P-тип ATPаза

P-тип ATPаза, исто така позната како E1-E2 ATPаза — голема група на еволутивно сродни пумпи на јони и липиди, кои се среќаваат кај бактериите, археите и еукариотите. P-тип ATPазите се првични транспортери, именувани врз основа на нивната способност да катализираат автофосфорилација (оттука P, од англ. phosphorylation) на сочуван аспартатен остаток во рамките на пумпата, при што користат ATP (аденозин трифосфат). Овие пумпи постојат во најмалку две различни конформации, означени со E1 и E2. P-тип ATPазите образуваат свое белковинско натсемејство, наречено P-тип ATPазно (P-ATPазно) натсемејство (ТС# 3.А. 3), во која, досега, се идентификувани 20 различни белковински семејства.

Повеќето членови на ова натсемејство на транспортери го катализираат внесот и/или ефлуксот на катјони, а едно потсемејство (ТС# 3.A. 3.8) е флипаза на фосфолипиди.

Кај човекот, P-тип ATPазите учествуваат во процесите на создавање на нервни импулси, релаксацијата на мускулите, секрецијата и апсорпцијата во бубрезите, апсорпција на хранливи материи во цревата и други физиолошки процеси. Познати членови на ова натсемејство на белковини се натриум-калиумовата пумпа (Na+/К+-ATPаза), протон-калиумовата пумпа (H+/К+-ATPаза), калциумовата пумпа (Ca2+-ATPаза) и плазма мембранската протонска пумпа (H+-ATPаза).

 Откритие 
Првооткриената P-тип ATPаза била Na+/К+-ATPазата, изолирана во 1957 година од страна на Нобеловецот Јенс Кристијан Скоу.

 Структура 
P-тип ATPазите имаат една каталитичка подединица од 70-140 kDa. Каталитичката подединица врши хидролиза на ATP, го содржи аспартатниот остаток кој бива фосфорилиран, ги содржи врзувачките места за лигандите кои треба да се транспортираат и го катализира самиот транспорт. Кај P1A, P2A, P2C и P4 ATPазите, присутни се и дополнителни подединици, кои немаат каталитичка активност. Првата кристализирана P-тип ATPаза била SERCA1a, а нејзината структура е прифатена како претставник на натсемејствота на P-тип ATPази.

Каталитичката подединица на P-тип ATPазите се состои од цитоплазматски дел и трансмембрански дел со места за врзување на транспортираните лиганди. Цитоплазматскиот дел се состои од три цитоплазматски домени, означени како P, N и А домени, а тие сочинуваат повеќе од половина од масата на белковината.

 Мембрански дел 
Трансмембранскиот дел (M домен) обично има десет трансмембрански завојници (М1-M10), каде врзувачките места за транспортираните лиганди се наоѓаат во близина на средината на фосфолипидниот двослој. Додека повеќето потсемејства имаат 10 трансмембрански завојници, постојат исклучоци. На пример, P1A ATPазите имаат 7 трансмембрански завојници, а големото потсемејство на пумпи за тешки метали, P1B, имаат 8 трансмембрански завојници. P5 ATPазите имаат вкупно 12 трансмембрански завојници.

Заедничко за сите P-тип ATPази е јадрото од 6 трансмембрански сегменти (исто така наречено „транспортен (Т) домен“; М1-M6 кај SERCA), кое ги содржи врзувачките места за лигандите кои треба да се транслоцираат. Лигандите влегуваат преку полуканал до врзувачкото место, а излегуваат од другата страна на мембраната преку друг полуканал.

Разликата помеѓу различните потсемејства на P-тип ATPази е дополнителниот број на трансмембрански сегменти (исто така наречен „поддржувачки (S) домен“), кој се движи од 2 до 6. Дополнителните трансмембрански сегменти најверојатно обезбедуваат структурна поддршка на Т доменот, а може да имаат и специјализирани функции.

 Фосфорилационен (P) домен 
Фосфорилациониот (P) домен го содржи аспартатниот остаток кој треба да се фосфорилира во реакциониот циклус, во склоп на сочуван DKTGT мотив. Доменот е составен од два дела кои се доста оддалечени во аминокиселинската низа. Овие два дела се склопуваат во β-плоча составена од 7 паралелни нишки поврзани со осум алфа-завојници, кои заедно го образуваат карактеристичниот Розманов склоп.

Кај P-тип ATPазите шемата на склопувањето и локациите на критичните аминокиселини за фосфорилација ја има одликата на склопот на натсемејствота на халокиселински дехалогенази (ХАД натсемејство), како што покажува хомологноста на низите. Заедничко за сите претставници на ХАД натсемејствота е формирањето на аспартатен естер по механизмот на SN2 реакција. Оваа SN2 реакција јасно се гледа во познатата структура на SERCA, во присуство на ADP и AlF4−.; 

 Нуклеотид-врзувачки (N) домен 
N доменот служи како вградена белковинска киназа, која служи за фосфорилација на P доменот. N доменот е вметнат помеѓу двата сегмента на P доменот, и е изграден од β-плоча од 7 антипаралелни нишки, помеѓу два завојни снопа. Овој домен го содржи ATP-врзувачкиот џеб, кој е насочен кон растворувачот, во близина на P-доменот.

 Придвижувачки (А) домен 
Придвижувачкиот (А, од англ. actuator) домен служи како вградена белковинска фосфатаза која го дефосфорилира фосфорилираниот P домен. А доменот е најмалиот од трите цитоплазматски домени. Доменот се состои од изобличен склоп на „швајцарски ролат“ и две кратки завојници. Овој домен ја модулира оклузијата на транспортираните лиганди во трансмембранските врзувачки места и ја насочува енергијата од хидролизата на ATP во цитоплазматските домени кон векторскиот транспорт на катјони во трансмембранскиот домен. А доменот го дефосфорилира P доменот, како дел од реакционен циклус, со помош на високо сочуваниот TGES мотив кој се наоѓа на едниот крај на склопот на „швајцарски ролат“.

 Регулаторен (R) домен 
Некои членови на P-тип ATPазите имаат дополнителни регулаторни (R) домени сврзани за пумпата. P1B пумпите за тешки метали може да имаат неколку N- и C-терминални домени за врзување на тешки метали, за кои е пронајдено дека се вклучени во регулација. P2B Ca2+ ATPазите имаат автоинхибиторни домени во нивните амино-терминални (кај растенијата) или карбокси-терминални (кај животните) региони, кои содржат врзувачки места за калмодулин, кој, во присуство на Ca2+, ги активира P2B ATPазите со неутрализирање на терминалната пречка. P3A плазма мембранските протонски пумпи имаат C-терминален регулаторен домен, кој, кога не е фосфорилиран, го инхибира транспортот.

 Механизам 
Сите P-тип ATPази ја користат енергијата од хидролизата на ATP за да го овозможат транспортот. Тие градат високоенергетски аспартил-фосфоанхидриден меѓупроизвод во реакционен циклус, и се менуваат помеѓу најмалку две различни конформации, означени со E1 и E2. Во E1 конформацијата, пумпата има висок афинитет за експортираниот супстрат, а низок афинитет за импортираниот супстрат. Во E2 конформацијата, таа има низок афинитет за експортираниот супстрат, а висок афинитет за импортираниот супстрат. Реакционите меѓупроизводи се означени со E1~P, E2P, E2-P* и E1/E2. Хидролизата на ATP се одвива во цитоплазматскиот дел на белковината, во границата помеѓу N и P домените. Две места за врзување на магнезиумови јони се составен дел на активното место. Хидролизата на ATP е спрегната со транслокацијата на транспортираните лиганди низ мембраната.

 Класификација 
Филогенетска анализа на 159 низи, изработена во 1998 година од страна на Акселсен и Палмгрен, сугерира дека P-тип ATPазите може да се поделат во пет потсемејства или типови (означени со P1-P5). Чан и соработниците (2010) исто така ги анализирале P-тип ATPазите во сите поголеми прокариотски колена и ги споредиле со еукариотските P-тип ATPази. Овие филогенетски анализи покажале дека диверзификацијата на P-тип ATPазите се случила пред сепарацијата на трите суперцарства на животот: бактерии, археи и еукариоти. Овој податок го истакнува значењето на оваа група на белковини за живиот свет.

 P1 ATPази 
P1 ATPазите (или Тип I) се ATPази кои транспортираат тешки метали. Тие предоминираат кај прокариотите (приближно десетпати).

 P1A ATPази (калиумови пумпи) 
P1A ATPазите (или Тип IA) се вклучени во внесот на К+ јони (ТС# 3.A. 3.7).

 P1B ATPази (пумпи на тешки метали) 
P1B ATPазите (или Тип IB) се вклучени во транспортот на слаби Луисови киселини: Cu+, Ag+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+ и Co2+ (ТС#s 3.A. 3.5 и 3.A. 3.6). Тие се од клучно значење за отпорност кон метали и за метална хомеостаза кај мноштво на организми.

 P2 ATPази 
P2 ATPазите (или Тип II) се поделени во четири групи. Тие предоминираат кај еукариотите (приближно двапати).

 P2A ATPази (калциумски пумпи) 
P2A ATPазите (или Тип IIA) се калциумски ATPази, вклучени во транспортот на Ca2+ јони. P2A ATPазите се поделени во две групи: Ca2+-ATPази на сарко/ендоплазматичниот ретикулум (исто така познати како SERCA) и Ca2+-ATPази на секреторниот пат (исто така познати како SPCA).

 P2B ATPази (калциумски пумпи) 
P2B ATPазите (или Тип IIB) се калциумски ATPази, вклучени во транспортот на Ca2+ јони.

 P2C ATPази (натриум/калиумови и протон/калиумови пумпи) 
P2C ATPазите (или Тип IIC) ги вклучуваат блиску сродните Na+/К+ и H+/К+ ATPази во животинските клетки. (ТС# 3.A. 3.1)

 P2D ATPази (натриумови пумпи) 
P2D ATPазите (или Тип IID) вклучуваат мал број на ATPази кои изнесуваат Na+ (и К+) јони и се среќаваат кај габите и мововите. (Габични К+ транспортери; ТС# 3.A. 3.9)

 P3 ATPази 
P3 ATPазите (или Тип III) се поделени на две групи.

 P3A ATPази (протонски пумпи) 
P3A ATPазите (или Тип IIIA) ги содржат плазма мембранските протонски пумпи (H+-ATPази) кај прокариотите, протистите, растенијата и габите.

 P3B ATPази (магнезиумови пумпи) 
P3B ATPазите (или Тип IIIB) се Mg2+-ATPази кои се среќаваат кај бактериите и растенијата.

 P4 ATPази (фосфолипидни флипази) 
P4 ATPазите (или Тип IV) се флипази вклучени во транспортот на фосфолипиди, како што се фосфатидилсерин, фосфатидилхолин и фосфатидилетаноламин.

 P5 ATPази 
P5 ATPазите (или Тип V) имаат непозната функција. Оваа голема група се среќава само во еукариотите и е поделена на две групи.

 P5A ATPази 
P5A ATPазите (или Тип VA) се вклучени во регулацијата на хомеостазата во ендоплазматичниот ретикулум.

 P5B ATPази 
P5B ATPазите (или Тип VB) се наоѓаат во лизозомалната мембрана на животните. Мутациите на овие пумпи се поврзани со различни невролошки заболувања.

 Понатамошна филогенетска класификација 
Освен потсемејствата на P-тип ATPази наведени погоре, откриени се и неколку фамилии кај прокариотите кои имаат непозната функција. Базата на податоци за класификација на транспортери нуди претставителен список на членови на P-ATPазното натсемејство, која досега вбројува 20 фамилии.

Кај еукариотите, овие белковини се присутни во плазма мембраната или во мембраните на ендоплазматичниот ретикулум, додека кај прокариотите тие се наоѓаат само во плазма мембраната.

 Човечки гени 
Човечки гени кои кодираат P-тип ATPази, или белковини слични на нив, вклучуваат:

 P1B: Cu++ ATPаза: ATP7A, ATP7B
 P2A: SERCA Ca2+ ATPаза: ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3
 P2A: Ca2+ ATPаза на секреторниот пат: ATP2C2, ATP2C2
 P2B: Ca2+ ATPаза: ATP2B1, ATP2B2, ATP2B3, ATP2B4, ATP2C1
 P2C: Na+/К+ ATPаза: ATP1A1, ATP1A2, ATP1A3, ATP1A4, ATP1B1, ATP1B2, ATP1B3, ATP1B4
 P2C: H+/К+ ATPаза, гастрична: ATP4A;
 P2C: H+/К+ ATPаза, негастрична: ATP12A
 P4: Флипаза: ATP8A1, ATP8B1, ATP8B2, ATP8B3, ATP8B4, ATP9A, ATP9B, ATP10A, ATP10B, ATP10D, ATP11A, ATP11B, ATP11C
 P5: ATP13A1, ATP13A2, ATP13A3, ATP13A4, ATP13A5

 Поврзано 

 Натриум-калиумова пумпа
 Протон-калиумова пумпа
 SERCA
 Плазма мембранска протонска пумпа

 Наводи 

Категорија:Физиологија
Категорија:Интегрални мембрански белковини
Категорија:Белковини
Категорија:Преносни белковини