ATPasas Tipo V - Tema 5.3 PDF

ATPasas tipo V Otras ATP rotacionales Las H+-ATPasas tipo V (VoV1 –ATPasas o V-ATPasas) son ▪ FoF1-ATPasa: en mitocondrias, bombas de H+ dependentes de ATP. cloroplastos y bacterias Forman par...

ATPasas tipo V Otras ATP rotacionales Las H+-ATPasas tipo V (VoV1 –ATPasas o V-ATPasas) son ▪ FoF1-ATPasa: en mitocondrias, bombas de H+ dependentes de ATP. cloroplastos y bacterias Forman parte de la familia de ATPasas rotacionales (F- ▪ en condiciones fisiológicas son una ATPasas, A-ATPasas y V-ATPasas). ATP sintasas Las V-ATPasas están presentes en membranas de ▪ AoA1-ATPasa: en arqueobacterias y compartimentos intracelulaes de eucariotas, y en algunas bacterias. algunas en la membrana plasmática de algunas células ▪ En las arqueas actúan normalmente de animales. como ATP sintasa (con H+ o algunas veces Na+ como ion de acoplamiento), pero también pueden hacerlo como bombas. Cipriano et al., (2008) BBA 1777, 599 ▪ En bacterias a veces llamadas "V- ATPasas bacterianas" o "V/A- ATPasas“, pero son A-ATPasas. Distribución: ▪ H+ ATPasa de vacuolas (hongos y levadura) ▪ H+ ATPasa de tonoplasto (plantas) ▪ H+ ATPasa de vesículas intracelulares (lisosomas, Golgi, endosomas, vesículas de secreción) ▪ H+ ATPasa de membrana plasmática (animales): osteoclastos, macrófagos, c. renales, c. epiteliales de insectos… Tema 5: ATPasas 54  ATPasas tipo V Estructura: ▪ V-ATPasa de Saccharomyces Dominio citoplasmático V1 (650 KDa) cerevisiae: actividad ATPasa 8 subunidades diferentes (A, B, C, D, E, F, G y H), organizadas como A3B3C1D1E3F1G3H1-2 Dominio de membrana V0 (260 KDa) Translocación de protones del citosol al lumen (o espacio extracelular) 6 subunidades diferentes (a, d, e, c, c’ y c’’) organizadas en S. cerevisae como a1d1e1c4-5c’1c”1 Tema 5: ATPasas 55  ATPasas tipo V Mecanismo general Cipriano et al., (2008) Los dominios V1 y Vo están conectados por un cuello BBA 1777, 599 central compuesto por las subunidades D y F del V1 y la subunidad d del Vo. Este cuello sirve como un rotor que acopla cambios en la cabeza A3B3 del V1 causados por la hidrólisis del ATP a la rotación del anillo de subunidades c del Vo. Los cuellos (stalk) periféricos de subunidades E y G, junto con las subunidades C, H y a evitan la rotación de la cabeza A3B3 durante la hidrólisis de ATP (función estator). La sub a posee dos hsmicanales y un residuo clave Arg, que permite que un residuo Glu de las subunidades c se protone desde el citosol y se desprotone hacia el lumen a medida que el anillo c gira como resultado de la hidrólisis de ATP. Factor de acoplamiento: Para un giro completo del rotor: 3 ATPs hidrolizados En cada giro completo del rotor: se bombean tantos H+ como unidades c tiene el anillo (6-10). Estequiometria: 2-3.3= moles iones transportados/moles ATP hidrolizado. Tema 5: ATPasas 56  ATPasas tipo V Estado 3 Estados de la V-ATPasa y mecanismo Estado 1 de bombeo: A ▪ Las subunidades catalíticas ATPasa están en tres A conformaciones distintas que representan los B1 B2 cambios estructurales secuenciales asociados B1 B2 con la catálisis rotatoria. A A A A ▪ El cuello central gira alrededor de 120 entre B3 cada uno de los estados B3 ▪ El anillo c rota 139 entre los estados 1 y 2, 101 entre 2 y 3 y 120 entre 3 y 1 ▪ Para acomodar los cambios rotacionales diferenciales entre V1 Estado 2 y Vo, se producen deformaciones del cuello central por lo que se requiere la flexibilidad de la V-ATPasa para la transmisión A suave de los cambios entre V1 y Vo (el estator es flexible) B1 B2 A A B3 Vasanthakumar y Rubinstein (2020) Trends Biochem Sci, 45, 295-307 Tema 5: ATPasas 57  ATPasas tipo V mecanismo de bombeo Glu que “une” el protón (en rojo) Subunidad c Subunidad c`` 4 5 3 3 6 4 2 5 2 7 1 6 1 8 10 7 10 9 9 8 Corte del anillo c, ilustrando como las subunidades c (numeradas de 1 a 10) cambian de estado de protonación al girar el anillo, explicando el bombeo. Tema 5: ATPasas 58 ATPasas tipo V enlace a video Abbas et al.,. (2020) Science 365, 1240-1246 59  ATPasas tipo V Inhibidores No se inhiben por vandato Los primeros inhibidores específicos para V-ATPasa conocidos fueron bafilomicina y concamicina, y permitieron esclarecer la importancia de estas ATPasas en muchos procesos celulares Se unen al anillo c, impidiendo su rotación. Más recientemente se han encontrado más inhibidores, como archazolido A, o la familia de benzolactona enamidas (lobatamidas, salicilihalamidas etc). Esta familia e inhibidores tienen la peculiaridad de no afectar a V-ATPasas de levaduras o afectar sólo a algunas isoformas de mamíferos. Se unen al complejo Vo, posiblemente a la subunidad a, que presenta diferentes isoformas. 60 Tema 5: ATPasas  ATPasas tipo V Regulación de la actividad V-ATPasa: ▪ Disociación reversible de los complejos V1Vo ▪ Formación de puentes disulfuro en el complejo V1 ▪ Control de la localización celular con isoformas de algunas subunidades ▪ Cambios en la eficiencia de acoplamiento del transporte Cipriano et al., (2008) BBA 1777, 599 de protones con la hidrólisis de ATP. Forgac M. (2007) Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 917-929 61 Tema 5: ATPasas  ATPasas tipo V Localización: ▪ La información para la localización final reside en parte en las diferentes isoformas de la subunidad a. Hay cuatro isoformas en humanos. Cipriano et al., (2008) BBA 1777, 599 ▪ Diferentes tipos celulares (células renales, epidídimo…) controlan la densidad de V- ATPasas en la membrana plasmática mediante endo y exocitosis de vesículas. ▪ En las células del epidídimo, el proceso está controlado por una adenilil ciclasa soluble (sAC) que es sensible a los niveles citosólicos de bicarbonato. Si el pH del lumen sube (aumenta el bicarbonato) y la sAC es activada y aumenta el cAMP que aumenta la exocitosis y disminuye la endocitosis. Forgac M. (2007) Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 917-929 62 Tema 5: ATPasas  ATPasas tipo V Funciones de las V-ATPasas en membranas intracelulares Mantienen el pH óptimo de lisosomas, endosomas, red de trans Golgi y en vesículas de secreción. Activación de proteasas ácidas en lisosomas. Liberación de receptores de ligandos y reciclaje de receptores. Maduración de hormonas peptídicas Ciertos virus (ej. gripe) y toxinas (difteria, ántrax) utilizan el medio ácido creado por las V-ATPasas para entrar en el citosol. 63  Beyenbach y Wieczorek (2006) J ATPasas tipo V Exp Biol 209, 577 Funciones de las V-ATPasas en cerebro de mamíferos ▪Antiportador H+/neurotransmisor (S+) Ej: VMAT (vesicular monoamine transporter) S+=serotonina, dopamina, adrenalina, noradrenalina e histamina. serotonina dopamina noradrenalina adrenalina Abbas et al.,. (2020) Science 365, 1240-1246 histamina Tema 5: ATPasas 64  ATPasas tipo V Resumen función de las V-ATPasas intracelulares en diferentes procesos y patologías Forgac M. (2007) Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 917-929 Tema 5: ATPasas 65  ATPasas tipo V Funciones de las V-ATPasas en la membrana plasmática: Secreción de ácido a través de la membrana apical de: -túbulos renales -epidídimo -osteoclastos -células tumorales 66 Forgac M. (2007) Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 8, 917-929 Tema 5: ATPasas  ATPasas tipo V V-ATPasas en tonoplastos de plantas Beyenbach y Wieczorek (2006) J Exp Biol 209, 577 ´ Normalmente las bombas V-ATPasa no pueden generar diferencias de pH >2 unidades por el potencial de membrana asociado al bombeo de H+. En algunas vacuolas de plantas la presencia de canales de malato y citrato reduce el potencial de membrana y permite alcanzar pH vacuolares por la V-ATPasa próximos a 2. 67 Tema 5: ATPasas  68 Tema 5: ATPasas