Hispanopedia Wiki
Articulo de referencia

Translocador de nucleótidos de adenina

El translocador de nucleótidos de adenina ( ANT ), también conocido como translocasa de ADP/ATP ( ANT ), proteína transportadora de ADP/ATP ( AAC ) o transportador mitocondrial ...

Hispanopedia WikiContenido en espanolLectura gratuita

El translocador de nucleótidos de adenina ( ANT ), también conocido como translocasa de ADP/ATP ( ANT ), proteína transportadora de ADP/ATP ( AAC ) o transportador mitocondrial de ADP/ATP, 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 transportadores mitocondriales . [ 3 ]

El ADP libre se transporta desde el citoplasma a la matriz mitocondrial, mientras que el ATP producido por la fosforilación oxidativa se transporta desde la matriz mitocondrial al citoplasma , proporcionando así a la célula su principal moneda energética. [ 4 ] Las translocasas de ADP/ATP son exclusivas de los eucariotas y se cree que evolucionaron durante la eucariogénesis . [ 5 ] Las células humanas expresan cuatro translocasas de 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 dentro de la superfamilia de transportadores mitocondriales .

Tipos

En los seres humanos, existen tres isoformas parálogas de ANT :

  • SLC25A4 : se encuentra principalmente en el músculo cardíaco y esquelético.
  • SLC25A5 – se expresa principalmente en fibroblastos
  • SLC25A6 – se expresa principalmente en el hígado

Estructura

Vista lateral de la translocasa que atraviesa la membrana mitocondrial interna. Las seis hélices α están representadas con diferentes colores. El sitio de unión se encuentra actualmente abierto hacia el lado citoplasmático y se unirá al ADP, transportándolo a la matriz. (Fuente: 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 se encuentra en conformación abierta hacia este lado. Panel derecho (M): vista desde la matriz. La proteína se encuentra en conformación cerrada hacia este lado.

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

La translocasa 1 de ADP/ATP 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 constituyen un barril, lo que resulta en una profunda depresión cónica accesible desde el exterior, donde se une el sustrato . El sitio de unión, conservado en la mayoría de las isoformas , consta principalmente de residuos básicos que permiten una fuerte unión al ATP o al 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 mediante fosforilación oxidativa al citoplasma, donde se utiliza como principal fuente de energía celular para impulsar reacciones termodinámicamente desfavorables. Tras la hidrólisis del ATP a ADP, este último regresa a la matriz mitocondrial, donde puede refosforilarse a ATP. Dado que un ser humano suele intercambiar diariamente el equivalente a su propia masa de ATP, la translocasa ADP/ATP es una proteína transportadora importante con grandes implicaciones metabólicas . [ 4 ] [ 8 ]

La ANT transporta las formas libres, es decir, desprotonadas, no unidas a magnesio ni calcio , de ADP y ATP en una proporción 1:1. [ 1 ] El transporte es completamente reversible y su direccionalidad está determinada 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 puede expresarse mediante una ecuación que resuelve el "potencial de reversión de la ANT" (Erev_ANT), un valor del potencial de membrana mitocondrial en el que no se produce transporte neto de nucleótidos de adenina por la ANT. [ 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 desacopladora intrínseca [ 1 ] [ 17 ].

ANT es un importante componente modulador [ 18 ] y posiblemente estructural del poro de transición de permeabilidad mitocondrial, un canal implicado en diversas patologías cuya función aún se desconoce. Karch et al. proponen un "modelo multiporo" 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 elevadas cargas negativas, pero la translocasa de ADP/ATP, un antiportador , acopla el transporte de ambas moléculas. La depresión en la translocasa de ADP/ATP se orienta alternativamente hacia la matriz y el lado citoplasmático 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 a la matriz. La unión del ATP de la matriz induce la eversión y resulta en la liberación de ATP al espacio intermembrana, difundiéndose posteriormente al citoplasma, y ​​devolviendo simultáneamente a la translocasa a su conformación original. [ 4 ] El ATP y el 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 de ADP/ATP es energéticamente costoso: alrededor del 25% de la energía producida por la transferencia de electrones mediante la respiración aeróbica , o un ion hidrógeno , se consume para regenerar el potencial de membrana que es aprovechado por la translocasa de ADP/ATP. [ 4 ]

El translocador alterna entre dos estados, denominados estado citoplasmático y estado de matriz, abriéndose a estos compartimentos de forma alternada. [ 1 ] [ 2 ] Existen estructuras disponibles que muestran el translocador bloqueado en un estado citoplasmático por el inhibidor carboxiatractilósido , [ 8 ] [ 20 ] o en el estado de matriz por el inhibidor ácido bongkrékico. [ 21 ]

Alteraciones

Las enfermedades raras pero graves, como las miopatías mitocondriales , están asociadas con la 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 importantes anomalías estructurales mitocondriales en el músculo esquelético . El principal rasgo morfológico de las MM son las fibras rojas irregulares que contienen acumulaciones periféricas e intermiofibrilares de mitocondrias anormales. [ 22 ] [ 23 ] En particular, la oftalmoplejía externa 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. La adPEO muestra patrones de herencia mendeliana , pero se caracteriza por deleciones a gran escala del ADN mitocondrial (ADNmt). El ADNmt contiene pocos intrones , o regiones no codificantes del ADN, lo que aumenta la probabilidad de mutaciones deletéreas . Por lo tanto, cualquier modificación del ADNmt de la translocasa ADP/ATP puede conducir a un transportador disfuncional, [ 24 ] particularmente los residuos involucrados en el sitio de unión que comprometerán la eficacia de la translocasa. [ 13 ] El MM se asocia comúnmente con la disfunción de la translocasa ADP/ATP, pero el MM puede ser inducido por muchas anomalías mitocondriales diferentes.

Inhibición

ácido bongkrékico

La translocasa ADP/ATP es inhibida de forma muy específica por dos familias de compuestos. La primera familia, que incluye el atractilósido (ATR) y el carboxiatractilósido (CATR), se une a la translocasa ADP/ATP desde el lado citoplasmático, bloqueándola en una conformación abierta hacia el lado citoplasmático. Por el contrario, la segunda familia, que incluye el ácido bongkrékico (BA) y el ácido isobongkrékico (isoBA), se une a la translocasa desde la matriz, bloqueándola en una conformación abierta hacia la matriz. [ 7 ] Los grupos con carga negativa de los inhibidores se unen fuertemente a los residuos con carga positiva en el interior del sitio de unión. La alta afinidad ( K d en el rango nanomolar) convierte a cada inhibidor en un veneno letal 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 carboxiatractilósido , [ 8 ] [ 20 ] o en el estado de matriz por el inhibidor ácido bongkrékico. [ 21 ]

Historia

En 1955, Siekevitz y Potter demostraron que los nucleótidos de adenina se distribuían en las células en dos compartimentos ubicados en las mitocondrias y el citosol. [ 25 ] Poco después, Pressman planteó la hipótesis de que ambos compartimentos podían intercambiar nucleótidos. [ 26 ] Sin embargo, la existencia de un transportador de ADP/ATP no se postuló hasta 1964, cuando Bruni et al. descubrieron 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 gran cantidad de investigación para demostrar la existencia y dilucidar el vínculo entre la translocasa de ADP/ATP y el transporte de energía. [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ] El ADNc de la translocasa de ADP/ATP se secuenció para bovino en 1982 [ 31 ] y una especie de levadura Saccharomyces cerevisiae en 1986 [ 32 ] antes de que finalmente Battini et al. secuenciaran un clon de ADNc del transportador humano en 1989. La homología en las secuencias codificantes entre la translocasa de ADP/ATP humana y de levadura fue del 47%, mientras que las secuencias bovina y humana se extendieron notablemente a 266 de 297 residuos, o 89,6%. En ambos casos, los residuos más conservados se encuentran en el bolsillo de unión del sustrato ADP/ATP. [ 12 ]

Véase también

Referencias

  1. ^ Klingenberg M (octubre de 2008 ) . "El transporte de ADP y ATP en las mitocondrias y su transportador". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranas . 1778 (10): 1978–2021 . doi : 10.1016/j.bbamem.2008.04.011 . PMID 18510943 . 
  2. ^ Kunji ER, Aleksandrova A, King MS, Majd H, Ashton VL, Cerson E, Springett R, Kibalchenko M, Tavoulari S, Crichton PG, Ruprecht JJ (octubre de 2016). "El mecanismo de transporte del portador mitocondrial de ADP/ATP" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Investigación de células moleculares . Canales y transportadores en el metabolismo celular. 1863 (10): 2379– 93. doi : 10.1016/j.bbamcr.2016.03.015 . PMID 27001633 . 
  3. ↑ Palmieri F, Monné M (octubre de 2016). "Descubrimientos, funciones metabólicas y enfermedades de los transportadores mitocondriales: una revisión" . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . Canales y transportadores en el metabolismo celular. 1863 (10): 2362–78 . doi : 10.1016/j.bbamcr.2016.03.007 . hdl : 11563/126168 . PMID 26968366 . 
  4. ^ Stryer L, Berg JM , Tymoczko JL (2007) . Bioquímica . San Francisco: WH Freeman. pag. 553.ISBN​  978-0-7167-8724-2.
  5. ↑ Radzvilavicius AL, Blackstone NW (octubre de 2015). "Conflicto y cooperación en la eucariogénesis: implicaciones para el momento de la endosimbiosis y la evolución del sexo" . Journal of the Royal Society, Interface . 12 (111) 20150584. doi : 10.1098/rsif.2015.0584 . PMC 4614496. PMID 26468067 .  
  6. ↑ Brandolin G, Dupont Y, Vignais PV (abril de 1985). "Modificaciones inducidas por el sustrato de la fluorescencia intrínseca de la proteína transportadora de nucleótidos de adenina aislada: demostración de estados conformacionales distintos". Biochemistry . 24 (8): 1991–7 . doi : 10.1021/bi00329a029 . PMID 2990548 . 
  7. 1 2 Kunji ER, Harding M (septiembre de 2003). "Estructura de proyección del transportador mitocondrial de ADP/ATP inhibido por atractilósido de Saccharomyces cerevisiae" . The Journal of Biological Chemistry . 278 (39): 36985–8 . doi : 10.1074/jbc.C300304200 . PMID 12893834 . 
  8. 1 2 3 4 5 6 7 Pebay-Peyroula E, Dahout-Gonzalez C, Kahn R, Trézéguet V, Lauquin GJ, Brandolin G (noviembre de 2003). "Estructura del transportador mitocondrial de ADP/ATP en complejo con carboxiatractilósido". Nature . 426 (6962): 39– 44. Bibcode : 2003Natur.426...39P . doi : 10.1038/nature02056 . PMID 14603310 . S2CID 4338748 .  
  9. ↑ Bamber L, Slotboom DJ, Kunji ER (agosto de 2007). "Los transportadores mitocondriales de ADP/ATP de levadura son monoméricos en detergentes, como se demuestra mediante purificación por afinidad diferencial" . Journal of Molecular Biology . 371 (2): 388– 95. doi : 10.1016/j.jmb.2007.05.072 . PMID 17572439. S2CID 6153793 .  
  10. ↑ Bamber L, Harding M, Monné M, Slotboom DJ, Kunji ER (junio de 2007). "El transportador mitocondrial de ADP/ATP de la levadura funciona como un monómero en las membranas mitocondriales" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (26): 10830–4 . Bibcode : 2007PNAS..10410830B . doi : 10.1073 / pnas.0703969104 . PMC 1891095. PMID 17566106 .  
  11. ^ Kunji ER, Crichton PG (marzo de 2010). "Los portadores mitocondriales funcionan como monómeros". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergética . 1797 ( 6– 7): 817– 31. doi : 10.1016/j.bbabio.2010.03.023 . PMID 20362544 . 
  12. 1 2 Battini R, Ferrari S, Kaczmarek L, Calabretta B, Chen ST, Baserga R (marzo de 1987). "Clonación molecular de un ADNc para un transportador humano de ADP/ATP regulado por el crecimiento" . The Journal of Biological Chemistry . 262 (9): 4355– 9. doi : 10.1016/S0021-9258(18)61355-9 . hdl : 11380/811305 . PMID 3031073 . 
  13. 1 2 Nelson DR, Lawson JE, Klingenberg M, Douglas MG (abril de 1993). "Mutagénesis dirigida al sitio del translocador mitocondrial de ADP/ATP de levadura. Seis argininas y una lisina son esenciales". Journal of Molecular Biology . 230 (4): 1159– 70. doi : 10.1006/jmbi.1993.1233 . PMID 8487299 . 
  14. 1 2 Chinopoulos C, Gerencser AA, Mandi M, Mathe K, Töröcsik B, Doczi J, Turiak L, Kiss G, Konràd C, Vajda S, Vereczki V, Oh RJ, Adam-Vizi V (julio de 2010). "Operación directa de la translocasa de nucleótidos de adenina durante la reversión de la F O F 1 -ATPasa: papel crítico de la fosforilación a nivel de sustrato de la matriz" . FASEB Journal . 24 (7): 2405– 16. doi : 10.1096/fj.09-149898 . PMC 2887268. PMID 20207940 .  
  15. ↑ Chinopoulos C (mayo de 2011). "Consumo mitocondrial de ATP citosólico: no tan rápido" . FEBS Letters . 585 (9): 1255– 9. Bibcode : 2011FEBSL.585.1255C . doi : 10.1016/j.febslet.2011.04.004 . PMID 21486564. S2CID 24773903 .  
  16. ↑ Chinopoulos C (diciembre de 2011). "El "espacio B" de la fosforilación mitocondrial" . Journal of Neuroscience Research . 89 (12): 1897–904 . doi : 10.1002/jnr.22659 . PMID 21541983. S2CID 6721812 .  
  17. ↑ Brustovetsky N, Klingenberg M (noviembre de 1994). "El transportador de ADP/ATP reconstituido puede mediar el transporte de H+ por ácidos grasos libres, que es estimulado además por mersalilo" . The Journal of Biological Chemistry . 269 (44): 27329–36 . doi : 10.1016/S0021-9258(18)46989-X . PMID 7961643 . 
  18. ^ Doczi J, Torocsik B, Echaniz-Laguna A, Mousson de Camaret B, Starkov A, Starkova N, Gál A, Molnár MJ, Kawamata H, Manfredi G, Adam-Vizi V, Chinopoulos C (mayo de 2016). "Alteraciones en la detección de voltaje del poro de transición de permeabilidad mitocondrial en células con deficiencia de ANT1" . Informes científicos . 6 26700. Código Bib : 2016NatSR...626700D . doi : 10.1038/srep26700 . PMC 4879635 . PMID 27221760 .  
  19. ↑ Karch J, Bround MJ, Khalil H, et al. Inhibición de la transición de permeabilidad mitocondrial por deleción de la familia ANT y CypD. Sci Adv. 2019;5(8):eaaw4597. Publicado el 28 de agosto de 2019. doi:10.1126/sciadv.aaw4597
  20. 1 2 Ruprecht JJ, Hellawell AM, Harding M, Crichton PG, McCoy AJ, Kunji ER (enero de 2014). "Las estructuras de los transportadores mitocondriales de ADP/ATP de levadura respaldan un mecanismo de transporte de acceso alterno basado en dominios" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 111 (4): E426-34. Bibcode : 2014PNAS..111E.426R . doi : 10.1073/pnas.1320692111 . PMC 3910652. PMID 24474793 .  
  21. ^ Ruprecht JJ, King MS, Zögg T, Aleksandrova AA, Pardon E, Crichton PG, Steyaert J, Kunji ER (enero de 2019) . "El mecanismo molecular de transporte por el portador mitocondrial ADP/ATP" . Celúla . 176 (3): 435–447.e15. doi : 10.1016/j.cell.2018.11.025 . PMC 6349463 . PMID 30611538 .  
  22. ↑ Harding AE, Petty RK, Morgan-Hughes JA (agosto de 1988). "Miopatía mitocondrial: un estudio genético de 71 casos" . Journal of Medical Genetics . 25 (8): 528–35 . doi : 10.1136/jmg.25.8.528 . PMC 1080029. PMID 3050098 .  
  23. ↑ Rose MR (enero de 1998). "Miopatías mitocondriales: mecanismos genéticos". Archives of Neurology . 55 (1): 17– 24. doi : 10.1001/archneur.55.1.17 . PMID 9443707. S2CID 36345010 .  
  24. ^ Kaukonen J, Juselius JK, Tiranti V, Kyttälä A, Zeviani M, Comi GP, Keränen S, Peltonen L, Suomalainen A (agosto de 2000). "Papel del translocador 1 de nucleótidos de adenina en el mantenimiento del ADNmt". Ciencia . 289 (5480): 782– 5. Bibcode : 2000Sci...289..782K . doi : 10.1126/ciencia.289.5480.782 . PMID 10926541 . 
  25. ↑ Siekevitz P, Potter VR (julio de 1955). "Estructura bioquímica de las mitocondrias. II. Marcaje radiactivo de nucleótidos intramitocondriales durante la fosforilación oxidativa" . The Journal of Biological Chemistry . 215 (1): 237– 55. doi : 10.1016/S0021-9258(18)66032-6 . PMID 14392158 . 
  26. ↑ Pressman BC (junio de 1958). "Nucleótidos intramitocondriales. I. Algunos factores que afectan las interconversiones netas de nucleótidos de adenina" . The Journal of Biological Chemistry . 232 (2): 967–78 . doi : 10.1016/S0021-9258(19)77415-8 . PMID 13549480 . 
  27. ↑ Bruni A, Luciani S, Contessa AR (marzo de 1964). "Inhibición por atractilósido de la unión de nucleótidos de adenina a mitocondrias de hígado de rata". Nature . 201 ( 1): 1219– 20. Bibcode : 1964Natur.201.1219B . doi : 10.1038/2011219a0 . PMID 14151375. S2CID 4170544 .  
  28. ↑ Duee ED, Vignais PV (agosto de 1965). "[Intercambio entre nucleótidos de adenina extra e intramitocondriales]". Biochimica et Biophysica Acta . 107 (1): 184– 8. doi : 10.1016/0304-4165(65)90419-8 . PMID 5857365 . 
  29. ^ Pfaff E, Klingenberg M, Heldt HW (junio de 1965). "Permeación inespecífica e intercambio específico de nucleótidos de adenina en las mitocondrias del hígado". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Temas generales . 104 (1): 312– 5. doi : 10.1016/0304-4165(65)90258-8 . PMID 5840415 . 
  30. ↑ Saks VA, Lipina NV, Smirnov VN, Chazov EI (marzo de 1976). "Estudios del transporte de energía en células cardíacas. El acoplamiento funcional entre la creatina fosfoquinasa mitocondrial y la translocasa ATP-ADP: evidencia cinética". Archives of Biochemistry and Biophysics . 173 (1): 34– 41. doi : 10.1016/0003-9861(76)90231-9 . PMID 1259440 . 
  31. ^ Aquila H, Misra D, Eulitz M, Klingenberg M (marzo de 1982). "Secuencia completa de aminoácidos del transportador ADP/ATP de las mitocondrias del corazón de res". Zeitschrift für Physiologische Chemie de Hoppe-Seyler . 363 (3): 345– 9. doi : 10.1515/bchm2.1982.363.1.345 . PMID 7076130 . 
  32. ↑ Adrian GS, McCammon MT, Montgomery DL, Douglas MG (febrero de 1986). "Secuencias necesarias para la entrega y localización del translocador de ADP/ATP en la membrana interna mitocondrial" . Biología molecular y celular . 6 (2): 626–34 . doi : 10.1128/mcb.6.2.626 . PMC 367554. PMID 3023860 .