ATP-vezujući kasetni transporter

ABC Transporter, NBD
Identifikatori
SimbolABC-tran
Lipidna flipaza MsbA
Kompleks molibdatnog transportera AB2C2, otvoreno stanje

ATP-vezujući kasetni transporteri (ABC transporteri) su nadtransportni sistem koji je jedna od najvećih i možda jedna od najstarijih genskih porodica. Zastupljen je u svim postojećim koljenima, od prokariota do ljudi.[1][2][3] ABC transporteri pripadaju translokazama.

ABC transporteri se često sastoje od više podjedinica, od kojih su jedna ili dvije transmembranski protein i jedna ili dvije su povezane s membranom AAA ATPaza. Podjedinice ATPaza koriste energiju vezivanja i hidrolize adenozin-trifosfata (ATP), kako bi osigurale energiju potrebnu za translokaciju supstrata kroz membrane, bilo za unos ili za eksport supstrata.

Većina sistema za unos takođe ima vancitoplazmatski receptor, protein koji vezuje rastvor. Neke homologne ATPaze funkcionišu u procesima koji nisu povezani sa transportom, kao što su translacija RNK i popravka DNK.[4][5] ABC transporteri se smatraju natporodicom ABC, na osnovu sličnosti sekvence i organizacije njihovih kasete (ABC) domena, iako se čini da integralni membranski proteini imaju nezavisnu evoluiciju nekoliko puta, i tako obuhvataju različite porodice proteina.[6] Kao i ABC eksporteri, moguće je da su se integralni membranski proteini ABC sistema za unos evoluirali najmanje 3 puta nezavisno, na osnovu njihovih trodimenzijskih struktura visoke rezolucije.[7] Prenositelji ABC preuzimaju veliki broj nutrijenata, biosintetskih prekursora, metala u tragovima i vitamina, dok eksporteri transportuju lipide, sterole, lijekove i veliki niz primarnih i sekundarnih metabolita. Neki od ovih eksportera kod ljudi uključeni su u otpornost na tumorw, cistastu bfibrozu i niz drugih nasljednih ljudskih bolesti. Visok nivo ekspresija gena koji kodiraju neke od ovih izvoznika u prokariotskim i eukariotskim organizmima (uključujući ljude) rezultira razvojem rezistencije na više lijekova kao što su antibiotici i agensi protiv raka.

Stotine ABC transportera okarakterisane su i kod prokariota i kod eukariota.[8] ABC geni su neophodni za mnoge procese u ćeliji, a mutacije u ljudskim genima uzrokuju ili doprinose nekoliko ljudskih genetičkih bolesti.[9] Prijavljeno je 48 ABC gena kod ljudi. Među njima, mnogi su okarakterisani i pokazano da su uzročno povezani sa bolestima prisutnim kod ljudi, kao što su cistasta fibroza, adrenoleukodistrofija, Stargardtova bolest, tumori otporni na lekove, Dubin-Johnsonov sindrom, Bylerova bolest, poznata progresivna unuterjetrena olestaza, X-vezana sideroblastna anemija, ataksija i perzistentna i hiperinsulimemijsska hipoglikemija.[8] ABC transporteri su također uključeni u multiple rezistencije na lijekove, a tako su neki od njih prvi put identificirani. Kada su ABC transportni proteini pretjerano eksprimirani u ćelijama raka, mogu eksportovatiti lijekove protiv raka i učiniti tumore otpornim.[10]

Struktura

Struktura ABC importera: BtuCD sa veznim proteinom 2qi9
Struktura ABC eksportera: Sav1866 sa vezanim nukleotidom (2onj)

Svi ABC transportni proteini dijele strukturnu organizaciju koja se sastoji od četiri jezgarna domena [11]. Ovi domeni se sastoje od dva transmembranska (T) domena i dva citosolna (A) domena. Dva T domena se izmjenjuju između orijentacije prema unutra i prema van, a izmjenu pokreće hidroliza adenozin-trifosfata ili ATP. ATP se veže za A podjedinice i zatim se hidrolizira, kako bi pokrenuo izmjenu, ali tačan proces kojim se to događa nije poznat. Četiri domena mogu biti prisutna u četiri odvojena polipeptida, koji se uglavnom javljaju u bakterijama, ili prisutni u jednoj ili dva multidomen polipeptida.[10] Kada su polipeptidi jedan domena, oni se mogu nazvati punim domenom, a kada se radi o dva multidomena, mogu se nazvati poludomenom.[9] T-domeni su tipski izgrađeni od 10 membrana koje se protežu alfa-helikse, koje transportirana supstanca može proći kroz plazmamembranu. Također, struktura T-domena određuje specifičnost svakog ABC proteina. U konformaciji okrenutoj prema unutra, mjesto vezanja na A-domenu otvoreno je direktno za okolne vodene rastvore. Ovo omogućava hidrofilnim molekulama da uđu na mesto vezivanja direktno iz unutrašnjeg listića fosfolipidnog dvosloja. Osim toga, jaz u proteinu je dostupan direktno iz hidrofobnog jezgra unutrašnjeg lista membranskog dvosloja. Ovo omogućava hidrofobnim molekulama da uđu na mjesto vezivanja direktno iz unutrašnjeg listića fosfolipidnog dvosloja. Nakon što se ATP pomakne u konformaciju okrenutu prema van, molekule se oslobađaju s mjesta vezivanja i dozvoljavaju da pobjegnu u egzoplazmatski matriks ili direktno u vanćelikskii medij.[10]

Zajednička karakteristika svih ABC transportera je da se sastoje od dva različita domena, transmembranski domen (TMD) i nukleotid-vezujući domen (NBD). TMD, također poznat kao domen koji proteže membranu (MSD) ili domen integralne membrane (IM), sastoji se od alfa-heliksa, ugrađenih u dvosloj membrane. Prepoznaje različite supstrate i podvrgava se konformacijskim promjenama, kako bi transportirao supstrat kroz membranu. Redoslijed i arhitektura TMD-ova je varijabilna, što odražava hemijsku raznolikost supstrata koji se mogu translocirati. NBD ili ATP-vezujuća kaseta (ABC) domena, s druge strane, nalazi se u citoplazmi i ima visoko konzerviranu sekvencu. NBD je mjesto vezivanja ATP-a.[12] Kod većine eksportera, N-terminalni transmembranski domen i C-krajevi ABC domeni su spojeni kao jedan polipeptidni lanac, raspoređen kao TMD-NBD-TMD-NBD. Primjer je eksporter hemolizina HlyB E. coli. Importerii imaju obrnutu organizaciju, to jest, NBD-TMD-NBD-TMD, gdje je ABC domen N-terminalni dok je TMD C-terminalni, kao što je u E. coli MacB protein odgovoran za otpornost na makrolid.[4][5]

Strukturna arhitektura ABC transportera sastoji se minimalno od dva TMD-a i dva NBD-a. Četiri pojedinačna polipeptidna lanca, uključujući dvije TMD i dvije NBD podjedinice, mogu se kombinovati da formiraju „potpuni transporter“ kao što je u E. coli BtuCD[13][14] importer uključen u unos vitamina B12. Većina importera, kao što je importer više lijekova, Sav1866[15] iz Staphylococcus aureus, sastoje se od homodimera koji se sastoji od dva pola transportera ili monomera TMD-a fuzioniranog sa domenom za vezivanje nukleotida (NBD). Za dobijanje funkcionalnosti često je potreban pun transporter. Neki ABC transporteri imaju dodatne elemente koji doprinose regulatornoj funkciji ove klase proteina. Konkretno, importeri imaju "vezujući protein (BP)" visokog afiniteta koji se specifično povezuje sa supstratom u periplazmi za isporuku odgovarajućem ABC transporteru. Eksporteri nemaju vezujući protein, ali imaju unutarćelijski domen (ICD) koji spaja spirale koje protežu membranu i ABC domen. Vjeruje se da je ICD odgovoran za komunikaciju između TMD-a i NBD-a.[12]

Funkcija

ABC transporteri koriste energiju vezivanja ATP-a i hidroliza za transport različitih supstrata kroz ćelijske membrane. Podijeljeni su u tri glavne funkcionalne kategorije. Kod prokariota, „inporteri“ posreduju u preuzimanju nutrijenata u ćeliju. Supstrati koji se mogu transportovati uključuju ione, aminokiseline, peptide, šećere i druge molekule koji su uglavnom hidrofilni. Područje koje se proteže kroz membranu ABC transportera štiti hidrofilne supstrate od lipida membraskih dvoslojeva, tako osigurava put kroz ćelijsku membranu. Eukarioti nemaju importera. „Eksporteri“ ili „eflukseri“, koji su prisutni i kod prokariota i kod eukariota, funkcionišu kao pumpe koje istiskuju toksine i lijekove iz ćelije. U gram-negativnim bakterijama, eksporteri transportuju lipide i neke polisaharide iz citoplazme u periplazmu. Treća podgrupa ABC proteina ne funkcionira kao transporter, već je uključena u procese translacije i popravke DNK.[4]

Potporodice

Sirarske

Postoji 49 poznatih ABC transportera prisutnih u ljudima, koje je Organizacija za ljudski genom svrstala u sedam porodica.

Porodica Članovi Funkcija Primjeri
ABCA Ova porodica sadrži neke od najvećih transportera (dužine preko 2.100 aminokiselina). Pet ih se nalazi u klasteru 17q24 hromosoma17. Odgovoran je za transport holesterola i lipida, između ostalog. ABCA12 ABCA1
ABCB Sastoji se od 4 puna i 7 polutransportera. Neki se nalaze u krvno-moždanoj barijeri, jetri, mitohondrijama, prenose peptide i žuč, na primjer. ABCB5
ABCC Sastoji se od 12 kompletnih transportera. Koristi se u transportu iona, receptorima na površini ćelije, izlučivanju toksina. Uključuje CFTR protein, koji uzrokuje cistastu fibrozu kada je u nedostatku. ABCC6
ABCD Sastoji se od 4 polutransportera Svi se koriste u peroksisomima. ABCD1
ABCE/ABCF Sastoji se od 1 ABCE i 3 ABCF proteina. To zapravo nisu transporteri već samo domeni koji se vezuju za ATP koji su izvedeni iz porodice ABC, ali bez transmembranskih domena. Ovi proteini uglavnom regulišu sintezu ili ekspresiju proteina. ABCE1, ABCF1, ABCF2
ABCG Sastoji se od 6 "reverznih" polutransportera, sa NBF na NH3+ kraju i TM na kraju COO-a. Prenosi lipide, različite supstrate lijekova, žuč, holesterol i druge steroide. ABCG2 ABCG1

Potpunu listu ljudskih ABC transportera možete pronaći na.[16]

ABC1 (InterPro: IPR036640):

  • 3.A.1.106 Porodica lipidnih eksportera (LipidE).
  • 3.A.1.108 Porodica β-glukanskih eksporteraa (GlucanE)
  • 3.A.1.109 Porodica protein-1 eksportera (Prot1E).
  • 3.A.1.110 Porodica protein-2 eksportera (Prot2E).
  • 3.A.1.111 Porodica peptid-1 e ksportera (Pep1E).
  • 3.A.1.112 Porodica eksportera peptid-2 (Pep2E).
  • 3.A.1.113 Porodica eksportera peptid-3 (Pep3E).
  • 3.A.1.117 Porodica eksoorteraa lijeka-2 (DrugE2).
  • 3.A.1.118 Porodica eksportera mikrocin J25 (McjD).
  • 3.A.1.119 Porodica eksportera lijeks/siderofora-3 (DrugE3)
  • 3.A.1.123 Porodica eksportera peptid-4 (Pep4E).
  • 3.A.1.127 Porodica AmfS peptidnih eksportera (AmfS-E)
  • 3.A.1.129 Porodica CydDC cisteinskih eksportera (CydDC-E)
  • 3.A.1.135 Porodica eksportera lijeka-4 (DrugE4).
  • 3.A.1.139 Porodica eksportera UDP-glukoza (U-GlcE) (porodica UPF0014)
  • 3.A.1.201 Porodica eksportera multirezistencije na lijekove (MDR) (ABCB)
  • 3.A.1.202 Porodica eksportera transmembranske provodljivosti cistične fibroze (CFTR) (ABCC)
  • 3.A.1.203 Porodica transportera peroksisomalnih masnih acil CoA (P-FAT) (ABCD)
  • 3.A.1.206 Porodica eksportera spolnih feromona a-faktora (STE) (ABCB)
  • 3.A.1.208 Porodica transportera konjugata lijekova (DCT) (ABCC) (Dębska et al., 2011.)
  • 3.A.1.209 Porodica MHC peptidnih transportera (TAP) (ABCB)
  • 3.A.1.210 Porodica transportera teških metala (HMT) (ABCB)
  • 3.A.1.212 Porodica i eksportera mitohondrijskih peptida (MPE) (ABCB)
  • 3.A.1.21 Porodica transportera siderofor-Fe3+
Preuzimanje (SIUT)

ABC2 (InterPro: IPR000412 [parcijalno]):

  • 3.A.1.101 Porodica eksportera kapsularnih polisaharida (CPSE)
  • 3.A.1.102 Porodica eksportera lipooligosaharida (LOSE)
  • 3.A.1.103 Porodica eksportera lipopolisaharida (LPSE).
  • 3.A.1.104 Porodica i eksportera teihoične kiseline (TAE).
  • 3.A.1.105 Porodica eksportera kijekova-1 (DrugE1).
  • 3.A.1.107 Porodica pretpostavljenih eksportera hema (HemeE).
  • 3.A.1.115 Porodica i eksportera Na+ (NatE).
  • 3.A.1.116 Porodica mikrocin B17 eksportera (McbE).
  • 3.A.1.124 3-komponentna porodica i eksportera peptida-5 (Pep5E)
  • 3.A.1.126 Porodica eksportera β-egzotoksin I (βETE)
  • 3.A.1.128 Porodica SkfA peptidni eksportera (SkfA-E)
  • 3.A.1.130 Porodica i eksportera više lijekova/hemolizina (MHE).
  • 3.A.1.131 Porodica otpornosti na bacitracin (Bcr).
  • 3.A.1.132 Porodica ABC transportera (Gld) Gliding Motility
  • 3.A.1.133 Porodica i eksportera peptida-6 (Pep6E).
  • 3.A.1.138 Nepoznata porodica tipa ABC-2 (ABC2-1)
  • 3.A.1.141 Porodica etil viologen eksportera (EVE) (porodica DUF990; InterPro: IPR010390)
  • 3.A.1.142 Porodica glikolipid flipaza (G.L-flipaza)
  • 3.A.1.143 Sistem izlučivanja egzoproteina (EcsAB(C))
  • 3.A.1.144: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-1 (ABC2-1)
  • 3.A.1.145: Peptidaza spojena funkcionalno neokarakteriziranom porodicom ABC2-2 (ABC2-2)
  • 3.A.1.146: Porodica ieksportera aktinorhodina (ACT) i undecilprodigiozina (RED) (ARE)
  • 3.A.1.147: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-2 (ABC2-2)
  • 3.A.1.148: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-3 (ABC2-3)
  • 3.A.1.149: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-4 (ABC2-4)
  • 3.A.1.150: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-5 (ABC2-5)
  • 3.A.1.151: Funkcionalno neokarakterizirana porodica ABC2-6 (ABC2-6)
  • 3.A.1.152: Porodica eksportaa lipopolisaharida (LptBFG) (InterPro: IPR005495)
  • 3.A.1.204 Porodica transportera prekursora pigmenta oka (EPP) (ABCG)
  • 3.A.1.205 Porodica rezistencije na plejotropne lijekove (PDR) (ABCG)
  • 3.A.1.211 Porodica flippase holesterola/fosfolipida/retine (CPR) (ABCA)
  • 9.B.74 Porodica proteina infekcije fagom (PIP).
  • Svi sistemi za unos (3.A.1.1 - 3.A.1.34 osim 3.A.1.21)
    • 3.A.1.1 Transporter za unos ugljikohidrata-1 (CUT1)
    • 3.A.1.2 Transporter za unos ugljikohidrata-2 (CUT2)
    • 3.A.1.3 Polarni transporter za unos aminokiselina (PAAT)
    • 3.A.1.4 Hidrofobni transporter za unos aminokiselina (HAAT)
    • 3.A.1.5 Transporter za unos peptida/opina/nikla (PepT)
    • 3.A.1.6 Transporter za unos sulfata/volfratata (SulT)
    • 3.A.1.7 Transporter za unos fosfata (PhoT)
    • 3.A.1.8 Transporter za unos molibdata (MolT)
    • 3.A.1.9 Transporter za unos fosfonata (PhnT)
    • 3.A.1.10 Transporter za unos željeza (FeT)
    • 3.A.1.11 Transporter za unos poliamina/opina/fosfonata (POPT)
    • 3.A.1.12 Kvaternarni transporter za unos amina (QAT)
    • 3.A.1.13 Transporter za unos vitamina B12 (B12T)
    • 3.A.1.14 Transporter za unos helata željeza (FeCT)
    • 3.A.1.15 Transporter za unos helata mangana/cinka/gvožđa (MZT)
    • 3.A.1.16 Transporter za unos nitrata/nitrita/cijanata (NitT)
    • 3.A.1.17 Transporter za unos taurina (TauT)
    • 3.A.1.19 Transporter za unos tiamina (ThiT)
    • 3.A.1.20 Brachyspira željezni transporter (BIT)
    • 3.A.1.21 Siderophore-Fe3+ preuzimajuči transporter (SIUT)
    • 3.A.1.24 Porodica transportera za unos metionina (MUT) (slično 3.A.1.3 i 3.A.1.12)
    • 3.A.1.27 Porodica γ-heksaklorocikloheksana (HCH) (slično 3.A.1.24 i 3.A.1.12)
    • 3.A.1.34 Porodica triptofana (TrpXYZ).
    • ECF sistemi za import
      • 3.A.1.18 Porodica transportera za unos kobalta (CoT).
      • 3.A.1.22 Porodica transportera za unos nikla (NiT).
      • 3.A.1.23 Porodica transportera za unos nikla/kobalta (NiCoT)
      • 3.A.1.25 Porodica transportera za unos biotina (BioMNY).
      • 3.A.1.26 Porodica pretpostavljenih transportera za unos tiamina (ThiW)
      • 3.A.1.28 Porodica kveuozina (kveuozin).
      • 3.A.1.29 Porodica prekursora metionina (Met-P).
      • 3.A.1.30 Porodica prekursora tiamina (Thi-P).
      • 3.A.1.31 Porodica nepoznatog-ABC1 (U-ABC1).
      • 3.A.1.32 Porodica prekursora kobalamina (B12-P).
      • 3.A.1.33 Porodica metiltioadenozina (MTA)

ABC3 (InterPro: IPR003838):

  • 3.A.1.114 Porodica vjerovatnih importera glikolipida (DevE)
  • 3.A.1.122 Porodica makrolidni eksportera (MacB).
  • 3.A.1.125 Porodica lipoproteinske translokaze (LPT).
  • 3.A.1.134 Porodica peptid-7 eksportera (Pep7E).
  • 3.A.1.136 Neokarakterizirana porodica tipa ABC-3 (U-ABC3-1)
  • 3.A.1.137 Neokarakterizirana porodica tipa ABC-3 (U-ABC3-2)
  • 3.A.1.140 Porodica septacije FtsX/FtsE (FtsX/FtsE)
  • 3.A.1.207 Eukariotska porodica ABC3 (E-ABC3)


Pogledajte proteine koji pripadaju natporodicin ABC : ovdje

Slike

Many structures of water-soluble domains of ABC proteins have been produced in recent years.[2]

Također pogledajte

Reference

  1. ^ Fath, M. J.; Kolter, R. (decembar 1993). "ABC transporters: bacterial exporters". Microbiological Reviews. 57 (4): 995–1017. doi:10.1128/MMBR.57.4.995-1017.1993. ISSN 0146-0749. PMC 372944. PMID 8302219.
  2. ^ a b Jones PM, George AM (Mar 2004). "The ABC transporter structure and mechanism: perspectives on recent research". Cellular and Molecular Life Sciences. 61 (6): 682–99. doi:10.1007/s00018-003-3336-9. PMID 15052411. S2CID 21422822.
  3. ^ Ponte-Sucre A, ured. (2009). ABC Transporters in Microorganisms. Caister Academic. ISBN 978-1-904455-49-3.
  4. ^ a b c Davidson AL, Dassa E, Orelle C, Chen J (Jun 2008). "Structure, function, and evolution of bacterial ATP-binding cassette systems". Microbiology and Molecular Biology Reviews. 72 (2): 317–64, table of contents. doi:10.1128/MMBR.00031-07. PMC 2415747. PMID 18535149.
  5. ^ a b Goffeau A, de Hertogh B, Baret PV (2013). "ABC Transporters". u Lane WJ, Lennarz MD (ured.). Encyclopedia of Biological Chemistry (Second izd.). London: Academic Press. str. 7–11. doi:10.1016/B978-0-12-378630-2.00224-3. ISBN 978-0-12-378631-9.
  6. ^ Wang B, Dukarevich M, Sun EI, Yen MR, Saier MH (Sep 2009). "Membrane porters of ATP-binding cassette transport systems are polyphyletic". The Journal of Membrane Biology. 231 (1): 1–10. doi:10.1007/s00232-009-9200-6. PMC 2760711. PMID 19806386.
  7. ^ ter Beek J, Guskov A, Slotboom DJ (Apr 2014). "Structural diversity of ABC transporters". The Journal of General Physiology. 143 (4): 419–35. doi:10.1085/jgp.201411164. PMC 3971661. PMID 24638992.
  8. ^ a b Choi CH (Oct 2005). "ABC transporters as multidrug resistance mechanisms and the development of chemosensitizers for their reversal". Cancer Cell International. 5: 30. doi:10.1186/1475-2867-5-30. PMC 1277830. PMID 16202168.
  9. ^ a b Dean M, Hamon Y, Chimini G (Jul 2001). "The human ATP-binding cassette (ABC) transporter superfamily". Journal of Lipid Research. 42 (7): 1007–17. doi:10.1016/S0022-2275(20)31588-1. PMID 11441126.
  10. ^ a b c Scott MP, Lodish HF, Berk A, Kaiser, C, Krieger M, Bretscher A, Ploegh H, Amon A (2012). Molecular Cell Biology. San Francisco: W. H. Freeman. ISBN 978-1-4292-3413-9.
  11. ^ Shuman HA (1982). "Active transport of maltose in Escherichia coli K12. Role of the periplasmic maltose-binding protein and evidence for a substrate recognition site in the cytoplasmic membrane". J. Biol. Chem. 257 (10): 5455–61. doi:10.1016/S0021-9258(19)83799-7. PMID 7040366.
  12. ^ a b Rees DC, Johnson E, Lewinson O (Mar 2009). "ABC transporters: the power to change". Nature Reviews Molecular Cell Biology. 10 (3): 218–27. doi:10.1038/nrm2646. PMC 2830722. PMID 19234479.
  13. ^ Locher KP, Lee AT, Rees DC (maj 2002). "The E. coli BtuCD structure: a framework for ABC transporter architecture and mechanism" (PDF). Science. 296 (5570): 1091–8. Bibcode:2002Sci...296.1091L. doi:10.1126/science.1071142. PMID 12004122. S2CID 906489.
  14. ^ Hvorup RN, Goetz BA, Niederer M, Hollenstein K, Perozo E, Locher KP (Sep 2007). "Asymmetry in the structure of the ABC transporter-binding protein complex BtuCD-BtuF". Science. 317 (5843): 1387–90. Bibcode:2007Sci...317.1387H. doi:10.1126/science.1145950. PMID 17673622. S2CID 37232959.
  15. ^ Dawson RJ, Locher KP (Sep 2006). "Structure of a bacterial multidrug ABC transporter". Nature. 443 (7108): 180–5. Bibcode:2006Natur.443..180D. doi:10.1038/nature05155. PMID 16943773. S2CID 27132450.
  16. ^ Vasiliou, V; Vasiliou, K; Nebert, DW (april 2009). "Human ATP-binding cassette (ABC) transporter family". Human Genomics. 3 (3): 281–90. doi:10.1186/1479-7364-3-3-281. PMC 2752038. PMID 19403462.

Dopujnska literatura

Vanjski linkovi

Strategi Solo vs Squad di Free Fire: Cara Menang Mudah!