La familia de intercambiadores de aniones (TC# 2.A.31, también llamada familia de transportadores de bicarbonato ) es un miembro de la gran superfamilia APC de transportadores secundarios. [1] Los miembros de la familia AE son generalmente responsables del transporte de aniones a través de las barreras celulares, aunque sus funciones pueden variar. Todos ellos intercambian bicarbonato . Los miembros proteicos caracterizados de la familia AE se encuentran en plantas, animales, insectos y levaduras. Los homólogos de AE no caracterizados pueden estar presentes en bacterias (p. ej., en Enterococcus faecium , 372 aas; gi 22992757; 29% de identidad en 90 residuos). Las proteínas AE animales consisten en complejos homodiméricos de proteínas integrales de membrana que varían en tamaño desde aproximadamente 900 residuos de aminoacilo hasta aproximadamente 1250 residuos. Sus dominios hidrófilos N-terminales pueden interactuar con proteínas citoesqueléticas y, por lo tanto, desempeñar un papel estructural celular. Algunos de los miembros actualmente caracterizados de la familia AE se pueden encontrar en la base de datos de clasificación de transportadores.
Los mecanismos de transporte del bicarbonato (HCO 3 − ) son los principales reguladores del pH en las células animales . Este transporte también desempeña un papel vital en los movimientos ácido-base en el estómago, el páncreas, el intestino, los riñones, los órganos reproductivos y el sistema nervioso central . Los estudios funcionales han sugerido diferentes modos de transporte del HCO 3 − .
El análisis de secuencias de las dos familias de transportadores de HCO 3 − que se han clonado hasta la fecha (los intercambiadores de aniones y los cotransportadores Na + /HCO 3 − ) revela que son homólogos . Esto no es del todo inesperado, dado que ambos transportan HCO 3 − y son inhibidos por una clase de agentes farmacológicos llamados estilbenos disulfónicos . [4] Comparten alrededor de ~25-30% de identidad de secuencia , que se distribuye a lo largo de toda su longitud de secuencia, y tienen topologías de membrana predichas similares , lo que sugiere que tienen ~10 dominios transmembrana (TM) .
En el extremo C de muchas proteínas transportadoras de bicarbonato se encuentra un dominio conservado. También se encuentra en algunas proteínas vegetales responsables del transporte de boro . [5] En estas proteínas cubre casi toda la longitud de la secuencia .
Las proteínas de intercambio aniónico de la banda 3 que intercambian bicarbonato son el polipéptido más abundante en la membrana de los glóbulos rojos y comprenden el 25% de la proteína de membrana total. El dominio citoplasmático de la banda 3 funciona principalmente como un sitio de anclaje para otras proteínas asociadas a la membrana. Entre los ligandos proteicos de este dominio se incluyen la anquirina , la proteína 4.2, la proteína 4.1, la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa (GAPDH), la fosfofructoquinasa , la aldolasa , la hemoglobina , los hemicromías y la proteína tirosina quinasa (p72syk). [6]
En los seres humanos, los intercambiadores de aniones pertenecen a la familia de transportadores de solutos 4 (SLC4), que está compuesta por 10 miembros parálogos (SLC4A1-5; SLC4A7-11). Nueve codifican proteínas que transportan HCO−
3Funcionalmente, ocho de estas proteínas se dividen en dos grupos principales: tres Cl-HCO−
3intercambiadores (AE1-3) y cinco HCO acoplados a Na +−
3transportadores acoplados a Na+ (NBCe1, NBCe2, NBCn1, NBCn2, NDCBE). Dos de los transportadores acoplados a Na + (NBCe1, NBCe2) son electrogénicos; los otros tres son transportadores de HCO acoplados a Na +.−
3transportadores y los tres AE son electroneutrales. [7] [8] Otros dos (AE4, SLC4A9 y BTR1, SLC4A11 ) no están caracterizados. La mayoría, aunque no todos, son inhibidos por 4,4'-diisotiocianatostilbeno-2,2'-disulfonato (DIDS) . Las proteínas SLC4 desempeñan funciones en la homeostasis ácido-base, el transporte de H + o HCO−
3por epitelios (por ejemplo, absorción de HCO−
3En el túbulo proximal renal, secreción de HCO−
3en el conducto pancreático), así como la regulación del volumen celular y el pH intracelular. [8]
Basándose en sus gráficos de hidropatía, se plantea la hipótesis de que todas las proteínas SLC4 comparten una topología similar en la membrana celular. Tienen dominios N-terminales citoplasmáticos relativamente largos compuestos de unos pocos cientos a varios cientos de residuos, seguidos de 10-14 dominios transmembrana (TM), y terminan con dominios C-terminales citoplasmáticos relativamente cortos compuestos de ~30 a ~90 residuos. Aunque el dominio C-terminal comprende un pequeño porcentaje del tamaño de la proteína, este dominio en algunos casos, tiene (i) motivos de unión que pueden ser importantes para las interacciones proteína-proteína (p. ej., AE1, AE2 y NBCn1), (ii) es importante para el tráfico a la membrana celular (p. ej., AE1 y NBCe1), y (iii) puede proporcionar sitios para la regulación de la función transportadora a través de la fosforilación de la proteína quinasa A (p. ej., NBCe1). [9]
La familia SLC4 comprende las siguientes proteínas.
El intercambiador de aniones humano 1 (AE1 o Band 3 ) se une a la anhidrasa carbónica II (CAII) formando un " metabolón de transporte " ya que la unión de CAII activa la actividad de transporte de AE1 aproximadamente 10 veces. [10] AE1 también se activa por interacción con glicoforina , que también funciona para dirigirlo a la membrana plasmática. [11] Los dominios C-terminales incrustados en la membrana pueden abarcar la membrana entre 13 y 16 veces. Según el modelo de Zhu et al. (2003), AE1 en humanos abarca la membrana 16 veces, 13 veces como hélice α y tres veces (TMS 10, 11 y 14) posiblemente como cadenas β. [12] AE1 cataliza preferentemente reacciones de intercambio aniónico ( antiport ). Las mutaciones puntuales específicas en el intercambiador de aniones humano 1 (AE1) convierten este intercambiador de aniones electroneutral en una conductancia de cationes monovalentes. El mismo sitio de transporte dentro del dominio que abarca AE1 está involucrado tanto en el intercambio de aniones como en el transporte de cationes. [13]
Se ha demostrado que la AE1 en los glóbulos rojos humanos transporta una variedad de aniones inorgánicos y orgánicos. Los aniones divalentes pueden ser cotransportados con H + . Además, cataliza el cambio de posición de varias moléculas anfipáticas aniónicas, como el dodecil sulfato de sodio (SDS) y el ácido fosfatídico, de una monocapa de la bicapa de fosfolípidos a la otra monocapa. La velocidad de cambio de posición es lo suficientemente rápida como para sugerir que este proceso catalizado por la AE1 es fisiológicamente importante en los glóbulos rojos y posiblemente también en otros tejidos animales. Es probable que los fosfolípidos aniónicos y los ácidos grasos sean sustratos naturales. Sin embargo, la mera presencia de TMS aumenta las velocidades de cambio de posición de los lípidos. [14] [15]
Se ha determinado la estructura cristalina de AE1 (CTD) a 3,5 angstroms. [16] La estructura está bloqueada en una conformación abierta orientada hacia afuera por un inhibidor. La comparación de esta estructura con una estructura unida al sustrato del transportador de uracilo UraA en una conformación orientada hacia adentro permitió la identificación de la probable posición de unión del anión en AE1 (CTD), y condujo a la propuesta de un posible mecanismo de transporte que podría explicar por qué mutaciones seleccionadas conducen a la enfermedad. La estructura 3-D confirmó que la familia AE es un miembro de la superfamilia APC . [9]
Hay varias estructuras cristalinas disponibles para la proteína AE1 en RCSB (los enlaces también están disponibles en TCDB).
Na + renal :HCO−
3Se ha descubierto que los cotransportadores son miembros de la familia AE. Catalizan la reabsorción de HCO−
3en el túbulo proximal renal en un proceso electrogénico que es inhibido por inhibidores de estilbeno típicos de AE como DIDS y SITS. También se encuentran en muchos otros tejidos corporales. Al menos dos genes codifican estos simportadores en cualquier mamífero. Se ha presentado un modelo de 10 TMS, [17] pero este modelo entra en conflicto con el modelo de 14 TMS propuesto para AE1. La topología transmembrana del Na + :HO electrogénico pancreático humano−
3Se ha estudiado el transportador NBC1. [18] Se ha sugerido una topología TMS con extremos N y C en el citoplasma. Un bucle extracelular determina la estequiometría de Na + -HCO−
3cotransportadores. [19]
Además de los intercambiadores de aniones independientes de Na + (AE1-3) y el Na + :HCO−
3cotransportadores (NBC) (que pueden ser electroneutrales o electrogénicos), un HCO impulsado por Na +−
3Se ha secuenciado y caracterizado el intercambiador de Na +/Cl− ( NCBE). [20] Transporta Na + + HCO−
3preferentemente en dirección hacia adentro y H ++ Cl− en dirección hacia afuera. Este NCBE está muy extendido en los tejidos de los mamíferos, donde desempeña un papel importante en la alcalinización citoplasmática. Por ejemplo, en las células β pancreáticas , media un aumento del pH dependiente de la glucosa relacionado con la secreción de insulina .
Se ha informado que las células animales en cultivo de tejidos que expresan el gen que codifica la proteína CFTR del canal de cloruro de tipo ABC (TC# 3.A.1.202.1) en la membrana plasmática exhiben una estimulación dependiente de AMP cíclico de la actividad de AE. La regulación fue independiente de la función de conductancia de Cl − de CFTR, y las mutaciones en el dominio de unión de nucleótidos #2 de CFTR alteraron la regulación independientemente de sus efectos sobre la actividad del canal de cloruro. Estas observaciones pueden explicar la alteración de la HCO−
3secreción en pacientes con fibrosis quística.
Las plantas y las levaduras tienen transportadores de aniones que, tanto en las células del periciclo de las plantas como en la membrana plasmática de las células de levadura, exportan borato o ácido bórico (pKa = 9,2). [5] En A. thaliana , el boro se exporta desde las células del periciclo hacia el apoplasma estelar de la raíz contra un gradiente de concentración para su absorción en los brotes. En S. cerevisiae , la exportación también se realiza contra un gradiente de concentración. El transportador de levadura reconoce HCO−
3, yo − , Br − , NO−
3y Cl − , que pueden ser sustratos. Se sabe que la tolerancia a la toxicidad del boro en los cereales está asociada con una menor acumulación de boro en los tejidos. La expresión de genes de raíces de trigo y cebada tolerantes al boro con alta similitud con los transportadores de eflujo de Arabidopsis y arroz redujo las concentraciones de boro debido a un mecanismo de eflujo. [21] No se conoce el mecanismo de acoplamiento de energía, ni tampoco se sabe si el sustrato es borato o ácido bórico. Varias posibilidades (uniport, intercambio anión:anión e intercambio anión:catión) pueden explicar los datos. [5]
La reacción de transporte fisiológicamente relevante catalizada por intercambiadores de aniones de la familia AE es: [9]
Para los cotransportadores Na + :HCO3- es:
Eso para el Na + /HCO−
3El intercambiador de :H + /Cl− es:
Esto para la proteína de eflujo de boro de plantas y levaduras es:
A partir del 28 de enero de 2016, este artículo se deriva total o parcialmente de la Base de datos de clasificación de transportadores . El titular de los derechos de autor ha autorizado el contenido de una manera que permite la reutilización bajo CC BY-SA 3.0 y GFDL . Se deben respetar todos los términos pertinentes. El texto original se encontraba en "2.A.31 La familia de intercambiadores de aniones (AE)"
