Kalsiyum: katyon antiporter - Calcium:cation antiporter - Wikipedia

CA2+: katyon antiporter (CaCA) ailesi (TC # 2.A.19 ) üyesidir katyon difüzyon kolaylaştırıcı (CDF) üst ailesi. Bu aile Ca ile karıştırılmamalıdır2+: H+ Lysine Exporter (LysE) Superfamily'e ait olan Antiporter-2 (CaCA2) Ailesi (TC # 2.A.106). CaCA ailesinin proteinleri, hayvanlarda, bitkilerde, mayalarda, arkelerde ve farklı bakterilerde tanımlanmış olarak her yerde bulunur. Bu ailenin üyeleri, antiport kalsiyum iyonu ile başka bir katyon.

Homoloji

CaCA ailesinin üyeleri, büyük ölçüde farklı diziler sergiler. Birkaç homolog, art arda bir intragenik duplikasyon olayı ile ortaya çıktığını göstermektedir.[1] Bu tekrar elemanının en çok korunan kısımları α1 ve α2, varsayılan TMS 2-3 ve TMS 7-8'de bulunur.[2] Bu korunmuş diziler taşıma işlevi için önemlidir ve zar içi gözenek / halka benzeri yapı oluşturabilir. Bu taşıyıcılar öncelikle Ca'da işlev görür2+ ekstrüzyon.[3]

CaCA ailesi için filogenetik ağaç, en az altı ana dalı ortaya çıkarır.[1] İki küme yalnızca hayvansal proteinlerden oluşur, üçüncüsü birkaç bakteri ve arkeal protein içerir, dördüncüsü maya, bitki ve mavi yeşil bakteri homologlarına sahiptir, beşincisi yalnızca ChaA Ca içerir2+: H+ antiporter E. coli ve altıncı sadece bir uzaklığı içerir S. cerevisiae bilinmeyen işlevin homologu. Tek bir organizmada birkaç homolog mevcut olabilir. Bu gerçek ve ağacın şekli, ya bu proteinlerin izoformlarının, üç yaşam alanı birbirinden ayrılmadan önce gen kopyalanmasıyla ortaya çıktığını ya da yatay gen transferi bu alanlar arasında oluşmuştur.[1]

Birkaç siyanobakteriden homologlar karakterize edilmiştir. Tuz toleransında önemli roller oynarlar.[4]

Alt aileler

CaCA ailesi en az beş alt aileden oluşur:[5]

  1. K+bağımsız eşanjörler
  2. Na+/CA2+ değiştiriciler (NCX'ler)
  3. Katyon / Ca2+ değiştiriciler (CCX'ler),
  4. YBRG taşıyıcıları
  5. Katyon değiştiriciler (CAX'ler)

CaCA aile üyelerinin temsili bir listesi şurada bulunabilir: Taşıyıcı Sınıflandırma Veritabanı.

Yapısı

CaCA ailesinin üyeleri boyut olarak 302 amino asil kalıntısından (Methanococcus jannaschii ) 1199 kalıntıya (Bos taurus ). Hayvanlar aleminde bile, boyutları 461 ila 1199 kalıntı arasında değişir. Bakteriyel ve arkel proteinler genel olarak ökaryotik proteinlerden daha küçüktür.[6] Membranı geçmeleri önerildi 9 (memeliler ) veya 10 (bakteri ) kez α-sarmal anahtarlar, ancak bazı bitki homologları (Cax1 ve Cax2, yani TC # s 2.A.19.2.3 ve 2.A.19.2.4 sırasıyla Arabidopsis thaliana) 11 varsayım sergiler TMS'ler. E. coli ChaB (YrbG; TC # 2.A.19.5.1 ) homologun, periplazmaya lokalize edilmiş hem N- hem de C-terminalleri ile 10 TMS'ye sahip olduğu bulunmuştur. Dahili olarak kopyalanmış proteinin her bir homolog yarısı, zarda zıt yönelimle 5 TMS'ye sahiptir.[7] Bu yönelim, sitoplazmik döngülerde pozitif yüklü kalıntıların varlığıyla stabilize edilmiş gibi görünmektedir.

Memeli kalp kası homologu muhtemelen 9 TMS'ye sahiptir. Bu proteinin N-terminalinin hücre dışı olduğuna inanılmaktadır, C-terminali ise hücre içindedir.[2] Taşıma işlevi için büyük bir merkezi döngü gerekli değildir ve düzenlemede rol oynar. Bu memeli proteini için tercih edilen 9 TMS modelinde polipeptit zinciri, TMS 2'den ve TMS 7'den sonra membrana ilmeklenir. Büyük merkezi halka, TMS 5'i TMS 6'dan ayırır. TMS 2 ve aşağıdaki halka, TMS 7'ye dizi benzerliği gösterir ve döngü. TMS 7, proteinin 3-D yapısında TMS 2 ve 3'e yakın olabilir.[8]

Fonksiyon

Sonra bir+:CA2+ değiştirici, Ca'yı koruyarak kardiyak kasılmada merkezi bir rol oynar2+ homeostaz. İki Ca2+- büyük bir hücre içi döngüde bulunan bağlayıcı alanlar, CBD1 ve CBD2, değiştiricinin aktivitesini düzenler. CA2+ bu düzenleyici alanlara bağlanmak, Ca'nın taşınmasını etkinleştirir2+ plazma zarı boyunca. CBD1'in yapısı dört Ca gösterir2+ iyonlar sıkı bir düzlemsel küme halinde düzenlenmiştir. Ca'da CBD2'nin yapısı2+bağlı (1.7 Å çözünürlük) ve Ca2+-ücretsiz (1,4 Å çözünürlüklü) konformasyonlar (CBD1 gibi) klasik bir Ig katını gösterir, ancak yalnızca iki Ca koordine eder2+ birincil ve ikincil Ca'daki iyonlar2+ Siteler. Ca yokluğunda2+, Lys585, Ca'nın her birinden birer tane olmak üzere iki asidik kalıntıyı (Asp552 ve Glu648) koordine ederek yapıyı stabilize eder.2+-bağlayıcı siteler ve protein açılmasını önler.[9]

Tüm karakterize edilen hayvan proteinleri, Ca2+: Na+ Bazıları da K taşımasına rağmen değişim+. NCX plazma membran proteinleri 3 Na değiş tokuş eder+ 1 Ca için2+ (ör. TC # 2.A.19.3 ). Memeli Na+/CA2+ eşanjörler, birbirine yaklaşık% 70 özdeş olan üç izoform NCX1-3 olarak mevcuttur. NCKX değiştiriciler 1 Ca değişimi2+ artı 1 K+ dört Na için+ (ör. TC # 2.A.19.4 ). Miyosit NCX1.1 ekleme varyantı, Ca2+ kardiyak gevşeme sırasında ekstrüzyon ve Ca katalizörü olabilir2+ kasılma sırasında akış. E. coli ChaA (TC # 2.A.19.1.1 ) protein Ca'yı katalize eder2+: H+ antiport ama aynı zamanda Na katalize edebilir+: H+ yavaşça antiport. Ailenin geri kalan tüm iyi karakterize edilmiş üyeleri Ca'yı katalize eder2+: H+ değiş tokuş.

Sonra bir+/CA2+ eşanjör, NCX1 (TC # 2.A.19.3.1 ), hücre içi Ca'yı düzenleyen bir plazma membran proteinidir2+ seviyeler kalp miyositleri. Taşıma faaliyeti Ca tarafından düzenlenir2+ve birincil Ca2+ sensör (CBD1), iki transmembran sarmalını bağlayan büyük bir sitoplazmik döngü içinde bulunur. Ca'nın yüksek afniteli bağlanması2+ CBD1 duyusal alanına geçiş, değiştiriciyi Ca ekstrüzyonu için uyaran konformasyonel değişikliklere neden olur2+. 2,5 Å çözünürlükte CBD1'in kristal yapısı, yeni bir Ca2+ dört Ca içeren bağlanma bölgesi2+ iyonlar sıkı bir düzlemsel küme halinde düzenlenmiştir. Bir Ca için bu karmaşık koordinasyon modeli2+ bağlanma kümesi, oldukça hassas bir Ca'nın göstergesidir2+ sensör ve Ca için genel bir platformu temsil edebilir2+ algılama.[10]

İnsan Na+:CA2+ değiştiriciler kusurlu olduklarında nörodejeneratif bozukluklara neden olabilir.[11] NCX'in allosterik aktivasyonu, sitosolik Ca'nın bağlanmasını içerir2+ düzenleyici alanlara CBD1 ve CBD2.[12]

Taşıma reaksiyonu

CaCA ailesinin proteinleri tarafından katalize edilen genelleştirilmiş taşıma reaksiyonu:

CA2+ (inç) + [nH+ veya nNa+ (dışarı)] ⇌ Ca2+ (çıkış) + [nH+ veya nNa+] (içinde).

Referanslar

  1. ^ a b c Saier, M. H .; Eng, B. H .; Fard, S .; Garg, J .; Haggerty, D. A .; Hutchinson, W. J .; Jack, D. L .; Lai, E. C .; Liu, H.J. (1999-02-25). "Genom analizleri ile ortaya çıkan yeni taşıma protein ailelerinin filogenetik karakterizasyonu". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biyomembranlar hakkında incelemeler. 1422 (1): 1–56. doi:10.1016 / s0304-4157 (98) 00023-9. ISSN  0006-3002. PMID  10082980.
  2. ^ a b Iwamoto, T .; Nakamura, T. Y .; Pan, Y .; Uehara, A .; Imanaga, I .; Shigekawa, M. (1999-03-12). "Kardiyak Na + / Ca2 + değiştiricideki dahili tekrarların benzersiz topolojisi". FEBS Mektupları. 446 (2–3): 264–268. doi:10.1016 / s0014-5793 (99) 00218-5. ISSN  0014-5793. PMID  10100855. S2CID  29847951.
  3. ^ DiPolo, Reinaldo; Beaugé, Luis (2006/01/01). "Sodyum / kalsiyum değiştirici: metabolik düzenlemenin iyon taşıyıcı etkileşimleri üzerindeki etkisi". Fizyolojik İncelemeler. 86 (1): 155–203. doi:10.1152 / physrev.00018.2005. ISSN  0031-9333. PMID  16371597.
  4. ^ Waditee, Rungaroon; Hossain, Gazi Şakir; Tanaka, Yoshito; Nakamura, Tatsunosuke; Shikata, Masamitsu; Takano, Haz; Takabe, Tetsuko; Takabe, Teruhiro (2004-02-06). "Ca2 + / H + antiporterlerinin siyanobakterilerden izolasyonu ve fonksiyonel karakterizasyonu". Biyolojik Kimya Dergisi. 279 (6): 4330–4338. doi:10.1074 / jbc.M310282200. ISSN  0021-9258. PMID  14559898.
  5. ^ Cai, Sincan; Lytton Jonathan (2004-09-01). "Katyon / Ca (2+) değiştirici üst ailesi: filogenetik analiz ve yapısal çıkarımlar". Moleküler Biyoloji ve Evrim. 21 (9): 1692–1703. doi:10.1093 / molbev / msh177. ISSN  0737-4038. PMID  15163769.
  6. ^ Chung, Y. J .; Krueger, C .; Metzgar, D .; Saier, M.H. (2001-02-01). "Bakteriler, Archaea ve Eucarya'daki integral membran taşıma protein homologları arasındaki boyut karşılaştırmaları". Bakteriyoloji Dergisi. 183 (3): 1012–1021. doi:10.1128 / JB.183.3.1012-1021.2001. ISSN  0021-9193. PMC  94969. PMID  11208800.
  7. ^ Sääf, A .; Baars, L .; von Heijne, G. (2001-06-01). "Na + / Ca2 + değiştirici ile ilgili Escherichia coli proteini YrbG'deki dahili tekrarlar, zıt membran topolojilerine sahiptir". Biyolojik Kimya Dergisi. 276 (22): 18905–18907. doi:10.1074 / jbc.M101716200. ISSN  0021-9258. PMID  11259419.
  8. ^ Qiu, Z .; Nicoll, D. A .; Philipson, K. D. (2001-01-05). "Kalp Na (+) - Ca (2+) değiştiricinin işlevsel olarak önemli bölgelerinin sarmal paketlenmesi". Biyolojik Kimya Dergisi. 276 (1): 194–199. doi:10.1074 / jbc.M005571200. ISSN  0021-9258. PMID  11035002.
  9. ^ Besserer, Gabriel Mercado; Ottolia, Michela; Nicoll, Debora A .; Chaptal, Vincent; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Abramson, Jeff (2007-11-20). "Na + Ca2 + değiştiricinin ikinci Ca2 + bağlayıcı alanı düzenleme için gereklidir: kristal yapılar ve mutasyon analizi". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 104 (47): 18467–18472. doi:10.1073 / pnas.0707417104. ISSN  1091-6490. PMC  2141800. PMID  17962412.
  10. ^ Nicoll, Debora A .; Sawaya, Michael R .; Kwon, Seunghyug; Cascio, Duilio; Philipson, Kenneth D .; Abramson, Jeff (2006-08-04). "Na + / Ca2 + değiştiricinin birincil Ca2 + sensörünün kristal yapısı yeni bir Ca2 + bağlama motifini ortaya koymaktadır". Biyolojik Kimya Dergisi. 281 (31): 21577–21581. doi:10.1074 / jbc.C600117200. ISSN  0021-9258. PMID  16774926.
  11. ^ Gomez-Villafuertes, Rosa; Mellström, Britt; Naranjo, Jose R. (2007-04-01). "Nörodejenerasyonda NCX / NCKX değiştiricilerinin rolünü arama". Moleküler Nörobiyoloji. 35 (2): 195–202. doi:10.1007 / s12035-007-0007-0. ISSN  0893-7648. PMID  17917108. S2CID  11116673.
  12. ^ Giladi, Moshe; Khananshvili, Daniel (2013/01/01). "NCX proteinlerinde allosterik düzenlemenin moleküler belirleyicileri". Deneysel Tıp ve Biyolojideki Gelişmeler. 961: 35–48. doi:10.1007/978-1-4614-4756-6_4. ISBN  978-1-4614-4755-9. ISSN  0065-2598. PMID  23224868.

10 Şubat 2016 itibarıyla bu makale tamamen veya kısmen şu kaynaklardan türetilmiştir: Taşıyıcı Sınıflandırma Veritabanı. Telif hakkı sahibi, içeriği, altında yeniden kullanıma izin verecek şekilde lisanslamıştır. CC BY-SA 3.0 ve GFDL. İlgili tüm şartlara uyulmalıdır. Orijinal metin "2.A.19 Ca2 +: Katyon Önleyici (CaCA) Ailesi"