Las proteínas de la familia del transportador de betaína / carnitina / colina ( BCCT ) se encuentran en las bacterias y arqueas Gram negativas y Gram positivas . La familia BCCT es miembro de un gran grupo de transportadores secundarios, la superfamilia APC . Su característica funcional común es que todos transportan moléculas con un grupo de amonio cuaternario [RN (CH 3 ) 3 ]. Las proteínas de la familia BCCT varían en longitud entre 481 y 706 residuos de amino acilo y poseen 12 llaves transmembrana α-helicoidales putativas(TMS). Las estructuras de rayos x revelan dos 5 repeticiones TMS con el número total de TMS ser 10. Estos cargadores catalizan bidireccional Uniport o son energizados por pmf impulsada o SMF impulsada protón o ion de sodio symport , respectivamente, o bien por el sustrato: sustrato antiport . Algunas de estas permeasas exhiben propiedades osmosensoriales y osmorreguladoras inherentes a sus cadenas polipeptídicas. [1]
Transportador de la familia BCCT | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | BCCT | |||||||
Pfam | PF02028 | |||||||
InterPro | IPR000060 | |||||||
TCDB | 2.A.15 | |||||||
Superfamilia OPM | 64 | |||||||
Proteína OPM | 4ain | |||||||
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Estructura
Se determinaron las estructuras del antiportador de carnitina / butirobetaína independiente de sodio CaiT de Proteus mirabilis (PmCaiT) ( 4M8J ) y de E. coli (EcCaiT) ( 3HFX ). [2]
La mayoría de los miembros de la familia BCCT son dependientes de Na + - o H + , mientras que EcCaiT es un sustrato independiente de Na + - y H + : producto antiportador. La arquitectura tridimensional de CaiT se asemeja a la de los transportadores dependientes de Na + LeuT y BetP , pero en CaiT, un azufre de metionina ocupa el lugar del Na + para coordinar el sustrato en el sitio de transporte central, lo que explica la independencia de Na + . Ambas estructuras CaiT ( SWSW , 4M8J ) muestran la conformación completamente abierta, orientada hacia adentro, y así completan el conjunto de estados funcionales que describen el mecanismo de acceso alterno. EcCaiT ( SWSX , 3HFX ) contiene dos moléculas de sustrato de butirobetaína unidas, una en el sitio de transporte central y la otra en un bolsillo de unión extracelular. En la estructura de PmCaiT, una cadena lateral de triptófano ocupa el sitio de transporte y el acceso al sitio extracelular está bloqueado. La unión de ambos sustratos a CaiT reconstituido en proteoliposomas es cooperativa, con coeficientes de Hill de hasta 1,7, lo que indica que el sitio extracelular es regulador. Schulze y col. (2010) propuso un mecanismo mediante el cual el sitio regulador ocupado aumenta la afinidad de unión del sitio de transporte e inicia la translocación del sustrato. [2] Se ha descubierto que los transportadores de glicina betaína contienen una región conservada con cuatro triptófanos en su región central. [3]
Función
La mayoría de los transportadores activos secundarios transportan sus sustratos usando un gradiente de iones electroquímicos , pero el transportador de carnitina (CaiT) es un antiportador de L-carnitina / gamma-butirobetaína independiente de iones. Las estructuras cristalinas de CaiT de E. coli y Proteus mirabilis revelaron la repetición de cinco hélices transmembrana invertida similar a la del simportador de aminoácidos / Na + , LeuT. Kalayil y col. (2013) demostraron que las mutaciones de la arginina 262 (R262) dependían del CaiT Na + con una mayor actividad de transporte en presencia de un potencial de membrana, de acuerdo con el cotransporte de sustrato / Na + . R262 también juega un papel en la unión del sustrato estabilizando la hélice TM1 'parcialmente desenrollada. [4]
El modelado de CaiT de P. mirabilis en los estados abierto y cerrado hacia afuera en las estructuras correspondientes del simportador relacionado BetP reveló orientaciones alternas de la cadena lateral R262 enterrada, que imitan la unión y la desvinculación de sodio en los simportadores de sustrato acoplados con Na + . Un mecanismo similar puede ser operativo en otros transportadores independientes de Na + / H + , en los que un aminoácido cargado positivamente reemplaza al catión cotransportado. La oscilación de la cadena lateral R262 en CaiT indica cómo una carga positiva desencadena el cambio entre conformaciones abiertas hacia afuera y abiertas hacia adentro. [4]
Reacciones de transporte
Las reacciones de transporte generalizadas catalizadas por miembros de la familia BCCT son: [1]
- Sustrato (salida) + nH + (salida) → Sustrato (entrada) + nH + (entrada)
- Sustrato (salida) + Na + (salida) → Sustrato (entrada) + Na + (entrada)
- Substrate-1 (out) + Substrate-2 (in) → Substrate-1 (in) + Substrate-2 (out)
- Sustrato (hacia fuera) ⇌ Sustrato (hacia adentro)
- Sustrato = una amina cuaternaria
Otros transportadores de betaína
- El transportador de betaína de mamíferos: transportador de betaína dependiente de sodio y cloruro
Ver también
Referencias
- ^ a b Saier, MH Jr. "2.A.15 La familia de transportadores de betaína / carnitina / colina (BCCT)" . Base de datos de clasificación de transportadores . Grupo de Bioinformática Saier Lab.
- ^ a b Schulze, S; Köster, S; Geldmacher, U; Terwisscha van Scheltinga, AC; Kühlbrandt, W (9 de septiembre de 2010). "Base estructural de Na (+) - sustrato / producto antipuerto independiente y cooperativo en CaiT" (PDF) . Naturaleza . 467 (7312): 233–6. Código Bibliográfico : 2010Natur.467..233S . doi : 10.1038 / nature09310 . PMID 20829798 . S2CID 4341977 .
- ^ Kempf B, Bremer E, Kappes RM (1996). "Tres sistemas de transporte para el osmoprotector glicina betaína operan en Bacillus subtilis: caracterización de OpuD" . J. Bacteriol . 178 (17): 5071–5079. doi : 10.1128 / jb.178.17.5071-5079.1996 . PMC 178300 . PMID 8752321 .
- ^ a b Kalayil, S; Schulze, S; Kühlbrandt, W (22 de octubre de 2013). "La oscilación de la arginina explica la independencia de Na + en el sustrato / producto antiportador CaiT" . Proc. Natl. Acad. Sci. USA . 110 (43): 17296–301. Código bibliográfico : 2013PNAS..11017296K . doi : 10.1073 / pnas.1309071110 . PMC 3808595 . PMID 24101465 .