Транслоказа — это общий термин для обозначения белка , который помогает перемещать другую молекулу , обычно через клеточную мембрану.Эти ферменты катализируют перемещение ионов или молекул через мембраны или их разделение внутри мембран. Реакция обозначается как перенос со «стороны 1» на «сторону 2», поскольку обозначения «внутрь» и «снаружи», которые использовались ранее, могут быть неоднозначными. [1] Транслоказы являются наиболее распространенной системой секреции у грамположительных бактерий .
Классификация ферментов и список номенклатуры были впервые одобрены Международным союзом биохимии в 1961 году. Было признано шесть классов ферментов на основе типа катализируемой химической реакции, включая оксидоредуктазы (EC 1), трансферазы (EC 2), гидролазы (EC 3), лиазы (EC 4), изомеразы (EC 5) и лигазы (EC 6). Однако стало очевидно, что ни один из них не может описать важную группу ферментов, которые катализируют перемещение ионов или молекул через мембраны или их разделение внутри мембран. Некоторые из них включают гидролиз АТФ и ранее были классифицированы как АТФазы (EC 3.6.3.-), хотя гидролитическая реакция не является их основной функцией. В августе 2018 года Международный союз биохимии и молекулярной биологии классифицировал эти ферменты в рамках нового класса ферментов (EC) транслоказ (EC 7). [2]
Механизм катализа
Реакция, которую катализирует большинство транслоказ, следующая:
АТФ + H 2 O + 4 H + сторона 1 = АДФ + фосфат + 4 H + сторона 2
Эта АТФаза осуществляет дефосфорилирование АТФ в АДФ, одновременно транспортируя H + на другую сторону мембраны. [4]
Однако другие ферменты, которые также попадают в эту категорию, не следуют той же схеме реакции. Это случай аскорбатферриредуктазы :
аскорбат сторона 1 + Fe(III) сторона 2 = монодегидроаскорбат сторона 1 + Fe(II) сторона 2
В котором фермент только переносит электрон при катализе оксидоредуктазной реакции между молекулой и неорганическим катионом, расположенным по разные стороны мембраны. [5]
Функция
Основная функция, как уже упоминалось (см.: Translocase § Definition), заключается в «катализе перемещения ионов или молекул через мембраны или их разделения внутри мембран». Эта форма мембранного транспорта классифицируется как активный мембранный транспорт , требующий энергии процесс перекачивания молекул и ионов через мембраны против градиента концентрации. [6]
Биологическая значимость транслоказ обусловлена прежде всего их важнейшей функцией, заключающейся в том, что они обеспечивают движение через клеточную мембрану во многих важных клеточных процессах, таких как:
Окислительное фосфорилирование
Транслоказа АДФ/АТФ (АНТ) импортирует аденозиндифосфат АДФ из цитозоля и экспортирует АТФ из митохондриального матрикса , что является ключевыми этапами транспортировки для окислительного фосфорилирования в эукариотических организмах. АДФ из цитозоля транспортируется обратно в митохондрию для синтеза АТФ, а синтезированный АТФ, полученный в результате окислительного фосфорилирования, экспортируется из митохондрии для использования в цитозоле, обеспечивая клетки ее основной энергетической валютой. [7]
Импорт белка в митохондрии
Сотни белков, кодируемых ядром, необходимы для митохондриального метаболизма, роста, деления и разделения на дочерние клетки, и все эти белки должны быть импортированы в органеллу. [8] Транслоказа внешней мембраны (TOM) и транслоказа внутренней мембраны (TIM) опосредуют импорт белков в митохондрию. Транслоказа внешней мембраны (TOM) сортирует белки с помощью нескольких механизмов либо непосредственно на внешнюю мембрану, в межмембранное пространство, либо транслоказу внутренней мембраны (TIM). Затем, как правило, механизм TIM23 опосредует транслокацию белка в матрикс, а механизм TIM22 опосредует вставку во внутреннюю мембрану. [9]
Импорт жирных кислот в митохондрии (система карнитинового челнока)
Карнитин-ацилкарнитин транслоказа (CACT) катализирует как однонаправленный транспорт карнитина, так и обмен карнитина/ацилкарнитина во внутренней митохондриальной мембране, что позволяет импортировать длинноцепочечные жирные кислоты в митохондрии, где они окисляются по пути β-окисления . [10] Митохондриальная мембрана непроницаема для длинноцепочечных жирных кислот, отсюда и необходимость этой транслокации. [11]
Классификация
Подклассы ферментов обозначают типы переносимых компонентов, а подподклассы указывают на реакционные процессы, которые обеспечивают движущую силу транслокации. [12]
EC 7.1 Катализирует транслокациюгидроны[13]
Этот подкласс содержит транслоказы, которые катализируют перемещение гидронов . [14] На основании реакции, с которой они связаны, EC 7.1 можно далее классифицировать на:
Важной транслоказой, входящей в эту группу, является АТФ-синтаза , также известная как EC 7.1.2.2.
EC 7.2 Катализатор транслокации неорганических катионов и их хелатов
Этот подкласс содержит транслоказы, которые переносят неорганические катионы (катионы металлов). [15] На основании реакции, с которой они связаны, EC 7.2 можно далее классифицировать на:
Этот подкласс содержит транслоказы, которые переносят неорганические катионы анионы. Подклассы основаны на реакционных процессах, которые обеспечивают движущую силу для транслокации. В настоящее время представлен только один подкласс: EC 7.3.2 Транслокация неорганических анионов, связанная с гидролизом нуклеозидтрифосфата. [16]
7.3.2.1 Транспортер фосфата типа ABC
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: Эукариоты, Бактерии. Бактериальный фермент, который взаимодействует с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком и опосредует высокоаффинное поглощение фосфатных анионов. В отличие от АТФаз P-типа , он не подвергается фосфорилированию в процессе транспортировки. [17]
Фермент, обнаруженный в бактериях, взаимодействует с внецитоплазматическим субстратсвязывающим белком и опосредует импорт фосфонатных и органофосфатных анионов. [18]
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: эукариоты, бактерии. Фермент из Escherichia coli может взаимодействовать с любым из двух периплазматических связывающих белков и опосредует высокоаффинное поглощение сульфата и тиосульфата. Может также участвовать в поглощении селенита, селената и, возможно, молибдата . Не подвергается фосфорилированию во время транспортировки. [19]
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: Эукариоты, Бактерии. Фермент, обнаруженный в бактериях, взаимодействует с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком и опосредует импорт нитрата, нитрита и цианата. [20]
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: Archaea, Eukaryota, Bacteria. Фермент, обнаруженный в бактериях, взаимодействует с внецитоплазматическим субстратсвязывающим белком и опосредует высокоаффинный импорт молибдата и вольфрамата . Не подвергается фосфорилированию в процессе транспортировки. [21]
EC 7.4 Катализирует транслокацию аминокислот и пептидов
Подклассы основаны на процессах реакции, которые обеспечивают движущую силу для транслокации. В настоящее время существует только один подкласс: EC 7.4.2 Транслокация аминокислот и пептидов, связанная с гидролизом нуклеозидтрифосфата. [23]
7.4.2.1 Полярный переносчик аминокислот типа ABC
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: эукариоты, бактерии. Фермент, обнаруженный в бактериях, взаимодействует с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком и опосредует импорт полярных аминокислот. Эта запись включает бактериальные ферменты, которые импортируют гистидин , аргинин , лизин , глутамин , глутамат , аспартат , орнитин , октопин и нопалин . [24]
7.4.2.2 Неполярный переносчик аминокислот типа ABC
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: Эукариоты, Бактерии. Фермент, обнаруженный в бактериях, взаимодействует с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком. Эта запись включает ферменты, которые импортируют Лейцин , Изолейцин и Валин . [25]
7.4.2.3 Митохондриальная АТФаза, транспортирующая белок типа ABC
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: эукариоты, бактерии. Нефосфорилированная, не-ABC (АТФ-связывающая кассета) АТФаза, участвующая в транспорте белков или препротеинов в митохондрии с использованием комплекса белков TIM ( транслоказа внутренней мембраны ). TIM — это механизм транспортировки белков внутренней мембраны митохондрий, который содержит три основных белка TIM: Tim17 и Tim23 , как полагают, создают канал транслокации препротеина, в то время как Tim44 временно взаимодействует с матричным белком теплового шока Hsp70, образуя двигатель импорта, управляемый АТФ. [26]
АТФ + H 2 O + митохондриальный белок [сторона 1] = АДФ + фосфат + митохондриальный белок [сторона 2]
Фермент присутствует в вирусах и клеточных организмах. Участвует в транспорте белков или препротеинов в строму хлоропласта (в этом процессе могут участвовать несколько АТФаз). [27]
АТФ + H 2 O + хлоропластный белок [сторона 1] = АДФ + фосфат + хлоропластный белок [сторона 2]
7.4.2.5 Транспортер белков ABC-типа
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: Эукариоты, Бактерии. Эта запись обозначает семейство бактериальных ферментов, которые предназначены для секреции одного или нескольких близкородственных белков, принадлежащих к семействам токсинов, протеаз и липаз . Примеры из грамотрицательных бактерий включают α-гемолизин, циклолизин, колицин V и сидерофоры, в то время как примеры из грамположительных бактерий включают бактериоцин , субтилин , фактор компетентности и педиоцин. [28]
АТФ + H 2 O + белок [сторона 1] = АДФ + фосфат + белок [сторона 2]
7.4.2.6 Транспортер олигопептидов типа ABC
Бактериальный фермент, взаимодействующий с внецитоплазматическим субстратсвязывающим белком и опосредующий импорт олигопептидов различной природы. Связывающий белок определяет специфичность системы. Не подвергается фосфорилированию в процессе транспортировки. [29]
7.4.2.7 Транспортер альфа-фактора-феромона типа ABC
Фермент появляется в вирусах и клеточных организмах, характеризующихся наличием двух схожих АТФ-связывающих доменов/белков и двух интегральных мембранных доменов/белков. Не подвергается фосфорилированию в процессе транспортировки. Дрожжевой фермент, который экспортирует половой феромон α-фактора. [30]
АТФ + H 2 O + альфа-фактор [сторона 1] = АДФ + фосфат + альфа-фактор [сторона 2]
7.4.2.8 Белок ABC-типа, секретирующий АТФазу
Ожидаемый таксономический диапазон для этого фермента: археи, бактерии. Нефосфорилированная, не-ABC (АТФ-связывающая кассета) АТФаза, которая участвует в транспорте белков. [31]
АТФ + H 2 O + клеточный белок [сторона 1] = АДФ + фосфат + клеточный белок [сторона 2]
7.4.2.9 Транспортер дипептидов типа ABC
Фермент встречается в вирусах и клеточных организмах. Транспортер типа АТФ-связывающей кассеты (ABC), характеризующийся наличием двух схожих АТФ-связывающих доменов/белков и двух интегральных мембранных доменов/белков. Бактериальный фермент, взаимодействующий с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком и опосредующий поглощение дипептидов и трипептидов. [32]
Прокариотический транспортер типа АТФ-связывающей кассеты (ABC), характеризующийся наличием двух схожих АТФ-связывающих доменов/белков и двух интегральных мембранных доменов/белков. Фермент из бактерии Escherichia coli представляет собой гетеротримерный комплекс, который взаимодействует с внецитоплазматическим субстрат-связывающим белком для опосредования поглощения глутатиона . [33]
Бактериальный фермент, который взаимодействует с внецитоплазматическим субстратным связывающим белком и опосредует высокоаффинный импорт следового цистина. Фермент из Escherichia coli K-12 может импортировать как изомеры цистина, так и различные родственные молекулы, включая дженколат, лантионин , диаминопимелат и гомоцистин . [36]
^ "BRENDA - Информация о EC 7.2.1.3 - аскорбат ферриредуктаза (трансмембранная)". www.brenda-enzymes.org . Получено 24.10.2019 .
^ "Активный транспорт". CK-12 Foundation . Получено 25.10.2019 .
^ Кунджи Э.Р., Александрова А., Кинг М.С., Мажд Х., Эштон В.Л., Серсон Э. и др. (октябрь 2016 г.). «Механизм транспорта митохондриального носителя АДФ/АТФ». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . Каналы и транспортеры в клеточном метаболизме. 1863 (10): 2379–93. дои : 10.1016/j.bbamcr.2016.03.015 . ПМИД 27001633.
^ Райан КР, Дженсен РЭ (ноябрь 1995 г.). «Транслокация белков через митохондриальные мембраны: какое это долгое и странное путешествие». Cell . 83 (4): 517–9. doi : 10.1016/0092-8674(95)90089-6 . PMID 7585952.
^ Koehler CM (июнь 2000 г.). «Пути транслокации белков митохондрии». FEBS Letters . Birmingham Issue. 476 (1–2): 27–31. doi : 10.1016/S0014-5793(00)01664-1 . PMID 10878244.
^ Palmieri F (2008-07-01). «Заболевания, вызванные дефектами митохондриальных переносчиков: обзор». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Биоэнергетика . 15-я Европейская конференция по биоэнергетике 2008. 1777 (7–8): 564–78. doi :10.1016/j.bbabio.2008.03.008. PMID 18406340.
^ "Жирные кислоты — транспорт и регенерация". library.med.utah.edu . Получено 26.10.2019 .
^ "EC class 7". ExplorEnz - The Enzyme Database . Получено 24 октября 2019 г. .
^ Гидрон — это общий термин, включающий протоны ( 1 H + ), дейтроны ( 2 H + ) и тритоны ( 3 H + ).
^ "EC 7.1 - Катализирует транслокацию гидронов". IntEnz (Интегрированная реляционная база данных ферментов) . Получено 24 октября 2019 г.
^ "EC 7.2 - Катализатор транслокации неорганических катионов". IntEnz (Интегрированная реляционная база данных ферментов) . Получено 24 октября 2019 г.