P -típusú ATPáz - P-type ATPase

Kalcium-ATPáz , E2-Pi állapot
Azonosítók
Szimbólum	E1-E2_ATPase
Pfam	PF00122
InterPro	IPR008250
PROSITE	PDOC00139
SCOP2	1su4 / SCOPe / SUPFAM
TCDB	3.A.3
OPM szupercsalád	22
OPM fehérje	3b9b
Membranóm	224
Elérhető fehérje szerkezetek: Pfam   struktúrák / ECOD   EKT RCSB PDB ; PDBe ; PDBj EKT -összeg szerkezet összefoglaló

A P -típusú ATPázok , más néven E ₁ -E ₂ ATPázok , az evolúcióval rokon ion- és lipidpumpák nagy csoportja , amelyek baktériumokban , archeákban és eukariótákban találhatók . A P-típusú ATPázok α-spirális köteg elsődleges transzporterek , amelyek azon a képességükön alapulnak, hogy képesek katalizálni a szivattyún belüli kulcsfontosságú konzervált aszpartátmaradék automatikus (vagy ön) foszforilációját (tehát P), és energiaforrásukat, az adenozin-trifoszfátot (ATP). Ezenkívül úgy tűnik, hogy mindegyik legalább két különböző konformáció között átalakul, amelyeket E ₁ és E ₂ jelöl . A P-típusú ATPázok a P-típusú ATPáz (P-ATPáz) szupercsaládba ( TC# 3.A.3 ) tartoznak, amely 2016 eleje óta 20 különböző fehérjecsaládot tartalmaz.

Ennek a transzporter szupercsaládnak a legtöbb tagja katalizálja a kation felvételét és/vagy kiáramlását, azonban az egyik alcsalád, a flippázok ( TC# 3.A.3.8 ) részt vesz a foszfolipidek megfordításában, hogy fenntartsák a biomembrán aszimmetrikus jellegét .

Emberben a P-típusú ATPázok alapul szolgálnak az idegimpulzusokhoz , az izmok ellazításához, a szekrécióhoz és felszívódáshoz a vesében , a tápanyagok felszívódásához a bélben és más élettani folyamatokhoz. A P -típusú ATPázok kiemelkedő példái a nátrium -kálium -szivattyú (Na ⁺ /K ⁺ -ATPáz), a proton -kálium -szivattyú (H ⁺ /K ⁺ -ATPáz), a kalciumszivattyú (Ca ²⁺ -ATPáz) és növények és gombák plazmamembrán protonpumpa (H ⁺ -ATPáz).

Általános szállítási reakció

A P-típusú ATPázok általános reakciója a következő:

nLigand ₁ (out) + mLigand ₂ (in) + ATP → nLigand ₁ (in) + mLigand ₂ (out) + ADP + P _i .

ahol a ligandum lehet fémion vagy foszfolipid molekula.

Felfedezés

Az első felfedezett P -típusú ATPáz a Na ⁺ /K ⁺ -ATPáz volt , amelyet a Nobel -díjas Jens Christian Skou 1957 -ben izolált. A Na ⁺ /K ⁺ -ATPáz csak egy nagy és még mindig növekvő fehérjecsalád első tagja volt ( lásd a Swiss-Prot Prosite PS00154 motívumot ).

Szerkezet

A P -típusú ATPázok egyetlen katalitikus alegysége 70-140 kDa. A katalitikus alegység hidrolizálja az ATP -t, tartalmazza az aszpartil -foszforilációs helyet és a szállított ligandum (ok) kötőhelyeit, és katalizálja az ionszállítást. A P-típusú ATPázok különböző alcsaládjainak további alegységekre is szükségük van a megfelelő működéshez. A katalitikus aktivitást nélkülöző további alegységek jelen vannak a P1A, P2A, P2C és P4 ATPázok ATPáz -komplexeiben. Például a Na ⁺ /K ⁺ -ATPáz katalitikus alfa alegysége két további alegységből áll, béta és gamma, amelyek részt vesznek ezen szivattyúk forgalmazásában, összecsukásában és szabályozásában. Az első kristályosított P -típusú ATPáz a SERCA1a volt , egy sarco (endo) plazmás retikulum Ca ²⁺ -ATPáz, amely gyorsan megrándult izomból származik felnőtt nyúlból . Általánosan elfogadott, hogy a SERCA1a szerkezete reprezentatív a P-típusú ATPázok szupercsaládjára.

A P-típusú ATPázok katalitikus alegysége egy citoplazmatikus szakaszból és egy transzmembrán szakaszból áll, amelyek a szállított ligandum (ok) kötőhelyeit tartalmazzák. A citoplazmatikus szakasz három citoplazmatikus doménből áll, amelyeket P, N és A doméneknek neveznek, és amelyek a fehérje tömegének több mint felét tartalmazzák.

Membrán szakasz

A transzmembrán szakasz ( M domén ) jellemzően tíz transzmembrán hélixet (M1-M10) tartalmaz, a szállított ligandum (ok) kötőhelyeivel a kettősréteg középpontja közelében. Míg a legtöbb alcsalád 10 transzmembrán spirállal rendelkezik, néhány figyelemre méltó kivétel van. A P1A ATPázok várhatóan 7, a nehézfém szivattyúk nagy alcsaládja (P1B) pedig 8 transzmembrán hélixet tartalmaz. Úgy tűnik, hogy a P5 ATPázok összesen 12 transzmembrán hélixet tartalmaznak.

Az összes P-típusú ATPáz esetében közös a 6 transzmembránon átívelő szegmens magja (más néven „transzport (T) domén”; M1-M6 a SERCA-ban), amely a transzlokált ligandum (ok) kötőhelyeit tartalmazza. A ligandum (ok) egy félcsatornán keresztül jutnak be a kötési helyre, és a membrán másik oldalán egy másik félcsatornán keresztül távoznak.

A P-típusú ATPáz között változó a transzmembránon átívelő szegmensek további száma (más néven „support (S) domain”), amely az alcsaládok között 2 és 6 között mozog. speciális funkciókkal is rendelkezik.

Foszforilációs (P) domén

A P domén a kanonikus aszparaginsavmaradékot tartalmazza (konzervált DKTGT motívumban; a „D” az aszpartát aminosav rövidítése) a reakcióciklus során. Két részből áll, amelyek egymástól széles körben elkülönülnek. Ez a két rész egy hét szálú, párhuzamos β-lappá összeáll, nyolc rövid kapcsolódó a-hélixet alkotva, Rossmann-hajtást képezve .

A hajtogatási minta és a kritikus aminosavak P-típusú ATPázokban való foszforilezési helye a halogénsav-dehalogenáz-hajtás jellemzője a halo-sav- dehalogenáz (HAD) szupercsaládra , a szekvenciahomológia alapján. A HAD szupercsalád közös témája az aszpartát -észter -képződés egy S _N 2 reakciómechanizmus révén. Ez az S _N 2 reakció egyértelműen megfigyelhető a SERCA ADP plus AlF ₄ ^- oldott szerkezetében .

Nukleotidkötő (N) domén

Az N domén beépített protein kinázként szolgál, amely a P domén foszforilezésére szolgál. Az N domén a P domén két szegmense közé van beillesztve, és egy hét szálú, párhuzamos anti-β-lemezből áll két spirálköteg között. Ez a tartomány tartalmazza az ATP-kötő zsebet, amely a P-domén közelében lévő oldószer felé mutat.

Működtető (A) tartomány

Az A domén beépített fehérje-foszfatázként szolgál, amely a foszforilált P domén defoszforilezésére szolgál. Az A domén a legkisebb a három citoplazmatikus domén közül. Torz jellyroll szerkezetből és két rövid hélixből áll. Ez az aktuátor domén, amely modulálja a transzportált ligandum (ok) elzáródását a transzmembrán kötési helyeken, és kulcsfontosságú abban, hogy az ATP hidrolíziséből származó energiát a citoplazmatikus doménekben transzponálja a transzmembrán doménben lévő kationok vektoros transzportjába. Az A domén a P -domént a reakcióciklus részeként defoszforilálja, a jellyroll egyik végén található, erősen konzervált TGES -motívum segítségével.

Szabályozó (R) domain

A P-típusú ATPáz család egyes tagjainak további szabályozó (R) doménjei vannak a szivattyúhoz olvasztva. A nehézfém P1B szivattyúknak számos N- és C-terminális nehézfém-kötő doménje lehet, amelyekről kiderült, hogy részt vesznek a szabályozásban. A P2B Ca ²⁺ ATPázok amino-terminális (növényi) vagy karboxiterminális (állatok) régióiban autoinbitory domének találhatók, amelyek kötőhelyeket tartalmaznak a kalmodulinhoz , amely Ca ²⁺ jelenlétében aktiválja a P2B ATPázokat a terminál semlegesítésével kényszer. A P3A plazmamembrán protonszivattyúk C-terminális szabályozó doménnel rendelkeznek, amely foszforiláció nélkül gátolja a pumpálást.

Gépezet

Minden P-típusú ATPáz az ATP- ből származó energiát használja fel a szállításhoz. A reakcióciklusban nagy energiájú aszpartil-foszfo-anhidrid köztiterméket képeznek, és legalább két különböző konformáció között átalakulnak, amelyeket E ₁ és E ₂ jelöl . Az E ₁ -E ₂ jelölést ered a kezdeti tanulmányok Ez az enzimcsalád tette a Na ⁺ / K ⁺ -ATPáz, ahol a nátrium-formában, és a kálium-formában nevezzük E ₁ és E ₂ , illetve a "Albers utáni séma". Az E ₁ -E ₂ séma bizonyítottan működik, de több mint két nagy konformációs állapot létezik. Az E ₁ -E ₂ jelölés kiemeli az enzim szelektivitását . Az E ₁ -ben a szivattyú nagy affinitással rendelkezik az exportált szubsztrátumhoz és alacsony affinitással az importált hordozóhoz. Az E ₂ -ben alacsony az affinitása az exportált szubsztrátumhoz, és nagy az affinitása az importált szubsztrátumhoz. Négy fő enzimállapot képezi a sarokköveket a reakcióciklusban. Számos további reakció köztitermék fordul elő egymással. Ezeket E ₁ ~ P, E ₂ P, E ₂ -P*és E ₁ /E ₂ nevezik .

Az ATP hidrolízis a citoplazmatikus fejrészben az N és P domén közötti határfelületen megy végbe. Két Mg-ionhely az aktív hely részét képezi. Az ATP hidrolízis szorosan kapcsolódik a szállított ligandum (ok) transzlokációjához a membránon keresztül, több mint 40 Å távolságra, az A domén által.

Osztályozás

Az Axelsen és Palmgren által 1998-ban végzett 159 szekvencia filogenetikai elemzése azt sugallta, hogy a P-típusú ATPázok öt alcsaládra oszthatók (típusok; P1-P5 jelölésűek), szigorúan konzervált szekvencia-kernel alapján, kivéve a nagymértékben változó N- és C-terminált régiók. Chan és mtsai. (2010) szintén elemezték a P-típusú ATPázokat minden olyan fő prokarióta fillában, amelyre vonatkozóan teljes genomszekvencia-adat állt rendelkezésre, és összehasonlították az eredményeket az eukarióta P-típusú ATPázokkal. A filogenetikai elemzés csoportosítva a fehérjék független a szervezet, amelyből azokat izoláljuk, és azt mutatta, hogy a diverzifikáció a P-típusú ATP-áz család előtt történt elválasztása eubaktériumok , archaea , és eucaryota . Ez hangsúlyozza ennek a fehérjecsaládnak a jelentőségét a sejtek túlélésében stresszes körülmények között.

P1 ATPázok

A P1 ATPázok (vagy I. típusú ATPázok) átmeneti/nehézfém ATPázokból állnak. A topológiás I. típusú (nehézfém) P típusú ATPázok dominálnak a prokariótákban (kb. Tízszeresek).

P1A ATPázok (káliumszivattyúk)

A P1A ATPázok (vagy IA típus) részt vesznek a K ⁺ importálásban ( TC# 3.A.3.7 ). Ezek atipikus P-típusú ATPázok, mert más P-típusú ATPázokkal ellentétben egy heterotetramerikus komplex ( KdpFABC ) részeként működnek , ahol a tényleges K ⁺ transzportot a komplex másik alkomponense közvetíti.

P1B ATPázok (nehézfém szivattyúk)

A P1B ATPázok (vagy IB típusú ATPázok) részt vesznek a lágy Lewis -savak szállításában : Cu ⁺ , Ag ⁺ , Cu ²⁺ , Zn ²⁺ , Cd ²⁺ , Pb ²⁺ és Co ²⁺ (TC#s 3.A .3.5 és 3.A.3.6 ). Kulcsfontosságú elemei a fémek ellenállásának és a fém homeosztázisnak az élőlények széles körében.

Az enzimek foszforilezéséhez és az azt követő szállításhoz fémkötés szükséges a transzmembrán fémkötő helyekhez (TM-MBS) Cu ⁺ -ATPázokban. A Cu ⁺ azonban szabad ( hidratált ) formában nem fér hozzá a Cu ⁺ -ATPázokhoz, hanem egy chaperone fehérjéhez kötődik . A szállítási Cu ⁺ által Archaeoglobus fulgidus Cu ⁺ -chaperone, CopZ (lásd TC # 3.A.3.5.7 ), a megfelelő Cu ⁺ -ATPáz, Cop A ( TC # 3.A.3.5.30 ), már tanult. A CopZ kölcsönhatásba lépett a fémmel és eljuttatta a fémet a CopA (MBD-k) N-terminális fémkötő doménje (i) hez. A Cu ⁺ -betöltött MBD -k, mint fémdonorok, nem tudták aktiválni a CopA -t vagy a csonka CopA -t, amelyből hiányoznak az MBD -k. Ezzel szemben a Cu ⁺ -val töltött CopZ aktiválta azokat a CopA ATPáz és CopA konstrukciókat, amelyekben az MBD -k képtelenek voltak megkötni a Cu ^{+ -ot} . Továbbá, nem fordulókörülmények között, a CopZ átvitte a Cu ⁺ -ot a CopA TM-MBS-jébe, amelyben egyáltalán nincs MBD. Így MBDs szolgálhat a szabályozó funkció nélkül, amelyek közvetlenül részt fém szállítására és a gardedám szállít Cu ⁺ közvetlenül transzmembrántranszportot helyei Cu ⁺ -ATPases. Wu és mtsai. (2008) megállapították, szerkezetének két konstrukciót a Cu (Cop) szivattyú Archaeoglobus fulgidus által cryoelectron mikroszkópos csöves kristályok, amely feltárta a teljes felépítése és a domain szervezet a molekula. Lokalizálták N-terminális MBD-jét a citoplazmatikus doméneken belül, amelyek ATP hidrolízist használnak a szállítási ciklus meghajtására, és egy pszeudoatomi modellt építettek a meglévő kristálytani struktúrák illesztésével a CopA krioelektron mikroszkópiás térképeihez. Az eredmények hasonlóképpen Cu-függő szabályozói szerepet is sugalltak az MBD számára.

Az Archaeoglobus fulgidus CopA-ban ( TC# 3.A.3.5.7 ) a 6., 7. és 8. spirál változatlan maradékai két transzmembrán fémkötő helyet (TM-MBS) képeznek. Ezek nagy affinitással kötik a Cu ^{+ -t} trigonális síkgeometriában. A citoplazmatikus Cu ⁺ chaperone CopZ közvetlenül átviszi a fémet a TM-MBS-ekbe; azonban mindkét TM-MBS betöltéséhez nukleotidok kötődnek az enzimhez. A P-típusú ATPázok klasszikus transzportmechanizmusával összhangban mindkét transzmembrán hely citoplazmatikus Cu ⁺ általi elfoglalása szükséges az enzim foszforilációjához és az ezt követő szállításhoz a periplazmatikus vagy extracelluláris környezetbe. Szállítás vizsgálatok kimutatták, hogy a legtöbb Cu ⁺ -ATPases vezetni citoplazma Cu ⁺ kiáramlás, bár egészen más szállítási díjak Összhangban a különböző fiziológiai szerepeket. A Cu ⁺ toleranciáért felelős archetipikus Cu ⁺ -efflux szivattyúk , mint az Escherichia coli CopA, forgalma tízszer magasabb, mint a cuproprotein összeszerelésben (vagy alternatív funkciókban). Ez magyarázza az utóbbi csoport képtelenségét, hogy jelentősen hozzájáruljon a túléléshez szükséges fémkiáramláshoz magas réz környezetben. Leírták a rézszállító P-típusú ATPáz funkció szerkezeti és mechanikai részleteit.

P2 ATPázok

A P2 ATPázok (vagy II. Típusú ATPázok) négy csoportra oszlanak. A II. Típusú topológiai ATPázok (Na ⁺ , K ⁺ , H ⁺ Ca ²⁺ , Mg ²⁺ és foszfolipidek specifikusak ) túlsúlyban vannak az eukariótákban (kb. Kétszeres).

P2A ATPázok (kalciumszivattyúk)

P2A ATPázok (vagy Type IIA ATPázok) vannak Ca ²⁺ ATPázok , hogy a közlekedés Ca ²⁺ . A P2A ATPázok két csoportra oszlanak. Az első csoport tagjait sarco/endoplazmatikus retikulum Ca ²⁺ -ATPázoknak (SERCA) is nevezik. Ezek a szivattyúk két Ca ²⁺ iont kötő helyek és gyakran szabályozzák gátló járulékos fehérjék, amely egyetlen transz-membránt átszelő szegmens (pl foszfolambán és sarcolipin . A cellában, ezek találhatók a szarkoplazmatikus vagy endoplazmatikus retikulum. SERCA1a egy olyan típusú IIA szivattyú. A P2A ATPázok második csoportját Ca ²⁺ -ATPázok (más néven SPCA) szekréciós útvonalának nevezik . Ezek a szivattyúk egyetlen Ca ²⁺ ionkötő hellyel rendelkeznek, és a szekréciós vezikulákban (állatok) vagy a vákuummembránban helyezkednek el (gombák). (TC# 3.A.3.2)

A Sarcoplasimc/endoplazmatikus retikulum ATP által vezérelt kalciumszivattyúk kristályszerkezetei megtalálhatók az RCSB -ben.

SERCA1a áll egy citoplazmatikus részből és egy transzmembrán szakasz két Ca ²⁺ kötésében. A citoplazmatikus szakasz három citoplazmatikus doménből áll, amelyeket P, N és A doméneknek neveznek, és amelyek a fehérje tömegének több mint felét tartalmazzák. A transzmembrán szakasz tíz transzmembrán spirállal rendelkezik (M1 -M10), a két Ca ²⁺ kötőhellyel a kettősréteg középpontja közelében. A kötőhelyeket az M4, M5, M6 és M8 oldalláncai és gerinckarboniljai alkotják. Az M4 ebben a régióban feltekeredik a konzervált prolin (P308) miatt. Az M4 ilyen lecsévélése a P-típusú ATPázok egyik legfontosabb szerkezeti jellemzője.

A Ca ²⁺ ATPáz E ₁ és E ₂ állapotaira egyaránt rendelkezésre állnak struktúrák, amelyek azt mutatják, hogy a Ca ²⁺ kötődés jelentős változásokat idéz elő mindhárom citoplazmatikus doménben egymáshoz képest.

A SERCA1a esetében az ATP -ből származó energiát 2 Ca ^{2+ -ion} szállítására használják a citoplazmatikus oldalról a szarkoplazmatikus retikulum lumenébe , valamint 1-3 proton ellenszállítására a citoplazmába . E ₁ /E ₂ állapotban kezdődik a reakcióciklus, amikor az enzim 1-3 protont szabadít fel a kationkötő maradékokból, cserébe citoplazmatikus Ca ²⁺ -ionokért. Ez a foszforilációs hely összeszereléséhez vezet az ATP-kötött N domén és a P domén között, míg az A domén irányítja a megkötött Ca ²⁺ elzáródását . Ebben az elzáródott állapotban a Ca ²⁺ -ionok fehérjetartalmú környezetben vannak eltemetve, és nem férnek hozzá a membrán egyik oldalához sem. A Ca ₂ E ₁ ~ P állapot kináz reakció révén alakul ki, ahol a P domén foszforilálódik, ADP -t termelve. A β-foszfodiészter kötés hasítása felszabadítja a gamma-foszfátot az ADP-ből, és felszabadítja az N domént a P doménből.

Ez lehetővé teszi, hogy az A domén a foszforilációs hely felé forogjon, szilárd kapcsolatot teremtve mind a P, mind az N doménnel. Az A tartomány ilyen mozgása lefelé nyomást gyakorol az M3-M4-re, és ellenállást gyakorol az M1-M2-re, ami arra kényszeríti a szivattyút, hogy kinyíljon a luminális oldalon, és létrehozza az E ₂ P állapotot. Ennek az átmenetnek a során a transzmembrán Ca ²⁺ -kötő maradékok elszakadnak egymástól, elpusztítva a nagy affinitású kötőhelyet. Ez összhangban van a szubsztrát transzlokáció általános modelljével, ami azt mutatja, hogy az elsődleges transzport energiáját nem a szubsztrát megkötésére, hanem az eltemetett ellenionokból való újbóli felszabadítására használják fel. Ezzel egy időben az N domén ki van téve a citoszolnak, és készen áll az ATP cserére a nukleotidkötő helyen.

Amint a Ca ²⁺ a luminális oldalhoz disszociál, a kationkötő helyeket protonkötés semlegesíti, ami kedvezővé teszi a transzmembrán szegmensek záródását. Ez a lezárás az A domén lefelé irányuló forgatásához és a P domén mozgásához kapcsolódik, ami az E ₂ -P* elzáródott állapothoz vezet. Eközben az N tartomány ADP -t cserél ATP -re.

A P domént az A domén defoszforilálja, és a ciklus akkor fejeződik be, amikor a foszfát felszabadul az enzimből, amit az újonnan megkötött ATP stimulál, miközben egy citoplazmatikus út nyílik meg, hogy kicseréljék a protonokat két új Ca ²⁺ ionra.

Xu és mtsai. javasolta, hogyan indukálja a Ca ²⁺ kötődés a TMS 4 és 5 konformációs változásait a membrán doménben (M), ami viszont a foszforilációs domén (P) forgását idézi elő. A nukleotidkötő (N) és a β-lap (β) domének nagyon mobilok, az N rugalmasan kapcsolódik a P-hez, a β pedig rugalmasan az M.-hez. A gombás H ⁺ ATPáz modellezése a Ca ²⁺ szivattyú szerkezete alapján , azt javasolta, hogy az N -hez hasonló 70 ° -os elfordulást végezzenek a P -hez képest, hogy az ATP a foszforilációs helyre kerüljön.

Egy jelentés szerint ez a szarkoplazmatikus retikulum (SR) Ca ²⁺ ATPáz homodimer.

A kristályszerkezetek kimutatták, hogy a Ca ²⁺ -ATPáz konzervált TGES -hurka a Ca ₂ E ₁ állapotban izolált, de az E ₂ állapotokban beilleszkedik a katalitikus helyre . Anthonisen et al. (2006) jellemezték a szállítási ciklus részleges reakciói lépéseinek kinetikáját és a BeF, AlF, MgF és a vanadát foszforil -analógjainak kötődését mutánsokban a konzervált TGES -hurokmaradékok módosításával. Az adatok funkcionális bizonyítékokat támasztanak alá a Glu ¹⁸³ szerepével az E ₂ P → E ₂ defoszforilációban részt vevő vízmolekula aktiválásában, és azt sugallják, hogy a TGES hurok oldalláncai közvetlenül részt vesznek a hurok beillesztésének ellenőrzésében és megkönnyítésében a katalitikus helyen. A TGES hurok kölcsönhatása továbbá úgy tűnik, elősegíti a katalizátor helyről való leválasztását az E ₂ → Ca ₂ E ₁ átmenet során.

A kalcium -ATPáz kristályszerkezetei RCSB -ben kaphatók, és többek között: PDB : 4AQR , 2L1W , 2M7E , 2M73 .

P2B ATPázok (kalciumszivattyúk)

P2B (vagy Type IIB ATPázok) vannak Ca ²⁺ ATPázok , hogy a közlekedés Ca ²⁺ . Ezek a szivattyúk egyetlen Ca ²⁺ ionkötő hellyel rendelkeznek, és a kalmodulinnak a pumpafehérje karboxiterminális (állatok) vagy amino-terminális (növényi) végén elhelyezkedő autoinhibitor beépített doménekhez történő kötődése szabályozza őket . A sejtben a plazmamembránban (állatok és növények) és a belső membránokban (növények) helyezkednek el. Az állatok Ca ²⁺ -ATPáz (más néven PMCA) plazmamembránja P2B ATPáz ( TC# 3.A.3.2 )

P2C ATPázok (nátrium/kálium és proton/kálium szivattyúk)

A P2C ATPázok (vagy IIC típus) magukban foglalják az állati sejtekből származó, szorosan kapcsolódó Na ⁺ /K ⁺ és H ⁺ /K ⁺ ATPázokat . ( TC# 3.A.3.1 )

A sertés vese Na ⁺ /K ⁺ -ATPáz 3,5 Å felbontású röntgenkristályszerkezetét két rubídiumionnal határozták meg, amelyek elzárva vannak az α-alegység transzmembrán részében. Több, a maradékok képező üreg rubídium / kálium-elzáródást a Na ⁺ / K ⁺ -ATP-áz homológok azon kötési kalcium a Ca ²⁺ -ATPáz a Sarco (endo) plazmikus retikulum. Az α-alegység karboxiterminálja a transzmembrán hélixek közötti zsebben található, és úgy tűnik, hogy új szabályozó elem, amely szabályozza a nátrium-affinitást, és amelyet a membránpotenciál is befolyásolhat .

A kristályszerkezetek RCSB -ben kaphatók, és többek között: PDB : 4RES , 4RET , 3WGU , 3WGV .

P2D ATPázok (nátrium -szivattyúk)

A P2D ATPázok (vagy IID típus) kis számban tartalmaznak gombákban és mohákban található Na ⁺ (és K ⁺ ) exportáló ATPázokat. (Gomba K ⁺ transzporterek; TC# 3.A.3.9 )

P3 ATPázok

A P3 ATPázok (vagy III. Típusú ATPázok) két csoportra oszlanak.

P3A ATPázok (protonszivattyúk)

A P3A ATPázok (vagy IIIA típus) prokariótákból, protistákból, növényekből és gombákból származó plazma membrán H ⁺ -ATPázokat tartalmaznak .

A H ⁺ -ATPáz plazmamembránt leginkább növényekben és élesztőben lehet jellemezni. Fenntartja az intracelluláris pH és a transzmembrán potenciál szintjét . Tíz transzmembrán hélix és három citoplazmatikus domén határozza meg az ATP-hez kapcsolt protontranszport funkcionális egységét a plazmamembránon keresztül, és a szerkezet zárva van a P-típusú ATPázokban korábban nem észlelt funkcionális állapotban. A transzmembrán domén egy nagy üreget tár fel, amely valószínűleg vízzel van feltöltve, a membránsík közepe közelében, ahol konzervált hidrofil és töltött maradékok bélelik. Ezzel a szerkezeti elrendezéssel könnyen megmagyarázható a protonszállítás a nagy membránpotenciál ellen.

P3B ATPázok (magnéziumszivattyúk)

A P3B ATPázok (vagy IIIB típus) feltételezett Mg ²⁺ -ATPázok, amelyek megtalálhatók az eubaktériumokban és a növényekben. Gombás H ⁺ transzporterek ( TC# 3.A.3.3 ) és Mg ²⁺ ( TC# 3.A.3.4 )

P4 ATPázok (foszfolipid flippázok)

P4 ATPázok (vagy a IV típusú ATP-ázok) vannak flippases részt vesz a szállítása foszfolipidek , mint például foszfatidil- , foszfatidil-kolin és a foszfatidil-etanol .

P5 ATPázok

A P5 ATPázok (vagy V. típusú ATPázok) ismeretlen specifitással rendelkeznek. Ez a nagy csoport csak az eukariótákban található meg, és további két csoportra oszlik.

P5A ATPázok

A P5A ATPázok (vagy VA típus) részt vesznek az endoplazmatikus retikulum homeosztázisának szabályozásában .

P5B ATPázok

A P5B ATPázok (vagy VB típus) megtalálhatók az állatok lizoszomális membránjában. Az ilyen szivattyúk mutációi számos neurológiai betegséghez kapcsolódnak.

További filogenetikai osztályozás

A fent felsorolt ​​P-típusú ATPázok alcsaládjain kívül számos ismeretlen funkciójú prokarióta családot azonosítottak. A Transporter Classification Database a P-ATPase szupercsalád tagjainak reprezentatív listáját tartalmazza, amely 2016 eleje óta 20 családból áll. A P-ATPáz szupercsalád tagjai baktériumokban , archaeában és eukariótákban találhatók . A filogenetikus fán való csoportosulás általában összhangban van a szállított ion (ok) sajátosságaival.

Az eukariótákban a plazmamembránokban vagy az endoplazmatikus retikuláris membránokban vannak jelen . A prokariótákban a citoplazmatikus membránokra lokalizálódnak.

Később 26 eukarióta faj P-típusú ATPázait elemeztük.

Chan és munkatársai (2010) a P-típusú ATPáz szupercsaláddal egyenértékű, de kiterjedtebb elemzést végeztek a Prokariótákban, és összehasonlították őket az Eukariótákkal. Míg egyes családok mindkét típusú szervezetben képviseltetik magukat, mások csak a másik típusban találhatók meg. Úgy tűnik, hogy a prokarióta P-típusú ATPázok elsődleges funkciói a környezeti stresszhatások elleni védelem. A P-típusú ATPáz családoknak csak körülbelül a fele jellemző funkcionálisan.

Vízszintes géntranszfer

Sok P-típusú ATPáz család kizárólag prokariótákban található (pl. Kdp-típusú K ⁺ felvételi ATPázok (III. Típus) és minden prokarióta funkcionálisan nem jellemzett P-típusú ATPáz (FUPA) család), míg mások csak eukariótákra korlátozódnak (pl. Foszfolipid flipázok és mind a 13 eukarióta FUPA család). A vízszintes géntranszfer gyakran előfordult a baktériumok és az archaea között, amelyek hasonló eloszlással rendelkeznek ezen enzimek között , de ritkán a legtöbb eukarióta királyság között, és még ritkábban az eukarióták és a prokarióták között. Bizonyos bakteriális törzsek (pl Bacteroidetes , Flavobacteria és Fuso- ), ATP-áz gén nyereség és veszteség, valamint a horizontális transzfer történt ritkán Ezzel ellentétben a legtöbb más bakteriális törzsekbe. Egyes családok (pl. Kdp típusú ATPázok) sokkal kevesebb vízszintes géntranszferben mentek keresztül, mint más prokarióta családok, valószínűleg több alegység jellegzetességeik miatt. A funkcionális motívumok jobban megőrződnek családonként, mint organizmusonként, és ezek a motívumok lehetnek családspecifikusak, megkönnyítve a funkcionális előrejelzést. Bizonyos esetekben a génfúziós események P-típusú ATPázokat hoztak létre, amelyek kovalensen kapcsolódnak a szabályozó katalitikus enzimekhez. Az egyik családban (FUPA Family 24) az I. típusú ATPáz gén (N-terminális) egy II. Típusú ATPáz génhez (C-terminális) van fuzionálva, csak az utóbbi funkció fenntartásával. A genom minimalizálása a P-típusú ATPáz gének előnyös elvesztéséhez vezetett. Chan és mtsai. (2010) azt sugallták, hogy a prokariótákban és néhány egysejtű eukariótában a P-típusú ATPázok elsődleges funkciója a szélsőséges környezeti stressztől való védelem. Az ismeretlen funkciójú P-típusú ATPázok filogenetikai családokba való besorolása útmutatót ad a jövőbeli molekuláris biológiai vizsgálatokhoz.

Emberi gének

A P-típusú ATPázokat vagy P-típusú ATPáz-szerű fehérjéket kódoló humán gének a következők:

• P1B: Cu ⁺⁺ ATPáz: ATP7A , ATP7B
• P2A: SERCA Ca ²⁺ ATPáz : ATP2A1 , ATP2A2 , ATP2A3
• P2A: szekréciós útvonal Ca ²⁺ -ATPáz : ATP2C1 , ATP2C2
• P2B: Ca ²⁺ ATPáz : ATP2B1 , ATP2B2 , ATP2B3 , ATP2B4
• P2C: Na ⁺ / K ⁺ ATP-áz : ATP1A1 , ATP1A2 , ATP1A3 , ATP1A4 , ATP1B1 , ATP1B2 , ATP1B3 , ATP1B4
• P2C: H ⁺ /K ⁺ ATPáz, gyomor: ATP4A ;
• P2C: H ⁺ /K ⁺ ATPáz, nem gasztrikus: ATP12A
• P4: Flippase : ATP8A1 , ATP8B1 , ATP8B2 , ATP8B3 , ATP8B4 , ATP9A , ATP9B , ATP10A , ATP10B , ATP10D , ATP11A , ATP11B , ATP11C
• P5: ATP13A1 , ATP13A2 , ATP13A3 , ATP13A4 , ATP13A5

Lásd még

• H ⁺ / K ⁺ -ATPáz
• Na ⁺ / K ⁺ -ATPáz
• Plazma membrán H ⁺ -ATPáz
• Sarco/endoplazmatikus retikulum Ca ²⁺ -ATPáz

Hivatkozások