Wapń: antyporter kationowy

Rodzina Ca2 ⁺ :antyporter kationowy (CaCA) ( TC# 2.A.19 ) jest członkiem nadrodziny kationów ułatwiających dyfuzję (CDF) . Tej rodziny nie należy mylić z rodziną Ca ²⁺ :H ⁺ Antiporter-2 (CaCA2) (TC# 2.A.106), która należy do nadrodziny Lysine Exporter (LysE). Białka z rodziny CaCA występują wszechobecnie, zostały zidentyfikowane u zwierząt, roślin, drożdży, archeonów i różnych bakterii. Członkowie tej rodziny ułatwiają antyport jonu wapnia z innym kationem.

Homologia

Członkowie rodziny CaCA wykazują bardzo rozbieżne sekwencje. Okazuje się, że kilka homologów powstało w wyniku tandemowego zdarzenia duplikacji wewnątrzgenowej. Najbardziej konserwatywne części tego powtarzalnego elementu, α1 i α2, znajdują się w domniemanych TMS 2-3 i TMS 7-8. Te konserwatywne sekwencje są ważne dla funkcji transportowej i mogą tworzyć wewnątrzbłoniastą strukturę podobną do porów/pętli. Nośniki te funkcjonują głównie w ekstruzji Ca2 ⁺ .

Drzewo filogenetyczne rodziny CaCA ujawnia co najmniej sześć głównych gałęzi. Dwa skupiska składają się wyłącznie z białek zwierzęcych, trzecia zawiera kilka białek bakteryjnych i archeonów, czwarta zawiera homologi drożdży, roślin i niebieskozielonych bakterii, piąta zawiera tylko antyporter ChaA Ca 2+ :H + ^z E. ^coli , a szósta zawiera tylko jeden odległy homolog S. cerevisiae o nieznanej funkcji. W jednym organizmie może występować kilka homologów. Ten fakt i kształt drzewa sugerują, że albo izoformy tych białek powstały w wyniku duplikacji genów, zanim trzy domeny życia oddzieliły się od siebie, albo że między tymi domenami nastąpił poziomy transfer genów .

Scharakteryzowano homologi kilku cyjanobakterii. Odgrywają ważną rolę w tolerancji soli.

podrodziny

Rodzina CaCA składa się z co najmniej pięciu podrodzin:

K ⁺ -niezależne wymienniki
Na ⁺ /Ca ²⁺ (NCX)
kation/Ca ²⁺ (CCX),
transportery YBRG
Wymieniacze kationowe (CAX)

Reprezentatywną listę członków rodziny CaCA można znaleźć w bazie danych klasyfikacji transporterów .

Struktura

Członkowie rodziny CaCA różnią się wielkością od 302 reszt aminokwasowych ( Methanococcus jannaschii ) do 1199 reszt ( Bos taurus ). Nawet w królestwie zwierząt różnią się wielkością od 461 do 1199 reszt. Białka bakteryjne i archeologiczne są na ogół mniejsze niż białka eukariotyczne. Sugerowano, że przechodzą przez błonę 9 ( ssaki ) lub 10 ( bakterie ) razy jako klucze śrubowe α , ale niektóre homologi roślin (Cax1 i Cax2, tj. TC# 2.A.19.2.3 i 2.A. 19.2.4 , odpowiednio, Arabidopsis thaliana ) wykazują 11 domniemanych TMS . Stwierdzono, że homolog E. coli ChaB (YrbG; TC# 2.A.19.5.1 ) ma 10 TMS z N- i C-końcami zlokalizowanymi w peryplazmie. Każda homologiczna połowa wewnętrznie zduplikowanego białka ma 5 TMS o przeciwnej orientacji w błonie. Ta orientacja wydaje się być stabilizowana przez obecność dodatnio naładowanych reszt w pętlach cytoplazmatycznych.

Homolog mięśnia sercowego ssaków ma prawdopodobnie 9 TMS. Uważa się, że N-koniec tego białka jest zewnątrzkomórkowy, podczas gdy C-koniec jest wewnątrzkomórkowy. Duża centralna pętla nie jest wymagana do funkcji transportowej i odgrywa rolę w regulacji. W korzystnym modelu 9 TMS dla tego białka ssaczego, łańcuch polipeptydowy zapętla się w błonie po TMS 2 i po TMS 7. Duża centralna pętla oddziela TMS 5 od TMS 6. TMS 2 i następująca po nim pętla wykazują podobieństwo sekwencji do TMS 7 i jego pętla. TMS 7 może być zbliżony do TMS 2 i 3 w trójwymiarowej strukturze białka.

Funkcjonować

Na ⁺ : Ca ²⁺ odgrywa kluczową rolę w kurczliwości serca poprzez utrzymanie homeostazy Ca ²⁺ . Dwie domeny wiążące Ca ²⁺ , CBD1 i CBD2, zlokalizowane w dużej pętli wewnątrzkomórkowej, regulują aktywność wymieniacza. Wiązanie Ca ²⁺ z tymi domenami regulatorowymi aktywuje transport Ca ²⁺ przez błonę plazmatyczną. Struktura CBD1 przedstawia cztery jony Ca ²⁺ ułożone w ciasną płaską gromadę. Struktura CBD2 w konformacji związanej z Ca ²⁺ (rozdzielczość 1,7 Å) i wolnej od Ca ²⁺ (rozdzielczość 1,4 Å) wykazuje (podobnie jak CBD1) klasyczny fałd Ig, ale koordynuje tylko dwa jony Ca ²⁺ w pierwotnym i wtórnym Ca ²⁺ witryny. Pod nieobecność Ca2 ⁺ , Lys585 stabilizuje strukturę poprzez koordynację dwóch kwaśnych reszt (Asp552 i Glu648), po jednej z każdego z miejsc wiązania Ca2 ⁺ i zapobiega rozwijaniu się białka.

Wszystkie scharakteryzowane białka zwierzęce katalizują wymianę Ca ²⁺ :Na ^{+ , chociaż niektóre również transportują K}⁺ . Białka błony plazmatycznej NCX wymieniają 3 Na ⁺ na 1 Ca ²⁺ (tj. TC# 2.A.19.3 ). Ssacze wymienniki Na ⁺ /Ca ²⁺ występują jako trzy izoformy NCX1-3, które są w około 70% identyczne ze sobą. Wymienniki NCKX wymieniają 1 Ca ²⁺ plus 1 K ⁺ na cztery Na ⁺ (tj. TC# 2.A.19.4 ). Wariant składania miocytu NCX1.1 katalizuje ekstruzję Ca ²⁺ podczas relaksacji serca i może katalizować napływ Ca ²⁺ podczas skurczu. Białko E. coli ChaA ( TC# 2.A.19.1.1 ) katalizuje antyport Ca2 ⁺ :H ⁺ , ale może również powoli katalizować antyport Na ⁺ :H ^{+ .} Wszyscy pozostali dobrze scharakteryzowani członkowie rodziny katalizują wymianę Ca2 ⁺ :H ⁺ .

Na ⁺ /Ca ²⁺ , NCX1 (TC# 2.A.19.3.1 ), jest białkiem błony komórkowej, które reguluje wewnątrzkomórkowe poziomy Ca ²⁺ w miocytach serca . Aktywność transportu jest regulowana przez Ca ²⁺ , a główny czujnik Ca ²⁺ (CBD1) znajduje się w dużej pętli cytoplazmatycznej łączącej dwie helisy transbłonowe. Wysokie powinowactwo wiązania Ca ²⁺ z domeną sensoryczną CBD1 skutkuje zmianami konformacyjnymi, które stymulują wymieniacz do ekstruzji Ca ²⁺ . Struktura krystaliczna CBD1 przy rozdzielczości 2,5 Å ujawnia nowe miejsce wiązania Ca ^{2+ składające się z czterech jonów Ca}²⁺ ułożonych w ciasny płaski klaster. Ten skomplikowany wzorzec koordynacji klastra wiążącego Ca ²⁺ wskazuje na bardzo czuły czujnik Ca ²⁺ i może reprezentować ogólną platformę do wykrywania Ca ²⁺ .

Ludzkie wymieniacze Na ⁺ : Ca ²⁺ , gdy są wadliwe, mogą powodować zaburzenia neurodegeneracyjne. Allosteryczna aktywacja NCX obejmuje wiązanie cytozolowego Ca ²⁺ z domenami regulatorowymi CBD1 i CBD2.

Reakcja transportu

Uogólniona reakcja transportu katalizowana przez białka z rodziny CaCA to:

Ca ²⁺ (wejście) + [nH ⁺ lub nNa ⁺ (wyjście)] ⇌ Ca2 ⁺ (wyjście) + [nH ⁺ lub nNa ⁺ ] (wejście).

Według stanu na dzień 10 lutego 2016 r. ten artykuł pochodzi w całości lub w części z Bazy Danych Klasyfikacji Transporterów . Właściciel praw autorskich udzielił licencji na treść w sposób, który pozwala na ponowne wykorzystanie zgodnie z CC BY-SA 3.0 i GFDL . Należy przestrzegać wszystkich odpowiednich warunków. Oryginalny tekst znajdował się w „2.A.19 Rodzina Ca2+:Cation Antiporter (CaCA)”