ATPase V

A ATPase V (ou V-ATPase) ou ATPase vacuolar ou ATPase H+ de tipo vacuolar é un encima antigo e moi conservado evolutivamente que desempeña funcións moi diversas nos organismos eucarióticos. A ATPase V acidifica varios orgánulos celulares e bombea protóns a través da membrana plasmática de numerosos tipos celulares. As ATPases V acoplan a enerxía da hidrólise do ATP co transporte de protóns a través de membranas intracelulares e da plasmática das células eucarióticas. Funcións das ATPases V
As ATPases V encóntranse nas membranas de moitos orgánulos, como os endosomas, lisosomas, e vesículas secretoras, nos que desempeñan diversas funcións esenciais para o funcionamento deses orgánulos. Por exemplo, o gradiente de protóns a través da membrana vacuolar dos lévedos xerado por estas ATPases dirixe a captación de calcio ao interior dos vacúolos por medio dun sistema antiportador de H+/Ca2+. Na transmisión sináptica das neuronas, as ATPases V acidifican as vesículas sinápticas.
As ATPases vacuolares tamén se encontran nas membranas plasmáticas dunha ampla variedade de células como as células intercaladas dos riles, osteoclastos (células que reabsorben o óso), macrófagos, neutrófilos, espermatozoides, células do intestino medio de insectos, e certas células tumorais. As ATPases V da membrana plasmática están implicadas en procesos como a homeostase do pH, transporte acoplado, e metástase tumoral. As ATPases V na membrana do acrosoma do espermatozoide acidifican o acrosoma. Esta acidificación activa as proteases necesarias para a perforación da membrana do ovo durante a fecundación. As ATPases V da membrana plasmática dos osteoclastos bombean protóns á superficie do tecido óseo, o cal é necesario para a reabsorción ósea. Nas células intercaladas dos riles, estas ATPases bombean protóns á urina, permitindo a reabsorción de bicarbonato ao sangue. Estrutura
A ATPase V de lévedo é a que mellor está caracterizada. Identificáronse polo menos 13 subunidades que forman o complexo funcional da ATPase V, que consta de dous dominios. As subunidades pertencen ao dominio Vo (subunidades asociadas á membrana) ou ao dominio V1 (subunidades asociadas perifericamente). O dominio V1 é responsable da hidrólise do ATP, mentres que o dominio Vo é responsable da translocación de protóns.
A porción V1 inclúe 8 subunidades, da A á H, con tres copias das subunidades catalíticas A e B, tres copias das subunidades estator E e G, e unha copia das subunidades reguladoras C e H. Ademais, o dominio V1 tamén contén as subunidades D e F, que forman un eixe de rotor central. O dominio V1 contén isoformas das subunidades específicas de tecido B, C, E, e G. As mutacións da isoforma B1 orixinan a enfermidade humana acidose tubular renal distal e a xordeira sensorineural.
O dominio Vo contén 6 subunidades diferentes, a, d, c, c', c", e, e a estequiometría do anel c está aínda suxeita a debate, e postúlase que é un decámero na ATPase V da avelaíña do tabaco Manduca sexta. O dominio Vo de mamífero contén isoformas específicas de tecido para as subunidades a e d, mentres que a ATPase V de lévedo contén dúas isoformas de subunidades específicas de orgánulo de a, chamadas Vph1p e Stv1p. As mutacións na isoforma a3 orixinan a enfermidade humana infantil osteopetrose maligna, e as mutacións na isoforma a4 dan lugar á acidose tubular renal distal, nalgúns casos con xordeira sensorineural.
A hidrólise do ATP nos sitios de unión do nucleótido catalítico na subunidade A impulsa a rotación dun talo central composto polas subunidades D e F, o cal á súa vez impulsa a rotación dun barril de subunidades c en relación coa subunidade a. A complexa estrutura da ATPase V foi determinada por medio das estruturas dos complexos atopados en Manduca sexta e lévedo que foron resoltos por miroscoia crioelectrónica de partícula única e tinguidura negativa, respectivamente. Estas estruturas revelaron que a ATPase V ten unha rede de tres estatores, ligada por un colar denso formado polas subunidades C, H, e a, as cales, aínda que separan os dominios V1 e V0, non interaccionan co eixe do rotor central formado polas subunidades F, D, e d. A rotación deste eixe de rotor central causada pola hidrólise do ATP nas subunidades catalíticas AB orixina o movemento do barril de subunidades c que están despois da subunidade a, o cal impulsa o transporte de protóns a través da membrana. Propúxose unha estequiometría de dous protóns translocados por cada ATP hidrolizado.
Ademais das subunidades estruturais da ATPase V de lévedo, identificáronse proteínas asociadas que cómpren para a ensamblaxe. Estas proteínas asociadas son esenciais para a ensamblaxe do dominio Vo e denomínanse Vma12p, Vma21p, e Vma22p. Dúas das tres proteínas, a Vma12p e a Vma22p, forman un complexo que se une transitoriamente a Vph1p (subunidade a) para axudar á súa ensamblaxe e maduración. A Vma21p coordina a ensamblaxe das subunidades de Vo e acompaña ao dominio Vo ata vesículas para o seu transporte ao aparato de Golgi.
V1
O dominio V1 da ATPase V é o sitio da hidrólise do ATP. Este dominio soluble consta dun hexámero de subunidades A e B alternantes, un rotor central D, estatores periféricos G e E, e subunidades reguladoras C e H. A hidrólise do ATP impulsa un cambio conformacional nas seis interfaces A|B e con iso a rotación do rotor central D. A diferenza da ATP sintase, o dominio V1 non é unha ATPase activa cando está disociado.
Subunidade C
A ATPase vacuolar C representa a subunidade C-terminal que é parte do complexo V1, e está localizada na interface entre os complexos V1 e V0.
A subunidade C xoga un papel esencial no control da ensamblaxe da ATPase vacuolar, actuando como un estator flexible que mantén unida as partes catalítica (V1) e de membrana (V0) do encima. A liberación da subunidade C do complexo da ATPase causa a disociación dos subcomplexos V1 e V0, o cal é un importante mecanismo para o control da actividade da ATPase vacuolar na célula. Esencialmente, crear un alto gradiente electroquímico e baixo pH, activa o encima para formar máis ATP.
Subunidade G
Esta subunidade, é parte do V1, e é importante para a ensamblaxe e actividade da ATPase vacuolar.
Subunidade H
Esta subunidade está só implicada na actividade e non na ensamblaxe.
Vo
O dominio Vo é responsable da translocación de protóns. Ao contrario da ATP sintase de tipo F, o dominio Vo transporta protóns contra o gradiente de concentracións. A rotación do dominio Vo transporta os protóns en movementos coordinados co dominio V1, o cal é responsable da hidrólise do ATP. As subunidades do dominio Vo son:
Subunidade I
A subunidade de 116kDa (ou subunidade a) e a subunidade I encóntranse no complexo V0 ou A0 das ATPases V e ATPases A, respectivamente. A subunidade de 116kDa é unha glicoproteína transmembrana necesaria para a ensamblaxe e a actividade de transporte de protóns do complexo da ATPase. Hai varias isoformas da subunidade de 116kDa, que teñen un papel potencial para destinar e regular as ATPases vacuolares a orgánulos específicos.
A función da subunidade de 116-kDa non está definida, pero a súa estrutura predita consta de 6–8 sectores transmembrana, o que suxire que pode ter unha función similar da subunidade a de FO.
Subunidade d
Esta subunidade non é un compoñente integral de membrana do dominio do poro de membrana e é necesario para a correcta ensamblaxe do sector V0. Pénsase que está implicada na ensamblaxe regulada das subunidades V1 no sector da membrana ou alternativamente pode impedir o paso de protóns a través de poros V0.
Subunidade d2
Esta subunidade é parte do complexo V0 integral de membrana da ATPase vacuolar, o cal é responsable da acidificación de compartimentos intracelulares nas células eucarióticas. Axuda a proporcionar a maior parte da enerxía requirida para os procesos de transporte no sistema vacuolar. Pénsase que xoga un papel no acoplamento do transporte de protóns e a hidrólise de ATP e intervén na regulación da fusión de osteoclastos e formación de óso.
Subunidade c
Igual que a ATPase de tipo F, a rexión tansmembrana da ATPase V inclúe un anel de subunidades que abrangue o grosor da membrana que son as principais responsables da translocación de protóns. A diferenza da ATP sintase de tipo F, a ATPase de tipo V ten moitas subunidades relacionadas no anel c; en fungos como os lévedos hai tres subunidades relacionadas (de variada estequiometría) e na maioría dos demias eucariotas hai dúas. Ensamblaxe da ATPase vacuolar
A ATPase V de lévedo non se pode ensamblar cando algún dos xenes que codifican as subunidades é eliminado excepto para as subunidades H e c". Sen subunidade H, a ATPase V ensámblase pero non é activa, e a perda da subunidade c" causa o desacoplamento da actividae encimática.
Os mecanismos precisos polos cales se produce a ensamblaxe das ATPases vacuolares son aínda controvertidos, e hai evidencias que suxiren dúas posibilidades distintas. A análise mutacional e os ensaios in vitro mostraron que os dominios Vo e V1 preensamblados poden combinarse para formar un complexo nun proceso chamado ensamblaxe independente. Entre os apoios á idea da ensamblaxe independente están que o dominio Vo ensamblado pode encontrarse no vacúolo en ausencia do dominio V1, mentres que se poden encontrar dominios V1 libres no citoplasma e non no vacúolo. Ao contrario, os experimentos de caza de pulso (pulse-chase) in vivo revelaron que hai interaccións temperás entre subunidades de Vo e V1, concretamente, as subunidades a e B, o que parece indicar que as subunidades se engaden paso a paso para formar un só complexo nun proceso de ensamblaxe concertado. Evolución da ATPase vacuolar
Unha técnica relativamente nova chamada resurrección de xene ancestral deu nova luz á historia evolutiva da ATPase vacuolar. Atopouse como a estrutura da forma da ATPase vacuolar ancestral que constaba de dúas proteínas diferentes evolucionou á versión dos fungos con tres proteínas. Regulación da actividade da ATPase vacuolar
A regulación in vivo da actividade da ATPase vacuolar realízase pola disocaición reversible do dominio V1 do dominio Vo. Despois da ensamblaxe inicial, tanto a ATPase V do insecto Manduca sexta coma a de lévedo poden desensamblarse reversiblemente nos dominios Vo e V1 libres despois de 2 a 5 minutos de privación de glicosa. A desensamblaxe reversible pode ser un mecanismo xeral para regular a actividade da ATPase V, xa que existe en lévedos e insectos. Proponse que a reensamblaxe é axudada por un complexo chamado RAVE (regulador da H+-ATPase das membranas vacuolares e endosómicas). A desensamblaxe e reensamblaxe das ATPases V non require a síntese de novas proteínas pero necesita unha rede microtubular intacta. Doenzas humanas
Osteopetrose
Osteopetrose é un termo xenérico co que se designa un grupo de condicións herdables nas cales se produce un defecto na resorción ósea feita polos osteoclastos. En humanos danse tanto a osteopetrose dominante coma a recesiva. A osteopetrose autosómica dominante produce síntomas leves nos adultos, que experimentan frecuentes fracturas óseas debido á fraxilidade dos ósos. Hai unha forma máis grave de osteopetrose que se denomina osteopetrose maligna infantil autosómica recesiva. Identificáronse tres xenes que son responsables da osteopetrose recesiva humana, os cales están directamente implicados na xeración de protóns e nas vías de secreción que son esenciais para a reabsorción ósea. Un deses xenes é o da anhidrase carbónica II, que cando está mutado causa osteopetrose con acidose tubular renal (tipo 3). As mutacións do xene da canle de cloruro ClC7 tamén orixinan tanto osteopetrose dominante coma recesiva. Aproximadamente o 50% dos pacientes con osteopetrose maligna infantl recesiva teñen mutacións no xene da subunidade a isoforma a3 da ATPase V. En humanos, identificáronse 26 mutacións no xene da subunidade a isoforma a3 na ATPase V, que se encontra en osteoclastos, que orixina a doenza ósea osteopetrose autosómica recesiva.
Acidose tubular renal distal
A importancia da actividade da ATPase V na secreción renal de protóns está suliñada pola enfermidade hereditaria acidose tubular renal distal. En todos os casos, a acidose tubular renal orixínase polo fallo dos mecanismos renais normais que regulan o pH sistémico. Hai catro tipos de acidose tubular renal. O tipo 1 é a acidose tubular renal distal e orixínase polo fallo no conduto colector cortical para acidificar o pH da urina por debaixo de 5. Algúns pacientes con acidose tubular renal distal autosómica recesiva tamén presentan unha xordeira sensorineural. A herdanza deste tipo de acidose tubular renal depende de mutacións na subunidade isoforma B1 da ATPase V ou na isoforma a4 ou mutacións da banda 3 (tamén chamada AE1), un intercambiador Cl- /HCO3-. Sábese que hai doce mutacións diferentes na isoforma B1 da ATPase V e vinte e catro mutacións na a4 que orixinan a acidose tubular renal distal. Os estudos de PCR e transcrición inversa mostraron a expresión da subunidade a4 nas células intercaladas renais e na cóclea do oído. A acidose tubular renal distal causada por mutacións no xene da subunidade a4 nalgúns casos pode asociarse coa xordeira debido ao fallo na acidificación normal da endolinfa do oído interno. Nomenclatura
O termo Vo leva como subíndice a letra o (non o número cero), que é a inicial de oligomicina. Porén, moitas veces ese subíndice se le cero tanto informalmente coma nalgunhas notacións, especialmente nas de xenes humanos no NCBI. Por exemplo, o xene da subunidade c do Vo humano denomínase "ATP6V0C" (co cero).