El motivo de la mano EF contiene una topología hélice-bucle-hélice, muy parecida al pulgar y el índice extendidos de la mano humana, en la que los iones Ca 2+ están coordinados por ligandos dentro del bucle. El motivo toma su nombre de la nomenclatura tradicional utilizada para describir la proteína parvalbúmina , que contiene tres de estos motivos y probablemente participa en la relajación muscular a través de su actividad de unión al calcio.
El ion calcio está coordinado en una configuración bipiramidal pentagonal. Los seis residuos implicados en la unión están en las posiciones 1, 3, 5, 7, 9 y 12; estos residuos se indican con X, Y, Z, -Y, -X y -Z. El Glu o Asp invariante en la posición 12 proporciona dos oxígenos para ligar el calcio (ligando bidentado).
El ion calcio está unido tanto por átomos del esqueleto proteico como por cadenas laterales de aminoácidos , específicamente aquellas de los residuos de aminoácidos aniónicos aspartato y glutamato . Estos residuos están cargados negativamente y realizarán una interacción de carga con el ion calcio cargado positivamente. El motivo de la mano EF fue uno de los primeros motivos estructurales cuyos requisitos de secuencia se analizaron en detalle. Cinco de los residuos del bucle se unen al calcio y, por tanto, tienen una fuerte preferencia por las cadenas laterales que contienen oxígeno , especialmente aspartato y glutamato. El sexto residuo en el bucle es necesariamente glicina debido a los requisitos conformacionales de la columna vertebral. Los residuos restantes suelen ser hidrófobos y forman un núcleo hidrófobo que une y estabiliza las dos hélices.
Al unirse a Ca 2+ , este motivo puede sufrir cambios conformacionales que permiten funciones reguladas por Ca 2+ como se observa en los efectores de Ca 2+ como la calmodulina (CaM) y la troponina C (TnC) y los tampones de Ca 2+ como la calreticulina y la calbindina. D9k. Si bien la mayoría de las proteínas de unión a calcio (CaBP) de la mano EF conocidas contienen motivos de mano EF emparejados, también se han descubierto CaBP con manos EF únicas tanto en bacterias como en eucariotas. Además, se han encontrado "motivos EF parecidos a manos" en varias bacterias. Aunque las propiedades de coordinación siguen siendo similares con el motivo canónico de mano EF hélice-bucle-hélice de 29 residuos, los motivos tipo mano EF difieren de las manos EF en que contienen desviaciones en la estructura secundaria de las secuencias flanqueantes y/o variación en la longitud del bucle de coordinación de Ca 2+ .
Las manos EF tienen una selectividad muy alta por el calcio. Por ejemplo, la constante de disociación de la alfa parvalbúmina para Ca 2+ es ~1000 veces menor que la del ion similar Mg 2+ . [2] Esta alta selectividad se debe a la geometría de coordinación relativamente rígida, la presencia de múltiples cadenas laterales de aminoácidos cargadas en el sitio de unión, así como a las propiedades de solvatación de iones. [3] [4] [5]
Predicción
Resumen de firmas de motivos utilizados para la predicción de manos EF.
La búsqueda de patrones (firma de motivos) es una de las formas más sencillas de predecir sitios de unión continuos de EF-mano Ca 2+ en proteínas. Con base en los resultados de la alineación de secuencias de motivos canónicos de la mano EF, especialmente las cadenas laterales conservadas directamente involucradas en la unión de Ca 2+ , se generó un patrón PS50222 para predecir los sitios canónicos de la mano EF. Los servidores de predicción se pueden encontrar en la sección de enlaces externos.
Clasificación
Desde la delimitación del motivo de la mano EF en 1973, la familia de proteínas de la mano EF se ha expandido para incluir al menos 66 subfamilias hasta el momento. Los motivos de las manos EF se dividen en dos grupos estructurales principales:
Manos EF canónicas como se ve en la calmodulina (CaM) y la proteína procariótica similar a CaM, caleritrina. El bucle EF-hand canónico de 12 residuos se une a Ca 2+ principalmente a través de carboxilatos o carbonilos de cadena lateral (posiciones de secuencia de bucle 1, 3, 5, 12). El residuo en el eje –X coordina el ion Ca 2+ a través de una molécula de agua con puente. El bucle de mano EF tiene un ligando bidentado (Glu o Asp) en el eje –Z.
Las pseudomanos EF se encuentran exclusivamente en los extremos N de las proteínas S100 y similares a S100. El pseudo bucle manual EF de 14 residuos quela Ca 2+ principalmente a través de carbonilos del esqueleto (posiciones 1, 4, 6, 9).
Árbol filogenético de la familia de proteínas EF-hand.
Puntos adicionales:
En bacterias y virus se han descrito proteínas similares a manos de EF con elementos estructurales flanqueantes diversificados alrededor del bucle de unión de Ca 2+ . Estas proteínas procarióticas tipo mano EF están ampliamente implicadas en la señalización de Ca 2+ y la homeostasis en bacterias. Contienen longitudes flexibles de bucles de unión de Ca 2+ que difieren de los motivos de las manos EF. Sin embargo, sus propiedades de coordinación se parecen a los motivos clásicos de la mano EF.
Por ejemplo, el sitio de unión de Ca 2+ semicontinuo en la proteína de unión a D -galactosa (GBP) contiene un bucle de nueve residuos. El ion Ca 2+ está coordinado por siete átomos de oxígeno de la proteína, cinco de los cuales provienen del bucle que imita el bucle EF canónico, mientras que los otros dos provienen del grupo carboxilato de un Glu distante.
Otro ejemplo es un nuevo dominio denominado Excalibur (región de unión a Ca 2+ extracelular ) aislado de Bacillus subtilis . Este dominio tiene un bucle de unión de Ca 2+ de 10 residuos conservado sorprendentemente similar al bucle de mano EF canónico de 12 residuos.
La diversidad de la estructura de la región flanqueante queda ilustrada por el descubrimiento de dominios tipo mano EF en proteínas bacterianas. Por ejemplo, una estructura hélice-bucle-hebra en lugar de hélice-bucle-hélice se encuentra en la proteína periplásmica de unión a galactosa ( Salmonella typhimurium , PDB : 1 gcg ) o en la proteína de unión a alginato ( Sphingomonas sp ., 1 kwh ); la hélice entrante falta en el antígeno protector ( Bacillus anthracis , 1acc ) o dockerin ( Clostridium thermocellum , 1daq ).
Entre todas las estructuras reportadas hasta la fecha, la mayoría de los motivos de manos EF están emparejados entre dos motivos canónicos o uno pseudo y uno canónico. Para las proteínas con números impares de manos EF, como la calpaína de mano penta-EF, los motivos de mano EF se acoplaron mediante homo o heterodimerización. Se ha demostrado que la mano EF recientemente identificada que contiene la proteína sensora ER Ca 2+ , molécula de interacción estromal 1 y 2 (STIM1, STIM2), contiene un motivo canónico de la mano EF que se une a Ca 2+ y que se empareja con una mano EF inmediata. Mano EF atípica "oculta" que no se une a Ca 2+ . Los motivos de una sola mano EF pueden servir como módulos de acoplamiento de proteínas: por ejemplo, la única mano EF en las proteínas NKD1 y NKD2 se une a las proteínas Disheveled (DVL1, DVL2, DVL3).
Funcionalmente, las manos EF se pueden dividir en dos clases:
proteínas de señalización
proteínas amortiguadoras/transportadoras.
El primer grupo es el más grande e incluye los miembros más conocidos de la familia, como la calmodulina, la troponina C y el S100B. Estas proteínas suelen sufrir un cambio conformacional dependiente del calcio que abre un sitio de unión objetivo. El último grupo está representado por calbindina D9k y estas proteínas no sufren cambios conformacionales dependientes del calcio.
Subfamilias
Dominio de homología EPS15 (EH) – InterPro : IPR000261
Ejemplos
aequorina
La aequorina es una proteína fijadora de calcio (CaBP) aislada del cnidario Aequorea victoria . Aequorin pertenece a la familia de CaBP de mano EF, con bucles de mano EF que están estrechamente relacionados con las CaBP en mamíferos. Además, la aequorina se ha utilizado durante años como indicador de Ca 2+ y se ha demostrado que es segura y bien tolerada por las células. La aequorina se compone de dos componentes: el componente de unión al calcio apoaequorina (AQ) y la molécula quimioluminiscente coelenterazina . La porción AQ de esta proteína contiene los dominios de unión al calcio de la mano EF. [6]
Proteínas humanas
Las proteínas humanas que contienen este dominio incluyen:
Otro motivo distinto de unión al calcio compuesto por hélices alfa es el dominio dockerina .
Referencias
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Otras lecturas
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Yang J. "Calciómica". Universidad Estatal de Georgia. Archivado desde el original el 12 de octubre de 2009 . Consultado el 29 de agosto de 2009 . servidor de predicción para proteínas de unión a calcio de mano EF
