилии.

Кај еукариотите, овие белковини се присутни во плазма мембраната или во мембраните на ендоплазматичниот ретикулум, додека кај прокариотите тие се наоѓаат само во плазма мембраната.

Човечки гени

Човечки гени кои кодираат P-тип ATPaзи, или протеини слични на нив, вклучуваат:

  • P1B: Cu++ ATPaза: ATP7A, ATP7B
  • P2A: SERCA Ca2+ ATPaза: ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3
  • P2A: Ca2+ ATPаза на секреторниот пат: ATP2C2, ATP2C2
  • P2B: Ca2+ ATPaза: ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1
  • P2C: Na+/К+ ATPaза: ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
  • P2C: H+/К+ ATPaза, гастрична: ATP4A;
  • P2C: H+/К+ ATPaза, негастрична: ATP12A
  • P4: Флипаза: ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4, ATP9A, ATP9B, ATP10A, ATP10B, ATP10D, ATP11A, ATP11B, ATP11C
  • P5: ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5

Поврзано

Наводи

  1. ↑ Palmgren MG, Nissen P (2011). „P-type ATPases“ (PDF). Annu. Rev. Biophys. 40: 243–66. doi:10.1146/annurev.biophys.093008.131331. PMID 21351879.
  2. ↑ Pedersen, Peter L; Carafoli, Ernesto (1987). „Ion motive ATPases. I. Ubiquity, properties, and significance to cell function“. Trends in Biochemical Sciences. 12: 146–50. doi:10.1016/0968-0004(87)90071-5.
  3. ↑ SKOU JC (February 1957). „The influence of some cations on an adenosine triphosphatase from peripheral nerves“. Biochim. Biophys. Acta. 23 (2): 394–401. doi:10.1016/0006-3002(57)90343-8. PMID 13412736.
  4. ↑ „Crystal structure of the calcium pump of sarcoplasmic reticulum at 2.6 A resolution“. Nature. 405 (6787): 647–55. June 2000. Bibcode:2000Natur.405..647T. doi:10.1038/35015017. PMID 10864315.
  5. ↑ „Structure and function of the calcium pump“. Annu Rev Biophys Biomol Struct. 32: 445–68. 2003. doi:10.1146/annurev.biophys.32.110601.142433. PMID 12598367.
  6. ↑ PDB: 1T5T ; „Phosphoryl transfer and calcium ion occlusion in the calcium pump“. Science. 304 (5677): 1672–5. June 2004. Bibcode:2004Sci...304.1672S. doi:10.1126/science.1099366. PMID 15192230.
  7. ↑ Olesen C; Picard M; Winther AM; и др. (December 2007). „The structural basis of calcium transport by the calcium pump“. Nature. 450 (7172): 1036–42. Bibcode:2007Natur.450.1036O. doi:10.1038/nature06418. PMID 18075584.
  8. ↑ „Evolution of substrate specificities in the P-type ATPase superfamily“. J. Mol. Evol. 46 (1): 84–101. January 1998. Bibcode:1998JMolE..46...84A. doi:10.1007/PL00006286. PMID 9419228.
  9. ↑ Chan, Henry; Babayan, Vartan; Blyumin, Elya; Gandhi, Charmy; Hak, Kunal; Harake, Danielle; Kumar, Kris; Lee, Perry; Li, Tze T. (2010). „The P-Type ATPase Superfamily“. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology. 19 (1–2): 5–104. doi:10.1159/000319588. PMID 20962537.
  10. ↑ 10,0 10,1 Thever, Mark D.; Jr, Milton H. Saier (2009-06-23). „Bioinformatic Characterization of P-Type ATPases Encoded Within the Fully Sequenced Genomes of 26 Eukaryotes“. Journal of Membrane Biology (англиски). 229 (3): 115–130. doi:10.1007/s00232-009-9176-2. ISSN 0022-2631. PMC 2709905. PMID 19548020.
  11. ↑ „On the origin of lipid asymmetry: the flip side of ion transport“. Curr Opin Chem Biol. 11 (6): 654–61. December 2007. doi:10.1016/j.cbpa.2007.09.008. PMID 17981493.
  12. ↑ „Intracellular targeting signals and lipid specificity determinants of the ALA/ALIS P4-ATPase complex reside in the catalytic ALA alpha-subunit“. Mol Biol Cell. 21 (5): 791–801. 2010. doi:10.1091/mbc.E09-08-0656. PMC 2828965. PMID 20053675.
  13. ↑ „Towards defining the substrate of orphan P5A-ATPases“ (PDF). Biochim. Biophys. Acta. 1850 (3): 524–35. May 2014. doi:10.1016/j.bbagen.2014.05.008. PMID 24836520.
  14. ↑ Ramirez, A; Heimbach, A; Gründemann, J; Stiller, B; Hampshire, D; Cid, L. P; Goebel, I; Mubaidin, A. F; Wriekat, A. L (2006). „Hereditary parkinsonism with dementia is caused by mutations in ATP13A2, encoding a lysosomal type 5 P-type ATPase“. Nature Genetics. 38 (10): 1184–91. doi:10.1038/ng1884. PMID 16964263.
  15. ↑ Di Fonzo, A; Chien, H. F; Socal, M; Giraudo, S; Tassorelli, C; Iliceto, G; Fabbrini, G; Marconi, R; Fincati, E (2007). „ATP13A2 missense mutations in juvenile parkinsonism and young onset Parkinson disease“. Neurology. 68 (19): 1557–62. doi:10.1212/01.wnl.0000260963.08711.08. PMID 17485642.
  16. ↑ Chan, Henry; Babayan, Vartan; Blyumin, Elya; Gandhi, Charmy; Hak, Kunal; Harake, Danielle; Kumar, Kris; Lee, Perry; Li, Tze T. (2010-01-01). „The p-type ATPase superfamily“. Journal of Molecular Microbiology and Biotechnology. 19 (1–2): 5–104. doi:10.1159/000319588. ISSN 1660-2412. PMID 20962537.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=P-тип_ATPаза&oldid=3901069“