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Transportador de amoniaco

Los transportadores de amoníaco (TC# 1.A.11) son proteínas de transporte de membrana estructuralmente relacionadas llamadas proteínas Amt (transportadores de amoníaco) en bacterias y plantas , permeasas de metilamonio/amonio (MEP) en levaduras o proteínas Rhesus (Rh) en cordados . En humanos, las proteínas Rhesus RhAG , RhBG y RhCG constituyen la familia de transportadores de solutos 42 [2] mientras que RhD y RhCE forman el sistema de grupo sanguíneo Rh . La estructura tridimensional de la proteína transportadora de amoníaco AmtB de Escherichia coli se ha determinado mediante cristalografía de rayos X [3] [4] revelando un canal de amoníaco hidrofóbico . [5] Se encontró que el transportador de amoníaco RhCG humano tenía una estructura de canal conductor de amoníaco similar. [1] Se propuso [ cita requerida ] que el complejo Rh del eritrocito es un heterotrímero de subunidades RhAG, RhD y RhCE en el que RhD y RhCE podrían desempeñar funciones en el anclaje de la subunidad RhAG conductora de amoníaco al citoesqueleto. Con base en experimentos de reconstitución, las subunidades RhCG purificadas por sí solas pueden funcionar para transportar amoníaco. [6] La RhCG es necesaria para la excreción normal de ácido por el riñón [7] y el epidídimo del ratón . [8]

Estructura

La estructura del canal de amoníaco de E. coli [ 3] [4] era, en el momento de su publicación, la estructura de mayor resolución de cualquier proteína integral de membrana. Muestra un trímero de subunidades, cada una formada por 11 segmentos transmembrana (TMS) y que contiene una pseudosimetría doble. [9] Cada monómero contiene un canal conductor de amoníaco hidrofóbico.

Mientras que las proteínas del canal de amoníaco procariotas tienen una región N-terminal que actúa como una secuencia señal y se escinde en la proteína madura, [10] las glicoproteínas Rhesus la retienen como una 12.ª hélice transmembrana en la proteína madura. [1]

Especificidad del sustrato

Los miembros de la familia más caracterizados funcionalmente son transportadores de captación de amonio. [11] Algunas proteínas Amt, pero no otras, también transportan metilamonio. [12] [13] Se han publicado análisis filogenéticos detallados de homólogos de plantas. [14] En E. coli , NH 4 + , en lugar de NH 3 , puede ser el sustrato de AmtB, pero aún existe controversia. [15] [16] [17] Si se transporta NH 4 + , K + posiblemente sirve como un contraión en un proceso antitransportador con K + , y esa histidina elimina un protón de NH 4 + para producir NH 3 . [15]

Reacción de transporte

Se sugiere que la reacción de transporte generalizada catalizada por miembros de la familia Amt es:

NH 4 + (salida) ⇌ NH 4 + (entrada)

Mecanismo

Las estructuras de rayos X han revelado que el poro de las proteínas Amt y Rh se caracteriza por una porción hidrofóbica de aproximadamente 12 Å de largo, en la que se observó densidad electrónica en el estudio cristalográfico de AmtB de Escherichia coli . Esta densidad electrónica inicialmente solo se observó cuando los cristales se cultivaron en presencia de amonio, y por lo tanto se atribuyó a las moléculas de amoníaco. El mecanismo de la proteína Amt/Rh podría implicar la difusión en fila india de moléculas de NH 3 . Sin embargo, el poro también podría estar lleno de moléculas de agua. La posible presencia de moléculas de agua en el lumen del poro requiere una reevaluación de la noción de que las proteínas Amt/Rh funcionan como canales de NH 3 simples . De hecho, los experimentos funcionales en transportadores de amonio de plantas y proteínas Rh sugieren una variedad de mecanismos de permeación que incluyen la difusión pasiva de NH 3 , el antitransporte de NH 4 + /H + , el transporte de NH 4 + o el cotransporte de NH 3 /H + . Lamoureux et al. analizan estos mecanismos a la luz de estudios funcionales y de simulación sobre el transportador AmtB. [18]

Regulación

En E. coli, el gen AmtB se expresa solo bajo niveles limitantes de nitrógeno para producir la proteína AmtB. Se coexpresa con el gen GlnK que codifica una proteína PII . Esta proteína también es trimérica y permanece en el citoplasma. [19] Se modifica covalentemente por un grupo deuridililado U/U en Y51. El producto hidrolizado, adenosina 5'-difosfato, orienta la superficie de GlnK para el bloqueo de AmtB. Cuando los niveles de nitrógeno fuera de la célula aumentan, el canal de amoníaco debe desactivarse para evitar que entre un exceso de amoníaco en la célula (donde el amoníaco se combinaría con glutamato para producir glutamina, utilizando ATP y agotando así las reservas de ATP de la célula). Esta desactivación se logra mediante la deuridililación de la proteína GlnK que luego se une a la cara citoplasmática de AmtB e inserta un bucle en el poro conductor de amoníaco. En la punta de este bucle hay un residuo de arginina que bloquea estéricamente el canal. [20]

Proteínas relacionadas con el transportador de amoníaco humano

RHAG , RHBG , RHCE , RHCG , RHD

Referencias

  1. ^ abc Gruswitz, F.; Chaudhary, S.; Ho, JD; Schlessinger, A.; Pezeshki, B.; Ho, C. -M.; Sali, A.; Westhoff, CM; Stroud, RM (2010). "Función del Rh humano basada en la estructura de RhCG a 2,1 A". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 107 (21): 9638–9643. doi : 10.1073/pnas.1003587107 . PMC  2906887 . PMID  20457942.
  2. ^ Nakhoul NL, Hamm LL (febrero de 2004). "Glicoproteínas Rh no eritroides: una nueva familia putativa de transportadores de amonio en mamíferos". Pflügers Archiv . 447 (5): 807–12. doi :10.1007/s00424-003-1142-8. PMID  12920597. S2CID  24601165.
  3. ^ ab 1xqe ; Khademi S, O'Connell J, Remis J, Robles-Colmenares Y, Miercke LJ, Stroud RM (septiembre de 2004). "Mecanismo de transporte de amoniaco por Amt/MEP/Rh: estructura de AmtB a 1,35 A". Science . 305 (5690): 1587–94. CiteSeerX 10.1.1.133.6480 . doi :10.1126/science.1101952. PMID  15361618. S2CID  11436509. 
  4. ^ ab 2u7c ; Zheng L, Kostrewa D, Bernèche S, Winkler FK, Li XD (diciembre de 2004). "El mecanismo de transporte de amoníaco basado en la estructura cristalina de AmtB de Escherichia coli". Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 101 (49): 17090–5. Bibcode :2004PNAS..10117090Z. doi : 10.1073/pnas.0406475101 . PMC 535379 . PMID  15563598. 
  5. ^ Khademi S, Stroud RM (diciembre de 2006). "La familia Amt/MEP/Rh: estructura de AmtB y el mecanismo de conducción del gas amoniaco". Fisiología . 21 (6): 419–29. doi :10.1152/physiol.00051.2005. PMID  17119155.
  6. ^ Mouro-Chanteloup I, Cochet S, Chami M, Genetet S, Zidi-Yahiaoui N, Engel A, Colin Y, Bertrand O, Ripoche P (2010). Fatouros D (ed.). "Reconstitución funcional en liposomas del canal de amoníaco humano purificado de RhCG". PLOS ONE . ​​5 (1): e8921. Bibcode :2010PLoSO...5.8921M. doi : 10.1371/journal.pone.0008921 . PMC 2812482 . PMID  20126667. 
  7. ^ Wagner CA, Devuyst O, Belge H, Bourgeois S, Houillier P (enero de 2011). "La proteína Rhesus RhCG: una nueva perspectiva en el transporte de amonio y la acidificación urinaria distal" (PDF) . Kidney International . 79 (2): 154–61. doi :10.1038/ki.2010.386. PMID  20927037.
  8. ^ Biver S, Belge H, Bourgeois S, Van Vooren P, Nowik M, Scohy S, Houillier P, Szpirer J, Szpirer C, Wagner CA, Devuyst O, Marini AM (noviembre de 2008). "Un papel del factor Rh Rhcg en la excreción renal de amonio y la fertilidad masculina". Nature . 456 (7220): 339–43. Bibcode :2008Natur.456..339B. doi :10.1038/nature07518. PMID  19020613. S2CID  205215412.
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