Las ATPasas de tipo P , también conocido como E 1 -E 2 ATPasas , son un gran grupo de evolutivamente relacionados iones de bombas y de lípidos que se encuentran en bacterias , arqueas y eucariotas . [1] Las ATPasas de tipo P son transportadores primarios de haces α-helicoidales que se denominan en función de su capacidad para catalizar la auto (o auto) fosforilación (por lo tanto, P) de un residuo de aspartato conservado clave dentro de la bomba y su fuente de energía, el trifosfato de adenosina.(ATP). Además, todos parecen interconvertirse entre al menos dos conformaciones diferentes, indicadas por E 1 y E 2 . [2] Las ATPasas de tipo P pertenecen a la superfamilia de ATPasa de tipo P (P-ATPasa) ( TC # 3.A.3 ) que, a principios de 2016, incluye 20 familias de proteínas diferentes.
Identificadores | ||||||||
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Símbolo | E1-E2_ATPase | |||||||
Pfam | PF00122 | |||||||
InterPro | IPR008250 | |||||||
PROSITE | PDOC00139 | |||||||
SCOP2 | 1su4 / SCOPe / SUPFAM | |||||||
TCDB | 3.A.3 | |||||||
Superfamilia OPM | 22 | |||||||
Proteína OPM | 3b9b | |||||||
Membranome | 224 | |||||||
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La mayoría de los miembros de esta superfamilia de transportadores catalizan la captación y / o la salida de cationes, sin embargo, una subfamilia, las flippases , ( TC # 3.A.3.8 ) está involucrada en la inversión de los fosfolípidos para mantener la naturaleza asimétrica de la biomembrana .
En los seres humanos, las ATPasas de tipo P sirven como base para los impulsos nerviosos , la relajación de los músculos, la secreción y absorción en el riñón , la absorción de nutrientes en el intestino y otros procesos fisiológicos. Ejemplos destacados de ATPasas de tipo P son la bomba de sodio-potasio (Na + / K + -ATPasa), la bomba de protón-potasio (H + / K + -ATPasa), la bomba de calcio (Ca 2+ -ATPasa) y la Bomba de protones de membrana plasmática (H + -ATPasa) de plantas y hongos.
Reacción de transporte general
La reacción generalizada para las ATPasas de tipo P es:
nLigando 1 (fuera) + mLigando 2 (dentro) + ATP → nLigando 1 (dentro) + mLigando 2 (fuera) + ADP + P i .
donde el ligando puede ser un ión metálico o una molécula de fosfolípido.
Descubrimiento
La primera ATPasa de tipo P descubierta fue la Na + / K + -ATPasa , que el premio Nobel Jens Christian Skou aisló en 1957. [3] La Na + / K + -ATPasa fue solo el primer miembro de una gran y todavía creciente familia de proteínas (ver motivo Swiss-Prot Prosite PS00154 ).
Estructura
Las ATPasas de tipo P tienen una única subunidad catalítica de 70 - 140 kDa. La subunidad catalítica hidroliza el ATP, contiene el sitio de fosforilación de aspartilo y los sitios de unión para los ligandos transportados y cataliza el transporte de iones. Varias subfamilias de ATPasas de tipo P también necesitan subunidades adicionales para funcionar correctamente. Las subunidades adicionales que carecen de actividad catalítica están presentes en los complejos de ATPasa de las ATPasas P1A, P2A, P2C y P4. Por ejemplo, la subunidad alfa catalítica de Na + / K + -ATPasa consta de dos subunidades adicionales, beta y gamma, involucradas en el tráfico, plegado y regulación de estas bombas. La primera ATPasa de tipo P que se cristalizó fue SERCA1a , un retículo sarco (endo) plásmico Ca 2+ -ATPasa de músculo de contracción rápida de conejo adulto . [4] En general, se reconoce que la estructura de SERCA1a es representativa de la superfamilia de ATPasas de tipo P. [5]
La subunidad catalítica de las ATPasas de tipo P está compuesta por una sección citoplásmica y una sección transmembrana con sitios de unión para el ligando o los ligandos transportados. La sección citoplasmática consta de tres dominios citoplásmicos, denominados dominios P, N y A, que contienen más de la mitad de la masa de la proteína.
Sección de membrana
La sección transmembrana ( dominio M ) típicamente tiene diez hélices transmembrana (M1-M10), con los sitios de unión para los ligandos transportados ubicados cerca del punto medio de la bicapa. Si bien la mayoría de las subfamilias tienen 10 hélices transmembrana, existen algunas excepciones notables. Se predice que las ATPasas P1A tienen 7, y se predice que la gran subfamilia de bombas de metales pesados P1B) tiene 8 hélices transmembrana. Las ATPasas P5 parecen tener un total de 12 hélices transmembrana.
Común para todas las ATPasas de tipo P es un núcleo de 6 segmentos que atraviesan la transmembrana (también llamado el 'dominio de transporte (T)'; M1-M6 en SERCA), que alberga los sitios de unión para los ligandos translocados. Los ligandos entran a través de un medio canal al sitio de unión y salen del otro lado de la membrana a través de otro medio canal.
El número adicional de segmentos que atraviesan la transmembrana (también llamado "dominio de soporte (S)") varía entre las ATPasa de tipo P, que entre las subfamilias varía de 2 a 6. Los segmentos transmembrana adicionales probablemente brinden soporte estructural para el dominio T y pueden también tienen funciones especializadas.
Dominio de fosforilación (P)
El dominio P contiene el residuo canónico de ácido aspártico fosforilado (en un motivo DKTGT conservado; la 'D' es la abreviatura de una letra del aminoácido aspartato) durante el ciclo de reacción. Se compone de dos partes ampliamente separadas en secuencia. Estas dos partes se ensamblan en una hoja β paralela de siete hebras con ocho hélices a asociadas cortas, formando un pliegue de Rossmann .
El patrón de plegamiento y las ubicaciones de los aminoácidos críticos para la fosforilación en ATPasas de tipo P tiene el pliegue de halogenasa de halogenasa característica de la superfamilia de halogenasa de halogenasa (HAD) , según lo predicho por la homología de secuencia. La superfamilia HAD funciona sobre el tema común de la formación de un éster de aspartato mediante un mecanismo de reacción S N 2 . Esta reacción S N 2 se observa claramente en la estructura resuelta de SERCA con ADP más AlF 4 - . [6]
Dominio de unión a nucleótidos (N)
El dominio N sirve como una proteína quinasa incorporada que funciona para fosforilar el dominio P. El dominio N se inserta entre los dos segmentos del dominio P y está formado por una hoja β antiparalela de siete hebras entre dos haces de hélice. Este dominio contiene el bolsillo de unión a ATP, apuntando hacia el solvente cerca del dominio P.
Dominio del actuador (A)
El dominio A sirve como una proteína fosfatasa incorporada que funciona para desfosforilar el dominio P fosforilado. El dominio A es el más pequeño de los tres dominios citoplasmáticos. Consiste en una estructura de jellyroll distorsionada y dos hélices cortas. Es el dominio accionador que modula la oclusión de los ligandos transportados en los sitios de unión transmembrana, y es fundamental en la transposición de la energía de la hidrólisis de ATP en los dominios citoplásmicos al transporte vectorial de cationes en el dominio transmembrana. El dominio A desfosforila el dominio P como parte del ciclo de reacción utilizando un motivo TGES altamente conservado ubicado en un extremo del jellyroll.
Dominio regulatorio (R)
Algunos miembros de la familia de ATPasa de tipo P tienen dominios reguladores (R) adicionales fusionados a la bomba. Las bombas P1B de metales pesados pueden tener varios dominios de unión a metales pesados N- y C-terminales que se ha encontrado que están involucrados en la regulación. Las ATPasas P2B Ca 2+ tienen dominios autoinbitorios en sus regiones amino-terminales (plantas) o carboxi-terminales (animales), que contienen sitios de unión para calmodulina , que, en presencia de Ca 2+ , activa las ATPasas P2B al neutralizar la terminal. restricción. Las bombas de protones de membrana plasmática P3A tienen un dominio regulador C-terminal que, cuando no está fosforilado, inhibe el bombeo.
Mecanismo
Todas las ATPasas de tipo P utilizan la energía derivada del ATP para impulsar el transporte. Forman un intermedio de aspartilfosfoanhídrido de alta energía en el ciclo de reacción y se interconvierten entre al menos dos conformaciones diferentes, indicadas por E 1 y E 2 . La notación E 1 -E 2 proviene de los estudios iniciales de esta familia de enzimas realizados en la Na + / K + -ATPasa, donde la forma de sodio y la forma de potasio se denominan E 1 y E 2 , respectivamente, en la "Esquema Post-Albers". Se ha demostrado que el esquema E 1 -E 2 funciona, pero existen más de dos estados conformacionales principales. La notación E 1 -E 2 destaca la selectividad de la enzima . En E 1 , la bomba tiene alta afinidad por el sustrato exportado y baja afinidad por el sustrato importado. En E 2 , tiene baja afinidad por el sustrato exportado y alta afinidad por el sustrato importado. Cuatro estados enzimáticos principales forman las piedras angulares del ciclo de reacción. Se interponen varios intermedios de reacción adicionales. Estos se denominan E 1 ~ P, E 2 P, E 2 -P * y E 1 / E 2 . [7]
La hidrólisis de ATP se produce en el casco citoplasmático en la interfaz entre el dominio N y P. Dos sitios de iones de Mg forman parte del sitio activo. La hidrólisis de ATP está estrechamente acoplada a la translocación de los ligandos transportados a través de la membrana, a más de 40 Å de distancia, por el dominio A.
Clasificación
Un análisis filogenético de 159 secuencias realizado en 1998 por Axelsen y Palmgren sugirió que las ATPasas de tipo P se pueden dividir en cinco subfamilias (tipos; designadas como P1-P5), basadas estrictamente en un núcleo de secuencia conservada que excluye las terminales N y C altamente variables. regiones. [8] Chan y col. (2010) también analizaron las ATPasas de tipo P en todos los principales filos procarióticos para los que se disponía de datos completos de la secuencia del genoma y compararon los resultados con los de las ATPasas de tipo P eucariotas. [9] El análisis filogenético agrupó las proteínas independientes del organismo del que están aisladas y mostró que la diversificación de la familia de ATPasa de tipo P ocurrió antes de la separación de eubacterias , arqueas y eucariotas . Esto subraya la importancia de esta familia de proteínas para la supervivencia celular en condiciones de estrés. [8]
ATPasas P1
Las ATPasas P1 (o ATPasas de Tipo I) consisten en las ATPasas de transición / metales pesados. Las ATPasas de tipo P topológicas de tipo I (metales pesados) predominan en los procariotas (aproximadamente diez veces). [10]
ATPasas P1A (bombas de potasio)
Las ATPasas P1A (o Tipo IA) están involucradas en la importación de K + ( TC # 3.A.3.7 ). Son ATPasas de tipo P atípicas porque, a diferencia de otras ATPasas de tipo P, funcionan como parte de un complejo heterotetramérico (llamado KdpFABC ), donde el transporte de K + real está mediado por otro subcomponente del complejo.
ATPasas P1B (bombas de metales pesados)
Las ATPasas P1B (o ATPasas de tipo IB) están implicadas en el transporte de los ácidos blandos de Lewis : Cu + , Ag + , Cu 2+ , Zn 2+ , Cd 2+ , Pb 2+ y Co 2+ (TC # s 3.A .3.5 y 3.A.3.6 ). Son elementos clave para la resistencia y la homeostasis de los metales en una amplia gama de organismos.
La unión de metales a sitios de unión de metales transmembrana (TM-MBS) en Cu + -ATPasas es necesaria para la fosforilación de la enzima y el transporte posterior. Sin embargo, Cu + no accede a Cu + -ATPasas en forma libre ( hidratada ) sino que está unido a una proteína chaperona . La entrega de Cu + por Archaeoglobus fulgidus Cu + -chaperona, CopZ (ver TC # 3.A.3.5.7 ), a la Cu + -ATPasa correspondiente , CopA ( TC # 3.A.3.5.30 ), ha sido estudió. [11] CopZ interactuó y entregó el metal al dominio (s) de unión al metal N-terminal de CopA (MBD). Los MBD cargados con Cu + , que actúan como donantes de metal, no pudieron activar la CopA o una CopA truncada que carece de MBD. Por el contrario, CopZ cargado con Cu + activó las construcciones CopA ATPase y CopA en las que los MBD se volvieron incapaces de unir Cu + . Además, en condiciones de no rotación, CopZ transfirió Cu + al TM-MBS de una CopA que carece por completo de MBD. Por lo tanto, los MBD pueden cumplir una función reguladora sin participar directamente en el transporte de metales, y la chaperona entrega Cu + directamente a los sitios de transporte transmembrana de Cu + -ATPasas. [11] Wu y col. (2008) han determinado las estructuras de dos construcciones de la bomba de Cu (CopA) de Archaeoglobus fulgidus mediante microscopía crioelectrónica de cristales tubulares, que revelaron la arquitectura general y la organización del dominio de la molécula. Localizaron su MBD N-terminal dentro de los dominios citoplásmicos que utilizan la hidrólisis de ATP para impulsar el ciclo de transporte y construyeron un modelo pseudoatómico ajustando estructuras cristalográficas existentes en los mapas de microscopía crioelectrónica para CopA. Los resultados también sugirieron de manera similar un papel regulador dependiente de Cu para el MBD. [12]
En Archaeoglobus fulgidus CopA ( TC # 3.A.3.5.7 ), los residuos invariantes en las hélices 6, 7 y 8 forman dos sitios de unión de metales transmembrana (TM-MBS). Estos unen Cu + con alta afinidad en una geometría plana trigonal. El chaperón citoplásmico Cu + CopZ transfiere el metal directamente a los TM-MBS; sin embargo, cargar ambos TM-MBS requiere la unión de nucleótidos a la enzima. De acuerdo con el mecanismo de transporte clásico de las ATPasas de tipo P, la ocupación de ambos sitios transmembrana por Cu + citoplasmático es un requisito para la fosforilación enzimática y el transporte subsiguiente al medio periplásmico o extracelular. Los estudios de transporte han demostrado que la mayoría de las Cu + -ATPasas impulsan la salida de Cu + citoplasmática , aunque con velocidades de transporte bastante diferentes en sintonía con sus diversas funciones fisiológicas. Las bombas de flujo de Cu + arquetípicas responsables de la tolerancia al Cu + , como la Escherichia coli CopA, tienen tasas de rotación diez veces más altas que las involucradas en el ensamblaje de cuproproteínas (o funciones alternativas). Esto explica la incapacidad del último grupo para contribuir significativamente a la salida de metal necesaria para la supervivencia en entornos con alto contenido de cobre. Se han descrito detalles estructurales y mecanicistas de la función de ATPasa de tipo P transportadora de cobre. [13]
P2 ATPasas
Las ATPasas P2 (o ATPasas de tipo II) se dividen en cuatro grupos. Las ATPasas topológicas de tipo II (específicas para Na + , K + , H + Ca 2+ , Mg 2+ y fosfolípidos) predominan en eucariotas (aproximadamente el doble). [10]
ATPasas P2A (bombas de calcio)
Las ATPasas P2A (o ATPasas Tipo IIA) son ATPasas Ca 2+ que transportan Ca 2+ . Las ATPasas P2A se dividen en dos grupos. Los miembros del primer grupo se denominan sarco / retículo endoplasmático Ca 2+ -ATPasas (también denominado SERCA). Estas bombas tienen dos Ca 2+ sitios de unión de iones y, a menudo son regulados por proteínas accesorias inhibidores que tienen un único trans-membrana que abarca segmento (por ejemplo fosfolamban y sarcolipin . En la célula, que se encuentran en el sarcoplásmico o endoplasmático retículo. SERCA1a es un tipo Bomba IIA. El segundo grupo de ATPasas P2A se denomina vía secretora Ca 2+ -ATPasas (también denominada SPCA). Estas bombas tienen un único sitio de unión de iones Ca 2+ y están ubicadas en vesículas secretoras (animales) o en la membrana vacuolar. (hongos) (TC # 3.A.3.2)
Las estructuras cristalinas de Sarcoplasimc / retículo endoplásmico Las bombas de calcio impulsadas por ATP se pueden encontrar en RCSB. [14]
SERCA1a se compone de una sección citoplásmica y una sección transmembrana con dos sitios de unión al Ca 2+ . La sección citoplasmática consta de tres dominios citoplásmicos, denominados dominios P, N y A, que contienen más de la mitad de la masa de la proteína. La sección transmembrana tiene diez hélices transmembrana (M1-M10), con los dos sitios de unión de Ca 2+ ubicados cerca del punto medio de la bicapa. Los sitios de unión están formados por cadenas laterales y carbonilos de esqueleto de M4, M5, M6 y M8. M4 se desenrolla en esta región debido a una prolina conservada (P308). Este desenrollamiento de M4 se reconoce como una característica estructural clave de las ATPasas de tipo P.
Las estructuras están disponibles para los estados E 1 y E 2 de la ATPasa Ca 2+, lo que muestra que la unión de Ca 2+ induce cambios importantes en los tres dominios citoplasmáticos entre sí. [15]
En el caso de SERCA1a , la energía del ATP se utiliza para transportar 2 iones Ca 2+ desde el lado citoplasmático hasta el lumen del retículo sarcoplasmático y para contratransportar 1-3 protones al citoplasma . Comenzando en el estado E 1 / E 2 , el ciclo de reacción comienza cuando la enzima libera de 1 a 3 protones de los residuos de ligadura de cationes, a cambio de iones Ca 2+ citoplásmicos. Esto conduce al ensamblaje del sitio de fosforilación entre el dominio N unido a ATP y el dominio P, mientras que el dominio A dirige la oclusión del Ca 2+ unido . En este estado ocluido, los iones Ca 2+ están enterrados en un entorno proteico sin acceso a ninguno de los lados de la membrana. El estado Ca 2 E 1 ~ P se forma a través de una reacción de quinasa, donde el dominio P se fosforila, produciendo ADP. La escisión del enlace β-fosfodiéster libera el gamma-fosfato del ADP y libera el dominio N del dominio P.
Esto luego permite que el dominio A gire hacia el sitio de fosforilación, haciendo una asociación firme con los dominios P y N. Este movimiento del dominio A ejerce un empuje hacia abajo en M3-M4 y un arrastre en M1-M2, obligando a la bomba a abrirse en el lado luminal y formando el estado E 2 P. Durante esta transición, los residuos de unión de Ca 2+ transmembrana se separan, destruyendo el sitio de unión de alta afinidad. Esto está de acuerdo con el modelo general de translocación del sustrato, que muestra que la energía en el transporte primario no se usa para unir el sustrato sino para liberarlo nuevamente de los contraiones enterrados. Al mismo tiempo, el dominio N queda expuesto al citosol, listo para el intercambio de ATP en el sitio de unión de nucleótidos.
A medida que el Ca 2+ se disocia en el lado luminal, los sitios de unión de cationes se neutralizan mediante la unión de protones, lo que hace que el cierre de los segmentos transmembrana sea favorable. Este cierre está acoplado a una rotación hacia abajo del dominio A y un movimiento del dominio P, que luego conduce al estado E 2 -P * ocluido. Mientras tanto, el dominio N intercambia ADP por ATP.
El dominio P es desfosforilado por el dominio A, y el ciclo se completa cuando el fosfato se libera de la enzima, estimulado por el ATP recién unido, mientras se abre una vía citoplasmática para intercambiar los protones por dos nuevos iones Ca 2+ . [7]
Xu y col. propusieron cómo la unión de Ca 2+ induce cambios conformacionales en TMS 4 y 5 en el dominio de membrana (M) que a su vez inducen la rotación del dominio de fosforilación (P). [15] Los dominios de unión a nucleótidos (N) y hoja β (β) son altamente móviles, con N unido de manera flexible a P y β unido de manera flexible a M. Modelado de la H + ATPasa fúngica , basado en las estructuras de Ca 2+ , sugirió una rotación comparable de 70º de N en relación con P para administrar ATP al sitio de fosforilación. [dieciséis]
Un informe sugiere que este retículo sarcoplásmico (SR) Ca 2+ ATPasa es homodimérico. [17]
Las estructuras cristalinas han demostrado que el bucle TGES conservado de la Ca 2+ -ATPasa se aísla en el estado Ca 2 E 1 pero se inserta en el sitio catalítico en los estados E 2 . [18] Anthonisen y col. (2006) caracterizaron la cinética de los pasos de reacción parcial del ciclo de transporte y la unión de los análogos de fosforilo BeF, AlF, MgF y vanadato en mutantes con alteraciones en los residuos del bucle de TGES conservados. Los datos proporcionan evidencia funcional que respalda el papel de Glu 183 en la activación de la molécula de agua involucrada en la desfosforilación E 2 P → E 2 y sugieren una participación directa de las cadenas laterales del bucle TGES en el control y facilitación de la inserción del bucle. en el sitio catalítico. Las interacciones del bucle TGES además parecen facilitar su desacoplamiento del sitio catalítico durante la transición E 2 → Ca 2 E 1 . [18]
Crystal Structures of Calcium ATPase están disponibles en RCSB e incluyen: PDB : 4AQR , 2L1W , 2M7E , 2M73 , entre otros. [19]
ATPasas P2B (bombas de calcio)
P2B (o ATPasas de tipo IIB) son ATPasas de Ca 2+ que transportan Ca 2+ . Estas bombas tienen un único sitio de unión de iones Ca 2+ y están reguladas por la unión de calmodulina a dominios incorporados autoinhibidores situados en el extremo carboxi-terminal (animales) o amino-terminal (plantas) de la proteína de la bomba. En la célula, están situados en la membrana plasmática (animales y plantas) y en las membranas internas (plantas). La Ca 2+ -ATPasa de la membrana plasmática (también conocida como PMCA) de los animales es una ATPasa P2B ( TC # 3.A.3.2 )
ATPasas P2C (bombas de sodio / potasio y protones / potasio)
P2C ATPasas (o tipo IIc) incluyen el estrechamente relacionado Na + / K + y H + / K + ATPasa de las células animales. ( TC # 3.A.3.1 )
La estructura cristalina de rayos X a una resolución de 3,5 Å de la Na + / K + -ATPasa renal de cerdo se ha determinado con dos iones de rubidio unidos en un estado ocluido en la parte transmembrana de la subunidad α. [20] Varios de los residuos que forman la cavidad para la oclusión de rubidio / potasio en la Na + / K + -ATPasa son homólogos a los que se unen al calcio en la Ca 2+ -ATPasa del retículo sarco (endo) plásmico. El término carboxi de la subunidad α está contenido dentro de un bolsillo entre las hélices transmembrana y parece ser un nuevo elemento regulador que controla la afinidad del sodio, posiblemente influenciado por el potencial de membrana .
Crystal Structures están disponibles en RCSB e incluyen: PDB : 4RES , 4RET , 3WGU , 3WGV , entre otros. [21]
ATPasas P2D (bombas de sodio)
Las ATPasas P2D (o Tipo IID) incluyen una pequeña cantidad de ATPasas exportadoras de Na + (y K + ) que se encuentran en hongos y musgos. ( Transportadores de hongos K + ; TC # 3.A.3.9 )
ATPasas P3
Las ATPasas P3 (o ATPasas de tipo III) se dividen en dos grupos.
ATPasas P3A (bombas de protones)
Las ATPasas P3A (o Tipo IIIA) contienen las H + -ATPasas de la membrana plasmática de procariotas, protistas, plantas y hongos.
La H + -ATPasa de la membrana plasmática se caracteriza mejor en plantas y levaduras. Mantiene el nivel de pH intracelular y el potencial transmembrana . [22] Diez hélices transmembrana y tres dominios citoplásmicos definen la unidad funcional del transporte de protones acoplado a ATP a través de la membrana plasmática, y la estructura está bloqueada en un estado funcional que no se había observado previamente en las ATPasas de tipo P. El dominio transmembrana revela una gran cavidad, que probablemente esté llena de agua, ubicada cerca de la mitad del plano de la membrana, donde está revestida por residuos cargados e hidrófilos conservados. El transporte de protones contra un alto potencial de membrana se explica fácilmente por esta disposición estructural. [23]
ATPasas P3B (bombas de magnesio)
Las ATPasas P3B (o Tipo IIIB) se presumen Mg 2+ -ATPasas que se encuentran en eubacterias y plantas. Transportadores de hongos H + ( TC # 3.A.3.3 ) y Mg 2+ ( TC # 3.A.3.4 )
ATPasas P4 (flippases de fosfolípidos)
Las ATPasas P4 (o ATPasas de Tipo IV) son flippasas implicadas en el transporte de fosfolípidos , [24] tales como fosfatidilserina , fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina . [25]
ATPasas P5
Las ATPasas P5 (o ATPasas de tipo V) tienen una especificidad desconocida. Este gran grupo se encuentra solo en eucariotas y se divide en dos grupos.
ATPasas P5A
Las ATPasas P5A (o tipo VA) participan en la regulación de la homeostasis en el retículo endoplásmico . [26]
ATPasas P5B
Las ATPasas P5B (o Tipo VB) se encuentran en la membrana lisosomal de los animales. Las mutaciones en estas bombas están relacionadas con una variedad de enfermedades neurológicas. [27] [28]
Clasificación filogenética adicional
Además de las subfamilias de ATPasas de tipo P enumeradas anteriormente, se han identificado varias familias procariotas de función desconocida. [29] La base de datos de clasificación de transportadores proporciona una lista representativa de los miembros de la superfamilia P-ATPase, que a principios de 2016 constaba de 20 familias. Los miembros de la superfamilia P-ATPasa se encuentran en bacterias , arqueas y eucariotas . La agrupación en el árbol filogenético suele estar de acuerdo con la especificidad de los iones transportados.
En eucariotas, están presentes en las membranas plasmáticas o en las membranas reticulares endoplásmicas . En los procariotas, se localizan en las membranas citoplasmáticas.
Las ATPasas de tipo P de 26 especies eucariotas se analizaron más tarde. [10] [30]
Chan et al., (2010) realizaron un análisis equivalente pero más extenso de la superfamilia de ATPasa de tipo P en procariotas y las compararon con las de eucariotas. Si bien algunas familias están representadas en ambos tipos de organismos, otras solo se encuentran en uno del otro tipo. Las funciones principales de las ATPasas de tipo P procarióticas parecen ser la protección de las condiciones de estrés ambiental. Solo aproximadamente la mitad de las familias de ATPasa de tipo P se caracterizan funcionalmente. [29]
Transferencia horizontal de genes
Muchos de tipo P ATPasa familias se encuentran exclusivamente en procariotas (por ejemplo, de tipo Kdp K + captación ATPasas (tipo III) y todos ATPasa familias procariota funcionalmente no caracterizado de tipo P (FUPA)), mientras que otros están restringidos a los eucariotas (por ejemplo, fosfolípido flipasas y las 13 familias FUPA eucariotas). [10] La transferencia horizontal de genes se ha producido con frecuencia entre bacterias y arqueas, que tienen distribuciones similares de estas enzimas , pero rara vez entre la mayoría de los reinos eucariotas, e incluso más raramente entre eucariotas y procariotas. En algunos phyla bacterianos (por ejemplo , Bacteroidetes , Flavobacteria y Fusobacteria ), la ganancia y pérdida de genes de ATPasa, así como la transferencia horizontal, ocurrieron raras veces en contraste con la mayoría de los otros phyla bacterianos. Algunas familias (es decir, ATPasas de tipo Kdp) sufrieron una transferencia de genes mucho menos horizontal que otras familias procariotas, posiblemente debido a sus características de múltiples subunidades. Los motivos funcionales se conservan mejor a través de líneas familiares que a través de líneas de organismos, y estos motivos pueden ser específicos de la familia, lo que facilita las predicciones funcionales. En algunos casos, los eventos de fusión de genes crearon ATPasas de tipo P unidas covalentemente a enzimas catalíticas reguladoras. En una familia (Familia FUPA 24), un gen de ATPasa de tipo I (N-terminal) se fusiona con un gen de ATPasa de tipo II (C-terminal) con retención de la función solo para este último. La minimalización del genoma condujo a la pérdida preferencial de genes de ATPasa de tipo P. Chan y col. (2010) sugirieron que en procariotas y algunos eucariotas unicelulares, la función principal de las ATPasas de tipo P es la protección de condiciones extremas de estrés ambiental. La clasificación de ATPasas de tipo P de función desconocida en familias filogenéticas proporciona guías para futuros estudios de biología molecular. [9]
Genes humanos
Los genes humanos que codifican ATPasas de tipo P o proteínas similares a ATPasa de tipo P incluyen:
- P1B: Cu ++ ATPasa: ATP7A , ATP7B
- P2A: SERCA Ca 2+ ATPasa : ATP2A1 , ATP2A2 , ATP2A3
- P2A: vía secretora Ca 2+ -ATPasa : ATP2C2 , ATP2C2
- P2B: Ca 2+ ATPasa : ATP2B1 , ATP2B2 , ATP2B3 , ATP2B4 , ATP2C1
- P2C: Na + / K + ATPasa : ATP1A1 , ATP1A2 , ATP1A3 , ATP1A4 , ATP1B1 , ATP1B2 , ATP1B3 , ATP1B4
- P2C: H + / K + ATPasa, gástrico: ATP4A ;
- P2C: H + / K + ATPasa, no gástrico: ATP12A
- P4: Flippasa : ATP8A1 , ATP8B1 , ATP8B2 , ATP8B3 , ATP8B4 , ATP9A , ATP9B , ATP10A , ATP10B , ATP10D , ATP11A , ATP11B , ATP11C
- P5: ATP13A1 , ATP13A2 , ATP13A3 , ATP13A4 , ATP13A5
Ver también
- H + / K + -ATPase
- Na + / K + -ATPasa
- Membrana plasmática H + -ATPasa
- Retículo sarco / endoplasmático Ca 2+ -ATPasa
Referencias
- ^ Palmgren MG, Nissen P (2011). "ATPasas tipo P" (PDF) . Annu. Rev. Biophys . 40 : 243–66. doi : 10.1146 / annurev.biophys.093008.131331 . PMID 21351879 .
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