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Translocador de nucleótidos de adenina

El translocador de nucleótidos de adenina ( ANT ), también conocido como translocasa ADP/ATP ( ANT ), proteína portadora de ADP/ATP ( AAC ) o portadora de ADP/ATP mitocondrial, intercambia ATP libre con ADP libre a través de la membrana mitocondrial interna . [1] [2] ANT es la proteína más abundante en la membrana mitocondrial interna y pertenece a la familia de portadores mitocondriales . [3]

El ADP libre se transporta desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, mientras que el ATP producido a partir de la fosforilación oxidativa se transporta desde la matriz mitocondrial al citoplasma , proporcionando así a las células su principal moneda energética. [4] Las translocasas ADP/ATP son exclusivas de los eucariotas y se cree que evolucionaron durante la eucariogénesis . [5] Las células humanas expresan cuatro translocasas ADP/ATP: SLC25A4 , SLC25A5 , SLC25A6 y SLC25A31 , que constituyen más del 10% de la proteína en la membrana mitocondrial interna. [6] Estas proteínas se clasifican en la superfamilia de portadores mitocondriales .

Tipos

En humanos, existen tres isoformas de ANT parólogas :

Estructura

Una vista lateral de la translocasa que abarca la membrana mitocondrial interna. Las seis hélices α se indican con diferentes colores. La bolsa de unión está actualmente abierta hacia el lado citoplasmático y se unirá al ADP, transportándolo a la matriz. (De PDB : 1OKC ​)
La translocasa (como superficie molecular, verde) vista desde ambos lados de una bicapa lipídica que representa la membrana mitocondrial interna. Panel izquierdo (IM): vista desde el espacio intermembrana. La proteína está en conformación abierta hacia este lado. Panel derecho (M): vista desde la matriz. La proteína está cerrada hacia este lado.

Durante mucho tiempo se pensó que la ANT funcionaba como un homodímero, pero este concepto fue cuestionado por la estructura de proyección de la levadura Aac3p resuelta mediante cristalografía electrónica, que mostró que la proteína era triplemente simétrica y monomérica, con la vía de translocación del sustrato a través de el centro. [7] La ​​estructura atómica de la ANT bovina confirmó esta noción y proporcionó el primer pliegue estructural de un portador mitocondrial. [8] Trabajos posteriores han demostrado que la ANT es un monómero en los detergentes [9] y funciona como un monómero en las membranas mitocondriales. [10] [11]

La ADP/ATP translocasa 1 es la principal AAC en las células humanas y la proteína arquetípica de esta familia. Tiene una masa de aproximadamente 30 kDa y consta de 297 residuos. [12] Forma seis hélices α transmembrana que forman un barril que da como resultado una depresión profunda en forma de cono accesible desde el exterior donde se une el sustrato . La bolsa de unión, conservada en la mayoría de las isoformas , consiste principalmente en residuos básicos que permiten una fuerte unión a ATP o ADP y tiene un diámetro máximo de 20 Å y una profundidad de 30 Å. [8] De hecho, se ha demostrado que los residuos de arginina 96, 204, 252, 253 y 294, así como la lisina 38, son esenciales para la actividad del transportador. [13]

Función

La translocasa ADP/ATP transporta el ATP sintetizado a partir de la fosforilación oxidativa al citoplasma, donde puede utilizarse como principal moneda energética de la célula para impulsar reacciones termodinámicamente desfavorables. Después de la consiguiente hidrólisis de ATP en ADP, el ADP se transporta de regreso a la matriz mitocondrial, donde puede refosforilarse a ATP. Debido a que un ser humano normalmente intercambia diariamente el equivalente de su propia masa de ATP, la translocasa ADP/ATP es una importante proteína transportadora con importantes implicaciones metabólicas . [4] [8]

La ANT transporta las formas libres, es decir, desprotonadas, sin magnesio y sin calcio , de ADP y ATP , en una proporción de 1:1. [1] El transporte es completamente reversible y su direccionalidad está gobernada por las concentraciones de sus sustratos (ADP y ATP dentro y fuera de las mitocondrias), los quelantes de los nucleótidos de adenina y el potencial de membrana mitocondrial. La relación de estos parámetros se puede expresar mediante una ecuación que resuelve el "potencial de inversión del ANT" (Erev_ANT), un valor del potencial de membrana mitocondrial en el que el ANT no produce transporte neto de nucleótidos de adenina. [14] [ 15] [16] La ANT y la ATP sintasa F0-F1 no están necesariamente en sincronía direccional [14] .

Además del intercambio de ADP y ATP a través de la membrana mitocondrial interna, la ANT también exhibe una actividad de desacoplamiento intrínseca [1] [17]

ANT es un importante componente modulador [18] y posible estructural del poro de transición de permeabilidad mitocondrial, un canal involucrado en diversas patologías cuya función aún sigue siendo difícil de alcanzar. Karch et al. proponen un "modelo de poros múltiples" en el que ANT es al menos uno de los componentes moleculares del poro. [19]

Mecanismo de translocasa

En condiciones normales, el ATP y el ADP no pueden atravesar la membrana mitocondrial interna debido a sus altas cargas negativas, pero la translocasa ADP/ATP, un antiportador , acopla el transporte de las dos moléculas. La depresión en la translocasa ADP/ATP se enfrenta alternativamente a la matriz y a los lados citoplasmáticos de la membrana. El ADP en el espacio intermembrana, proveniente del citoplasma, se une a la translocasa e induce su eversión, lo que resulta en la liberación de ADP hacia la matriz. La unión de ATP desde la matriz induce la eversión y da como resultado la liberación de ATP en el espacio intermembrana, difundiéndose posteriormente al citoplasma y, al mismo tiempo, devuelve la translocasa a su conformación original. [4] ATP y ADP son los únicos nucleótidos naturales reconocidos por la translocasa. [8]

El proceso neto se denota por:

ADP 3- citoplasma + ATP 4- matriz → ADP 3- matriz + ATP 4- citoplasma

El intercambio ADP/ATP es energéticamente costoso: alrededor del 25% de la energía producida por la transferencia de electrones mediante la respiración aeróbica , o un ion de hidrógeno , se consume para regenerar el potencial de membrana aprovechado por la translocasa ADP/ATP. [4]

El translocador circula entre dos estados, llamados estado citoplasmático y de matriz, abriéndose a estos compartimentos de forma alterna. [1] [2] Hay estructuras disponibles que muestran el translocador bloqueado en un estado citoplasmático por el inhibidor carboxyatractilósido , [8] [20] o en el estado de matriz por el inhibidor ácido bongkrekico. [21]

Alteraciones

Enfermedades raras pero graves, como las miopatías mitocondriales, se asocian con una translocasa ADP/ATP humana disfuncional. Las miopatías mitocondriales (MM) se refieren a un grupo de trastornos clínica y bioquímicamente heterogéneos que comparten características comunes de anomalías estructurales mitocondriales importantes en el músculo esquelético . La principal característica morfológica del MM son fibras rojas irregulares que contienen acumulaciones periféricas e intermiofibrilares de mitocondrias anormales. [22] [23] En particular, la oftalmoplejía externa progresiva progresiva autosómica dominante (adPEO) es un trastorno común asociado con la translocasa ADP/ATP disfuncional y puede inducir parálisis de los músculos responsables de los movimientos oculares. Los síntomas generales no se limitan a los ojos y pueden incluir intolerancia al ejercicio, debilidad muscular, déficit auditivo y más. adPEO muestra patrones de herencia mendeliana , pero se caracteriza por deleciones de ADN mitocondrial (ADNmt) a gran escala . El ADNmt contiene pocos intrones , o regiones no codificantes del ADN, lo que aumenta la probabilidad de mutaciones nocivas . Por lo tanto, cualquier modificación del ADNmt de la translocasa ADP/ATP puede conducir a un transportador disfuncional, [24] particularmente residuos involucrados en la bolsa de unión que comprometerá la eficacia de la translocasa. [13] El MM se asocia comúnmente con una translocasa ADP/ATP disfuncional, pero el MM puede inducirse a través de muchas anomalías mitocondriales diferentes.

Inhibición

ácido bongkrekico

La translocasa ADP/ATP es inhibida de forma muy específica por dos familias de compuestos. La primera familia, que incluye atractilósido (ATR) y carboxiatractilósido (CATR), se une a la translocasa ADP/ATP desde el lado citoplasmático, bloqueándola en una conformación abierta del lado citoplasmático. Por el contrario, la segunda familia, que incluye el ácido bongkrekico (BA) y el ácido isobongkrekico (isoBA), une la translocasa de la matriz, bloqueándola en una conformación abierta del lado de la matriz. [7] Los grupos cargados negativamente de los inhibidores se unen fuertemente a los residuos cargados positivamente en lo profundo del bolsillo de unión. La alta afinidad ( K d en el rango nanomolar) convierte a cada inhibidor en un veneno mortal al obstruir la respiración celular y la transferencia de energía al resto de la célula. [8] Hay estructuras disponibles que muestran el translocador bloqueado en un estado citoplasmático por el inhibidor carboxyatractilósido , [8] [20] o en estado de matriz por el inhibidor ácido bongkrekico. [21]

Historia

En 1955, Siekevitz y Potter demostraron que los nucleótidos de adenina se distribuían en las células en dos grupos ubicados en los compartimentos mitocondrial y citosólico. [25] Poco después, Pressman planteó la hipótesis de que los dos grupos podrían intercambiar nucleótidos. [26] Sin embargo, la existencia de un transportador ADP/ATP no se postuló hasta 1964 cuando Bruni et al. descubrió un efecto inhibidor del atractilósido sobre el sistema de transferencia de energía (fosforilación oxidativa) y los sitios de unión de ADP de las mitocondrias del hígado de rata . [27]

Poco después, se realizó una abrumadora cantidad de investigaciones para demostrar la existencia y dilucidar el vínculo entre la translocasa ADP/ATP y el transporte de energía. [28] [29] [30] El ADNc de la translocasa ADP/ATP se secuenció para bovinos en 1982 [31] y para una especie de levadura Saccharomyces cerevisiae en 1986 [32] antes de que finalmente Battini et al. secuenció un clon de ADNc del transportador humano en 1989. La homología en las secuencias codificantes entre la translocasa ADP/ATP humana y de levadura fue del 47%, mientras que las secuencias bovinas y humanas se extendieron notablemente a 266 de 297 residuos, o 89,6%. En ambos casos, los residuos más conservados se encuentran en la bolsa de unión del sustrato ADP/ATP. [12]

Ver también

Referencias

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enlaces externos