As canles de cloruro son unha superfamilia de canles iónicas específicas para o ión cloruro (Cl− ) pouco comprendidas polo momento. En realidade, estas canles poden conducir moitos tipos de ións, pero reciben o nome de canles de cloruro porque a concentración destes ións in vivo é moita maior que outros anións e son os que máis pasan polas canles.[1] En humanos caracterizáronse varias familias de canles iónicas dependentes de voltaxe e dependentes de ligando (por exemplo, as familias CaCC).
As canles de cloruro dependentes de voltaxe realizan numerosas funcións esenciais fisiolóxicas e celulares, como o control do pH, homeostase do volume celular, transporte de solutos orgánicos, regulación da migración, proliferación, e diferenciación celular. Baseándose na homoloxía de secuencias as canles de cloruro poden subdividirse en varios grupos.
Funcións xerais
As canles de cloro dependentes de voltaxe son importantes para establecer o potencial de membrana en repouso da célula e manter o correcto volume celular. Estas canles conducen Cl− ou outros anións como o HCO− 3, I− , SCN− , e NO− 3. A estrutura destas canles non é similar á doutras canles coñecidas. As subunidades da canle de cloruro conteñen entre 1 e 12 segmentos transmembrana. Algunhas canles de cloruro actívanse soamente pola voltaxe, é dicir a súa apertura (gating) depende da voltaxe, mentres que outros actívanse polo Ca2+, outros ligandos celulares ou o pH.[2]
Familia CLC
A familia CLC de canles de cloruro contén 10 ou 12 hélices transmembrana. Cada proteína forma un só poro. Sábese que algúns membros desta familia forman homodímeros. En canto á súa estrutura primaria, non están relacionadas con canles catiónicas coñecidas ou outros tipos de canles aniónicas. En animais hai tres subfamilias CLC. O CLCN1 está implicado en establecer e restaurar o potencial de membrana en repouso do músculo esquelético, mentres que outras canles xogan importantes papeis nos mecanismos de concentración de solutos nos riles.[3] Estas proteínas conteñen dous dominios CBS. As canles de cloruro son tamén importantes para manter concentracións de ións seguras dentro das células das plantas.[4]
Estrutura e mecanismo
A estrutura da canle CLC aínda non se resolveu; porén, resolveuse a estrutura dos intercambiadores CLC por cristalografía de raios X. Como a estrutura primaria das canles e intercambiadores é tan similar, a maioría das asuncións sobre a estrutura das canles está baseada na estrutura establecida para os intercambiadores bacterianos.[5]
Representación dunha canle de clolruro CLC. As frechas indican a orientación de cada metade de cada subunidade. Cada canle CLC está formada por dous monómeros, cada un dos cales contén o dominio transmembrana antiparalelo. Cada monómero ten o seu propio poro a través do cal poden atravesar o cloruro e outros anións.
Cada canle ou intecambiador está composto por dúas subunidades similares (é un dímero) e cada subunidade contén un poro. As proteínas están formadas por dúas copias da mesma proteína (é un homodímero) aínda que os científicos combinaron artificialmente as subunidades de diferentes canles para formar heterodímeros. Cada subunidade únese a ións independentemente doutros, o que significa que a condución ou intercambio ocorren independentemente en cada subunidade.[3]
Representación dun monómero de canle CLC. Dúas destas subunidades xúntanse para formar a canle CLC. Cada monómero ten tres sitios de unión para anións, chamados Sext, Scen e Sint. Os dous dominios CBS unen nucleótidos de adenosina para alteraren a función da canle
Cada subunidade consta de dúas metades relacionadas orientadas en direccións opostas, formando unha estrutura antiparalela. Estas metades xúntanse para formar o poro para os anións.[5] O poro ten un filtro a través do cal poden pasar o cloruro e outros anións, pero non deixa pasar a case nada máis. Estes poros cheos de auga filtran anións en tres sitios de unión, denominados Sint, Scen e Sext, que se unen ao cloruro e a outros anións. Os nomes destes sitios de unión corresponden ás súas posicións dentro da membrana. Sint está exposto ao fluído intracelular, Scen está situado dentro da membrana ou no centro do filtro, e Sext está exposto ao fluído extracelular. A cada sitio de unión únense diferentes anións cloruro simultaneamente. Nos intercambiadores, estes ións cloruro non interaccionan fortemente entre si, debido a interaccións compensadas coa proteína. Nas canles, a proteína non apantalla ou protexe os ións cloruro situados nun sitio de unión dos cloruros veciños cargados negativamente.[6] Cada carga negativa exerce unha forza repulsiva nas cargas negativas próximas a ela. Suxeriuse que esta repulsión mutua contribúe á alta velocidade de condución a través do poro.[5]
Os transportadores CLC bombean H+ a través da membrana. A vía dos H+ nos transportadores CLC utiliza dous residuos de glutamato, un no lado extracelular, Gluex, e outro no intracelular, Gluin. O Gluex tamén serve para regular o intercambio de cloruros entre a proteína e a solución extracelular. Isto significa que o cloruro e o protón comparten unha vía común no lado extracelular, pero diverxen no lado intracelular.[6]
As canles CLC tamén teñen dependencia do H+ , pero para a súa apertura en vez de para o intercambio de Cl− . En vez de utilizar gradientes para intercambiar dous Cl− por un H+ , as canles CLC transportan un H+ mentres que transportan simultaneamente millóns de anións.[6] Isto correspóndese cun ciclo da porta lenta.
As canles CLC eucariotas tamén conteñen dominios citoplasmáticos. Estes dominios teñen un par de motivos CBS, cuxa función non foi aínda completamente determinada,[5] pero, malia todo, a súa importancia está ilustrada polas patoloxías que se orixinan das súas mutacións. A enfermidade de Thomsen, a enfermidade de Dent, a osteoporose maligna infantil, e a síndrome de Bartter son todos trastornos xenéticos debido a estas mutacións.
Polo menos unha función dos dominios CBS citoplasmáticos ten que ver coa regulación por medio do nucleótido de adenosina. Determinados transportadores CLC e proteínas modulan a súa actividade cando se unen a ATP, ADP, AMP ou adenosina nos dominiso CBS. O efecto específico é único para cada proteína, pero a implicación é que certos transportadores CLC e proteínas son sensibles ao estado metabólico da célula.[6]
Selectividade
O Scen actúa como filtro de selectividade primario para a maioría das proteínas CLC, permitindo que os seguintes anións pasen ao seu través, desde o máis seleccionado ao menos: SCN−, Cl−, Br−, NO− 3, I−. Cambiar un certo residuo de serina no filtro de selectividade, denominada Sercen, por un aminoácido diferente altera a selectividade.[6]
Apertura e cinética
A apertura (gating) ocorre por medio de dous mecanismos: protoporo ou apertura rápida e común ou apertura lenta. A apertura común implica que ambas as subunidades da proteína pechen os seus poros ao mesmo tempo (cooperación), mentres que a apertura protoporo supón a apertura e peche independente de cada poro.[5] Como o seu nome implica, a apertura rápida ocorre a unha velocidade moito maior que a lenta. Os mecanismos moleculares precisos da apertura están aínda estudándose.
Para as canles, cando a porta lenta está pechada, ningún ión permea a través do poro. Cando a porta lenta está aberta, as portas rápidas abren de xeito espontáneo e independentemente unha da outra. Así, a proteína podería ten ambas as portas abertas, ou ambas pechadas, ou só unha das dúas portas abertas. Estudos de patch clamp dunha soa canle demostraron esta propiedade biofísica incluso antes de que se resolvese a estrutura de dobre poro das canles CLC. Cada porta rápida abre independentemente da outra e a condutancia de ións medida durante estes estudos reflicte unha distribución binomial.[3]
O transporte de H+ promove a apertura da porta común nas canles CLC. Para cada apertura e peche da porta común, transpórtase un H+ a través da membrana. A porta común tamén é afectada pola unión de nucleótidos de adenosina aos dominios CBS intracelulares. A inhibición ou activación da proteína por estes dominios é específica de cada proteína.[6]
Función
As canles CLC permiten que o cloruro flúa a favor do seu gradiente electroquímico, cando están abertas. Estas canles exprésanse na membrana plasmática. As canles CLC contribúen á excitabilidade destas membranas, así como ao transporte de ións a través da membrana.[3]
Os intercambiadores CLC están localizados en compoñentes intracelulares como endosomas ou lisosomas e axudan a regular o pH dos seus compartimentos.[3]
Patoloxía
A síndrome de Bartter, que está asociada con perda anormal de sales renal e a alcalose hipocalémica, débese ao transporte defectivo de ións cloruro e ións asociados na rama grosa ascendente da asa de Henle. A CLCNKB foi implicada nisto.[7]
Membros da familia da canle de cloruro epitelial (E-ClC) (TC# 1.A.13) catalizan o transporte bidireccional de ións cloruro. Os mamíferos teñen múltiples isoformas (polo menos 6 produtos xénicos diferentes máis as variantes de empalme) das proteínas da canle de cloruros epitelial, catalogadas na familia accesoria da canle de cloruro (CLCA).[8] O primeiro membro desta familia que foi caracterizado foi unha proteína de canle de cloruro regulada por Ca2+ do epitelio respiratorio illada das membrnas apicais traqueais bovinas.[9] Foi caracterizado bioquimicamente como un complexo de 140 kDa. A poteína EClC bovina ten 903 aminoácidos e catro posibles segmentos transmembrana. O complexo purificado, cando foi reconstituído nunha bicapa lipídica plana, comportábase como unha canle selectiva aos anións.[10] Era regulada polo Ca2+ por un mecaniso dependente da calmodulina quinase II. Pode haber homólogos distantes en plantas, ciliados e bacterias como Synechocystis e Escherichia coli, así que polo menos algúns dominios das proteínas da familia E-ClC teñen unha orixe antiga.
A familia da canle iónicsa intracelular de cloruros (CLIC) (TC# 1.A.12) comprende seis proteínas conservadas en humanos (CLIC1, CLIC2, CLIC3, CLIC4, CLIC5, CLIC6). Hai membros desta familia con proteínas solubles monómeras e con proteínas integrais de membrana que funcionan como canles iónicas selectivas para o cloruro. Estas proteínas pénsase que funcionan na regulación do potencial de membrana e na absorción e secreción de ións transepitelials nos riles.[11] Son membros da superfamilia da glutatión S-transferase (GST).
Estrutura
Posúen un ou dous posibles segmentos en hélice α transmembrana (TMSs). A proteína p64 bovina ten 437 residuos de aminoácidos e dous probables TMSs nas posicións 223-239 e 367-385. Os N- e C-terminais son citoplásmicos e o gran bucle central luminal pode estar glicosilado. A proteína nuclear humana (CLIC1 ou NCC27) é moito menor (241 residuos) e ten só un posible TMS na posición 30-36. É homóloga da segunda metade da p64.
Os estudos estruturais mostraron que en forma soluble, as proteínas CLIC adoptan un pregamento GST cun sitio acivo que presenta un motivo glutarredoxina monotiol conservado, similar a un GST de clase omega. Al Khamici et al. demostraron que as proteínas CLIC teñen actividade encimática de oxidorredutase dependente de glutatión e similar á da glutarredoxina.[12] As CLIC 1, 2 e 4 presentan a típica actividade similar á da glutarredoxina ao usar 2-hidroxietil disulfuro como substrato. esta actividade pode regular o funcionamento da canle iónica CLIC.[12]
Reacción de transporte
Velaquí a reacción de transporte xeral que se cre catalizan as canles de cloruro:
Cl− (citoplasma) → Cl− (espazo intraorganular)
CFTR
O CFTR é unha canle de cloro que pertence á superfamilia dos transportadores ABC. Cada canle ten dous dominios transmembrana e dous dominios para a unión de nucleótidos. A unión de ATP a ambos os dominios para a unión de nucleótidos causa cambios polos que os dominios se asocian, causando ademais cambios que abren o poro iónico. Cando se hidroliza o ATP, os dominios para a unión de nucleótidos disócianse de novo e o poro péchase.[13]
Patoloxía
A fibrose quística é causada por mutacións no xene CFTR do cromosoma 7, e a mutación máis común é a deltaF508 (unha deleción dun codón que codificaba fenilalanina, que ocupa a posición aminoacídica 508 no polipéptido CFTR normal). Calquera destas mutacións pode previr o correcto pregamento das proteínas e induce a súa subseguinte degradación, resultando na diminución do número de canles de cloruro no corpo.[14] Isto causa a acumulación de moco no corpo e infeccións crónicas.[13]
↑Agnel M, Vermat T, Culouscou JM (xullo de 1999). "Identification of three novel members of the calcium-dependent chloride channel (CaCC) family predominantly expressed in the digestive tract and trachea". FEBS Letters455 (3): 295–301. PMID10437792. doi:10.1016/s0014-5793(99)00891-1.
↑Bobadilla JL, Macek M, Fine JP, Farrell PM (xuño de 2002). "Cystic fibrosis: a worldwide analysis of CFTR mutations--correlation with incidence data and application to screening". Human Mutation19 (6): 575–606. PMID12007216. doi:10.1002/humu.10041.
Véxase tamén
Bibliografía
Schmidt-Rose T, Jentsch TJ (agosto de 1997). "Reconstitution of functional voltage-gated chloride channels from complementary fragments of CLC-1". The Journal of Biological Chemistry272 (33): 20515–21. PMID9252364. doi:10.1074/jbc.272.33.20515.
Zhang J, George AL, Griggs RC, Fouad GT, Roberts J, Kwieciński H, Connolly AM, Ptácek LJ (outubro de 1996). "Mutations in the human skeletal muscle chloride channel gene (CLCN1) associated with dominant and recessive myotonia congenita". Neurology47 (4): 993–8. PMID8857733. doi:10.1212/wnl.47.4.993.
