Tema 5 ATPasas - Tipo P PDF

Tema 5: ATPasas  Clasificación de los transportadores primarios ATPasas  ATPasas tipo P o Características, estructura y mecanismo o Ca2+-ATPasas: SERCA PCMA o Na+, K+-ATPasa o Otras ATPasas tipo P  Transportadores AB...

Tema 5: ATPasas  Clasificación de los transportadores primarios ATPasas  ATPasas tipo P o Características, estructura y mecanismo o Ca2+-ATPasas: SERCA PCMA o Na+, K+-ATPasa o Otras ATPasas tipo P  Transportadores ABC o Características , estructura y mecanismo o Importadores y exportadores o El regulador de la conductancia transmembrana de la fibrosis quística. o Resistencia a multidrogas.  ATPasas tipo V o Mecanismo o Regulación o Funciones Tema 5: ATPasas 1  Premio Nobel de Química 1997 Clasificación de las ATPasas Compartido con: Paul D. Boyer y John E. Walker (ATP sintasa F1Fo) Introducción  Las ATPasas son transportadores activos primarios que generan gradientes de concentración de solutos a través de membranas utilizando directamente energía Jens C. Skou University of Aarhus. Dinamarca metabólica (energía libre de hidrólisis del ATP). Descubre la Na+/K+ ATPasa en 1957 en nervios de cangrejo mientras intentaba  Las ATPasas son bombas en muchos casos electrogénicas. comprender el mecanismo molecular de los anestésicos que controlan el dolor.  Necesitan Mg2+ como cofactor, como todas las reacciones que requieren ATP.  Las ATPasas transportadoras se encuentran en todos los organismos: animales, plantas y bacterias.  Las ATPasas tienen en común las siguientes características:  se localizan insertadas en membranas biológicas,  hidrolizan ATP y transportan al menos una sustancia a través de la membrana.  Las ATPasas están implicadas directa o indirectamente en gran parte de los procesos de transporte a través de membranas. Tema 5: ATPasas 2  Clasificación de las ATPasas Tipos de ATPasas transportadoras ATPasas tipo P ATPasas ABC ATPasas tipo V ATPasas tipo F y A (actúan como sintasas) Defectos en la función de las ATPasas se asocia con enfermedades ATPasas no relacionadas Se pueden clasificar por sus funciones: con el transporte  El ion/compuesto que transportan  Síntesis de ATP (F y A)/ Hidrólisis de ATP (V, P y ABC)  Rotacionales (F y V) y no rotacionales (P y ABC)  Número de subunidades: bajo (P y ABC) y alto (F y V). Pedersen (2007) J. Bioenerg. Biomembr. 39, 349  Son nanomáquinas (las de tipo P y ABC) o doble nanomáquinas (las de tipo F y V). Tema 5: ATPasas 3  Introducción ATPasas tipo P  Las ATPasas tipo P forman una gran familia de proteínas de membrana ubicuas en todos los seres Phosphorylated intermediate-type vivos que principalmente transportan iones a través ATPase (P-type ATPase) de la membrana plasmática o de membranas de compartimentos intracelulares.  El transporte es activo, en contra del gradiente de concentración, utilizando como fuente de energía la hidrólisis de ATP. Son transportadores primarios o bombas.  Aproximadamente el 30% del todo el ATP producido en las células de mamíferos se consume por las bombas ATPasas tipo P.  Transportan H+, Na+, K+, Ca2+, pero también metales pesados como Cu+, Cd2+ o Hg2+, así como lípidos e incluso hélices de cadena polipeptídicas.  Se distinguen del resto de las ATPasas por la formación de un intermediario fosforilado (β-aspartil fosfato; Asp-P) durante el ciclo de transporte.  So inhibidas por vanadato, que impide su fosforilación. Tema 5: ATPasas 4  ATPasas tipo P Estructura general  La unidad funcional mínima, α (∼110 kDa), consiste citosol en una única cadena polipeptídica con 5 dominios Ca2+ ATPasa del retículo que cooperan durante el ciclo de transporte. sarco(endo)plasmático  3 dominios citosólicos: (SERCA)  Dominio de unión de nucleótidos (N), tophat (sombrero de copa), que une el ATP.  Dominio de fosforilación (P), donde se encuentra un Asp conservado fosforilable.  Dominio actuador (A), con actividad fosfatasa, Palmgren y Nissen, encargado de la desfosforilación del Asp del 2011 Annu Rev dominio P. Biophys 40, 243  2 dominios transmembrana (TM)  Dominio de transporte (T). Incluye las hélices TM1-TM6, donde se localiza el sitio de unión de los sustratos (normalmente iones).  Dominio de soporte (S). Suele incluir las hélices TM7-TM10, y tiene una función principalmente estructural.  El dominio T y los dominios citoplásmicos están conectados por cuellos o tallos que sobresalen de la membrana, y que acoplan cambios estructurales Weidemüller y entre ambos. Hauser, 2009 BBA  Muchas ATPasas tienen un dominio citosólico 1787, 721 adicional de función reguladora (R), en C-t o N-t.  Algunas ATPasas tienen más cadenas polipeptídicas. Tema 5: ATPasas 5 ATPasas tipo P ATPasas tipo-P mejor caracterizadas (modelo): Ca2+ ATPasa del retículo sarco(endo)plasmático (SERCA) o Formada por la unidad funcional mínima α,. Estructura general o Bombea 2 Ca2+ al lumen del RE y 2-3 H+ al citosol Na+/K+-ATPasa de la membrana plasmática (NKA) o Heterotrímero de la subunidad α y subunidades β y δ (FXYD) o Bombea 3 Na+ al exterior y 2 K+ al citosol. Na+/K+-ATPasa SERCA 6 ATPasas tipo P Na+ K+ H+ Sitio de unión Sitio de unión Sitio de unión ocluído Ciclo Albert-Post hacia el citosol hacia el exterior ATP ADP ADP  Ciclo Albert-Post: mecanismo conceptual básico para E2P describir el transporte de las ATPasas tipo P, E1-ATP E1-ATP E1P-ADP inicialmente propuesto para la Na,K-ATPasa. Asp crítico fosforilado por ATP  Basado en cambios cíclicos entre dos estados Liberación de K+ y Liberación de Na+ y unión de K+ conformacionales de la proteína, E1/E2. unión de Na+  Estado E1: sitio de unión de iones expuesto al ATP Asp crítico desfosforilado H2O (hidrólisis) citosol y selectivo para Na+ (o para el ion a ser E2 E2P E2P bombeado al exterior/lumen). E1-ATP  Estado E2: sitio de unión de iones expuesto al Pi exterior (o al lumen) y selectivo para K+ (o para el ion a ser bombeado al citosol).  Estados ocluidos E1 y E2: se forman cuando se transita entre los estados E1 y E2, con los iones inaccesibles al medio.  In vitro, las reacciones parciales del ciclo de  La fosforilación del Asp por el ATP induce que la transporte pueden funcionar en sentido conformación E1 con Na+ unido en el citosol cambie inverso bajo determinadas condiciones a la conformación E2, liberando el Na+ al exterior experimentales.  La desfosforilación del Asp por hidrólisis induce que  En condiciones fisiológicas el ciclo sólo ocurre la conformación E2 con K+ unido desde el exterior en sentido de las agujas del reloj. cambie a E1, liberando el K+ al citosol.  Cuando el ciclo puede ocurrir en sentido  El ciclo de fosforilación / desfosforilación, mantenido inverso actúan mecanismos inhibitorios que lo por la hidrolisis de ATP a ADP y Pi, da lugar al evitan. transporte vectorial (bombeo) de iones. 7  ATPasas tipo P Estructuras con resolución atómica de ATPasas tipo P y mecanismo de transporte Las ATPasas de tipo P pueden ser atrapadas en varias etapas del ciclo de transporte combinando análogos del ATP (como AMPPCP o AMPPNP), análogos del fosfato [BeF3-, AlF4-, VO4-], altas concentraciones de iones, y/o por unión de péptidos y moléculas inhibidoras. Esto ha permitido cristalizar y resolver la estructura atómica de estados intermediarios del ciclo de transporte, principalmente para SERCA, lo que ha ayudado a entender su mecanismo de transporte. hay que tener en cuenta que las estructuras resueltas corresponden generalmente a estados no funcionales y, por lo tanto, pueden diferir en detalles con la estructura de estados funcionales.  Primera estructura atómica (2.6 Å) de la ATPasa de  Primera estructura atómica Ca2+ del retículo sarcoplasmático, SERCA (3.5 Å) de la ATPasa de Na+,K+ Toyoshima, et al Nature 405, 647–655 (2000) Olesen et al. Nature 450, 1036–1042 (2007). Chikashi Toyoshima Poul Nissen https://www.iqb.u-tokyo.ac.jp/StrBiol/en/index.html https://mbg.au.dk/en/research/research-areas/neurobiology/poul-nissen Tema 5: ATPasas 8  ATPasas tipo P Atrapado con sarcolipina (péptido Atrapado con Atrapado con inhibidor) AMPPCP ADP y AlF4- Estructuras determinadas para SERCA en diferentes estados del ciclo de transporte Dyla et al. Annu Rev Biochem. 2020 Jun 20;89:583-603. PO4-2 ATP AlF4- AMPPCP BeF3- ·H2O Atrapado con el Atrapado Atrapado inhibidor tapsigargina con AlF4- 9 con BeF3-  Mecanismo de transporte ATPasas ATPasastipo tipoPP Sitio de unión abierto hacia el interior con los iones a transportar (2 Ca2+ en SERCA) unidos a las hélices del dominio T. La unión del ATP induce que el dominio N y P se aproximen: la adenina tiene afinidad por N (F487 en SERCA) y los trifosfatos por el dominio P. La transferencia del grupo fosfato δ del ATP al Asp (D351 en SERCA) induce la rotación del domino A, aproximándolo al dominio P, y afectando a la posición y orientación de las hélices TM de dominio T. Nos encontramos ahora en el estado E2P (abierto al exterior). Los iones pueden difundir al exterior (2 Ca2+ en SERCA) y ser sustituidos por contraiones (2-3 H+ en SERCA) La unión de los contraiones acaba de ajustar la posición del motivo TGE con actividad fosfatasa del dominio A, y se desfosforila el Asp del dominio P. La desfosforilación induce rotaciones en el dominio A y P, y el dominio N puede volver a unir ATP. La proteína cambia a conformación E1, liberando los contraiones (2-3 H+ en SERCA) al interior y uniendo los iones (2 Ca2+ en SERCA) 10  ATPasas tipo P P1A: KdpA. Implicada en el transporte de K+ en bacterias, pero no bombea K+. P1B: ATPasas de metales pesados. Presentes en todas la Clasificación filogenética de las formas de vida. Muy abundantes en bacterias. Extraen metales tóxicos y proveen de metales a las ATPasas tipo P: metaloproteínas. P2A y P2B: ATPasas de Ca2+ como SERCA y PMCA P2C: Na/K+ ATPasas y H+/K+ ATPasas. Muy importantes en animales para contracción muscular, el potencial de acción, mantener potencial de membrana, etc. P3A: H+-ATPasas. Muy importantes en plantas y hongos para mantener el potencial de membrana. P3B: Mg2+-ATPasas. P4: ATPasas de fosfolípidos. Actúan como flipasas, contribuyendo a la asimetría de las membranas y a la formación de vesiculas. Son las ATPasas tipo-P más abundantes en eucariotas. Ausentes en procariotas. P5: Consideradas ATPasas huérfanas. Específicas de eucariotas. Recientemente se ha visto que P5A extrae hélices de la membrana del RE, y P5B exporta poliaminas de lisosomas al citosol. 11  ATPasas tipo P Sustrato desconocido Dominio S Organización y modo de transporte de las Anti-Cotransporte Número de TM diferentes ATPasas tipo-P uni-transporte P1A: KDpA. Transporte desconocido. P1B: ATPasas de metales pesados. Extraen Cu+, Cu2+ Ag+, Zn2+, Co2+, Pb2+ y Cd2+ en procariotas y eucariotas. P2A y P2B: Ca2+ ATPasas. Bombeo de Ca2+ fuera y H+ dentro. P2C: Na/K+ ATPasas y H+/K+ ATPasas. Bombeo de Na+ o H+ fuera y de K+ dentro. P3A y P3B: H+-ATPasas y Mg2+ ATPasas. Bombean H+ o Mg2+ hacia fuera P4: ATPasas de fosfolípidos (flipasas). Bombean ciertos fosfolípidos desde la cara extracelular a la citosólica. Son probablemente uni-transportadores. P5: Consideradas ATPasas huérfanas. Palmgren y Nissen, 2011 Annu Rev Biophys 40, 243 Tema 5: ATPasas 12  Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P Tipos:  Localizadas en el retículo endo(sarco)plásmico, incluyendo la envuelta nuclear (SERCA)  Localizadas en la red Golgi (SPCA)  Localizadas en la membrana plasmática (PMCA) Na+ Na+ neuromuscular junction Na,K- “T” tubule NCX PMCA ATPase ATP ADP ATP ADP Na+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ actin/myosin filaments DHP channel SR Ca2+ Ca2+ Ry channel ATP AT ADP SERCA ADP P Ca ATP 2+ ATP Brini y Carafoli 2009 Physiol Rev 89, 1341 Tema 5: ATPasas 13  Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P SERCA Localización, Función y estructura  Proteína más abundante (80%) del retículo sarcoplasmático (RS) de células musculares.  Bombea 2 Ca+2 al lumen del RS y 2-3 H+ al citosol por ATP hidrolizado.  Crea un enorme gradiente de [Ca2+], 0.1 μM en el citosol y 1 mM en el RS, sin crearlo para H+ (la membraan del RS es permeable a ellos)  SERCA induce la relajación de las células musculares tras la contracción inducida por la activación de los canales de Ca2+ de rionadina.  Estructura prototipo de las ATPasas tipo P.  La translocación de Ca2+ y H+ por SERCA sigue el mecanismo de accesibilidad alternante Albert-Post.  Hay una segregación clara de los acontecimientos catalíticos  actividad ATPasa localizada en los dominios citosólicos.  translocación localiza en los sitios de unión de Ca2+ y H+ tramembrana.  Los cambios coordinados de afinidad en los sitios de unión de Ca2+ son la clave para el transporte activo, ya que el Ca2+ citoplásmico es unido con afinidad µM y liberado al lumen con afinidad mM. Tema 5: ATPasas 14  Ca2+-ATPasas SERCA tipo P SERCA ATPasas Mecanismo de transporte  Los estados principales conformacionales E1 y E2 tienen mayor afinidad por Ca2+ y H+ respectivamente.  E1 posee una conformación abierta hacia el citisol y E2 hacia el lumen.  Todos los pasos son reversibles.  La unión y liberación de Ca2+ cambia la especificidad del sitio de fosforilación, mientras que la fosforilación/desfosforilación cambian la accesibilidad y afinidad de los sitios de Ca2+.  El acoplamiento entre el sitio de fosforilación y el de unión de Ca2+ es necesario para un bombeo eficiente de Ca2+.  Los cambios de los dominios N, P y A durante el ciclo de transporte son muy importantes.  El ATP se une entre los dominios N y P y actúa de pegamento.  La hidrólisis del ATP hace que el dominio A se aproxime al sitio de fosforilación y el motivo TGE participa en la desfosforilación. Tema 5: ATPasas 15  Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P SERCA Mecanismo de transporte link to movie  Las interacciones entre los dominios N y P se debilitan debido a la transferencia del P γ al Asp 351. Esto da lugar a cambios conformacional ya descritos en los dominios A y P, que primero ocluye los sitios de unión del Ca2+ (E1P.2 Ca2+) y luego los expone al lumen (E2P.2Ca+).  Esto produce la liberación del Ca2+ de los sitios de baja afinidad de E2 y del intercambio de n (2-3) H+ para compensar parcialmente la presencia de exceso de carga electrostática en el sitio de unión.  Esto es seguido por el cierre del canal luminal y la oclusión de los H+ unidos. En el último paso, la ATPasa es desfosforilada por la vuelta TGES, lo que provoca el cambio al estado inicial Tema 5: ATPasas 16  Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P SERCA Weidemüller y Hauser, 2009 BBA Mecanismo de transporte 1787, 721  Para un acoplamiento efectivo es necesario que el Asp sólo se fosforile por el ATP cuando el sitio de unión está ocupado por Ca2+. En caso contrario habría hidrolisis de ATP y cambio de la conformación de E1-P a E2-P sin bombeo de Ca2+.  Esto se consigue porque la unión de Ca2+ en el dominio T induce cambios conformacionales que aproximan el fosfato δ del ATP al Asp351.  Del mismo modo, el motivo TGE del dominio A sólo está en la posición adecuada para hidrolizar el fosfato de Asp351 cuando el Ca2+ ha sido sustituido por H+. Ca2+-free ATP-bound Ca2+ and ATP bound 17 Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P SERCA SERCA y el motor de pistones http://www.bradanovic.cl/automania/ mecanica/A4piston.jpg Brini y Carafoli 2009 Physiol Rev 89, 1341 Tema 5: ATPasas 18  Ca2+-ATPasas ATPasas tipo P SERCA Regulación e inhibidores:  SERCA está regulada por pequeñas proteínas con una única hélice transmembrana y que se unen con estequiometria 1:1. Los ejemplos mejor conocidos son el fosfolamban (PLN) de 52 aa, y la sarcolipina (SLN), de 32 aa.  PLN se une a SERCA y impide la transición de E2 a E1, inhibiéndola. La afinidad de PLN por SERCA depende de la [Ca2+] citosólica. También la fosforilación de PLN en respuesta a estimulo β-adrenérgico reduce su afinidad por SERCA, lo que aumenta su actividad y permite ciclos de contracción-relajación más rápidos y más potentes.  La unión de SLN a SERCA está involucrada en la termogénesis (generación de calor sin contracción muscular) por SERCA, al desacoplar parcialmente la hidrólisis de ATP por SERCA con el bombeo de Ca2+. En mamíferos la termogénesis por el músculo esquelético se complementa por la del tejido adiposo marrón, donde tiene lugar en la mitocondria.  La tapsigargina (Tg), un sesquiterpeno lactona de plantas, es un inhibidor específico de SERCA con una afinidad muy alta (subnanomolar) por la conformación E2. Se usa en experimentación para estudiar efectos de una concentración citosólica de Ca2+ alta y del ER baja que resultan de inhibir a SERCA. 19 Tema 5: ATPasas  Ca2+-ATPasas PMCA ATPasas tipo P PMCA PMCA: Plasma Membrane Ca+2 ATPasa. P2B con Intercambiador estructura similar a SERCA Na+/Ca+2 (NCX) En humanos 4 isoformas con splicing múltiple. Transporta 1H+/1Ca+2/1ATP. Funciona en paralelo con el intercambiador Na+/Ca2+ (NCX), pero es 10x más lento que el intercambiador. Tiene mayor afinidad por el calcio que el intercambiador NCX. Se regula por un dominio calmodulina e interacciona con diferentes proteínas. Tema 5: ATPasas 20  Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Ciclo de reacción:  Crea los gradientes electroquímicos de Na+ y K+ que son la base de procesos celulares esenciales:  Resuelve el problema osmótico creado por la presencia de aniones en el citoplasma.  Excitabilidad eléctrica.  Sistemas de transporte activo secundario dependientes de Na+ y de H+  Regulación directa e indirecta de la homeostasis de pH y el control del volumen celular.  Transductor de señales extracelulares al citoplasma  Su ciclo de reacción es similar al estudiado:  La unión de 3 Na+ desde dentro de la célula al estado E1-ATP de la Na+ K+ ATPasa dispara la fosforilación lo que produce el estado ocluido [Na3]E1P-ADP y la transición al estado E2P.  Esto permite que se intercambien los 3 Na+ por 2 K+ fuera de la célula y 1 H+ citoplásmico (entra y sale del citoplasma, no se transporta) en el sitio vacio.  El cierre del estado E2P provoca la desfosforilación y la formación del estado ocluido [K2] E2.  La unión de ATP conduce a la formación del estado E1 y a la liberación de K+ dentro y la unión de Na+. Morth et al., (2011) Nature Rev. Mol. Cell Biol. 12, 60 Tema 5: ATPasas 21  Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Estructura: Subunidad Beta  La Na+, K+ ATPasa de humanos es un heterotrímero αβγ  La subunidad α (110 kDa) tiene 4 isoformas (α1-α4). β  Constituye la bomba con 10 TM (M1- extracellular M6 M5 M10) y los dominios A, P y N  La subunidad β (55 kDa) tiene 3 K+ isoformas (β1-β3).  Contiene un TM con 3 sitios de γ K+ T glicosilación y con un gran dominio cytoplasm M4 extracelular con puentes disulfuro.  Es exclusiva de ATPasas tipo P con α P contratransporte de K+. phophorylation  Está implicada en insertar correctamente a la subunidad α en la membrana plasmática y en la oclusión del K+. A  La subunidad γ (riñones) pertenece a la familia FXYD regula la actividad de la N bomba de forma dependiente de tejido y Subunidad Alpha de isoformas. Morth et al., (2007) Nature 450, 1043 Clausen et al., (2017) Frontiers Physiol. 8, 371 Tema 5: ATPasas 22 Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Estructura y α-subunit mecanismo: α-subunit link to movie Tema 5: ATPasas 23  Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Transporte activo secundario asociado: Regulación del pH citosólico a) Cuando el pHi 2K+ Na+ Antiporte Simporte Na+ Na+ HCO3- Cl- NCX 3Na+ 3Na+ 3Na+ ATP Na+ H+ H+ ATP ADP +Pi Cl- K+, 2Cl- 2K+ Ca2+ + H+ ADP HCO3- CO2 + H2O [Na+] 15mM Pi Na+ [K+] 150 mM Anhidrasa carbónica Na+ [Cl-] 7 mM H+ Azúcares o NHE aminoácidos [Na+] 140 mM b) Cuando el pHi [K+] 4 mM [Cl-] 105 mM Cl- HCO3-+ H+ Anhidrasa carbónica CO2 + H2O 24 Tema 5: ATPasas  Digitalis purpurea Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Célula del músculo Glucósidos cardiotónicos: cardiaco 3Na + Ca2+  La digital o digitalina es una mezcla de esteroides de las hojas de Digitalis purpurea. Se utilizan desde finales del siglo XVIII en el tratamiento de la ADP+Pi ATP insuficiencia cardiaca congestiva, arritmias o fallos del 2K+ 3Na+ miocardio.  La digoxina y la digitoxigenina son inhibidores de la bomba de Na+/K+. Su sitio de unión está evolutivamente conservado. α- subunit  Se unen a la Na+,K+-ATPase en la zona transmembrana.  Su inhibición provoca el aumento de la concentración Digitoxigenina γ-subunit de sodio intracelular, pero también del calcio (por la dependencia del antiportador Ca2+/Na+ NCX en la bomba).  El aumento de calcio intracelular activa a las proteínas contráctiles (actina y miosina), lo que incrementa la β-subunit fuerza de contracción del músculo cardiaco. Digoxina digoxina (PDB 4RET). Tema 5: ATPasas 25  Na+, K+ ATPasa ATPasas tipo P Ouabaina (OBN):  Los esteroides cardiotónicos endógenos y exógenos como la ouabaína se unen específicamente a la NKA.  El sitio de unión de la ouabaína parece ser el bolsillo extracelular de las M1-M2, en la conformación E2P.  Al inhibir la actividad de la Na+,K+-ATPasa aumentan la concentración intracelular de Na+, lo que a su vez ralentiza el intercambiador Na+/Ca2+ y provoca un aumento de la concentración intracelular de Ca2+, dando lugar a contracciones musculares más fuerte.  Aunque tiene efectos terapeutucos a bajas dosis para tratar la tensión baja y las arritmias, es muy tóxica. Ogawa et al., (2009) PNAS 106, 13742 26 Tema 5: ATPasas  Otras ATPasas tipo P H+, K+ ATPasa  Es la bomba de protones gástrica, responsable de la acidez en el estómago (P-ATPasa tipo 2C)  Cataliza el intercambio electroneutro de 2 H+ intracelulares por 2 K+ extracelulares.  Resiste un gradiente de pH de más de 6 unidades (gradiente [H+] > 1 millón), desde pH 7.4 en el epitelio a pH 0.8 en el estómago.  Junto con los canales CLIC6 produce 2-3 L de HCl en el jugo gástrico al día.  La extensión N-t de la subunidad b es determinante para la estabilización del estado E2 de la H+K+ ATPasa evitando que ocurra la reacción reversa y manteniendo la membrana epitelial gástrica resistente al fuerte gradiente de H+.  Las subunidades b de las bombas están implicadas en la organización de la matriz extracelular, participando en las interacciones célula a célula, por lo que hay que considerarlas como estructuras de alto orden de complejidad de las biomembranas. Tema 5: ATPasas 27  Otras ATPasas tipo P H+, K+ ATPasa Inhibidores  Las dolorosas condiciones de la dispesia, tales como la úlcera gástrica y la enfermedad del reflujo gastroesofágico afectan a multitud de personas.  Inicialmente se utilizaron antagonistas del receptor de histamina para inhibir el exceso de acidez.  Los inhibidores de la bomba de protones (fármacos PPI o benzimidazoles) están entre los fármacos más seguros e importantes en términos de ventas.  En medio muy ácido forman sulfonamidas, que reaccionan con los tioles de Cys de la ATPasa, inhibiéndola. Antiulcerosos =Prazoles benzimidazol pH↓ Enz-SH 28 Tema 5: ATPasas  Otras ATPasas tipo P H+ ATPasa  La H+-ATPasa de hongos y plantas es una ATPasa de tipo 3A, electrogénica, que bombea un H+ hacia fuera por cada ATP hidrolizado y crea gradientes de pH muy fuertes (potencial de membrana de -150 a -300 mV).  Del gradiente de H+ depende la incorporación de nutrientes, así como otros transportes activos secundarios.  No presenta contransporte de iones y en su lugar se forma un puente salino intramolecular al liberarse el H+ del sitio de unión en la conformación E2P. Tema 5: ATPasas Pedersen et al., (2007) Nature 450, 1111 29  Otras ATPasas tipo P ATPasas tipo P1B: Heavy Metal ATPases (HMA)  Transportan metales pesados (Cu+, Cu2+, Zn2+, Co2+) a través de membranas.  Pueden ser específicas de distintos estados redox del metal (Cu+/ Cu2+)  En eucariotas superiores son responsables de la absorción, distribución y almacenamiento de metales que son esenciales (micronutrientes).  Las plantas difieren significativamente de otros organismos en el número y selectividad de sus ATPasas. Arabidopsis contiene 4 de Cu+ y 3 de Zn2+ (transporte a orgánulos, carga haces vasculares, destoxificación…) 30 Tema 5: ATPasas Argüello et al., (2007) Biometals 20, 233  Otras ATPasas tipo P ATPasas tipo P1B: Heavy Metal ATPases (HMA)  Normalmente catalizan la salida de metales del citoplasma (en algún caso la entrada) por lo que confieren tolerancia a metales en arqueas y bacterias.  CopA (Legionella pneumophila) es una Cu+ ATPasa que destoxifica el Cu+ usado como desinfectante y produce la legionelosis.  Las P1B-ATPasas no crean gradientes muy altos, baja [Cu2+] libre, sino que están implicadas en el transporte intracelular (red trans-Golgi), a larga distancia y destoxificación de metales CopA (esenciales y tóxicos).  Dominios reguladores citoplásmicos de unión de metales (NMBD) que pueden localizarse en el C-t o N-t y pueden repetirse múltiples veces. Cu+ ATPasa 31 Tema 5: ATPasas  ATPasas tipo P ATP8A1 (PDB 6k7m) exo ATPasas tipo P4  También se denominan flipasas y translocasas de cito aminofosfolípidos (APLTs) cyto  Están implicadas en la translocación de fosfatidilserina aminofosfolípidos de la monocapa exoplásmica a la citoplásmica de las membranas biológicas.  Se requieren para la biogénesis de vesículas y el exo CDC50A tráfico vesicular a lo largo de la ruta de secreción.  La fosfatidilserina translocasa (ATP8B1) es la ATPasa tipo 4 más estudiada de mamíferos. Se expresa en hepatocitos y las mutaciones provocan enfermedades hepáticas severas. 32 Tema 5: ATPasas