Główne białka wewnętrzne

Główne białko wewnętrzne
PDB 1fx8 EBI.jpg
Struktura kanału przewodzącego glicerol.
Identyfikatory
Symbol MIP
Pfam PF00230
InterPro IPR000425
PROZYTA PDOC00193
SCOP2 1fx8 / ZAKRES / SUPFAM
TCDB 1.A.8
Nadrodzina OPM 7
Białko OPM 1z98
CDD cd00333
Dostępne struktury białek:
Pfam   konstrukcje / ECOD  
WPB RCSB WPB ; PDBe ; WPBj
Suma WPB podsumowanie struktury

Główne białka wewnętrzne obejmują dużą nadrodzinę transbłonowych kanałów białkowych, które są pogrupowane razem na podstawie homologii. Nadrodzina MIP obejmuje trzy podrodziny: akwaporyny, akwagliceroporyny i S-akwaporyny.

  1. Akwaporyny (AQP) są selektywne wobec wody .
  2. Aquagliceroporyny są przepuszczalne dla wody, ale także dla innych małych nienaładowanych cząsteczek , takich jak glicerol.
  3. Trzecia podrodzina, z mało konserwatywnymi sekwencjami aminokwasowymi wokół bloków NPA, obejmuje „superakwaporyny” (S-akwaporyny).

Opublikowano filogenezę kanałów z rodziny owadów MIP.

Rodziny

Istnieją dwie rodziny należące do nadrodziny MIP .

Główna rodzina białek wewnętrznych (TC# 1.A.8)

Rodzina MIP jest duża i zróżnicowana, posiada tysiące członków tworzących kanały transbłonowe. Te białka kanałowe H2O2 ( działają . CO2 w transporcie NH3 wody , małych węglowodanów np. glicerolu ), mocznika , , , i jonów poprzez mechanizmy niezależne od energii Na przykład kanał glicerolowy, FPS1p z Saccharomyces cerevisiae pośredniczy w pobieraniu arseninu i antymonitu. Wydaje się, że przepuszczalność jonów odbywa się drogą inną niż ta stosowana do transportu wody/gliceryny i może obejmować kanał na styku 4 podjednostek, a nie kanały przechodzące przez podjednostki. Członkowie rodziny MIP są wszechobecni u bakterii, archeonów i eukariontów. Filogenetyczne grupowanie białek opiera się głównie na typach organizmów pochodzenia, ale obserwuje się jedno lub więcej skupień dla każdego królestwa filogenetycznego (rośliny, zwierzęta, drożdże, bakterie i archeony). MIPs są podzielone na pięć podrodzin w roślinach wyższych, w tym błony plazmatyczne (PIP), tonoplast (TIP), podobne do NOD26 (NIP), małe podstawowe (SIP) i niesklasyfikowane białka wewnętrzne X (XIP). Jeden z klastrów roślin zawiera tylko białka tonoplastów (TIP), podczas gdy inny zawiera błony komórkowej (PIP).

Główne białko wewnętrzne

Główne białko wewnętrzne (MIP) ludzkiej soczewki oka (Aqp0), od którego nazwano rodzinę MIP, stanowi około 60% białka w komórce soczewki. W postaci natywnej jest akwaporyną ( AQP), ale w trakcie rozwoju soczewki ulega proteolitycznemu skróceniu. Kanał, który normalnie zawiera 6-9 cząsteczek wody, zostaje zwężony, więc pozostają tylko trzy, które są uwięzione w zamkniętej konformacji. Te skrócone tetramery tworzą międzykomórkowe połączenia adhezyjne (głowa do głowy), dając krystaliczny układ, który pośredniczy w tworzeniu soczewki z komórkami ciasno upakowanymi zgodnie z wymaganiami, aby utworzyć przezroczystą soczewkę. Lipidy krystalizują z białkiem. Aktywność kanałów jonowych wykazano dla akwaporyn 0, 1 i 6, Drosophila 'Big Brain' (śliniak) i roślina Nodulin-26. Dokonano przeglądu roli akwaporyn w raku człowieka, podobnie jak ich ścieżki fałdowania. AQP mogą działać jako transbłonowe osmosensory w krwinkach czerwonych, ziarnistościach wydzielniczych i mikroorganizmach. Dokonano przeglądu białek nadrodziny MIP i odmian ich filtrów selektywności.

Akwaporyna

Obecnie znane akwaporyny skupiają się luźno razem, podobnie jak znane facylitatory glicerolu. Uważa się, że białka z rodziny MIP tworzą wodne pory, które selektywnie umożliwiają bierny transport ich substancji rozpuszczonej (substancji rozpuszczonych) przez błonę z minimalnym widocznym rozpoznaniem. Akwaporyny selektywnie transportują glicerol oraz wodę, podczas gdy facylitatory glicerolu selektywnie transportują glicerol, ale nie wodę. Niektóre akwaporyny mogą przenosić NH 3 i CO 2 . Facylitatory glicerolu działają jako rozpuszczone niespecyficzne kanały i mogą transportować glicerol, dihydroksyaceton, propanodiol, mocznik i inne małe obojętne cząsteczki w fizjologicznie ważnych procesach. Niektórzy członkowie rodziny, w tym drożdżowe białko Fps1 ( TC# 1.A.8.5.1 ) i tytoniowy NtTIPa ( TC# 1.A.8.10.2 ) mogą przenosić zarówno wodę, jak i małe substancje rozpuszczone.

Przykłady

Listę prawie 100 obecnie sklasyfikowanych członków rodziny MIP można znaleźć w Bazie Danych Klasyfikacji Transporterów . Niektóre z kanałów rodziny MIP obejmują:

  • Główne białko wewnętrzne ssaków (MIP). MIP jest głównym składnikiem połączeń szczelinowych włókien soczewkowych.
  • Akwaporyny ssaków . ( InterPro : IPR012269 ) Białka te tworzą specyficzne dla wody kanały, które zapewniają błonom plazmatycznym krwinek czerwonych, a także kanalikom proksymalnym i zbiorczym nerki wysoką przepuszczalność dla wody, umożliwiając w ten sposób ruch wody w kierunku gradientu osmotycznego.
  • Nodulin-26 soi, główny składnik błony okołobakteryjnej indukowany podczas brodawkowania w korzeniach roślin strączkowych po infekcji Rhizobium .
  • Białka wewnętrzne tonoplastów roślin (TIP). Istnieją różne izoformy TIP: alfa (nasiona), gamma, Rt (korzeń) i Wsi (wywołane stresem wodnym). Białka te mogą umożliwiać dyfuzję wody, aminokwasów i/lub peptydów z wnętrza tonoplastu do cytoplazmy.
  • Bakteryjne białko ułatwiające glicerol (gen glpF), które ułatwia niespecyficzny ruch glicerolu przez błonę cytoplazmatyczną.
  • Salmonella typhimurium środek ułatwiający dyfuzję propanodiolu (gen pduF).
  • Drożdże FPS1, białko ułatwiające wychwyt / wypływ glicerolu.
  • Białko neurogenne Drosophila „duży mózg” (śliniak). Białko to może pośredniczyć w komunikacji międzykomórkowej; może działać, umożliwiając transport pewnych cząsteczek, a tym samym wysyłając sygnał do komórki egzodermalnej, aby stała się epidermoblastem zamiast neuroblastem.
  • Hipotetyczne białko drożdży YFL054c.
  • Hipotetyczne białko z regionu pepX Lactococcus lactis .

Struktura

Kanały rodziny MIP składają się z homotetramerów (np. GlpF z E. coli ; TC #1.A.8.1.1 , AqpZ z E. coli ; TC #1.A.8.3.1 i MIP lub Aqp0 z Bosta taurus ; TC #1.A.8.8.1 ). Każda podjednostka rozciąga się na błonę sześć razy jako przypuszczalna α-helisa. Uważa się, że 6 domen TMS powstało z elementu genetycznego kodującego 3 klucze w wyniku tandemowego, wewnątrzgenowego zdarzenia duplikacji. Dwie połówki białek mają zatem przeciwną orientację w błonie. Dobrze zachowany region między TMS 2 i 3 a TMS 5 i 6 zanurza się w błonie, a każda pętla tworzy pół TMS. Częstym motywem aminoacylowym w tych transporterach jest motyw asparagina-prolina-alanina (NPA). Akwaporyny na ogół mają motyw NPA w obu połówkach, facylitatory glicerolu mają na ogół motyw NPA w pierwszych połówkach i motyw DPA w drugich połówkach, a super-akwaporyny mają słabo konserwowane motywy NPA w obu połówkach.

Środek ułatwiający wchłanianie glicerolu

Struktura krystaliczna facylitatora glicerolu z E. coli ( TC# 1.A.8.1.1 ) został rozwiązany przy rozdzielczości 2,2 Å (​). Cząsteczki glicerolu tworzą pojedynczy plik w kanale i przechodzą przez wąski filtr selektywności. Dwa konserwatywne motywy DPA w pętlach między TMS 2 i 3 oraz TMS 5 i 6 tworzą interfejs między dwiema zduplikowanymi połówkami każdej podjednostki. Zatem każda połowa białka tworzy 3,5 TMS otaczające kanał. Struktura wyjaśnia, dlaczego GlpF jest selektywnie przepuszczalny dla węglowodanów o prostych łańcuchach i dlaczego woda i jony są w dużej mierze wykluczone. Akwaporyna-1 (AQP1) i bakteryjny środek ułatwiający glicerol, GlpF, mogą przenosić O 2 , CO 2 , NH 3 , gliceryna, mocznik i woda w różnym stopniu. W przypadku małych substancji rozpuszczonych przechodzących przez AQP1 istnieje antykorelacja między przepuszczalnością a hydrofobowością substancji rozpuszczonej. AQP1 jest zatem selektywnym filtrem dla małych polarnych substancji rozpuszczonych, podczas gdy GlpF jest wysoce przepuszczalny dla małych substancji rozpuszczonych i mniej przepuszczalny dla większych substancji rozpuszczonych.

Akwaporyna-1

Akwaporyna-1 (Aqp1) z ludzkich krwinek czerwonych została rozwiązana metodą krystalografii elektronowej z rozdzielczością 3,8 Å (​). Ścieżka wodna jest wyłożona konserwowanymi resztami hydrofobowymi, które umożliwiają szybki transport wody. Selektywność wody jest spowodowana zwężeniem wewnętrznej średnicy porów do około 3 Å na rozpiętości pojedynczej reszty, powierzchownie podobnej do tej w facylitatorze glicerolu E. coli. W RCSB dostępnych jest kilka innych ostatnio rozwiązanych struktur krystalicznych, w tym między innymi: , , .

Aquaporin-Z

AqpZ, homotetramer (tAqpZ) czterech kanałów przewodzących wodę, które ułatwiają szybki ruch wody przez błonę plazmatyczną E. coli , został rozwiązany do rozdzielczości 3,2 Å (​). Wszystkie reszty wyściełające kanały w czterech kanałach monomerycznych są zorientowane w prawie identycznych pozycjach, z wyjątkiem najwęższego zwężenia kanału, gdzie łańcuch boczny konserwowanego Arg-189 przyjmuje dwie różne orientacje. W jednym z czterech monomerów grupa guanidynowa Arg-189 jest skierowana w stronę przedsionka peryplazmatycznego, otwierając przewężenie, aby pomieścić wiązanie cząsteczki wody przez trójkleszczowe wiązanie H. W pozostałych trzech monomerach grupa guanidynowa Arg-189 wygina się, tworząc wiązanie H z karbonylowym tlenem Thr-183 zamykającym kanał. Dlatego struktura tAqpZ ma dwie różne konformacje Arg-189, które zapewniają przenikanie wody przez kanał. Przemiana między dwiema konformacjami Arg-189 zakłóca ciągły przepływ wody, regulując w ten sposób prawdopodobieństwo otwarcia porów wody. Ponadto różnica w przemieszczeniach Arg-189 jest skorelowana z silną gęstością elektronów znalezioną między pierwszymi transbłonowymi helisami dwóch otwartych kanałów, co sugeruje, że obserwowane konformacje Arg-189 są stabilizowane przez asymetryczne interakcje podjednostek w tAqpZ. Inne rozdzielone struktury krystaliczne dla AqpZ obejmują: , , .

PIP1 i PIP2

Trójwymiarowe struktury otwartych i zamkniętych form akwaporyn roślinnych, PIP1 i PIP2, zostały rozwiązane (​). W konformacji zamkniętej pętla D zakrywa kanał z cytoplazmy i tym samym zatyka pory. W konformacji otwartej pętla D jest przesunięta do 16 Å, a ruch ten otwiera hydrofobową bramkę blokującą wejście do kanału z cytoplazmy. Wyniki te ujawniają mechanizm bramkowania molekularnego, który wydaje się być zachowany we wszystkich akwaporynach błony plazmatycznej roślin. U roślin reguluje pobór/eksport wody w odpowiedzi na dostępność wody i pH cytoplazmy podczas niedotlenienia.

Białka ludzkie zawierające tę domenę

AQP1 , AQP2 , AQP3 , AQP4 , AQP5 , AQP6 , AQP7 , AQP8 , AQP9 , AQP10 , MIP

Zobacz też

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Major_intrinsic_proteins&oldid=1043267425 ”