Saluran klorida

Saluran klorida adalah superfamili saluran ion yang kurang dipahami dan spesifik untuk klorida. Saluran ini dapat menghantarkan banyak ion berbeda, tetapi diberi nama klorida karena konsentrasinya secara in vivo jauh lebih tinggi dibandingkan anion lainnya. Beberapa keluarga saluran berpintu tegangan dan saluran berpintu ligan (misalnya keluarga CaCC) telah dikarakterisasi pada manusia.

Saluran klorida berpintu tegangan melakukan banyak fungsi fisiologis dan seluler yang penting, seperti mengendalikan pH, homeostasis volume, mengangkut zat terlarut organik, mengatur migrasi sel, proliferasi, dan diferensiasi. Berdasarkan homologi urutan, saluran klorida dapat dibagi lagi menjadi beberapa kelompok.
Fungsi umum
Saluran klorida berpintu tegangan penting untuk mengatur potensial membran istirahat sel dan menjaga volume sel yang tepat. Saluran ini menghantarkan  atau anion lain seperti . Struktur saluran ini tidak seperti saluran lain yang dikenal. Subunit saluran klorida mengandung antara 1 dan 12 segmen transmembran. Beberapa saluran klorida diaktifkan hanya oleh tegangan (yaitu berpintu tegangan), sementara saluran lainnya diaktifkan oleh , ligan ekstraseluler lainnya, atau pH.
Keluarga CLC
Keluarga saluran klorida CLC mengandung 10 atau 12 heliks transmembran. Setiap protein membentuk satu pori. Telah dibuktikan bahwa beberapa anggota keluarga ini membentuk homodimer. Dari segi struktur primer, mereka tidak berhubungan dengan saluran kation yang telah diketahui atau jenis saluran anion lainnya. Tiga subfamili CLC telah ditemukan pada hewan. CLCN1 terlibat dalam pengaturan dan pemulihan potensial membran istirahat otot rangka, sementara saluran lain memainkan peran penting dalam mekanisme konsentrasi zat terlarut di ginjal. Protein ini mengandung dua domain CBS. Saluran klorida juga penting untuk menjaga konsentrasi ion yang aman di dalam sel tumbuhan.
Struktur dan mekanisme
Struktur saluran CLC belum terselesaikan, namun struktur penukar CLC telah diselesaikan menggunakan kristalografi sinar-X. Karena struktur utama saluran CLC dan penukar sangatlah mirip, sebagian besar asumsi mengenai struktur saluran CLC didasarkan pada struktur yang dibuat untuk penukar bakteri.
Setiap saluran atau penukar terdiri dari dua subunit serupa—dimer—setiap subunit berisi satu pori. Protein tersebut terbentuk dari dua salinan protein yang sama—homodimer—meskipun para ilmuwan telah menggabungkan subunit dari saluran berbeda secara artifisial untuk membentuk heterodimer. Setiap subunit mengikat ion secara independen satu sama lain, artinya konduksi atau pertukaran terjadi secara independen di setiap subunit.

Setiap subunit terdiri dari dua bagian terkait yang berorientasi berlawanan arah, membentuk struktur ‘antiparalel’. Bagian ini bersatu membentuk pori anion. Pori-pori tersebut mempunyai penyaring yang dapat dilalui oleh klorida dan anion-anion lainnya, tetapi hanya sedikit yang dapat melewatinya. Pori-pori berisi air ini menyaring anion melalui tiga sisi pengikatan—Sint, Scen, dan Sext—yang mengikat klorida dan anion lainnya. Nama sisi pengikatan ini sesuai dengan posisinya di dalam membran. Sint terpapar cairan intraseluler, Scen terletak di dalam membran atau di tengah filter, dan Sext terpapar cairan ekstraseluler.[4] Setiap sisi pengikatan mengikat anion klorida yang berbeda secara bersamaan. Dalam penukar, ion klorida ini tidak berinteraksi kuat satu sama lain karena adanya interaksi kompensasi dengan protein. Dalam saluran, protein tidak melindungi ion klorida pada satu sisi pengikatan dari ion klorida yang bermuatan negatif di dekatnya. Setiap muatan negatif memberikan gaya tolak-menolak pada muatan negatif di sebelahnya. Para peneliti berpendapat bahwa gaya tolak-menolak ini berkontribusi pada tingginya tingkat konduksi melalui pori-pori.

Transporter CLC mengangkut H+ melintasi membran. Jalur H+ pada transporter CLC menggunakan dua residu glutamat—satu di sisi ekstraseluler, Gluex, dan satu lagi di sisi intraseluler, Gluin. Gluex juga berfungsi untuk mengatur pertukaran klorida antara protein dan larutan ekstraseluler. Ini berarti klorida dan proton berbagi jalur yang sama di sisi ekstraseluler, tetapi berbeda di sisi intraseluler.

Saluran CLC juga bergantung pada H+, namun lebih berfungsi sebagai pintu daripada pertukaran Cl−. Alih-alih memanfaatkan gradien untuk menukar dua Cl− untuk satu H+, saluran CLC mengangkut satu H+ sekaligus mengangkut jutaan anion. Hal ini sesuai dengan satu siklus pintu lambat.

Saluran CLC eukariotik juga mengandung domain sitoplasma. Domain-domain ini memiliki sepasang motif CBS yang fungsinya belum sepenuhnya dikarakterisasi. Meskipun fungsi sebenarnya dari domain-domain ini belum sepenuhnya dikarakterisasi, kepentingannya diilustrasikan oleh patologi yang diakibatkan oleh mutasinya. Penyakit Thomsen, penyakit Dent, osteopetrosis maligna infantil, dan sindrom Bartter adalah kelainan genetik akibat mutasi tersebut.

Setidaknya satu peran domain CBS sitoplasma berkaitan dengan regulasi melalui nukleotida adenosina. Transporter dan protein CLC tertentu mempunyai aktivitas termodulasi ketika terikat dengan ATP, ADP, AMP, atau adenosina di domain CBS. Efek spesifiknya unik untuk setiap protein, tetapi implikasinya adalah bahwa transporter dan protein CLC tertentu bersifat sensitif terhadap keadaan metabolisme sel.
Selektivitas
Scen bertindak sebagai filter selektivitas utama untuk sebagian besar protein CLC, memungkinkan anion berikut melewatinya, dari yang paling terpilih hingga yang paling sedikit: SCN−, Cl−, Br−, NO, I−. Mengubah residu serina pada filter selektivitas, berlabel Sercen, menjadi asam amino yang berbeda akan mengubah selektivitas.
Pintu dan kinetika
Pintu (gating) terjadi melalui dua mekanisme: protopori atau pintu cepat dan umum atau pintu lambat. Pintu umum melibatkan kedua subunit protein yang menutup pori-porinya secara bersamaan (kerja sama), sedangkan pintu protopori melibatkan pembukaan dan penutupan independen setiap pori. Sesuai dengan namanya, pintu cepat terjadi jauh lebih cepat dibandingkan pintu lambat. Mekanisme molekuler yang tepat untuk pintu masih dipelajari.

Untuk saluran, ketika pintu lambat ditutup, tidak ada ion yang menembus pori-pori. Ketika pintu lambat terbuka, maka pintu cepat terbuka secara spontan dan independen satu sama lain. Jadi, kedua pintu protein bisa saja terbuka, atau kedua pintunya tertutup, atau hanya salah satu dari dua pintunya yang terbuka. Penelitian penjepit-tempel saluran-tunggal menunjukkan sifat biofisik ini bahkan sebelum struktur pori ganda saluran CLC diselesaikan. Setiap pintu cepat terbuka secara independen satu sama lain dan konduktansi ion yang diukur selama penelitian ini mencerminkan distribusi binomial.

Transpor H+ mendorong terbukanya pintu umum di saluran CLC. Untuk setiap pembukaan dan penutupan pintu umum, satu H+ diangkut melintasi membran. Pintu umum juga dipengaruhi oleh ikatan nukleotida adenosina pada domain CBS intraseluler. Penghambatan atau aktivasi protein oleh domain ini bersifat spesifik untuk setiap protein.
Fungsi
Saluran CLC memungkinkan klorida mengalir menuruni gradien elektrokimia, ketika terbuka. Saluran-saluran ini diekspresikan pada membran sel. Saluran CLC berkontribusi pada rangsangan membran ini serta mengangkut ion melintasi membran.

Penukar CLC terlokalisasi pada komponen intraseluler seperti endosom atau lisosom dan membantu mengatur pH kompartemennya.
Patologi
Sindrom Bartter, yang berhubungan dengan pembuangan garam ginjal dan alkalosis hipokalemia, disebabkan oleh gangguan transportasi ion klorida dan ion terkait di lengkung Henle yang tebal dan menaik. CLCNKB telah terlibat.

Penyakit bawaan lain yang memengaruhi organ ginjal adalah penyakit Dent, ditandai dengan hiperkalsiuria dan proteinuria dengan berat molekul rendah yang melibatkan mutasi pada CLCN5.

Penyakit Thomsen dikaitkan dengan mutasi dominan dan penyakit Becker dengan mutasi resesif pada CLCN1.
Gen
 CLCN1, CLCN2, CLCN3, CLCN4, CLCN5, CLCN6, CLCN7, CLCNKA, CLCNKB
 BSND - mengkodekan barttin, subunit aksesori beta untuk CLCNKA dan CLCNKB
Keluarga E-ClC

Anggota Keluarga Saluran Klorida Epitel (E-ClC) (TC# 1.A.13) mengatalisasi transpor dua arah ion klorida. Mamalia memiliki banyak isoform (setidaknya 6 produk gen berbeda ditambah varian sambungan) protein saluran klorida epitel, yang dimasukkan ke dalam keluarga Aksesori Saluran Klorida (CLCA). Anggota pertama dari keluarga ini yang dikarakterisasi adalah epitel pernafasan, protein saluran klorida yang diatur oleh Ca2+ yang diisolasi dari membran apikal trakea sapi. Ia secara biokimia ditandai sebagai kompleks 140 kDa. Protein EClC sapi memiliki 903 asam amino dan empat segmen transmembran yang masih diduga. Kompleks yang dimurnikan, ketika dilarutkan dalam lapisan ganda lipid planar, berperilaku sebagai saluran selektif anion. Ia diatur oleh Ca2+ melalui mekanisme yang bergantung pada kalmodulin kinase II. Homolog jauh mungkin terdapat pada tumbuhan, ciliata, dan bakteri, Synechocystis dan Escherichia coli, jadi setidaknya beberapa domain dalam protein keluarga E-ClC memiliki asal muasal kuno.
Gen
 CLCA1, CLCA2, CLCA3, CLCA4
Keluarga CLIC

Keluarga Saluran Ion Intraseluler Klorida (CLIC) (TC# 1.A.12) terdiri dari enam protein yang dilestarikan pada manusia (CLIC1, CLIC2, CLIC3, CLIC4, CLIC5, CLIC6). Anggotanya muncul sebagai protein larut monomer dan protein membran integral yang berfungsi sebagai saluran ion selektif klorida. Protein ini diperkirakan berfungsi dalam pengaturan potensial membran serta penyerapan dan sekresi ion transepitel di ginjal. Mereka adalah anggota superfamili glutationa S-transferase (GST).
Struktur
Mereka mempunyai satu atau dua segmen heliks-α transmembran (TMS) yang masih diduga. Protein sapi p64 memiliki panjang 437 residu amino asil dan memiliki dua TMS terduga pada posisi 223-239 dan 367-385. Terminal-N dan -C bersifat sitoplasma, dan lengkung luminal sentral yang besar mungkin terglikosilasi. Protein inti manusia (CLIC1 atau NCC27) jauh lebih kecil (241 residu) dan hanya memiliki satu TMS terduga pada posisi 30-36. Ia homolog dengan paruh kedua p64.

Studi struktural menunjukkan bahwa dalam bentuk larut, protein CLIC mengadopsi lipatan GST dengan sisi aktif yang menunjukkan motif glutaredoksin monotiol yang dilestarikan, mirip dengan GST kelas omega. Al Khamici dkk. menunjukkan bahwa protein CLIC memiliki aktivitas enzimatik oksidoreduktase yang bergantung pada glutaredoksin. CLIC 1, 2 dan 4 menunjukkan aktivitas khas seperti glutaredoksin menggunakan 2-hidroksietil disulfida sebagai substrat. Aktivitas ini dapat mengatur fungsi saluran ion CLIC.
Reaksi transpor
Reaksi transpor umum yang diyakini sebagai saluran klorida yang terkatalisasi adalah:
Cl− (sitoplasma) →  Cl− (ruang intraorganel)
CFTR
CFTR adalah saluran klorida milik superfamili transporter ABC. Setiap saluran memiliki dua domain transmembran dan dua domain pengikat nukleotida. Pengikatan ATP pada kedua domain pengikat nukleotida menyebabkan perubahan asosiasi domain tersebut, selanjutnya menyebabkan perubahan yang membuka pori ion. Ketika ATP dihidrolisis, domain pengikat nukleotida berdisosiasi lagi dan pori-pori menutup.
Patologi
Fibrosis sistik disebabkan oleh mutasi pada gen CFTR pada kromosom 7, dengan mutasi yang paling umum adalah deltaF508 (penghapusan kodon yang mengode fenilalanina, yang menempati posisi asam amino ke-508 dalam polipeptida CFTR normal). Salah satu mutasi ini dapat mencegah pelipatan protein dan menyebabkan degradasi selanjutnya, sehingga mengakibatkan penurunan jumlah saluran klorida dalam tubuh. Hal ini menyebabkan penumpukan lendir dalam tubuh dan infeksi kronis.
Keluarga dan saluran klorida lainnya
 GABAA
 Reseptor glisina
 Saluran klorida bergantung kalsium
 Channelrhodopsin penghantar anion
Referensi

Bacaan lebih lanjut






Pranala luar

   - CLC chloride channels

Klorida
Kategori:Protein membran
Kategori:Transporter transmembran
Kategori:Protein membran integral

Kategori:Domain protein