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Principales proteínas intrínsecas

Las principales proteínas intrínsecas comprenden una gran superfamilia de canales proteicos transmembrana que se agrupan en función de su homología. La superfamilia MIP incluye tres subfamilias: acuaporinas, acuagliceroporinas y S-acuaporinas. [2]

  1. Las acuaporinas (AQPs) son selectivas del agua.
  2. Las acuagliceroporinas son permeables al agua, pero también a otras pequeñas moléculas sin carga como el glicerol.
  3. La tercera subfamilia, con secuencias de aminoácidos poco conservadas alrededor de las cajas NPA, incluye las “superaquaporinas” (S-aquaporinas).

Se ha publicado la filogenia de los canales de la familia MIP de insectos. [3] [4] [5]

Familias

Hay dos familias que pertenecen a la superfamilia MIP.

La principal familia de proteínas intrínsecas (TC# 1.A.8)

La familia MIP es grande y diversa, y posee miles de miembros que forman canales transmembrana. Estas proteínas de canal funcionan en el transporte de agua, carbohidratos pequeños (p. ej., glicerol ), urea , NH3 , CO2 , H2O2 e iones mediante mecanismos independientes de la energía. Por ejemplo, el canal de glicerol, FPS1p de Saccharomyces cerevisiae media la captación de arsenito y antimonito. [6] La permeabilidad iónica parece ocurrir a través de una vía diferente a la utilizada para el transporte de agua/glicerol y puede involucrar un canal en la interfaz de 4 subunidades en lugar de los canales a través de las subunidades. [7] Los miembros de la familia MIP se encuentran ubicuamente en bacterias, arqueas y eucariotas. La agrupación filogenética de las proteínas se basa principalmente en el filo de los organismos de origen, pero se observan uno o más grupos para cada reino filogenético (plantas, animales, levaduras, bacterias y arqueas). [8] Las MIP se clasifican en cinco subfamilias en las plantas superiores, que incluyen proteínas intrínsecas de membrana plasmática (PIP), de tonoplasto (TIP), similares a NOD26 (NIP), pequeñas proteínas básicas (SIP) y proteínas X no clasificadas (XIP). Uno de los grupos de plantas incluye solo proteínas de tonoplasto (TIP), mientras que otro incluye proteínas de membrana plasmática (PIP). [9]

Proteína intrínseca principal

La proteína intrínseca mayor (MIP) del cristalino humano (Aqp0), de la que se nombró a la familia MIP, representa aproximadamente el 60% de la proteína en la célula del cristalino. En la forma nativa, es una acuaporina (AQP), pero durante el desarrollo del cristalino, se trunca proteolíticamente. El canal, que normalmente alberga de 6 a 9 moléculas de agua, se estrecha de modo que solo quedan tres, y estas quedan atrapadas en una conformación cerrada. [10] [11] Estos tetrámeros truncados forman uniones adhesivas intercelulares (cabeza con cabeza), lo que produce una matriz cristalina que media la formación del cristalino con células estrechamente empaquetadas como se requiere para formar un cristalino transparente. [12] Los lípidos cristalizan con la proteína. [13] Se ha demostrado la actividad del canal iónico para las acuaporinas 0, 1 y 6, Drosophila 'Big Brain' (bib) [14] y la nodulina-26 vegetal. [15] Se han revisado los roles de las acuaporinas en el cáncer humano, así como sus vías de plegamiento. [16] [17] Las AQP pueden actuar como osmosensores transmembrana en glóbulos rojos, gránulos secretores y microorganismos. [18] Se han revisado las proteínas de la superfamilia MIP y las variaciones de sus filtros de selectividad. [19]

Acuaporina

Las acuaporinas conocidas actualmente se agrupan de forma laxa, al igual que los facilitadores de glicerol conocidos. [20] Se cree que las proteínas de la familia MIP forman poros acuosos que permiten selectivamente el transporte pasivo de sus solutos a través de la membrana con un reconocimiento aparente mínimo. Las acuaporinas transportan selectivamente glicerol y agua, mientras que los facilitadores de glicerol transportan selectivamente glicerol pero no agua. Algunas acuaporinas pueden transportar NH3 y CO2 . Los facilitadores de glicerol funcionan como canales no específicos de solutos y pueden transportar glicerol, dihidroxiacetona, propanodiol, urea y otras moléculas neutras pequeñas en procesos fisiológicamente importantes. Algunos miembros de la familia, incluida la proteína Fps1 de levadura (TC# 1.A.8.5.1) y la NtTIPa del tabaco (TC# 1.A.8.10.2), pueden transportar tanto agua como pequeños solutos. [20]

Ejemplos

En la base de datos de clasificación de transportadores se puede encontrar una lista de casi 100 miembros clasificados actualmente de la familia MIP. Algunos de los canales de la familia MIP son:

Estructura

Los canales de la familia MIP consisten en homotetrámeros (p. ej., GlpF de E. coli ; TC #1.A.8.1.1, AqpZ de E. coli ; TC #1.A.8.3.1 y MIP o Aqp0 de Bos taurus ; TC #1.A.8.8.1). Cada subunidad abarca la membrana seis veces como supuestas hélices α. Se cree que los 6 dominios TMS surgieron de un elemento genético que codifica 3-spanner mediante un evento de duplicación intragénica en tándem. Por lo tanto, las dos mitades de las proteínas tienen una orientación opuesta en la membrana. Una región bien conservada entre los TMS 2 y 3 y los TMS 5 y 6 se sumerge en la membrana, y cada bucle forma una mitad de TMS. [22] [23] Un motivo de aminoacilo común en estos transportadores es un motivo asparagina-prolina-alanina (NPA). Las acuaporinas generalmente tienen el motivo NPA en ambas mitades, los facilitadores de glicerol generalmente tienen un motivo NPA en las primeras mitades y un motivo DPA en las segundas mitades, y las superacuaporinas tienen motivos NPA poco conservados en ambas mitades. [2]

Facilitador de la absorción de glicerol

La estructura cristalina del facilitador de glicerol de E. coli (TC# 1.A.8.1.1) se resolvió a una resolución de 2,2 Å ( PDB : 1FX8 ). [24] Las moléculas de glicerol crean un solo archivo dentro del canal y pasan a través de un filtro de selectividad estrecho. Los dos motivos DPA conservados en los bucles entre los TMS 2 y 3 y los TMS 5 y 6 forman la interfaz entre las dos mitades duplicadas de cada subunidad. Por lo tanto, cada mitad de la proteína forma 3,5 TMS que rodean el canal. La estructura explica por qué GlpF es selectivamente permeable a los carbohidratos de cadena recta y por qué el agua y los iones quedan en gran medida excluidos. La acuaporina-1 (AQP1) y el facilitador de glicerol bacteriano, GlpF, pueden transportar O 2 , CO 2 , NH 3 , glicerol, urea y agua en diversos grados. Para los solutos pequeños que pasan a través de AQP1, existe una anticorrelación entre la permeabilidad y la hidrofobicidad del soluto. [25] Por lo tanto, AQP1 es un filtro selectivo para solutos polares pequeños, mientras que GlpF es altamente permeable a solutos pequeños y menos permeable a solutos más grandes.

Acuaporina-1

La acuaporina-1 (Aqp1) del glóbulo rojo humano se ha resuelto mediante cristalografía electrónica a una resolución de 3,8 Å ( PDB : 1FQY ). [26] La vía acuosa está revestida de residuos hidrófobos conservados que permiten un rápido transporte de agua. La selectividad del agua se debe a una constricción del diámetro del poro interno a aproximadamente 3 Å en el lapso de un solo residuo, superficialmente similar a la del facilitador de glicerol de E. coli. Varias otras estructuras cristalinas resueltas más recientemente están disponibles en RCSB, que incluyen, entre otras: PDB : 4CSK , 1H6I , 1IH5 .

Acuaporina-Z

AqpZ, un homotetrámero (tAqpZ) de cuatro canales conductores de agua que facilitan los movimientos rápidos de agua a través de la membrana plasmática de E. coli , se ha resuelto a una resolución de 3,2 Å ( PDB : 2ABM ). Todos los residuos que recubren los canales en los cuatro canales monoméricos están orientados en posiciones casi idénticas excepto en la constricción del canal más estrecha, donde la cadena lateral de un Arg-189 conservado adopta dos orientaciones distintas. En uno de los cuatro monómeros, el grupo guanidino de Arg-189 apunta hacia el vestíbulo periplásmico, abriendo la constricción para acomodar la unión de una molécula de agua a través de un enlace de hidrógeno tridentado. En los otros tres monómeros, el grupo guanidino de Arg-189 se dobla para formar un enlace de hidrógeno con el oxígeno carbonílico de Thr-183 ocluyendo el canal. Por lo tanto, la estructura de tAqpZ tiene dos conformaciones Arg-189 diferentes que proporcionan permeación de agua a través del canal. La alternancia entre las dos conformaciones Arg-189 interrumpe el flujo continuo de agua, regulando así la probabilidad de apertura del poro de agua. Además, la diferencia en los desplazamientos de Arg-189 se correlaciona con una fuerte densidad electrónica encontrada entre las primeras hélices transmembrana de dos canales abiertos, lo que sugiere que las conformaciones Arg-189 observadas están estabilizadas por interacciones de subunidades asimétricas en tAqpZ. [27] Otras estructuras cristalinas resueltas para AqpZ incluyen: PDB : 3NK5 , 3NKC , 1RC2 .

PIP1 y PIP2

Se han resuelto las estructuras tridimensionales de las formas abiertas y cerradas de las acuaporinas vegetales, PIP1 y PIP2 ( PDB : 4JC6 ). En la conformación cerrada, el bucle D tapa el canal desde el citoplasma y, por lo tanto, ocluye el poro. En la conformación abierta, el bucle D se desplaza hasta 16 Å y este movimiento abre una compuerta hidrofóbica que bloquea la entrada del canal desde el citoplasma. Estos resultados revelan un mecanismo de compuerta molecular que parece conservado en todas las acuaporinas de membrana plasmática de las plantas. En las plantas, regula la ingesta/exportación de agua en respuesta a la disponibilidad de agua y al pH citoplasmático durante la anoxia. [28]

Proteínas humanas que contienen este dominio

AQP1 , AQP2 , AQP3 , AQP4 , AQP5 , AQP6 , AQP7 , AQP8 , AQP9 , AQP10 , MIP

Véase también

Referencias

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