Canal de cloreto - Chloride channel
| Canal de cloreto controlado por tensão | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | Voltage_CLC | ||||||||
| Pfam | PF00654 | ||||||||
| InterPro | IPR014743 | ||||||||
| SCOP2 | 1kpl / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| TCDB | 2.A.49 | ||||||||
| Superfamília OPM | 10 | ||||||||
| Proteína OPM | 1ots | ||||||||
| CDD | cd00400 | ||||||||
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Os canais de cloreto são uma superfamília de canais iônicos pouco conhecidos específicos para cloreto . Esses canais podem conduzir muitos íons diferentes, mas são chamados de cloreto porque sua concentração in vivo é muito maior do que outros ânions. Várias famílias de canais dependentes de voltagem e canais dependentes de ligante (por exemplo, as famílias CaCC ) foram caracterizadas em humanos.
Os canais de cloreto dependentes de voltagem exibem uma variedade de papéis fisiológicos e celulares importantes que incluem a regulação do pH, homeostase do volume, transporte de soluto orgânico, migração celular, proliferação e diferenciação celular. Com base na homologia de sequência, os canais de cloreto podem ser subdivididos em vários grupos.
Funções gerais
Os canais de cloreto dependentes de voltagem são importantes para definir o potencial da membrana em repouso da célula e manter o volume adequado da célula. Esses canais conduzem Cl-
ou outros ânions, como HCO-
3, EU-
, SCN-
, e não-
3. A estrutura desses canais não é semelhante a outros canais conhecidos. As subunidades do canal de cloreto contêm entre 1 e 12 segmentos transmembrana. Alguns canais de cloreto são ativados apenas por voltagem (isto é, dependentes de voltagem), enquanto outros são ativados por Ca 2+ , outros ligantes extracelulares ou pH.
Família CLC
A família CLC de canais de cloreto contém 10 ou 12 hélices transmembranares . Cada proteína forma um único poro. Foi demonstrado que alguns membros desta família formam homodímeros . Em termos de estrutura primária, eles não estão relacionados a canais de cátions conhecidos ou outros tipos de canais de ânions. Três subfamílias CLC são encontradas em animais. O CLCN1 está envolvido na configuração e restauração do potencial de membrana em repouso do músculo esquelético, enquanto outros canais desempenham papéis importantes nos mecanismos de concentração de soluto no rim. Essas proteínas contêm dois domínios CBS . Os canais de cloreto também são importantes para manter concentrações seguras de íons dentro das células vegetais.
Estrutura e mecanismo
A estrutura do canal CLC ainda não foi resolvida, no entanto, a estrutura dos trocadores CLC foi resolvida por cristalografia de raios-x . Como a estrutura primária dos canais e trocadores são muito semelhantes, a maioria das suposições sobre a estrutura dos canais se baseia na estrutura estabelecida para os trocadores bacterianos.
Cada canal ou trocador é composto de duas subunidades semelhantes - um dímero - cada subunidade contendo um poro. As proteínas são formadas a partir de duas cópias da mesma proteína - um homodímero - embora os cientistas tenham combinado artificialmente subunidades de diferentes canais para formar heterodímeros. Cada subunidade liga íons independentemente uma da outra, o que significa que a condução ou troca ocorre independentemente em cada subunidade.
Cada subunidade consiste em duas metades relacionadas orientadas em direções opostas, formando uma estrutura 'antiparalela'. Essas metades se unem para formar o poro do ânion. O poro tem um filtro através do qual o cloreto e outros ânions podem passar, mas pouco mais deixa passar. Esses poros cheios de água filtram os ânions por meio de três sítios de ligação - S int , S cen e S ext - que ligam o cloreto e outros ânions. Os nomes desses locais de ligação correspondem às suas posições dentro da membrana. S int é exposta ao fluido intracelular, S cen reside no interior da membrana ou no centro do filtro, S e ext é exposta ao fluido extracelular. [4] Cada sítio de ligação liga diferentes ânions cloreto simultaneamente. Nos trocadores, esses íons cloreto não interagem fortemente entre si, devido às interações compensatórias com a proteína. Nos canais, a proteína não protege os íons de cloreto em um local de ligação dos cloretos vizinhos carregados negativamente. Cada carga negativa exerce uma força repulsiva nas cargas negativas próximas a ela. Os pesquisadores sugeriram que essa repulsão mútua contribui para a alta taxa de condução através do poro.
Os transportadores CLC transportam H + através da membrana. A via H + nos transportadores CLC utiliza dois resíduos de glutamato - um no lado extracelular, Glu ex , e um no lado intracelular, Glu in . Glu ex também serve para regular a troca de cloreto entre a proteína e a solução extracelular. Isso significa que o cloreto e o próton compartilham uma via comum no lado extracelular, mas divergem no lado intracelular.
Os canais CLC também dependem de H + , mas para gating em vez de troca de Cl - . Em vez de utilizar gradientes para trocar dois Cl - por um H + , os canais CLC transportam um H + ao mesmo tempo que transportam milhões de ânions. Isso corresponde a um ciclo do portão lento.
Os canais CLC eucarióticos também contêm domínios citoplasmáticos . Esses domínios têm um par de motivos CBS, cuja função ainda não está totalmente caracterizada. Embora a função precisa desses domínios não seja totalmente caracterizada, sua importância é ilustrada pelas patologias resultantes de sua mutação. Doença de Thomsen , doença de Dent , maligna infantil osteopetrose , e síndrome de Bartter são todas as doenças genéticas devido a tais mutações.
Pelo menos um papel dos domínios CBS citoplasmáticos diz respeito à regulação por meio de nucleotídeos de adenosina . Transportadores e proteínas de CLC particulares têm atividade modulada quando ligados a ATP , ADP , AMP ou adenosina nos domínios CBS. O efeito específico é único para cada proteína, mas a implicação é que certos transportadores e proteínas CLC são sensíveis ao estado metabólico da célula.
Seletividade
O S cen atua como o filtro de seletividade primário para a maioria das proteínas CLC, permitindo que os seguintes ânions passem, do mais selecionado para o menos: SCN - , Cl - , Br - , NO-
3, I - . Alterar um resíduo de serina no filtro de seletividade, denominado Ser cen , para um aminoácido diferente altera a seletividade.
Gating e cinética
O gating ocorre por meio de dois mecanismos: protopore ou gating rápido e gating comum ou lento. O gating comum envolve ambas as subunidades de proteína fechando seus poros ao mesmo tempo (cooperação), enquanto o gating do protopore envolve a abertura e o fechamento independentes de cada poro. Como os nomes indicam, o gating rápido ocorre em uma taxa muito mais rápida do que o gating lento. Mecanismos moleculares precisos para gating ainda estão sendo estudados.
Para os canais, quando a porta lenta está fechada, nenhum íon permeia através do poro. Quando o portão lento é aberto, os portões rápidos se abrem espontaneamente e independentemente um do outro. Assim, a proteína poderia ter ambas as portas abertas, ou ambas as portas fechadas, ou apenas uma das duas portas aberta. Estudos de patch-clamp de canal único demonstraram essa propriedade biofísica mesmo antes de a estrutura de poro duplo dos canais CLC ter sido resolvida. Cada porta rápida abre independentemente uma da outra e a condutância iônica medida durante esses estudos reflete uma distribuição binomial.
O transporte H + promove a abertura da porta comum nos canais CLC. Para cada abertura e fechamento da comporta comum, um H + é transportado através da membrana. A porta comum também é afetada pela ligação de nucleotídeos de adenosina aos domínios CBS intracelulares. A inibição ou ativação da proteína por esses domínios é específica para cada proteína.
Função
Os canais CLC permitem que o cloreto flua para baixo em seu gradiente eletroquímico, quando aberto. Esses canais são expressos na membrana celular. Os canais de CLC contribuem para a excitabilidade dessas membranas, bem como para o transporte de íons através da membrana.
Os trocadores CLC estão localizados em componentes intracelulares como endossomos ou lisossomas e ajudam a regular o pH de seus compartimentos.
Patologia
A síndrome de Bartter , que está associada com perda renal de sal e alcalose hipocalêmica , é devida ao transporte defeituoso de íons cloreto e íons associados na espessa alça ascendente de Henle . CLCNKB foi implicado.
Outra doença hereditária que afeta os órgãos renais é a doença de Dent , caracterizada por proteinúria e hipercalciúria de baixo peso molecular, onde mutações em CLCN5 estão implicadas.
A doença de Thomsen está associada a mutações dominantes e a doença de Becker a mutações recessivas em CLCN1 .
Genes
- CLCN1 , CLCN2 , CLCN3 , CLCN4 , CLCN5 , CLCN6 , CLCN7 , CLCNKA , CLCNKB
- BSND - codifica barttin, subunidade acessória beta para CLCNKA e CLCNKB
Família E-ClC
| CLCA, terminal N | |||||||||
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| Identificadores | |||||||||
| Símbolo | CLCA_N | ||||||||
| Pfam | PF08434 | ||||||||
| InterPro | IPR013642 | ||||||||
| TCDB | 1.A.13 | ||||||||
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Os membros da família do canal de cloreto epitelial (E-ClC) (TC # 1.A.13) catalisam o transporte bidirecional de íons de cloreto. Os mamíferos têm múltiplas isoformas (pelo menos 6 produtos de genes diferentes mais variantes de splice) de proteínas do canal de cloreto epitelial, catalogadas na família do acessório do canal de cloreto (CLCA). O primeiro membro desta família a ser caracterizado foi um epitélio respiratório, regulado por Ca 2+ , proteína de canal de cloreto isolada de membranas apicais traqueais de bovinos. Foi bioquimicamente caracterizado como um complexo de 140 kDa. A proteína EClC bovina tem 903 aminoácidos e quatro segmentos transmembrana putativos. O complexo purificado, quando reconstituído em uma bicamada lipídica plana, comportou-se como um canal seletivo para o ânion. Foi regulado por Ca 2+ por meio de um mecanismo dependente da calmodulina quinase II. Homólogos distantes podem estar presentes em plantas, ciliados e bactérias, Synechocystis e Escherichia coli , então pelo menos alguns domínios dentro das proteínas da família E-ClC têm uma origem antiga.
Genes
Família CLIC
| Canal de íon intracelular de cloreto | |
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| Identificadores | |
| Símbolo | CLIC |
| InterPro | IPR002946 |
| TCDB | 1.A.12 |
A família de canais de íons intracelulares de cloreto (CLIC) (TC # 1.A.12) consiste em seis proteínas conservadas em humanos ( CLIC1 , CLIC2 , CLIC3 , CLIC4 , CLIC5 , CLIC6 ). Os membros existem tanto como proteínas monoméricas solúveis quanto como proteínas integrais de membrana, onde funcionam como canais de íons seletivos de cloreto. Acredita-se que essas proteínas funcionem na regulação do potencial de membrana e na absorção e secreção transepitelial de íons no rim. Eles são membros da superfamília da glutationa S-transferase (GST).
Estrutura
Eles possuem um ou dois supostos segmentos transmembranares α-helicoidais (TMSs). A proteína p64 bovina tem 437 resíduos de aminoacil de comprimento e tem os dois TMSs putativos nas posições 223-239 e 367-385. Os terminais N e C são citoplasmáticos e a grande alça luminal central pode ser glicosilada . A proteína nuclear humana (CLIC1 ou NCC27) é muito menor (241 resíduos) e tem apenas uma TMS putativa nas posições 30-36. É homólogo à segunda metade do p64.
Estudos estruturais mostraram que, na forma solúvel, as proteínas CLIC adotam uma dobra GST com um sítio ativo exibindo um motivo de monotiol glutaredoxina conservado, semelhante aos GSTs da classe ômega. Al Khamici et al. demonstraram que as proteínas CLIC têm atividade enzimática oxidorredutase dependente de glutationa semelhante à glutaredoxina . Os CLICs 1, 2 e 4 demonstram atividade típica do tipo glutaredoxina usando dissulfeto de 2-hidroxietila como substrato. Esta atividade pode regular a função do canal iônico CLIC.
Reação de transporte
A reação de transporte generalizada que se acredita ser os canais de cloreto catalisados é:
- Cl - (citoplasma) → Cl - (espaço intraorganelar)
CFTR
CFTR é um canal de cloreto pertencente à superfamília dos transportadores ABC . Cada canal possui dois domínios transmembranares e dois domínios de ligação de nucleotídeos. A ligação do ATP a ambos os domínios de ligação de nucleotídeos faz com que esses domínios se associem, causando ainda mais alterações que abrem o poro do íon. Quando o ATP é hidrolisado, os domínios de ligação do nucleotídeo se dissociam novamente e o poro fecha.
Patologia
A fibrose cística é causada por mutações no gene CFTR no cromossomo 7, sendo a mutação mais comum deltaF508 (uma deleção de um códon que codifica a fenilalanina, que ocupa a 508ª posição do aminoácido no polipeptídeo CFTR normal). Qualquer uma dessas mutações pode impedir o dobramento adequado da proteína e induzir sua degradação subsequente, resultando na diminuição do número de canais de cloreto no corpo. Isso causa o acúmulo de muco no corpo e infecções crônicas.
Outros canais de cloreto e famílias
Referências
Leitura adicional
- Schmidt-Rose T, Jentsch TJ (agosto de 1997). "Reconstituição de canais de cloreto dependentes de voltagem funcionais de fragmentos complementares de CLC-1" . The Journal of Biological Chemistry . 272 (33): 20515–21. doi : 10.1074 / jbc.272.33.20515 . PMID 9252364 .
- Zhang J, George AL, Griggs RC, Fouad GT, Roberts J, Kwieciński H, Connolly AM, Ptácek LJ (outubro de 1996). "Mutações no gene canal de cloreto do músculo esquelético humano (CLCN1) associadas com miotonia congênita dominante e recessiva". Neurology . 47 (4): 993–8. doi : 10.1212 / wnl.47.4.993 . PMID 8857733 . S2CID 45062016 .
- Mindell JA, Maduke M (2001). "Canais de cloreto ClC" . Genome Biology . 2 (2): REVIEWS3003. doi : 10.1186 / gb-2001-2-2-reviews3003 . PMC 138906 . PMID 11182894 .
- Singh H (maio de 2010). "Duas décadas com canais intracelulares de cloreto dimórfico (CLICs)" . FEBS Letters . 584 (10): 2112–21. doi : 10.1016 / j.febslet.2010.03.013 . PMID 20226783 . S2CID 21056278 .
links externos
- Canais da Chloride + nos cabeçalhos de assuntos médicos da Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA (MeSH)
- Orientação UMich de Proteínas em Famílias de Membranas / superfamília-10 - Canais de Cloreto de CLC
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