Translocase - Translocase

Translocase ist ein allgemeiner Begriff für ein Protein , das dabei hilft, ein anderes Molekül zu bewegen , normalerweise durch eine Zellmembran.Diese Enzyme katalysieren die Bewegung von Ionen oder Molekülen durch Membranen oder ihre Trennung innerhalb von Membranen. Die Reaktion wird als Übergang von „Seite 1“ auf „Seite 2“ bezeichnet, da die bisher verwendeten Bezeichnungen „in“ und „out“ mehrdeutig sein können. Translokasen sind das häufigste Sekretionssystem bei grampositiven Bakterien .

Es ist auch ein historischer Begriff für das Protein, das heute als Elongationsfaktor G bezeichnet wird , aufgrund seiner Funktion, die Transfer-RNA (tRNA) und die Boten-RNA (mRNA) durch das Ribosom zu bewegen .

Geschichte

Die Liste der Enzymklassifikationen und -nomenklaturen wurde erstmals 1961 von der International Union of Biochemistry genehmigt. Basierend auf der Art der katalysierten chemischen Reaktion wurden sechs Enzymklassen anerkannt, darunter Oxidoreduktasen (EC 1), Transferasen (EC 2), Hydrolasen (EC 3 ), Lyasen (EC 4), Isomerasen (EC 5) und Ligasen (EC 6). Es stellte sich jedoch heraus, dass keines dieser Enzyme die wichtige Gruppe von Enzymen beschreiben konnte, die die Bewegung von Ionen oder Molekülen durch Membranen oder ihre Trennung innerhalb von Membranen katalysieren. Einige davon beinhalten die Hydrolyse von ATP und wurden zuvor als ATPasen (EC 3.6.3.-) klassifiziert , obwohl die hydrolytische Reaktion nicht ihre Hauptfunktion ist. Im August 2018 hat die International Union of Biochemistry and Molecular Biology diese Enzyme in eine neue Enzymklasse (EC) der Translokasen (EC 7) eingeordnet.

Mechanismus der Katalyse

Die von den meisten Translokasen katalysierte Reaktion ist:

  • AX + B- Seite 1 || = A + X + || B- Seite 2

Ein klares Beispiel für ein Enzym, das diesem Schema folgt, ist die H+-transportierende Zwei-Sektor-ATPase:

  • ATP + H 2 O + 4 H + Seite 1 = ADP + Phosphat + 4 H + Seite 2
    A) ATP-ADP-Translokase: Protein, das für den 1:1-Austausch von intramitochondrialem ATP gegen im Zytoplasma produziertes ADP verantwortlich ist. B) Phosphat-Translocase: Der Transport von H2PO4- zusammen mit einem Proton wird durch Symport H2PO4-/H+ . produziert
    Diese ATPase führt die Dephosphorylierung von ATP zu ADP durch, während sie H + auf die andere Seite der Membran transportiert.

Andere Enzyme, die ebenfalls in diese Kategorie fallen, folgen jedoch nicht demselben Reaktionsschema. Dies ist bei der Ascorbat-Ferreduktase der Fall :

  • Ascorbat- Seite 1 + Fe(III) -Seite 2 = Monodehydroascorbat- Seite 1 + Fe(II) -Seite 2

Bei der das Enzym nur ein Elektron bei der Katalyse einer Oxidoreduktase-Reaktion zwischen einem Molekül und einem anorganischen Kation transportiert, das sich auf verschiedenen Seiten der Membran befindet.

Funktion

Die Grundfunktion besteht, wie bereits erwähnt (siehe: Translocase § Definition ), "die Bewegung von Ionen oder Molekülen durch Membranen oder deren Trennung innerhalb von Membranen zu katalysieren". Diese Form des Membrantransports wird als aktiver Membrantransport klassifiziert , ein energieaufwendiger Prozess, bei dem Moleküle und Ionen gegen einen Konzentrationsgradienten durch Membranen gepumpt werden.

Die biologische Bedeutung der Translokasen hängt in erster Linie von ihrer kritischen Funktion ab, da sie bei vielen zellulären Prozessen, die erheblich sind, die Bewegung durch die Zellmembran ermöglicht, wie zum Beispiel:

Oxidative Phosphorylierung
ADP/ATP-Translocase (ANT) importiert Adenosindiphosphat ADP aus dem Zytosol und exportiert ATP aus der mitochondrialen Matrix , die Schlüsseltransportschritte für die oxidative Phosphorylierung in eukaryontischen Organismen sind. ADP aus dem Zytosol wird zur ATP-Synthese in das Mitochondrium zurücktransportiert und das synthetisierte ATP, das durch oxidative Phosphorylierung hergestellt wird, wird aus dem Mitochondrium zur Verwendung im Zytosol exportiert und versorgt die Zellen mit seiner Hauptenergiewährung.
TOM: Translokase der äußeren Membran . Mitochondriale Importrezeptor-Untereinheit TOM20.
Proteinimport in Mitochondrien
Hunderte von Proteinen, die vom Zellkern kodiert werden, werden für den mitochondrialen Stoffwechsel, das Wachstum, die Teilung und die Aufteilung in Tochterzellen benötigt, und alle diese Proteine ​​müssen in die Organelle importiert werden. Translokase der äußeren Membran (TOM) und Translokase der inneren Membran (TIM) vermitteln den Import von Proteinen in das Mitochondrium. Die Translocase der äußeren Membran (TOM) sortiert Proteine ​​über mehrere Mechanismen entweder direkt zur äußeren Membran, dem Intermembranraum oder der Translocase der inneren Membran (TIM). Dann vermittelt im Allgemeinen die TIM23-Maschinerie die Proteintranslokation in die Matrix und die TIM22-Maschinerie vermittelt die Insertion in die innere Membran.
Fettsäurenimport in Mitochondrien (Carnitine Shuttle System)
Die Carnitin-Acylcarnitin-Translocase (CACT) katalysiert sowohl den unidirektionalen Transport von Carnitin als auch den Carnitin/Acylcarnitin-Austausch in der inneren Mitochondrienmembran und ermöglicht den Import langkettiger Fettsäuren in die Mitochondrien, wo sie über den β-Oxidationsweg oxidiert werden . Die mitochondriale Membran ist für langkettige Fettsäuren undurchlässig, daher ist diese Translokation erforderlich.

Einstufung

Die Enzym-Unterklassen bezeichnen die Arten von Komponenten, die übertragen werden, und die Unter-Unterklassen geben die Reaktionsprozesse an, die die treibende Kraft für die Translokation liefern.

EC 7.1 Die Translokation von Hydronen katalysieren

Struktur einer ATP-Synthase (EC 7.1.2.2)

Diese Unterklasse enthält Translokasen, die die Translokation von Hydronen katalysieren . Basierend auf der Reaktion, mit der sie verbunden sind, kann EC 7.1 weiter unterteilt werden in:

Eine wichtige Translocase dieser Gruppe ist die ATP-Synthase , auch bekannt als EC 7.1.2.2.

Struktur der Na+/K+ ATPase (EC 7.2.2.13).

EC 7.2 katalysiert die Translokation anorganischer Kationen und ihrer Chelate

Diese Unterklasse enthält Translokasen, die anorganische Kationen (Metallkationen) übertragen. Basierend auf der Reaktion, mit der sie verbunden sind, kann EC 7.2 weiter klassifiziert werden in:

  • EC 7.2.1 Translokation anorganischer Kationen im Zusammenhang mit Oxidoreduktase-Reaktionen
  • EC 7.2.2 Translokation anorganischer Kationen im Zusammenhang mit der Hydrolyse eines Nukleosidtriphosphats
  • EC 7.2.4 Translokation anorganischer Kationen im Zusammenhang mit Decarboxylierung

Eine wichtige Translocase dieser Gruppe ist die Na+/K+ -Pumpe, auch bekannt als EC 7.2.2.13.

EC 7.3 Katalysieren der Translokation anorganischer Anionen

Diese Unterklasse enthält Translokasen, die anorganische Kationen-Anionen übertragen. Unterklassen basieren auf den Reaktionsprozessen, die die treibende Kraft für die Translokation liefern. Derzeit ist nur eine Unterklasse vertreten: EC 7.3.2 Translokation anorganischer Anionen im Zusammenhang mit der Hydrolyse eines Nukleosidtriphosphats.

7.3.2.1 ABC - Typ Phosphattransporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Ein bakterielles Enzym, das mit einem extrazytoplasmatischen substratbindenden Protein interagiert und die Aufnahme von Phosphatanionen mit hoher Affinität vermittelt. Anders als ATPasen vom P-Typ unterliegt es während des Transportprozesses keiner Phosphorylierung .
  • ATP + H 2 O + Phosphat [Phosphat – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Phosphat [Seite 2] + [Phosphat – Bindungsprotein][Seite 1]
7.3.2.2 ABC - Typ Phosphonattransporter
Das in Bakterien vorkommende Enzym interagiert mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein und vermittelt den Import von Phosphonat- und Organophosphat-Anionen.
  • ATP + H 2 O + Phosphonat [Phosphonat-bindendes Protein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Phosphonat [Seite 2] + [Phosphonat-bindendes Protein][Seite 1]
7.3.2.3 ABC - Typ Sulfattransporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Das Enzym von Escherichia coli kann mit einem von zwei periplasmatischen Bindungsproteinen interagieren und vermittelt die Aufnahme von Sulfat und Thiosulfat mit hoher Affinität. Kann auch an der Aufnahme von Selenit, Selenat und möglicherweise Molybdat beteiligt sein . Wird während des Transports nicht phosphoryliert.
  • ATP + H 2 O + Sulfat [Sulfat - Bindungsprotein] [Seite 1] = ADP + Phosphat + Sulfat [Seite 2] + [Sulfat - Bindungsprotein] [Seite 1]
7.3.2.4 ABC - Typ Nitrattransporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Das in Bakterien vorkommende Enzym interagiert mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein und vermittelt den Import von Nitrat, Nitrit und Cyanat.
  • ATP + H 2 O + Nitrat [Nitrat - Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Nitrat [Seite 2] + [Nitrat - Bindungsprotein][Seite 1]
7.3.2.5 ABC - Typ Molybdattransporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Archaea, Eukaryota, Bacteria. Das in Bakterien vorkommende Enzym interagiert mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein und vermittelt den hochaffinen Import von Molybdat und Wolframat . Wird während des Transportprozesses nicht phosphoryliert.
  • ATP + H 2 O + Molybdat [Molybdat – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Molybdat [Seite 2] + [Molybdat – Bindungsprotein][Seite 1]
7.3.2.6 ABC - Typ Wolframat-Transporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Archaea, Bacteria. Das Enzym, von dem archaeon gekennzeichnet Pyrococcus furiosus , das Gram-positiven Bakterium Eubacterium acidaminophilum und der Gram-negativer Bakterium Campylobacter jejuni , wirkt mit einem extracytoplasmatischen Substratprotein und vermittelt den Import von Wolframat in die Zelle zur Einbringung in Wolfram-abhängigen Enzyme binden.
  • ATP + H 2 O + Wolframat [Wolframat – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Wolframat [Seite 2] + [Wolframat – Bindungsprotein][Seite 1]

EC 7.4 Die Translokation von Aminosäuren und Peptiden katalysieren

Unterklassen basieren auf den Reaktionsprozessen, die die treibende Kraft für die Translokation liefern. Derzeit gibt es nur eine Unterklasse: EC 7.4.2 Translokation von Aminosäuren und Peptiden im Zusammenhang mit der Hydrolyse eines Nukleosidtriphosphats.

7.4.2.1 Polar-Aminosäure-Transporter vom ABC-Typ
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Das in Bakterien vorkommende Enzym interagiert mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein und vermittelt den Import polarer Aminosäuren. Dieser Eintrag umfasst bakterielle Enzyme, die Histidin , Arginin , Lysin , Glutamin , Glutamat , Aspartat , Ornithin , Octopin und Nopalin importieren .
  • ATP + H 2 O + polare Aminosäure [polares Aminosäure-bindendes Protein][Seite 1] = ADP + Phosphat + polare Aminosäure [Seite 2] + [polares Aminosäure-bindendes Protein][Seite1]
7.4.2.2 Nichtpolarer Aminosäuretransporter vom ABC-Typ
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Das in Bakterien vorkommende Enzym interagiert mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein. Dieser Eintrag umfasst Enzyme , die Leucin , Isoleucie und Valin importieren .
  • ATP + H 2 O + nicht polare Aminosäure [nicht polare Aminosäure – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + nicht polare Aminosäure [Seite 2] + [nicht polare Aminosäure – Bindungsprotein][Seite 1]
7.4.2.3 ABC - Typ mitochondriale proteintransportierende ATPase
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Eine nicht phosphorylierte, nicht-ABC (ATP-bindende Kassette) ATPase, die am Transport von Proteinen oder Präproteinen in die Mitochondrien unter Verwendung des Proteinkomplexes TIM ( Translocase of the Inner Membrane ) beteiligt ist. TIM ist die Proteintransportmaschinerie der mitochondrialen inneren Membran, die drei essentielle TIM-Proteine ​​enthält: Tim17 und Tim23 sollen einen Präprotein-Translokationskanal aufbauen, während Tim44 vorübergehend mit dem Matrix-Hitzeschockprotein Hsp70 interagiert , um einen ATP-getriebenen Importmotor zu bilden.
  • ATP + H 2 O + mitochondriales Protein [Seite 1] = ADP + Phosphat + mitochondriales Protein [Seite 2]
7.4.2.4 ABC - Typ Chloroplastenprotein-transportierende ATPase
Das Enzym kommt in Viren und zellulären Organismen vor. Beteiligt am Transport von Proteinen oder Präproteinen in das Chloroplastenstroma (an diesem Prozess können mehrere ATPasen beteiligt sein).
  • ATP + H 2 O + Chloroplastenprotein [Seite 1] = ADP + Phosphat + Chloroplastenprotein [Seite 2]
7.4.2.5 ABC - Typ Proteintransporter
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Eukaryota, Bakterien. Dieser Eintrag steht für eine Familie bakterieller Enzyme, die der Sekretion eines oder mehrerer eng verwandter Proteine ​​der Toxin-, Protease- und Lipasefamilien gewidmet sind . Beispiele von Gram-negativen Bakterien umfassen &agr;-Hämolysin, Cyclolysin, Colicin V und Siderophore, während Beispiele von Gram-positiven Bakterien Bakteriocin , Subtilin , Kompetenzfaktor und Pediocin umfassen.
  • ATP + H 2 O + Protein [Seite 1] = ADP + Phosphat + Protein [Seite 2]
7.4.2.6 ABC - Oligopeptid-Transporter
Ein bakterielles Enzym, das mit einem extrazytoplasmatischen substratbindenden Protein interagiert und den Import von Oligopeptiden unterschiedlicher Natur vermittelt. Das Bindungsprotein bestimmt die Spezifität des Systems. Wird während des Transportprozesses nicht phosphoryliert.
  • ATP + H 2 O + Oligopeptid [Oligopeptid - Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Oligopeptid [Seite 2] + [Oligopeptid - Bindungsprotein][Seite 1]
7.4.2.7 ABC - Typ Alpha-Faktor-Pheromon-Transporter
Das Enzym tritt in Viren und zellulären Organismen auf, die durch das Vorhandensein von zwei ähnlichen ATP-bindenden Domänen/Proteinen und zwei integralen Membrandomänen/Proteinen gekennzeichnet sind. Wird während des Transportprozesses nicht phosphoryliert. Ein Hefeenzym, das das Sexualpheromon des α-Faktors exportiert.
  • ATP + H 2 O + Alpha-Faktor [Seite 1] = ADP + Phosphat + Alpha-Faktor [Seite 2]
7.4.2.8 ABC - Protein-sezernierende ATPase
Der erwartete taxonomische Bereich für dieses Enzym ist: Archaea, Bacteria. Eine nicht phosphorylierte, nicht ABC (ATP-bindende Kassette) ATPase, die am Proteintransport beteiligt ist.
  • ATP + H 2 O + zelluläres Protein [Seite 1] = ADP + Phosphat + zelluläres Protein [Seite 2]
7.4.2.9 ABC - Dipeptid-Transporter
Das Enzym kommt in Viren und zellulären Organismen vor. Transporter vom Typ ATP-bindende Kassette (ABC), gekennzeichnet durch das Vorhandensein von zwei ähnlichen ATP-bindenden Domänen/Proteinen und zwei integralen Membrandomänen/Proteinen. Ein bakterielles Enzym, das mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein interagiert und die Aufnahme von Dipeptiden und Tripeptiden vermittelt.
  • ATP + H 2 O + Dipeptid [Dipeptid – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + [Seite 2] + [Dipeptid – Bindungsprotein][Seite 1]
7.4.2.10 ABC - Typ Glutathiontransporter
Ein Transporter vom Typ prokaryontischer ATP-bindender Kassette (ABC), gekennzeichnet durch das Vorhandensein von zwei ähnlichen ATP-bindenden Domänen/Proteinen und zwei integralen Membrandomänen/Proteinen. Das Enzym des Bakteriums Escherichia coli ist ein heterotrimerer Komplex, der mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein interagiert, um die Aufnahme von Glutathion zu vermitteln .
  • ATP + H 2 O Glutathion [Glutathion – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + Glutathion [Seite 2] + [Glutathion – Bindungsprotein][Seite 1]
7.4.2.11 ABC - Typ Methionintransporter
Ein bakterielles Enzym, das mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein interagiert und Methionin importiert .
  • (1) ATP + H 2 O + L-Methionin [Methionin – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + L-Methionin [Seite 2] + [Methionin – Bindungsprotein][Seite 1]
  • (2) ATP + H 2 O + D-Methionin [Methionin – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + D-Methionin [Seite 2] + [Methionin – Bindungsprotein][Seite 1]
7.4.2.12 Cystin-Transporter vom ABC-Typ
Ein bakterielles Enzym, das mit einem extrazytoplasmatischen Substratbindungsprotein interagiert und den hochaffinen Import von Spuren von Cystin vermittelt. Das Enzym aus Escherichia coli K-12 kann sowohl Isomere von Cystin als auch eine Vielzahl verwandter Moleküle einschließlich Djenkolat, Lanthionin , Diaminopimelat und Homocystin importieren .
  • (1) ATP + H 2 O + L-Cystin [Cystin – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + L-Cystin [Seite 2] + [Cystin – Bindungsprotein][Seite 1]
  • (2) ATP + H 2 O + D-Cystin [Cystin – Bindungsprotein][Seite 1] = ADP + Phosphat + D-Cystin [Seite 2] + [Cystin – Bindungsprotein][Seite 1]

EC 7.5 Katalysiert die Translokation von Kohlenhydraten und ihren Derivaten

EC 7.6 Die Translokation anderer Verbindungen katalysieren

Beispiele

Verweise