Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Анионообменник, семейство транспортеров бикарбоната
Идентификаторы
СимволHCO3_cotransp
ИнтерПроIPR003020
PROSITEPDOC00192
TCDB2.A.31

Семейство анионообменников ( TC # 2.A.31 , также называемое семейством переносчиков бикарбоната ) является членом большого суперсемейства вторичных носителей APC . [1] Члены семейства AE обычно несут ответственность за транспорт анионов через клеточные барьеры, хотя их функции могут различаться. Все они обменивают бикарбонат . Характерные белковые члены семейства AE обнаружены в растениях, животных, насекомых и дрожжах. Неохарактеризованные гомологи AE 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 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 в настоящее время членов семейства AE можно найти в Базе данных классификации транспортеров.

Обзор семьи [ править ]

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
Клан пфамCL0062
ИнтерПроIPR011531
PROSITEPDOC00192
SCOP21btr / SCOPe / SUPFAM
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры
Цитоплазматический домен полосы 3
кристаллическая структура цитоплазматического домена белка полосы 3 эритроцитов человека
Идентификаторы
СимволBand_3_cyto
PfamPF07565
Клан пфамCL0340
ИнтерПроIPR013769
SCOP21hyn / SCOPe / SUPFAM
TCDB2.A.31
OPM суперсемейство284
Белок OPM1btq
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Механизмы транспорта бикарбоната (HCO 3 - ) являются основными регуляторами pH в клетках животных . Такой транспорт также играет жизненно важную роль в кислотно-щелочных движениях в желудке, поджелудочной железе, кишечнике, почках, репродуктивных органах и центральной нервной системе . Функциональные исследования предполагают различные HCO 3 - виды транспорта.

  • Анион обменник белки обмениваются HCO 3 - для Cl - в обратимом, электронейтральном образе. [2]
  • Na + / HCO 3 - со-транспортные белки опосредуют соединенное движение Na + и HCO 3 - через плазменные мембраны, часто в электрогенном образе. [3]

Анализ последовательности двух семейств переносчиков HCO 3 - , которые были клонированы на сегодняшний день (анионообменники и ко-переносчики Na + / HCO 3 - ), показывает, что они гомологичны . Это не совсем неожиданно, учитывая, что они оба транспортируют HCO 3 - и ингибируются классом фармакологических агентов, называемых дисульфоновыми стильбенами . [4] Они имеют примерно 25-30% идентичности последовательностей , которая распределяется по всей длине их последовательности, и имеют аналогичные предсказанные топологии мембран , что позволяет предположить, что они имеют примерно 10 трансмембранные (TM) домены .

Консервативный домен находится на С-конце многих транспортных белков бикарбоната. Он также содержится в некоторых растительных белках, ответственных за транспорт бора . [5] В этих белках он покрывает почти всю длину последовательности .

В Band 3 анионообменные белки , что обмен бикарбонат являются наиболее распространенным полипептидом в красной кровяные клетках мембраны, содержащий 25% от общего мембранного белка. Цитоплазматический домен полосы 3 функционирует в первую очередь как якорное место для других мембранно-ассоциированных 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 в организме человека [ править ]

У людей анионообменники относятся к семейству 4-го семейства переносчиков 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-
3обменники (AE1-3) и пять Na + -связанных HCO-
3транспортеры (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Два из связанных с Na + транспортеров (NBCe1, NBCe2) являются электрогенными; остальные три Na + -связанные HCO-
3транспортеры и все три АЭ электронейтральны. [7] [8] Два других (AE4, SLC4A9 и BTR1, SLC4A11 ) не охарактеризованы. Большинство, хотя и не все, ингибируются 4,4'-диизотиоцианатостильбен-2,2'-дисульфонатом (DIDS) . Белки SLC4 играют роль в кислотно-основном гомеостазе, транспорте H + или HCO-
3 эпителием (например, абсорбция HCO-
3в проксимальном канальце почек, секреция HCO- 3в протоке поджелудочной железы), а также регулирование объема клеток и внутриклеточного pH. [8]

На основании их графиков гидропатии предполагается, что все белки SLC4 имеют сходную топологию в клеточной мембране. Они имеют относительно длинные цитоплазматические N-концевые 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 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 к клеточной мембране (например, AE1 и NBCe1), и (iii) может обеспечивать сайты для регуляции функции транспортера через протеинкиназу A фосфорилирование (например, NBCe1). [9]

Семейство SLC4 включает следующие белки.

  • SLC4A1
  • SLC4A2
  • SLC4A3
  • SLC4A4
  • SLC4A5
  • SLC4A7
  • SLC4A8
  • SLC4A9
  • SLC4A10
  • SLC4A11

Анионообменник 1 [ править ]

Основная статья: SLC4A1

Анионообменник 1 человека (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] С-концевые домены, встроенные в мембрану, могут перекрывать 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 предпочтительно 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]

Было показано, что AE1 в эритроцитах человека переносит множество неорганических и органических анионов. Двухвалентные анионы могут ассоциироваться с H + . Кроме того, он катализирует переключение 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 процесс, катализируемый AE1, физиологически важен для эритроцитов и, возможно, также и для других тканей животных. Анионные фосфолипиды и жирные кислоты, вероятно, являются естественными субстратами. Тем не менее, простое присутствие TMS увеличивает скорость липидного флип-флопа. [14] [15]

Структура [ править ]

Определена кристаллическая структура AE1 (CTD) при 3,5 ангстрем. [16] Структура заблокирована в открытой конформации, обращенной наружу, с помощью ингибитора. Сравнение этой структуры со структурой связанного с субстратом 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 суперсемейства APC . [9]

Есть несколько кристаллических структур, доступных 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 , 5A16

Другие участники [ править ]

Почечный Na + : HCO-
3котранспортеры принадлежат к семейству AE. Они катализируют реабсорбцию HCO.-
3в проксимальном канальце почек в результате электрогенного процесса, который ингибируется типичными стильбеновыми ингибиторами АЕ, такими как DIDS и SITS. Они также содержатся 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 + : HO поджелудочной железы человека-
3транспортер, NBC1, был изучен. [18] Была предложена топология ТМС с N- и C-концами в цитоплазме. Внеклеточная петля определяет стехиометрию Na + -HCO-
3котранспортеры. [19]

В дополнение к Na + -независимым анионообменникам (AE1-3) и Na + : HCO-
3котранспортеры (NBC) (которые могут быть электронейтральными или электрогенными), HCO, управляемый Na +-
3/ Cl - обменник (NCBE) секвенирован и охарактеризован. [20] Переносит Na + + HCO.-
3предпочтительно во внутреннем направлении и H + + Cl - во внешнем направлении. 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 .

Сообщалось, что животные клетки в культуре ткани, экспрессирующие ген, кодирующий белок CFTR хлоридного канала ABC-типа ( TC # 3.A.1.202.1 ) в плазматической мембране, демонстрируют циклическую AMP-зависимую стимуляцию активности AE. Регуляция не зависела от функции проводимости Cl - 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 [ править ]

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] У A. thaliana бор экспортируется из клеток перицикла в звездную апоплазму корня против градиента концентрации для поглощения побегами. У S. cerevisiae экспорт также противоречит градиенту концентрации. Транспортер дрожжей распознает HCO-
3, I - , Br - , НЕТ-
3и Cl - , которые могут быть субстратами. Известно, что толерантность к токсичности бора в зерновых связана с уменьшением накопления бора в тканях. Экспрессия генов из корней устойчивых к бору пшеницы и ячменя с высоким сходством с переносчиками оттока из Arabidopsis и риса снижает концентрацию бора из-за механизма оттока. [22] Механизм взаимодействия энергии неизвестен, и неизвестно, является ли борат или борная кислота субстратом. Несколько возможностей (унипорт, обмен анион: анион и обмен анион: катион) могут учитывать данные. [21]

Транспортные реакции [ править ]

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

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

Для котранспортеров Na + : HCO3- это:

Na + (выход) + nHCO-
3(выход) → Na + (вход) + nHCO-
3 (в).

Что для Na + / HCO-
3: H + / Cl - обменник:

Na + (выход) + HCO-
3(выход) + H + (вход) + Cl - (вход) ⇌ Na + (вход) + HCO-
3(вход) + H + (выход) + Cl - (выход).

Что касается белка оттока бора растений и дрожжей:

Бор (входит) → Бор (уходит)

См. Также [ править ]

  • Семейство носителей растворенных веществ
  • База данных классификации транспортеров

Ссылки [ править ]

По состоянию на 28 января 2016 года 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 находился в «2.A.31 Семейство анионообменников (AE)».

  1. ^ Vastermark A, S Wollwage, Хаул ME, Рио - R, Saier MH (октябрь 2014). «Расширение суперсемейства вторичных носителей APC» . Белки . 82 (10): 2797–811. DOI : 10.1002 / prot.24643 . PMC  4177346 . PMID  25043943 .
  2. ^ Kopito RR (1990). «Молекулярная биология семейства генов анионообменников». Международный обзор цитологии . 123 : 177–99. DOI : 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. ^ Бернхем CE, Amlal H, Ван Z, Шулл GE, Сулеймани M (август 1997). «Клонирование и функциональная экспрессия Na +: HCO3- котранспортера почки человека» . Журнал биологической химии . 272 (31): 19111–4. DOI : 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 : 2002Natur.420..337T . DOI : 10,1038 / природа01139 . PMID 12447444 . S2CID 4418856 .  
  6. ^ Чжан D, Кияткин A, Болин JT, Low PS (ноябрь 2000). «Кристаллографическая структура и функциональная интерпретация цитоплазматического домена полосы 3 мембраны эритроцитов». Кровь . 96 (9): 2925–33. DOI : 10.1182 / blood.V96.9.2925 . PMID 11049968 . 
  7. ^ Piermarini PM, Choi I, бор WF (июнь 2007). «Клонирование и характеристика электрогенного Na / HCO3-котранспортера из доли гигантского волокна кальмара». Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 292 (6): C2032-45. DOI : 10,1152 / ajpcell.00544.2006 . PMID 17267543 . 
  8. ^ a b Ромеро М.Ф., Чен А.П., Паркер М.Д., Борон В.Ф. (01.06.2013). «Семейство транспортеров бикарбоната (HCO 3 - ) SLC4 » . Молекулярные аспекты медицины . 34 (2–3): 159–82. DOI : 10.1016 / j.mam.2012.10.008 . PMC 3605756 . PMID 23506864 .  
  9. ^ a b c Saier, MH Jr. "2.A.31 Семья анионообменников (AE)" . База данных классификации транспортеров . Группа компаний Saier Lab Bioinformatics @ UCSD / SDSC.
  10. ^ Sterling D, Reithmeier RA, Кейси JR (декабрь 2001). «Транспортный метаболон. Функциональное взаимодействие карбоангидразы II и хлорид / бикарбонатных обменников» . Журнал биологической химии . 276 (51): 47886–94. DOI : 10.1074 / jbc.M105959200 . PMID 11606574 . 
  11. Перейти ↑ Young MT, Tanner MJ (август 2003 г.). «Отдельные области человеческого гликофорина А усиливают транспортную функцию анионита эритроцитов человека (полоса 3; AE1) и поверхностный транспорт» . Журнал биологической химии . 278 (35): 32954–61. DOI : 10.1074 / jbc.M302527200 . PMID 12813056 . 
  12. Перейти ↑ Zhu Q, Lee DW, Casey JR (январь 2003 г.). «Новая топология в C-концевой области анионита плазматической мембраны человека, AE1» . Журнал биологической химии . 278 (5): 3112–20. DOI : 10.1074 / jbc.M207797200 . PMID 12446737 . 
  13. ^ Barneaud-Rocca D, F Боргезе, Guizouarn H (март 2011). «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. DOI : 10.1074 / jbc.M110.166819 . PMC 3059035 . PMID 21257764 .  
  14. ^ Kol М.А. де Kroon А.И., Rijkers DT, Киллиан JA, де Kruijff B (сентябрь 2001 г.). «Мембранные пептиды индуцируют фосфолипидный флоп: модель транслокации фосфолипидов через внутреннюю мембрану E. coli». Биохимия . 40 (35): 10500–6. DOI : 10.1021 / bi010627 + . PMID 11523991 . 
  15. ^ Сапай N, Bennett WF, Тилеман DP (сентябрь 2010). «Молекулярное моделирование липидного триггера в присутствии модельных трансмембранных спиралей». Биохимия . 49 (35): 7665–73. DOI : 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 домена анионита полосы 3 эритроцитов человека» (PDF) . Наука . 350 (6261): 680–4. Bibcode : 2015Sci ... 350..680A . DOI : 10.1126 / science.aaa4335 . PMID 26542571 . S2CID 5331647 .   
  17. ^ Romero MF, бор WF (1999-01-01). «Электрогенные котранспортеры Na + / HCO3-: клонирование и физиология». Ежегодный обзор физиологии . 61 : 699–723. DOI : 10.1146 / annurev.physiol.61.1.699 . PMID 10099707 . 
  18. ^ Татищев S, Абуладзе N, Пушкин A, Ньюман D, Лю В., Недели D и др. (Январь 2003 г.). «Идентификация топографии мембраны электрогенного котранспортера бикарбоната натрия pNBC1 с помощью транскрипции / трансляции in vitro». Биохимия . 42 (3): 755–65. DOI : 10.1021 / bi026826q . PMID 12534288 . 
  19. Перейти ↑ Chen LM, Liu Y, Boron WF (февраль 2011 г.). «Роль внеклеточной петли в определении стехиометрии Na + -HCO 3 - котранспортеров» . Журнал физиологии . 589 (Pt 4): 877–90. DOI : 10.1113 / jphysiol.2010.198713 . PMC 3060367 . PMID 21224233 .  
  20. ^ Ван CZ, Яны Н, Нагашимо К, Сеен S (ноябрь 2000 года). «Управляемый Na + обменник Cl- / HCO3-. Клонирование, распределение в тканях и функциональная характеристика» . Журнал биологической химии . 275 (45): 35486–90. DOI : 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 : 2002Natur.420..337T . DOI : 10,1038 / природа01139 . PMID 12447444 . S2CID 4418856 .  
  22. Перейти ↑ Reid R (декабрь 2007 г.). «Идентификация генов переносчиков бора, которые, вероятно, ответственны за толерантность к токсичности бора в пшенице и ячмене» . Физиология растений и клеток . 48 (12): 1673–8. DOI : 10.1093 / PCP / pcm159 . PMID 18003669 . 
Эта статья включает текст из общественного достояния Pfam и InterPro : IPR011531