Семейство анионообменников
Анионообменник, семейство переносчиков бикарбоната
Идентификаторы
СимволHCO3_котрансп
ИнтерПроIPR003020
ПРОСИТPDOC00192
TCDB2.А.31

Семейство анионообменников (TC# 2.A.31, также называемое семейством переносчиков бикарбоната ) является членом большого суперсемейства вторичных переносчиков APC. [1] Члены семейства AE, как правило, отвечают за транспорт анионов через клеточные барьеры, хотя их функции могут различаться. Все они обменивают бикарбонат . Охарактеризованные члены семейства белков AE встречаются у растений, животных, насекомых и дрожжей. Неохарактеризованные гомологи AE могут присутствовать у бактерий (например, у Enterococcus faecium , 372 аминокислотных остатка; gi 22992757; 29% идентичности в 90 остатках). Животные белки AE состоят из гомодимерных комплексов интегральных мембранных белков, которые различаются по размеру от примерно 900 аминокислотных остатков до примерно 1250 остатков. Их N-концевые гидрофильные домены могут взаимодействовать с белками цитоскелета и, следовательно, играть структурную роль в клетке. Некоторые из охарактеризованных в настоящее время членов семейства AE можно найти в базе данных классификации транспортеров.

Обзор семьи

Транспортер бикарбоната, С-концевой домен
низкоэнергетическая структура для конечной цитоплазматической петли полосы 3, ЯМР, минимизированная средняя структура
Идентификаторы
СимволHCO3_transpt_C
ПфамПФ00955
Клан ПФАМCL0062
ИнтерПроIPR011531
ПРОСИТPDOC00192
СКОП21бтр / SCOPe / SUPFAM
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры
Цитоплазматический домен полосы 3
кристаллическая структура цитоплазматического домена белка полосы 3 эритроцитов человека
Идентификаторы
СимволBand_3_цито
ПфамПФ07565
Клан ПФАМCL0340
ИнтерПроIPR013769
СКОП21hyn / SCOPe / SUPFAM
TCDB2.А.31
суперсемейство OPM284
белок ОПМ1бтк
Доступные структуры белков:
Пфам  структуры / ECOD  
ПДБRCSB PDB; PDBe; PDBj
PDBsumрезюме структуры

Механизмы транспортировки бикарбоната (HCO 3 − ) являются основными регуляторами pH в клетках животных . Такой транспорт также играет важную роль в кислотно-щелочных движениях в желудке, поджелудочной железе, кишечнике, почках, репродуктивных органах и центральной нервной системе . Функциональные исследования предположили различные режимы транспортировки HCO 3 − .

Анализ последовательности двух семейств транспортеров HCO 3 − , которые были клонированы на сегодняшний день (анионообменники и котранспортеры Na + /HCO 3 − ), показывает, что они гомологичны . Это не совсем неожиданно, учитывая, что они оба транспортируют HCO 3 − и ингибируются классом фармакологических агентов, называемых дисульфоновыми стильбенами . [4] Они разделяют около ~25-30% идентичности последовательностей , которая распределена по всей длине их последовательности, и имеют схожие предсказанные мембранные топологии, что позволяет предположить, что у них есть ~10 трансмембранных (TM) доменов .

Консервативный домен обнаружен на С-конце многих белков-переносчиков бикарбоната. Он также обнаружен в некоторых растительных белках, ответственных за транспорт бора . [5] В этих белках он охватывает почти всю длину последовательности .

Анионообменные белки полосы 3, которые обменивают бикарбонат, являются наиболее распространенным полипептидом в мембране эритроцитов , составляя 25% от общего количества мембранного белка. Цитоплазматический домен полосы 3 функционирует в первую очередь как якорный участок для других мембрано-ассоциированных белков. Среди белковых лигандов этого домена есть анкирин , белок 4.2, белок 4.1, глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH), фосфофруктокиназа , альдолаза , гемоглобин , гемихромы и протеинтирозинкиназа (p72syk). [6]

Анионообменники в организме человека

У людей анионные обменники относятся к семейству переносчиков растворенных веществ 4 (SLC4), которое состоит из 10 паралогичных членов (SLC4A1-5; SLC4A7-11). Девять кодируют белки, которые транспортируют HCO−
3Функционально восемь из этих белков делятся на две основные группы: три Cl-HCO−
3обменники (AE1-3) и пять Na + -связанных HCO−
3транспортеры (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Два из Na + -связанных транспортеров (NBCe1, NBCe2) являются электрогенными; остальные три Na + -связанных HCO−
3транспортеры и все три AE являются электронейтральными. [7] [8] Два других (AE4, SLC4A9 и BTR1, SLC4A11 ) не охарактеризованы. Большинство, хотя и не все, ингибируются 4,4'-диизотиоцианатостильбен-2,2'-дисульфонатом (DIDS) . Белки SLC4 играют роль в кислотно-щелочном гомеостазе, транспорте H + или HCO−
3эпителием (например, поглощение HCO−
3в проксимальном канальце почки секреция HCO−
3в протоке поджелудочной железы), а также регуляция объема клеток и внутриклеточного pH. [8]

На основании их гидропатических диаграмм предполагается, что все белки SLC4 имеют схожую топологию в клеточной мембране. Они имеют относительно длинные цитоплазматические N-концевые домены, состоящие из нескольких сотен или нескольких сотен остатков, за которыми следуют 10-14 трансмембранных (TM) доменов, и заканчиваются относительно короткими цитоплазматическими C-концевыми доменами, состоящими из ~30-~90 остатков. Хотя C-концевой домен составляет небольшой процент от размера белка, этот домен в некоторых случаях имеет (i) связывающие мотивы, которые могут быть важны для белок-белковых взаимодействий (например, AE1, AE2 и NBCn1), (ii) важен для перемещения к клеточной мембране (например, AE1 и NBCe1), и (iii) может предоставлять сайты для регуляции функции транспортера посредством фосфорилирования протеинкиназы A (например, NBCe1). [9]

Семейство SLC4 включает следующие белки.

Анионит 1

Человеческий анионообменник 1 (AE1 или Band 3 ) связывает карбоангидразу II (CAII), образуя «транспортный метаболон », поскольку связывание CAII активирует транспортную активность AE1 примерно в 10 раз. [10] AE1 также активируется при взаимодействии с гликофорином , который также выполняет функцию нацеливания его на плазматическую мембрану. [11] Встроенные в мембрану С-концевые домены могут охватывать мембрану 13-16 раз. Согласно модели Чжу и др. (2003), AE1 у людей охватывает мембрану 16 раз, 13 раз как α-спираль и три раза (TMS 10, 11 и 14), возможно, как β-нити. [12] AE1 преимущественно катализирует реакции обмена анионов ( антипорта ). Конкретные точечные мутации в человеческом анионообменнике 1 (AE1) превращают этот электронейтральный анионообменник в одновалентную катионную проводимость. Один и тот же транспортный сайт в остовном домене AE1 участвует как в анионном обмене, так и в катионном транспорте. [13]

Было показано, что AE1 в эритроцитах человека переносит различные неорганические и органические анионы. Двухвалентные анионы могут быть симпортированы с H + . Кроме того, он катализирует переворачивание нескольких анионных амфипатических молекул, таких как додецилсульфат натрия (SDS) и фосфатидная кислота, из одного монослоя фосфолипидного бислоя в другой монослой. Скорость переворачивания достаточно высока, чтобы предположить, что этот катализируемый AE1 процесс физиологически важен в эритроцитах и, возможно, в других тканях животных. Анионные фосфолипиды и жирные кислоты, вероятно, являются естественными субстратами. Однако само присутствие TMS увеличивает скорость липидного переворота. [14] [15]

Структура

Была определена кристаллическая структура AE1 (CTD) при 3,5 ангстрем. [16] Структура заблокирована в открытой конформации, обращенной наружу, ингибитором. Сравнение этой структуры с субстрат-связанной структурой транспортера урацила UraA в конформации, обращенной внутрь, позволило идентифицировать вероятное положение связывания анионов в AE1 (CTD) и привело к предложению возможного транспортного механизма, который мог бы объяснить, почему выбранные мутации приводят к заболеванию. Трехмерная структура подтвердила, что семейство AE является членом суперсемейства APC . [9]

В RCSB имеется несколько кристаллических структур белка AE1 (ссылки также доступны в TCDB).

AE1: 1BH7 , 1BNX , 1BTQ , 1BTR , 1BTS , 1BTT , 1BZK , 2BTA , 1HYN , 2BTB , 3BTB , 2BTA , 2BTB , 3BTB , 4KY9 , PDB : 4YZF , 1HYN , 5A16

Другие участники

Почечный Na + :HCO−
3Было обнаружено, что котранспортеры являются членами семейства AE. Они катализируют реабсорбцию HCO−
3в проксимальном канальце почки в электрогенном процессе, который ингибируется типичными ингибиторами стильбена AE, такими как DIDS и SITS. Они также обнаружены во многих других тканях организма. По крайней мере два гена кодируют эти симпортеры у любого млекопитающего. Была представлена ​​модель 10 TMS [17] , но эта модель противоречит модели 14 TMS, предложенной для AE1. Трансмембранная топология электрогенного Na + :HO поджелудочной железы человека−
3Изучен транспортер NBC1. [18] Предложена топология TMS с N- и C-концами в цитоплазме. Внеклеточная петля определяет стехиометрию Na + -HCO−
3котранспортеры. [19]

В дополнение к Na + -независимым анионообменникам (AE1-3) и Na + :HCO−
3котранспортеры (NBC) (которые могут быть как электронейтральными, так и электрогенными), HCO, управляемый Na +−
3/Cl − обменник (NCBE) был секвенирован и охарактеризован. [20] Он транспортирует Na + + HCO−
3преимущественно вовнутрь, а H + + Cl − — наружу. Этот NCBE широко распространен в тканях млекопитающих, где он играет важную роль в подщелачивании цитоплазмы. Например, в β-клетках поджелудочной железы он опосредует глюкозозависимое повышение pH, связанное с секрецией инсулина .

Сообщалось, что животные клетки в культуре тканей, экспрессирующие ген, кодирующий белок хлорного канала ABC-типа CFTR (TC# 3.A.1.202.1) в плазматической мембране, демонстрируют циклическую AMP-зависимую стимуляцию активности AE. Регулирование не зависело от функции проводимости Cl − CFTR, а мутации в нуклеотидсвязывающем домене № 2 CFTR изменяли регулирование независимо от их влияния на активность хлорного канала. Эти наблюдения могут объяснить нарушение HCO−
3секреция у больных муковисцидозом.

Анионообменники в растениях и грибах

Растения и дрожжи имеют анионные транспортеры, которые как в клетках перицикла растений, так и в плазматической мембране клеток дрожжей экспортируют борат или борную кислоту (pKa = 9,2). [5] У A. thaliana бор экспортируется из клеток перицикла в корневую звездчатую апоплазму против градиента концентрации для поглощения побегами. У S. cerevisiae экспорт также происходит против градиента концентрации. Дрожжевой транспортер распознает HCO−
3, Я − , Бр − , НЕТ−
3и Cl − , которые могут быть субстратами. Известно, что устойчивость к токсичности бора у злаков связана с пониженным накоплением бора в тканях. Экспрессия генов из корней устойчивой к бору пшеницы и ячменя с высоким сходством с транспортерами оттока из Arabidopsis и риса снизила концентрацию бора из-за механизма оттока. [21] Механизм энергетического сопряжения неизвестен, и неизвестно, является ли субстратом борат или борная кислота. Несколько возможностей (унипорт, обмен анион:анион и обмен анион:катион) могут объяснить эти данные. [5]

Реакции переноса

Физиологически значимая транспортная реакция, катализируемая анионообменниками семейства AE: [9]

Cl − (в) + HCO−
3(выход) ⇌ Cl − (выход) + HCO−
3(в).

Для котранспортеров Na + :HCO3- это:

Na + (выход) + nHCO−
3(выход) → Na + (вход) + nHCO−
3(в).

Что для Na + /HCO−
3:H + /Cl − обменник:

Na + (выход) + HCO−
3(выход) + H + (вход) + Cl − (вход) ⇌ Na + (вход) + HCO−
3(вход) + H + (выход) + Cl − (выход).

Что касается белка оттока бора из растений и дрожжей, то он составляет:

Бор (вход) → Бор (выход)

Смотрите также

Ссылки

По состоянию на 28 января 2016 года эта статья полностью или частично взята из Transporter Classification Database . Владелец авторских прав лицензировал содержимое таким образом, что позволяет повторное использование в соответствии с CC BY-SA 3.0 и GFDL . Все соответствующие условия должны быть соблюдены. Исходный текст был на "2.A.31 The Anion Exchanger (AE) Family"

  1. ^ Vastermark A, Wollwage S, Houle ME, Rio R, Saier MH (октябрь 2014 г.). «Расширение суперсемейства вторичных переносчиков APC». Белки . 82 (10): 2797–811. doi :10.1002/prot.24643. PMC  4177346. PMID  25043943 .
  2. ^ Kopito RR (1990). «Молекулярная биология семейства генов анионообменников». International Review of Cytology . 123 : 177–99. doi : 10.1016/S0074-7696(08)60674-9 . ISBN 9780123645234. PMID  2289848.
  3. ^ Борон В.Ф., Фонг П., Хедигер М.А., Булпап Э.Л., Ромеро М.Ф. (июнь 1997 г.). «Электрогенный котранспортер Na/HCO3». Венская клиническая больница . 109 (12–13): 445–56. ПМИД  9261985.
  4. ^ Burnham CE, Amlal H, Wang Z, Shull GE, Soleimani M (август 1997 г.). «Клонирование и функциональная экспрессия человеческого почечного Na+:HCO3-котранспортера». Журнал биологической химии . 272 ​​(31): 19111–4. doi : 10.1074/jbc.272.31.19111 . PMID  9235899.
  5. ^ abc Takano J, Noguchi K, Yasumori M, Kobayashi M, Gajdos Z, Miwa K и др. (ноябрь 2002 г.). «Транспортёр бора Arabidopsis для загрузки ксилемы». Nature . 420 (6913): 337–40. Bibcode :2002Natur.420..337T. doi :10.1038/nature01139. PMID  12447444. S2CID  4418856.
  6. ^ Zhang D, Kiyatkin A, Bolin JT, Low PS (ноябрь 2000 г.). «Кристаллографическая структура и функциональная интерпретация цитоплазматического домена мембраны эритроцитов полосы 3». Blood . 96 (9): 2925–33. doi :10.1182/blood.V96.9.2925. PMID  11049968.
  7. ^ Piermarini PM, Choi I, Boron WF (июнь 2007 г.). «Клонирование и характеристика электрогенного Na/HCO3-котранспортера из гигантской волокнистой доли кальмара». Американский журнал физиологии. Физиология клеток . 292 (6): C2032-45. doi :10.1152/ajpcell.00544.2006. PMID  17267543. S2CID  808344.
  8. ^ ab Romero MF, Chen AP, Parker MD, Boron WF (2013-06-01). "Семейство SLC4 транспортеров бикарбоната (HCO3−)". Молекулярные аспекты медицины . 34 (2–3): 159–82. doi :10.1016/j.mam.2012.10.008. PMC 3605756. PMID  23506864 . 
  9. ^ abc Saier, MH Jr. "2.A.31 Семейство анионообменников (AE)". База данных классификации транспортеров . Группа биоинформатики лаборатории Saier @ UCSD / SDSC.
  10. ^ Sterling D, Reithmeier RA, Casey JR (декабрь 2001 г.). «Транспортный метаболон. Функциональное взаимодействие карбоангидразы II и хлорид/бикарбонатных обменников». Журнал биологической химии . 276 (51): 47886–94. doi : 10.1074/jbc.M105959200 . PMID  11606574.
  11. ^ Young MT, Tanner MJ (август 2003 г.). «Отдельные регионы человеческого гликофорина A усиливают транспортную функцию анионообменника эритроцитов человека (полоса 3; AE1) и поверхностный транспорт». Журнал биологической химии . 278 (35): 32954–61. doi : 10.1074/jbc.M302527200 . PMID  12813056.
  12. ^ Zhu Q, Lee DW, Casey JR (январь 2003 г.). «Новая топология в C-концевой области анионообменника плазматической мембраны человека, AE1». Журнал биологической химии . 278 (5): 3112–20. doi : 10.1074/jbc.M207797200 . PMID  12446737.
  13. ^ Barneaud-Rocca D, Borgese F, Guizouarn H (март 2011 г.). «Двойные транспортные свойства анионообменника 1: один и тот же трансмембранный сегмент участвует в анионном обмене и в утечке катионов». Журнал биологической химии . 286 (11): 8909–16. doi : 10.1074/jbc.M110.166819 . PMC 3059035. PMID  21257764 . 
  14. ^ Кол М.А., де Крун А.И., Рийкерс Д.Т., Киллиан Дж.А., де Круйфф Б. (сентябрь 2001 г.). «Мембранные пептиды вызывают флоп фосфолипидов: модель транслокации фосфолипидов через внутреннюю мембрану E. coli». Биохимия . 40 (35): 10500–6. дои : 10.1021/bi010627+. ПМИД  11523991.
  15. ^ Sapay N, Bennett WF, Tieleman DP (сентябрь 2010 г.). «Молекулярное моделирование липидного флип-флопа в присутствии модельных трансмембранных спиралей». Биохимия . 49 (35): 7665–73. doi :10.1021/bi100878q. PMID  20666375.
  16. ^ Аракава Т., Кобаяши-Юруги Т., Алгуэль Ю., Иванари Х., Хатаэ Х., Ивата М. и др. (ноябрь 2015 г.). «Кристаллическая структура анионообменного домена полосы 3 эритроцитов человека» (PDF) . Наука . 350 (6261): 680–4. Бибкод : 2015Sci...350..680A. дои : 10.1126/science.aaa4335. PMID  26542571. S2CID  5331647.
  17. ^ Romero MF, Boron WF (1999-01-01). "Электрогенные Na+/HCO3- котранспортеры: клонирование и физиология". Annual Review of Physiology . 61 : 699–723. doi :10.1146/annurev.physiol.61.1.699. PMID  10099707.
  18. ^ Татищев С., Абуладзе Н., Пушкин А., Ньюман Д., Лю В., Уикс Д. и др. (январь 2003 г.). «Идентификация топографии мембраны электрогенного котранспортера бикарбоната натрия pNBC1 с помощью транскрипции/трансляции in vitro». Биохимия . 42 (3): 755–65. doi :10.1021/bi026826q. PMID  12534288.
  19. ^ Chen LM, Liu Y, Boron WF (февраль 2011 г.). «Роль внеклеточной петли в определении стехиометрии котранспортеров Na+-HCO3−». Журнал физиологии . 589 (Pt 4): 877–90. doi :10.1113/jphysiol.2010.198713. PMC 3060367. PMID  21224233 . 
  20. ^ Wang CZ, Yano H, Nagashima K, Seino S (ноябрь 2000 г.). «The Na+-driven Cl-/HCO3- exchanger. Cloning, tissue distribution, and functional characteristics». The Journal of Biological Chemistry . 275 (45): 35486–90. doi : 10.1074/jbc.C000456200 . PMID  10993873.
  21. ^ Reid R (декабрь 2007 г.). «Идентификация генов-переносчиков бора, которые, вероятно, отвечают за толерантность к токсичности бора в пшенице и ячмене». Plant & Cell Physiology . 48 (12): 1673–8. doi : 10.1093/pcp/pcm159 . PMID  18003669.
В статье использован текст из общедоступных источников Pfam и InterPro : IPR011531
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Anion_exchanger_family&oldid=1195788143"