Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Основной внутренний белок
PDB 1fx8 EBI.jpg
Структура глицерин-проводящего канала. [1]
Идентификаторы
СимволMIP
PfamPF00230
ИнтерПроIPR000425
PROSITEPDOC00193
SCOP21fx8 / SCOPe / SUPFAM
TCDB1.A.8
OPM суперсемейство7
Белок OPM1z98
CDDcd00333
Доступные белковые структуры:
Pfam  структуры / ECOD  
PDBRCSB PDB ; PDBe ; PDBj
PDBsumкраткое изложение структуры

Основные внутренние белки включают большое суперсемейство трансмембранных белковых каналов, которые сгруппированы вместе на основе гомологии. Суперсемейство MIP включает три подсемейства: аквапорины, акваглицеропорины и S-аквапорины. [2]

  1. В аквапориных (AQPs) являются водой избирательно.
  2. В aquaglyceroporins проницаемы для воды, но и других мелких незаряженных молекул , таких как глицерин.
  3. Третье подсемейство с небольшими консервативными аминокислотными последовательностями вокруг блоков NPA включает « супераквапорины » (S-аквапорины).

Опубликована филогения каналов семейства MIP насекомых. [3] [4] [5]

Семьи [ править ]

Есть два семейства, которые принадлежат к суперсемейству MIP .

Основное семейство внутренних белков (TC # 1.A.8) [ править ]

Семейство MIP большое и разнообразное, оно включает тысячи членов, которые образуют трансмембранные каналы. Эти белки каналов функционируют в транспортировке воды, небольших углеводов (например, глицерина ), мочевины , NH 3 , CO 2 , H 2 O 2 и ионов с помощью энергонезависимых механизмов. Например, глицериновый канал FPS1p Saccharomyces cerevisiae опосредует поглощение арсенита и антимонита. [6]Ионная проницаемость, по-видимому, происходит по пути, отличному от того, который используется для транспорта вода / глицерин, и может включать канал на границе раздела 4 субъединиц, а не каналы, проходящие через субъединицы. [7] Члены семейства MIP повсеместно обнаруживаются у бактерий, архей и эукариот. Филогенетическая кластеризация белков в первую очередь основана на типах организмов происхождения, но один или несколько кластеров наблюдаются для каждого филогенетического царства (растения, животные, дрожжи, бактерии и археи). [8]У высших растений MIP подразделяются на пять подсемейств, включая плазматические мембраны (PIP), тонопласты (TIP), NOD26-подобные (NIP), небольшие базовые (SIP) и неклассифицированные внутренние белки X (XIP). Один из кластеров растений включает только белки тонопластов (TIP), а другой - белки плазматической мембраны (PIP). [9]

Основной внутренний белок [ править ]

Основной внутренний белок (MIP) хрусталика глаза человека (Aqp0), в честь которого было названо семейство MIP, составляет около 60% белка в клетке хрусталика. В нативной форме это аквапорин (AQP), но во время развития хрусталика он протеолитически укорачивается. Канал, в котором обычно находится 6-9 молекул воды, сужается, поэтому остаются только три, и они оказываются в замкнутой конформации. [10] [11] Эти усеченные тетрамеры образуют межклеточные адгезивные соединения (голова к голове), давая кристаллический массив, который опосредует формирование линзы с плотно упакованными клетками, необходимыми для образования прозрачной линзы. [12] Липиды кристаллизуются вместе с белком. [13] Активность ионных каналов была показана для аквапоринов 0,1 , 6, Drosophila 'Big Brain' (bib) [14] и растение Nodulin-26. [15] Роль аквапоринов в развитии рака у человека была рассмотрена, как и пути их сворачивания. [16] [17] AQP могут действовать как трансмембранные осмосенсоры в эритроцитах, секреторных гранулах и микроорганизмах. [18] Были рассмотрены белки суперсемейства MIP и варианты их фильтров селективности. [19]

Аквапорин [ править ]

Известные в настоящее время аквапорины образуют слабые кластеры вместе, как и известные глицериновые посредники. [20] Считается, что белки семейства MIP образуют водные поры, которые избирательно обеспечивают пассивный транспорт своего растворенного вещества (веществ) через мембрану с минимальным видимым распознаванием. Аквапорины избирательно переносят глицерин, а также воду, в то время как глицерин-фасилитаторы избирательно переносят глицерин, но не воду. Некоторые аквапорины могут переносить NH 3 и CO 2 . Глицерин-фасилитаторы действуют как неспецифические каналы растворенных веществ и могут транспортировать глицерин, дигидроксиацетон, пропандиол, мочевину и другие небольшие нейтральные молекулы в физиологически важных процессах. Некоторые члены семейства, включая дрожжевой белок Fps1 ( TC # 1.A.8.5.1) и табак NtTIPa ( TC # 1.A.8.10.2 ) могут переносить как воду, так и мелкие растворенные вещества. [20]

Примеры [ править ]

Список из почти 100 классифицированных в настоящее время членов семейства MIP можно найти в базе данных классификации транспортеров . Некоторые из каналов семейства MIP включают:

  • Главный внутренний белок млекопитающих (MIP). MIP является основным компонентом щелевых переходов линзового волокна.
  • Млекопитающие аквапорины . [20] ( InterPro :  IPR012269 ) Эти белки образуют специфичные для воды каналы, которые обеспечивают плазматические мембраны эритроцитов, а также проксимальные и собирающие канальцы почек с высокой проницаемостью для воды, тем самым позволяя воде двигаться в направлении осмотического градиента. .
  • Нодулин-26 сои, основной компонент перибактероидной мембраны, индуцируемый во время клубеньков в корнях бобовых после инфицирования Rhizobium .
  • Внутренние белки тонопластов растений (TIP). Существуют различные изоформы TIP: альфа (семя), гамма, Rt (корень) и Wsi (вызванный водным стрессом). Эти белки могут способствовать диффузии воды, аминокислот и / или пептидов из внутренней части тонопласта в цитоплазму.
  • Бактериальный белок-фасилитатор глицерина (ген glpF), который облегчает неспецифическое перемещение глицерина через цитоплазматическую мембрану. [21]
  • Фасилитатор диффузии пропандиола Salmonella typhimurium (ген pduF).
  • Дрожжевой FPS1, белок, способствующий захвату / оттоку глицерина.
  • Нейрогенный белок дрозофилы «большой мозг» (нагрудник). Этот белок может опосредовать межклеточную коммуникацию; он может функционировать, позволяя транспортировать определенные молекулы и тем самым посылая сигнал экзодермальной клетке, чтобы стать эпидермобластом вместо нейробласта.
  • Дрожжевой гипотетический белок YFL054c.
  • Гипотетический белок из области pepX Lactococcus lactis .

Структура [ править ]

Каналы семейства MIP состоят из гомотетрамеров (например, GlpF E. coli ; TC № 1.A.8.1.1 , AqpZ E. coli ; TC № 1.A.8.3.1 и MIP или Aqp0 Bos taurus ; TC № 1.A.8.8.1 ). Каждая субъединица охватывает мембрану шесть раз в виде предполагаемых α-спиралей. Считается, что 6 доменов TMS возникли из генетического элемента, кодирующего три ключа, в результате тандемного события внутригенной дупликации. Таким образом, две половины белков имеют противоположную ориентацию в мембране. Хорошо консервативная область между ТМС 2 и 3 и ТМС 5 и 6 погружается в мембрану, каждая петля образует половину ТМС. [22] [23]Общим аминоацильным мотивом в этих переносчиках является мотив аспарагин-пролин-аланин (NPA). Аквапорины обычно имеют мотив NPA в обеих половинах, глицериновые фасилитаторы обычно имеют мотив NPA в первой части и мотив DPA во второй половине, а супераквапорины имеют плохо консервативные мотивы NPA в обеих половинах. [2]

Фасилитатор поглощения глицерина [ править ]

Кристаллическая структура глицеринового фасилитатора E. coli ( TC # 1.A.8.1.1 ) была решена с разрешением 2,2 Å ( PDB : 1FX8 ). [24] Молекулы глицерина образуют единый файл в канале и проходят через фильтр с узкой селективностью. Два консервативных мотива DPA в петлях между TMS 2 и 3 и TMS 5 и 6 образуют интерфейс между двумя дублированными половинами каждой субъединицы. Таким образом, каждая половина белка образует 3,5 ТМС, окружающих канал. Структура объясняет, почему GlpF избирательно проницаем для углеводов с прямой цепью и почему вода и ионы в значительной степени исключены. Аквапорин-1 (AQP1) и бактериальный глицерин-фасилитатор GlpF могут переносить O 2 , CO 2., NH 3 , глицерин, мочевина и вода в различной степени. Для небольших растворенных веществ, проходящих через AQP1, существует антикорреляция между проницаемостью и гидрофобностью растворенных веществ. [25] Таким образом, AQP1 является селективным фильтром для небольших полярных растворенных веществ, тогда как GlpF очень проницаем для небольших растворенных веществ и менее проницаем для более крупных растворенных веществ.

Аквапорин-1 [ править ]

Аквапорин-1 (Aqp1) из эритроцитов человека был определен с помощью электронной кристаллографии с разрешением 3,8 Å ( PDB : 1FQY ). [26] Водный путь выстлан консервативными гидрофобными остатками, которые обеспечивают быстрый перенос воды. Селективность по отношению к воде обусловлена ​​сужением внутреннего диаметра пор примерно до 3 Å по длине одного остатка, что внешне аналогично таковому в глицериновом фасилитаторе E. coli. Несколько других недавно разрешенных кристаллических структур доступны в RCSB, включая, но не ограничиваясь: PDB : 4CSK , 1H6I , 1IH5 .

Аквапорин-З [ править ]

AqpZ, гомотетрамер (tAqpZ) четырех водопроводящих каналов, которые способствуют быстрому перемещению воды через плазматическую мембрану E. coli , был разрешен с разрешением 3,2 Å ( PDB : 2ABM). Все выстилающие каналы остатки в четырех мономерных каналах ориентированы почти в идентичных положениях, за исключением самого узкого сужения канала, где боковая цепь консервативного Arg-189 принимает две различные ориентации. В одном из четырех мономеров гуанидиногруппа Arg-189 указывает на периплазматический вестибюль, открывая сужение для связывания молекулы воды через тридентатную Н-связь. В трех других мономерах гуанидиногруппа Arg-189 изгибается, образуя Н-связь с карбонильным кислородом Thr-183, перекрывающим канал. Следовательно, структура tAqpZ имеет две различные конформации Arg-189, которые обеспечивают проникновение воды через канал. Чередование двух конформаций Arg-189 нарушает непрерывный поток воды, таким образом регулируя вероятность открытия водной поры. Способствовать,разница в смещениях Arg-189 коррелирует с сильной электронной плотностью, обнаруженной между первыми трансмембранными спиралями двух открытых каналов, подтверждая, что наблюдаемые конформации Arg-189 стабилизируются за счет асимметричных взаимодействий субъединиц в tAqpZ.[27] Другие разрешенные кристаллические структуры для AqpZ включают: PDB : 3NK5 , 3NKC , 1RC2 .

PIP1 и PIP2 [ править ]

Трехмерные структуры открытых и закрытых форм растительных аквапоринов, PIP1 и PIP2, были решены ( PDB : 4JC6 ). В закрытой конформации петля D закрывает канал от цитоплазмы и тем самым закупоривает пору. В открытой конформации петля D смещена до 16 Å, и это движение открывает гидрофобные ворота, блокирующие вход в канал из цитоплазмы. Эти результаты показывают молекулярный механизм стробирования, который, по-видимому, сохраняется во всех аквапоринах плазматической мембраны растений. У растений он регулирует потребление / отвод воды в зависимости от наличия воды и pH цитоплазмы во время аноксии. [28]

Белки человека, содержащие этот домен [ править ]

AQP1 , AQP2 , AQP3 , AQP4 , аквапорин 5 , аквапорин 6 , аквапорин 7 , аквапорин 8 , аквапорин 9 , AQP10 , MIP

См. Также [ править ]

  • MIPModDB
  • MIP (ген)
  • Аквапорины
  • Интегральный мембранный белок
  • База данных классификации транспортеров
  • Белковое суперсемейство
  • Семейство белков

Ссылки [ править ]

  1. ^ Fu D, Libson A, Miercke LJ и др. (Октябрь 2000 г.). «Структура глицеринпроводящего канала и основы его селективности». Наука . 290 (5491): 481–6. Bibcode : 2000Sci ... 290..481F . DOI : 10.1126 / science.290.5491.481 . PMID  11039922 .
  2. ^ а б Бенга, Георге (2012-12-01). «Об определении, номенклатуре и классификации белков водных каналов (аквапоринов и родственных им)». Молекулярные аспекты медицины . 33 (5–6): 514–517. DOI : 10.1016 / j.mam.2012.04.003 . ISSN 1872-9452 . PMID 22542572 .  
  3. ^ Reizer Дж, Reizer А, Saier младший МН (1993). «Семейство интегральных белков мембранных каналов MIP: сравнение последовательностей, эволюционные отношения, реконструированный путь эволюции и предполагаемая функциональная дифференциация двух повторяющихся половин белков». Крит. Rev. Biochem. Мол. Биол . 28 (3): 235–257. DOI : 10.3109 / 10409239309086796 . PMID 8325040 . 
  4. ^ Пао Г. М., Джонсон КД, Криспилс МДж, сладкий G, сандал Н.Н., В Л.Ф., Saier младшего МН, Hofte Н (1991). «Эволюция семейства интегральных мембранных транспортных белков MIP». Мол. Microbiol . 5 (1): 33–37. DOI : 10.1111 / j.1365-2958.1991.tb01823.x . PMID 2014003 . S2CID 8963595 .  
  5. ^ Финн, Родерик Найджел; Шовинье, Франсуа; Ставанг, Джон Андерс; Беллес, Ксавье; Серда, Жоан (01.01.2015). «Переносчики глицерина у насекомых эволюционировали путем функциональной кооптации и замены генов» . Nature Communications . 6 : 7814. Bibcode : 2015NatCo ... 6.7814F . DOI : 10.1038 / ncomms8814 . ISSN 2041-1723 . PMC 4518291 . PMID 26183829 .   
  6. ^ Высоцкий, R .; Chéry, CC; Wawrzycka, D .; Van Hulle, M .; Cornelis, R .; Thevelein, JM; Тамаш, MJ (2001-06-01). «Глицериновый канал Fps1p опосредует поглощение арсенита и антимонита в Saccharomyces cerevisiae» . Молекулярная микробиология . 40 (6): 1391–1401. DOI : 10.1046 / j.1365-2958.2001.02485.x . ISSN 0950-382X . PMID 11442837 . S2CID 36816446 .   
  7. ^ Сапаров, С.М.; Козоно, Д .; Rothe, U .; Agre, P .; Поль П. (24 августа 2001 г.). «Проникновение воды и ионов аквапорина-1 в плоские липидные бислои. Основные различия в структурных детерминантах и ​​стехиометрии» . Журнал биологической химии . 276 (34): 31515–31520. DOI : 10.1074 / jbc.M104267200 . ISSN 0021-9258 . PMID 11410596 .  
  8. ^ Парк, JH; Сайер, М. Х. младший (октябрь 1996 г.). «Филогенетическая характеристика семейства MIP белков трансмембранного канала». Журнал мембранной биологии . 153 (3): 171–180. DOI : 10.1007 / s002329900120 . PMID 8849412 . S2CID 1559932 .  
  9. ^ Мартинс, Кристина де Паула Сантос; Педроса, Андреса Мунис; Ду, Дунлянь; Гонсалвеш, Луана Перейра; Ю, Цибинь; Гмиттер, Фредерик Г .; Коста, Марсио Жилберто Кардозу (01.01.2015). «Полногеномная характеристика и анализ экспрессии основных внутренних белков во время абиотических и биотических стрессов в сладком апельсине (Citrus sinensis L. Osb.)» . PLOS ONE . 10 (9): e0138786. Bibcode : 2015PLoSO..1038786D . DOI : 10.1371 / journal.pone.0138786 . ISSN 1932-6203 . PMC 4580632 . PMID 26397813 .   
  10. ^ Гонен, Тамир; Чэн, Ифань; Кистлер, Йорг; Вальц, Томас (2004-09-24). «Мембранные переходы аквапорина-0 образуются при протеолитическом расщеплении». Журнал молекулярной биологии . 342 (4): 1337–1345. CiteSeerX 10.1.1.389.4773 . DOI : 10.1016 / j.jmb.2004.07.076 . ISSN 0022-2836 . PMID 15351655 .   
  11. ^ Гонен, Тамир; Слиз, Петр; Кистлер, Йорг; Чэн, Ифань; Вальц, Томас (2004-05-13). «Мембранные стыки Аквапорин-0 раскрывают структуру закрытой водной поры». Природа . 429 (6988): 193–197. Bibcode : 2004Natur.429..193G . DOI : 10,1038 / природа02503 . ISSN 1476-4687 . PMID 15141214 . S2CID 4351205 .   
  12. ^ Гонен, Тамир; Вальц, Томас (01.11.2006). «Строение аквапоринов». Ежеквартальные обзоры биофизики . 39 (4): 361–396. DOI : 10.1017 / S0033583506004458 . ISSN 0033-5835 . PMID 17156589 .  
  13. ^ Гонен, Тамир; Чэн, Ифань; Слиз, Петр; Хироаки, Йоко; Фудзиёси, Ёсинори; Харрисон, Стивен С.; Вальц, Томас (2005-12-01). «Липидно-белковые взаимодействия в двухслойных двумерных кристаллах AQP0» . Природа . 438 (7068): 633–638. Bibcode : 2005Natur.438..633G . DOI : 10,1038 / природа04321 . ISSN 1476-4687 . PMC 1350984 . PMID 16319884 .   
  14. ^ Rao, Y .; Bodmer, R .; Jan, LY; Ян, Ю.Н. (1992-09-01). «Ген большого мозга дрозофилы контролирует количество нейрональных предшественников в периферической нервной системе». Развитие . 116 (1): 31–40. ISSN 0950-1991 . PMID 1483394 .  
  15. ^ Йул, Андреа Дж .; Кэмпбелл, Юэн М. (2012-12-01). «Структура, функция и трансляционная значимость двойных водных и ионных каналов аквапоринов» . Молекулярные аспекты медицины . 33 (5–6): 553–561. DOI : 10.1016 / j.mam.2012.02.001 . ISSN 1872-9452 . PMC 3419283 . PMID 22342689 .   
  16. ^ Парик, Гаутам; Кришнамурти, Вивеканандхан; Д'Сильва, Патрик (01.12.2013). «Молекулярное понимание, раскрывающее взаимодействие Tim23 и субъединиц канала presequence translocase» . Молекулярная и клеточная биология . 33 (23): 4641–4659. DOI : 10.1128 / MCB.00876-13 . ISSN 1098-5549 . PMC 3838011 . PMID 24061477 .   
  17. ^ Кляйн, Норин; Нойман, Дженнифер; О'Нил, Джо Д.; Шнайдер, Дирк (01.02.2015). «Сворачивание и стабильность акваглицеропорина GlpF: последствия для аква (глицеро) пориновых заболеваний человека» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биомембраны . 1848 (2): 622–633. DOI : 10.1016 / j.bbamem.2014.11.015 . ISSN 0006-3002 . PMID 25462169 .  
  18. ^ Хилл, AE; Шахар-Хилл Ю. (01.08.2015). «Аквапорины - недостающие трансмембранные осмосенсоры?». Журнал мембранной биологии . 248 (4): 753–765. DOI : 10.1007 / s00232-015-9790-0 . ISSN 1432-1424 . PMID 25791748 . S2CID 563249 .   
  19. ^ Верма, Рави Кумар; Гупта, Анджали Бансал; Шанкарарамакришнан, Рамасуббу (01.01.2015). Основное суперсемейство внутренних белков: каналы с уникальными структурными особенностями и разнообразными фильтрами селективности . Методы в энзимологии . 557 . С. 485–520. DOI : 10.1016 / bs.mie.2014.12.006 . ISBN 9780128021835. ISSN  1557-7988 . PMID  25950979 .
  20. ^ a b c Chrispeels MJ, Agre P (1994). «Аквапорины: белки водных каналов растительных и животных клеток». Trends Biochem. Sci . 19 (10): 421–425. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (94) 90091-4 . PMID 7529436 . 
  21. ^ Heller, KB; Lin, EC; Уилсон, TH (1980-10-01). «Субстратная специфичность и транспортные свойства глицеринового посредника Escherichia coli» . Журнал бактериологии . 144 (1): 274–278. DOI : 10.1128 / JB.144.1.274-278.1980 . ISSN 0021-9193 . PMC 294637 . PMID 6998951 .   
  22. ^ Wistow GJ, Пизано М.М., Chepelinsky AB (1991). «Тандемная последовательность повторяется в белках трансмембранного канала». Trends Biochem. Sci . 16 (5): 170–171. DOI : 10.1016 / 0968-0004 (91) 90065-4 . PMID 1715617 . 
  23. ^ Beese-Симс, Сара E .; Ли, Чонмин; Левин, Дэвид Э. (01.12.2011). «Глицерин-фасилитатор дрожжей Fps1 действует как гомотетрамер» . Дрожжи . 28 (12): 815–819. DOI : 10.1002 / yea.1908 . ISSN 1097-0061 . PMC 3230664 . PMID 22030956 .   
  24. ^ Fu, D .; Libson, A .; Miercke, LJ; Weitzman, C .; Nollert, P .; Krucinski, J .; Страуд, РМ (2000-10-20). «Структура глицеринпроводящего канала и основы его селективности». Наука . 290 (5491): 481–486. Bibcode : 2000Sci ... 290..481F . DOI : 10.1126 / science.290.5491.481 . ISSN 0036-8075 . PMID 11039922 .  
  25. ^ Hub, Jochen S .; де Гроот, Берт Л. (29 января 2008 г.). «Механизм селективности в аквапоринах и акваглицеропоринах» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (4): 1198–1203. Bibcode : 2008PNAS..105.1198H . DOI : 10.1073 / pnas.0707662104 . ISSN 1091-6490 . PMC 2234115 . PMID 18202181 .   
  26. ^ Мурата, К .; Mitsuoka, K .; Hirai, T .; Walz, T .; Agre, P .; Heymann, JB; Энгель, А .; Фудзиёси, Ю. (2000-10-05). «Структурные детерминанты проникновения воды через аквапорин-1». Природа . 407 (6804): 599–605. Bibcode : 2000Natur.407..599M . DOI : 10.1038 / 35036519 . ISSN 0028-0836 . PMID 11034202 . S2CID 4402613 .   
  27. ^ Цзян, Цзяньшэн; Дэниелс, Бренда В .; Фу, Дакс (2006-01-06). «Кристаллическая структура тетрамера AqpZ выявляет две различные конформации Arg-189, связанные с проникновением воды через самое узкое сужение водопроводящего канала» . Журнал биологической химии . 281 (1): 454–460. DOI : 10.1074 / jbc.M508926200 . ISSN 0021-9258 . PMID 16239219 .  
  28. ^ Törnroth-Хорсфилд, Сусанна; Ван, Йи; Хедфальк, Кристина; Йохансон, Урбан; Карлссон, Мария; Тайхоршид, Эмад; Neutze, Ричард; Кьеллбом, Пер (09.02.2006). «Структурный механизм аквапоринации растений». Природа . 439 (7077): 688–694. Bibcode : 2006Natur.439..688T . DOI : 10,1038 / природа04316 . ISSN 1476-4687 . PMID 16340961 . S2CID 4365486 .