Las principales proteínas intrínsecas comprenden una gran superfamilia de canales de proteínas transmembrana que se agrupan sobre la base de la homología. La superfamilia MIP incluye tres subfamilias: acuaporinas, acuagliceroporinas y S-acuaporinas. [2]
- Las acuaporinas (AQP) son selectivas al agua.
- Las acuagliceroporinas son permeables al agua, pero también a otras pequeñas moléculas no cargadas como el glicerol.
- La tercera subfamilia, con secuencias de aminoácidos poco conservadas alrededor de las cajas NPA, incluye ' superacuaporinas ' (S-acuaporinas).
Proteína intrínseca principal | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | MIP | |||||||
Pfam | PF00230 | |||||||
InterPro | IPR000425 | |||||||
PROSITE | PDOC00193 | |||||||
SCOP2 | 1fx8 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
TCDB | 1.A.8 | |||||||
Superfamilia OPM | 7 | |||||||
Proteína OPM | 1z98 | |||||||
CDD | cd00333 | |||||||
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Se ha publicado la filogenia de los canales de la familia MIP de insectos. [3] [4] [5]
Familias
Hay dos familias que pertenecen a la superfamilia MIP .
- 1.A.8 - La familia de proteínas intrínsecas principales (MIP)
- 1.A.16 - Familia de transportadores de formiato -nitrito (FNT)
La principal familia de proteínas intrínsecas (CT # 1.A.8)
La familia MIP es grande y diversa, y posee miles de miembros que forman canales transmembrana. Estas proteínas de canal funcionan transportando agua, carbohidratos pequeños (p. Ej., Glicerol ), urea , NH 3 , CO 2 , H 2 O 2 e iones mediante mecanismos independientes de la energía. Por ejemplo, el canal de glicerol, FPS1p de Saccharomyces cerevisiae media la absorción de arsenito y antimonita. [6] La permeabilidad de iones parece ocurrir a través de una vía diferente a la utilizada para el transporte de agua / glicerol y puede involucrar un canal en la interfaz de 4 subunidades en lugar de los canales a través de las subunidades. [7] Los miembros de la familia MIP se encuentran ubicuamente en bacterias, arqueas y eucariotas. La agrupación filogenética de las proteínas se basa principalmente en el filo de los organismos de origen, pero se observan una o más agrupaciones para cada reino filogenético (plantas, animales, levaduras, bacterias y arqueas). [8] Los MIP se clasifican en cinco subfamilias en plantas superiores, que incluyen proteínas intrínsecas de membrana plasmática (PIP), tonoplasto (TIP), similares a NOD26 (NIP), pequeñas básicas (SIP) y X no clasificadas (XIP). Uno de los grupos de plantas incluye solo proteínas tonoplasto (TIP), mientras que otro incluye proteínas de la membrana plasmática (PIP). [9]
Proteína intrínseca principal
La proteína intrínseca principal (MIP) del cristalino humano del ojo (Aqp0), que da nombre a la familia MIP, representa aproximadamente el 60% de la proteína en la célula del cristalino. En la forma nativa, es una acuaporina (AQP), pero durante el desarrollo del cristalino, se trunca proteolíticamente. El canal, que normalmente alberga de 6 a 9 moléculas de agua, se contrae, por lo que solo quedan tres, y estas quedan atrapadas en una conformación cerrada. [10] [11] Estos tetrámeros truncados forman uniones adhesivas intercelulares (cabeza a cabeza), produciendo una matriz cristalina que media la formación del cristalino con células apretadas según se requiera para formar un cristalino transparente. [12] Los lípidos cristalizan con la proteína. [13] Se ha demostrado la actividad del canal iónico para las acuaporinas 0, 1 y 6, Drosophila 'Big Brain' (bib) [14] y la planta Nodulin-26. [15] Se han revisado las funciones de las acuaporinas en el cáncer humano, así como sus vías de plegamiento. [16] [17] Los AQP pueden actuar como osmosensores transmembrana en glóbulos rojos, gránulos secretores y microorganismos. [18] Se han revisado las proteínas superfamiliares MIP y las variaciones de sus filtros de selectividad. [19]
Acuaporina
Las acuaporinas conocidas actualmente se agrupan libremente, al igual que los facilitadores de glicerol conocidos. [20] Se cree que las proteínas de la familia MIP forman poros acuosos que permiten selectivamente el transporte pasivo de su (s) soluto (s) a través de la membrana con un reconocimiento aparente mínimo. Las acuaporinas transportan selectivamente glicerol y agua, mientras que los facilitadores de glicerol transportan selectivamente glicerol pero no agua. Algunas acuaporinas pueden transportar NH 3 y CO 2 . Los facilitadores de glicerol funcionan como canales inespecíficos de solutos y pueden transportar glicerol, dihidroxiacetona, propanodiol, urea y otras pequeñas moléculas neutras en procesos fisiológicamente importantes. Algunos miembros de la familia, incluida la proteína Fps1 de levadura ( TC # 1.A.8.5.1 ) y el tabaco NtTIPa ( TC # 1.A.8.10.2 ) pueden transportar tanto agua como pequeños solutos. [20]
Ejemplos de
Se puede encontrar una lista de casi 100 miembros actualmente clasificados de la familia MIP en la Base de datos de clasificación de transportadores . Algunos de los canales de la familia MIP incluyen:
- Proteína intrínseca principal de mamíferos (MIP). MIP es el componente principal de las uniones entre las fibras de las lentes.
- Acuaporinas de mamíferos . [20] ( InterPro : IPR012269 ) Estas proteínas forman canales específicos del agua que proporcionan a las membranas plasmáticas de los glóbulos rojos, así como a los túbulos colectores y proximales del riñón, una alta permeabilidad al agua, lo que permite que el agua se mueva en la dirección de un gradiente osmótico. .
- Nodulina-26 de soja, un componente principal de la membrana peribacteroide inducida durante la nodulación en raíces de leguminosas después de la infección por Rhizobium .
- Proteínas intrínsecas del tonoplasto vegetal (TIP). Hay varias isoformas de TIP: alfa (semilla), gamma, Rt (raíz) y Wsi (inducida por estrés hídrico). Estas proteínas pueden permitir la difusión de agua, aminoácidos y / o péptidos desde el interior del tonoplasto hasta el citoplasma.
- Proteína bacteriana facilitadora de glicerol (gen glpF), que facilita el movimiento del glicerol de forma no específica a través de la membrana citoplasmática. [21]
- Facilitador de difusión de propanediol de Salmonella typhimurium (gen pduF).
- Levadura FPS1, una proteína facilitadora de la absorción / salida de glicerol.
- Proteína neurogénica de Drosophila 'gran cerebro' (bib). Esta proteína puede mediar la comunicación intercelular; puede funcionar permitiendo el transporte de ciertas moléculas y enviando así una señal para que una célula exodérmica se convierta en un epidermoblasto en lugar de un neuroblasto.
- Proteína hipotética de levadura YFL054c.
- Una proteína hipotética de la región pepX de Lactococcus lactis .
Estructura
Los canales de la familia MIP consisten en homotetrámeros (p. Ej., GlpF de E. coli ; TC # 1.A.8.1.1 , AqpZ de E. coli ; TC # 1.A.8.3.1 y MIP o Aqp0 de Bos taurus ; TC # 1.A.8.8.1 ). Cada subunidad atraviesa la membrana seis veces como supuestas hélices α. Se cree que los 6 dominios TMS han surgido de un elemento genético que codifica 3 llaves mediante un evento de duplicación intragénico en tándem. Por tanto, las dos mitades de las proteínas tienen una orientación opuesta en la membrana. Una región bien conservada entre los TMS 2 y 3 y los TMS 5 y 6 se sumergen en la membrana, formando cada bucle un medio TMS. [22] [23] Un motivo amino acilo común en estos transportadores es un motivo asparagina-prolina-alanina (NPA). Las acuaporinas generalmente tienen el motivo NPA en ambas mitades, los facilitadores de glicerol generalmente tienen un motivo NPA en las primeras partes y un motivo DPA en las segundas mitades, y las súper acuaporinas tienen motivos NPA mal conservados en ambas mitades. [2]
Facilitador de absorción de glicerol
La estructura cristalina del facilitador de glicerol de E. coli ( TC # 1.A.8.1.1 ) se resolvió a una resolución de 2,2 Å ( PDB : 1FX8 ). [24] Las moléculas de glicerol crean un solo archivo dentro del canal y pasan a través de un filtro de selectividad estrecho. Los dos motivos DPA conservados en los bucles entre los TMS 2 y 3 y los TMS 5 y 6 forman la interfaz entre las dos mitades duplicadas de cada subunidad. Por tanto, cada mitad de la proteína forma 3,5 TMS que rodean el canal. La estructura explica por qué GlpF es selectivamente permeable a los carbohidratos de cadena lineal y por qué se excluyen en gran medida el agua y los iones. La acuaporina-1 (AQP1) y el facilitador de glicerol bacteriano, GlpF, pueden transportar O 2 , CO 2 , NH 3 , glicerol, urea y agua en diversos grados. Para pequeños solutos que pasan a través de AQP1, existe una anti-correlación entre la permeabilidad y la hidrofobicidad del soluto. [25] AQP1 es, por tanto, un filtro selectivo para solutos polares pequeños, mientras que GlpF es muy permeable a solutos pequeños y menos permeable a solutos más grandes.
Acuaporina-1
La acuaporina-1 (Aqp1) del glóbulo rojo humano se ha resuelto mediante cristalografía electrónica a una resolución de 3,8 Å ( PDB : 1FQY ). [26] La vía acuosa está revestida de residuos hidrófobos conservados que permiten un rápido transporte de agua. La selectividad del agua se debe a una constricción del diámetro del poro interno a aproximadamente 3 Å en el intervalo de un solo residuo, superficialmente similar al del facilitador de glicerol de E. coli. Varias otras estructuras cristalinas resueltas más recientemente están disponibles en RCSB, que incluyen pero no se limitan a: PDB : 4CSK , 1H6I , 1IH5 .
Acuaporina-Z
AqpZ, un homotetrámero (tAqpZ) de cuatro canales conductores de agua que facilitan los movimientos rápidos del agua a través de la membrana plasmática de E. coli , se ha resuelto con una resolución de 3,2 Å ( PDB : 2ABM ). Todos los residuos del revestimiento del canal en los cuatro canales monoméricos están orientados en posiciones casi idénticas excepto en la constricción del canal más estrecho, donde la cadena lateral de un Arg-189 conservado adopta dos orientaciones distintas. En uno de los cuatro monómeros, el grupo guanidino de Arg-189 apunta hacia el vestíbulo periplásmico, abriendo la constricción para acomodar la unión de una molécula de agua a través de un enlace H tridentado. En los otros tres monómeros, el grupo guanidino Arg-189 se dobla para formar un enlace H con oxígeno carbonilo de Thr-183 que ocluye el canal. Por lo tanto, la estructura tAqpZ tiene dos conformaciones diferentes de Arg-189 que proporcionan permeación de agua a través del canal. La alternancia entre las dos conformaciones de Arg-189 interrumpe el flujo continuo de agua, regulando así la probabilidad de apertura del poro de agua. Además, la diferencia en los desplazamientos de Arg-189 se correlaciona con una fuerte densidad de electrones encontrada entre las primeras hélices transmembrana de dos canales abiertos, lo que sugiere que las conformaciones de Arg-189 observadas se estabilizan mediante interacciones de subunidades asimétricas en tAqpZ. [27] Otras estructuras cristalinas resueltas para AqpZ incluyen: PDB : 3NK5 , 3NKC , 1RC2 .
PIP1 y PIP2
Se han resuelto las estructuras tridimensionales de las formas abierta y cerrada de las acuaporinas vegetales, PIP1 y PIP2 ( PDB : 4JC6 ). En la conformación cerrada, el bucle D cubre el canal del citoplasma y, por lo tanto, ocluye el poro. En la conformación abierta, el bucle D se desplaza hasta 16 Å, y este movimiento abre una puerta hidrófoba que bloquea la entrada del canal desde el citoplasma. Estos resultados revelan un mecanismo de activación molecular que parece conservado en todas las acuaporinas de la membrana plasmática de las plantas. En las plantas, regula la ingesta / exportación de agua en respuesta a la disponibilidad de agua y el pH citoplasmático durante la anoxia. [28]
Proteínas humanas que contienen este dominio
AQP1 , AQP2 , AQP3 , AQP4 , AQP5 , AQP6 , AQP7 , AQP8 , AQP9 , AQP10 , MIP
Ver también
- MIPModDB
- MIP (gen)
- Acuaporinas
- Proteína de membrana integral
- Base de datos de clasificación de transportadores
- Superfamilia de proteínas
- Familia proteica
Referencias
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