Фасилитаторы диффузии катионов (CDF) представляют собой трансмембранные белки, которые обеспечивают устойчивость клеток к ионам двухвалентных металлов, таких как кадмий, цинк и кобальт . Эти белки считаются эффлюксными насосами, которые удаляют эти ионы двухвалентных металлов из клеток . [1] [2] Однако некоторые члены суперсемейства CDF участвуют в захвате ионов. [3] Все члены семейства CDF обладают шестью предполагаемыми трансмембранными гаечными ключами с самой сильной консервацией среди четырех N-концевых гаечных ключей. [4] Суперсемейство фасилитатора диффузии катионов (CDF) включает следующие семейства: [4][5]
- 1.A.52 - Са 2+ релиз активированные Ca 2+ (КРАУМ) канала (КРАУМ-C) Семейный
- 2.A.4 - Семейство посредников диффузии катионов (CDF)
- 2.A.19 - Семейство Ca 2+ : антипортер катионов (CaCA)
- 2.A.103 - Семейство экспортеров бактериальных прекурсоров муреина (MPE)
Cation_efflux | ||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Идентификаторы | ||||||||
Символ | Cation_efflux | |||||||
Pfam | PF01545 | |||||||
Клан пфам | CL0184 | |||||||
ИнтерПро | IPR002524 | |||||||
TCDB | 2.A.4 | |||||||
OPM суперсемейство | 183 | |||||||
Белок OPM | 3ч90 | |||||||
|
Семейство посредников диффузии катионов (CDF)
Семейство CDF (TC # 2.A.4 ) - это повсеместное семейство, члены которого встречаются у бактерий, архей и эукариот. [4] Они переносят ионы тяжелых металлов, таких как кадмий , цинк , кобальт , никель , медь и ионы ртути. Существует 9 паралогов млекопитающих, ZnT1-8 и 10. [6] Большинство белков этого семейства имеют шесть трансмембранных спиралей, но MSC2 S. cerevisiae ) и Znt5 и hZTL1 H. sapiens имеют 15 и 12 предсказанных TMS соответственно. [7] Эти белки демонстрируют необычную степень дивергенции последовательностей и вариаций размера (300-750 остатков). Белки эукариот обнаруживают различия в клеточной локализации. Некоторые катализируют захват тяжелых металлов из цитоплазмы различными внутриклеточными эукариотическими органеллами (ZnT2-7), тогда как другие (ZnT1) катализируют отток из цитоплазмы через плазматическую мембрану во внеклеточную среду. Таким образом, некоторые из них находятся в плазматических мембранах, а другие - в органеллярных мембранах, таких как вакуоли растений и дрожжей, а также гольджи животных. [8] [9] [10] Они катализируют катион: протонный антипорт, имеют один важный сайт связывания цинка в трансмембранных доменах каждого мономера в димере и имеют биядерный сайт связывания цинка в цитоплазматическом C- Конечный регион. [11] Репрезентативный список белков, принадлежащих к семейству CDF, можно найти в базе данных классификации транспортеров .
Филогения
Прокариотические и эукариотические белки группируются отдельно, но могут функционировать с одинаковой полярностью с помощью аналогичных механизмов. Эти белки являются вторичными переносчиками, которые используют движущую силу протона (pmf) и действуют посредством H + -антипорта (для оттока металла). Один член, CzcD из Bacillus subtilis ( TC # 2.A.4.1.3 ) , как было показано, обменивает двухвалентный катион (Zn 2+ или Cd 2+ ) на два одновалентных катиона (K + и H + ) в электронейтральном процесс активизируется трансмембранным градиентом pH. [12] Другой, ZitB E. coli ( TC № 2.A.4.1.4 ), был восстановлен в протеолипосомах и изучен кинетически. [13] По-видимому, он функционирует посредством простого Me 2+ : H + -антипорта со стехиометрией 1: 1.
Montanini et al. (2007) провели филогенетический анализ членов семейства CDF. Их анализ выявил три основные и две второстепенные филогенетические группы. Они предполагают, что три основные группы разделились в соответствии со специфичностью ионов металлов: [14]
- Mn 2+
- Fe 2+ и Zn 2+, а также ионы других металлов
- Zn 2+ плюс другие металлы, но не железо.
Состав
Рентгеновская структура YiiP E. coli представляет собой гомодимер. [15] [16]
Coudray et al. (2013) использовали криоэлектронную микроскопию для определения структуры с разрешением 13 Å гомолога YiiP из Shewanella oneidensis внутри липидного бислоя в отсутствие Zn 2+ . Начиная с рентгеновской структуры в присутствии Zn 2+ , они использовали молекулярную динамическую гибкую подгонку для построения модели. Сравнение структур подтвердило конформационное изменение, которое включает поворот трансмембранного, четырехспирального пучка (M1, M2, M4 и M5) относительно пары спиралей M3-M6. Хотя доступность транспортных сайтов в рентгеновской модели указывает на то, что она представляет собой обращенное вовне состояние, их модель согласуется с обращенным вовнутрь состоянием, предполагая, что конформационные изменения имеют отношение к альтернативному механизму доступа для транспорта. Они предположили, что димер может координировать перестройку трансмембранных спиралей. [17]
Участвуя в толерантности к металлам / устойчивости за счет оттока, большинство белков CDF имеют двухмодульную архитектуру, состоящую из трансмембранного домена (TMD) и C-концевого домена (CTD), который выступает в цитоплазму. Переносчик CDF Zn 2+ и Cd 2+ из морской бактерии Maricaulis maris, не обладающий CTD, является членом нового, лишенного CTD подсемейства CDF.
Транспортная реакция
Общая транспортная реакция для членов семьи CDF:
Me 2+ ( вход ) H + (выход) ± K + (выход) → Me 2+ (выход) H + (вход) ± K + (вход).
Смотрите также
- Интегральный мембранный белок
- Ионный канал
- База данных классификации транспортеров
- Белковое суперсемейство
- Семейство белков
Рекомендации
- ↑ Xiong A, Jayaswal RK (август 1998 г.). «Молекулярная характеристика хромосомного детерминанта, придающего устойчивость к ионам цинка и кобальта у Staphylococcus aureus» . J. Bacteriol . 180 (16): 4024–9. DOI : 10.1128 / JB.180.16.4024-4029.1998 . PMC 107394 . PMID 9696746 .
- ^ Кунито Т., Кусано Т., Ояйдзу Х., Сено К., Канадзава С., Мацумото С. (апрель 1996 г.). «Клонирование и анализ последовательности генов czc в штамме CT14 Alcaligenes sp.» . Biosci. Biotechnol. Биохим . 60 (4): 699–704. DOI : 10.1271 / bbb.60.699 . PMID 8829543 .
- ^ Конклин Д.С., Макмастер Дж. А., Калбертсон М. Р., Кунг С. (сентябрь 1992 г.). «COT1, ген, участвующий в накоплении кобальта в Saccharomyces cerevisiae» . Мол. Клетка. Биол . 12 (9): 3678–88. DOI : 10.1128 / mcb.12.9.3678 . PMC 360222 . PMID 1508175 .
- ^ а б в Полсон, ИТ; Сайер, М. Х. младший (1997). «Новое семейство повсеместно распространенных белков транспорта ионов тяжелых металлов». Журнал мембранной биологии . 156 (2): 99–103. DOI : 10.1007 / s002329900192 . PMID 9075641 . S2CID 23203104 .
- ^ Saier, MH Jr. "Суперсемейство посредников диффузии катионов (CDF)" . База данных классификации транспортеров .
- ^ Казинс, Роберт Дж .; Liuzzi, Juan P .; Лихтен, Луис А. (25 августа 2006 г.). «Транспортировка цинка млекопитающими, незаконный оборот и сигналы» . Журнал биологической химии . 281 (34): 24085–24089. DOI : 10.1074 / jbc.R600011200 . ISSN 0021-9258 . PMID 16793761 .
- ^ Крэгг, Рут А .; Кристи, Грэм Р .; Phillips, Siôn R .; Русси, Рэйчел М .; Кюри, Себастьян; Mathers, John C .; Тейлор, Питер М .; Форд, Дайан (21.06.2002). «Новый регулируемый цинком переносчик цинка человека, hZTL1, локализован на апикальной мембране энтероцитов» . Журнал биологической химии . 277 (25): 22789–22797. DOI : 10.1074 / jbc.M200577200 . ISSN 0021-9258 . PMID 11937503 .
- ^ Чао, Ян; Фу, Дакс (2004-04-23). «Термодинамические исследования механизма связывания металлов с транспортером цинка Escherichia coli YiiP» . Журнал биологической химии . 279 (17): 17173–17180. DOI : 10.1074 / jbc.M400208200 . ISSN 0021-9258 . PMID 14960568 .
- ^ Хейни, Кристофер Дж .; Трава, Грегор; Франке, Сильвия; Ренсинг, Кристофер (2005-06-01). «Новые разработки в понимании семейства катионов посредника диффузии». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 32 (6): 215–226. DOI : 10.1007 / s10295-005-0224-3 . ISSN 1367-5435 . PMID 15889311 . S2CID 8214762 .
- ^ MacDiarmid, Colin W .; Миланик, Марк А .; Эйде, Дэвид Дж. (25 апреля 2003 г.). «Индукция гена устойчивости к металлу ZRC1 в дрожжах с ограниченным содержанием цинка придает устойчивость к цинковому шоку» . Журнал биологической химии . 278 (17): 15065–15072. DOI : 10.1074 / jbc.M300568200 . ISSN 0021-9258 . PMID 12556516 .
- ^ Камбе, Тайхо (01.01.2012). «Молекулярная архитектура и функции транспортеров ZnT» (PDF) . Актуальные темы в мембранах . 69 : 199–220. DOI : 10.1016 / B978-0-12-394390-3.00008-2 . hdl : 2433/160391 . ISBN 9780123943903. ISSN 1063-5823 . PMID 23046652 .
- ^ Guffanti, Arthur A .; Вэй, Йи; Rood, Sacha V .; Крулвич, Терри А. (01.07.2002). «Антипортовый механизм для члена семейства катализаторов диффузии катионов: отток двухвалентных катионов в обмен на K + и H +» . Молекулярная микробиология . 45 (1): 145–153. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2002.02998.x . ISSN 0950-382X . PMID 12100555 . S2CID 28579708 .
- ^ Чао, Ян; Фу, Дакс (2004-03-26). «Кинетическое исследование механизма антипорта цинкового транспортера Escherichia coli, ZitB» . Журнал биологической химии . 279 (13): 12043–12050. DOI : 10.1074 / jbc.M313510200 . ISSN 0021-9258 . PMID 14715669 .
- ^ Монтанини, Барбара; Блаудес, Дэмиен; Джеандроз, Сильвен; Сандерс, Дейл; Шало, Мишель (01.01.2007). «Филогенетический и функциональный анализ семейства Cation Diffusion Facilitator (CDF): улучшенная сигнатура и предсказание специфичности субстрата» . BMC Genomics . 8 : 107. DOI : 10.1186 / 1471-2164-8-107 . ISSN 1471-2164 . PMC 1868760 . PMID 17448255 .
- ^ Вэй, Инань; Ли, Хуэйлинь; Фу, Дакс (17 сентября 2004 г.). «Олигомерное состояние переносчика металлов Escherichia coli YiiP» . Журнал биологической химии . 279 (38): 39251–39259. DOI : 10.1074 / jbc.M407044200 . ISSN 0021-9258 . PMID 15258151 .
- ^ Лу, Мин; Фу, Дакс (21 сентября 2007 г.). «Строение транспортера цинка YiiP» . Наука . 317 (5845): 1746–1748. Bibcode : 2007Sci ... 317.1746L . DOI : 10.1126 / science.1143748 . ISSN 1095-9203 . PMID 17717154 . S2CID 20136118 .
- ^ Кудре, Николас; Вальво, Сальваторе; Ху, Минхуэй; Ласала, Ральф; Ким, Чанки; Винк, Мартин; Чжоу, Мин; Проваси, Давиде; Филизола, Марта (05.02.2013). «Обращенная внутрь конформация транспортера цинка YiiP, обнаруженная с помощью криоэлектронной микроскопии» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (6): 2140–2145. Bibcode : 2013PNAS..110.2140C . DOI : 10.1073 / pnas.1215455110 . ISSN 1091-6490 . PMC 3568326 . PMID 23341604 .