Saluran klorida

Saluran klorida berpintu tegangan
Saluran klorida CLC (PDB: 1OTS​)
Identifikasi
SimbolVoltage_CLC
PfamPF00654
InterProIPR014743
SCOP1kpl
SUPERFAMILY1kpl
TCDB2.A.49
OPM superfamily10
OPM protein1ots
CDDcd00400

Saluran klorida adalah superfamili saluran ion yang kurang dipahami dan spesifik untuk klorida. Saluran ini dapat menghantarkan banyak ion berbeda, namun diberi nama klorida karena konsentrasinya secara in vivo jauh lebih tinggi dibandingkan anion lainnya.[1] Beberapa keluarga saluran berpintu tegangan dan saluran berpintu ligan (misalnya keluarga CaCC) telah dikarakterisasi pada manusia.

Saluran klorida berpintu tegangan melakukan banyak fungsi fisiologis dan seluler yang penting, seperti mengendalikan pH, homeostasis volume, mengangkut zat terlarut organik, mengatur migrasi sel, proliferasi, dan diferensiasi. Berdasarkan homologi urutan, saluran klorida dapat dibagi lagi menjadi beberapa kelompok.

Fungsi umum

Saluran klorida berpintu tegangan penting untuk mengatur potensial membran istirahat sel dan menjaga volume sel yang tepat. Saluran ini menghantarkan Cl−
 atau anion lain seperti HCO−
3, I−
, SCN−
, dan NO−
3. Struktur saluran ini tidak seperti saluran lain yang dikenal. Subunit saluran klorida mengandung antara 1 dan 12 segmen transmembran. Beberapa saluran klorida diaktifkan hanya oleh tegangan (yaitu berpintu tegangan), sementara saluran lainnya diaktifkan oleh Ca2+, ligan ekstraseluler lainnya, atau pH.[2]

Keluarga CLC

Keluarga saluran klorida CLC mengandung 10 atau 12 heliks transmembran. Setiap protein membentuk satu pori. Telah dibuktikan bahwa beberapa anggota keluarga ini membentuk homodimer. Dari segi struktur primer, mereka tidak berhubungan dengan saluran kation yang telah diketahui atau jenis saluran anion lainnya. Tiga subfamili CLC telah ditemukan pada hewan. CLCN1 terlibat dalam pengaturan dan pemulihan potensial membran istirahat otot rangka, sementara saluran lain memainkan peran penting dalam mekanisme konsentrasi zat terlarut di ginjal.[3] Protein ini mengandung dua domain CBS. Saluran klorida juga penting untuk menjaga konsentrasi ion yang aman di dalam sel tumbuhan.[4]

Struktur dan mekanisme

Struktur saluran CLC belum terselesaikan, namun struktur penukar CLC telah diselesaikan menggunakan kristalografi sinar-X. Karena struktur utama saluran CLC dan penukar sangatlah mirip, sebagian besar asumsi mengenai struktur saluran CLC didasarkan pada struktur yang dibuat untuk penukar bakteri.[5]

Representasi kartun saluran klorida CLC. Panah menunjukkan orientasi masing-masing setengah subunit individu. Setiap saluran CLC terbentuk dari dua monomer, masing-masing monomer mengandung domain transmembran antiparalel. Setiap monomer mempunyai porinya sendiri yang dilalui oleh klorida dan anion lainnya.

Setiap saluran atau penukar terdiri dari dua subunit serupa—dimer—setiap subunit berisi satu pori. Protein tersebut terbentuk dari dua salinan protein yang sama—homodimer—meskipun para ilmuwan telah menggabungkan subunit dari saluran berbeda secara artifisial untuk membentuk heterodimer. Setiap subunit mengikat ion secara independen satu sama lain, artinya konduksi atau pertukaran terjadi secara independen di setiap subunit.[3]

Representasi kartun dari monomer saluran CLC. Dua subunit ini bersatu membentuk saluran CLC. Setiap monomer memiliki tiga sisi pengikatan anion, Sext, Scen, dan Sint. Kedua domain CBS mengikat nukleotida adenosina untuk mengubah fungsi saluran.

Setiap subunit terdiri dari dua bagian terkait yang berorientasi berlawanan arah, membentuk struktur ‘antiparalel’. Bagian ini bersatu membentuk pori anion.[5] Pori-pori tersebut mempunyai penyaring yang dapat dilalui oleh klorida dan anion-anion lainnya, namun hanya sedikit yang dapat melewatinya. Pori-pori berisi air ini menyaring anion melalui tiga sisi pengikatan—Sint, Scen, dan Sext—yang mengikat klorida dan anion lainnya. Nama sisi pengikatan ini sesuai dengan posisinya di dalam membran. Sint terpapar cairan intraseluler, Scen terletak di dalam membran atau di tengah filter, dan Sext terpapar cairan ekstraseluler.[4] Setiap sisi pengikatan mengikat anion klorida yang berbeda secara bersamaan. Dalam penukar, ion klorida ini tidak berinteraksi kuat satu sama lain karena adanya interaksi kompensasi dengan protein. Dalam saluran, protein tidak melindungi ion klorida pada satu sisi pengikatan dari ion klorida yang bermuatan negatif di dekatnya.[6] Setiap muatan negatif memberikan gaya tolak-menolak pada muatan negatif di sebelahnya. Para peneliti berpendapat bahwa gaya tolak-menolak ini berkontribusi pada tingginya tingkat konduksi melalui pori-pori.[5]

Transporter CLC mengangkut H+ melintasi membran. Jalur H+ pada transporter CLC menggunakan dua residu glutamat—satu di sisi ekstraseluler, Gluex, dan satu lagi di sisi intraseluler, Gluin. Gluex juga berfungsi untuk mengatur pertukaran klorida antara protein dan larutan ekstraseluler. Ini berarti klorida dan proton berbagi jalur yang sama di sisi ekstraseluler, namun berbeda di sisi intraseluler.[6]

Saluran CLC juga bergantung pada H+, namun lebih berfungsi sebagai pintu daripada pertukaran Cl−. Alih-alih memanfaatkan gradien untuk menukar dua Cl− untuk satu H+, saluran CLC mengangkut satu H+ sekaligus mengangkut jutaan anion.[6] Hal ini sesuai dengan satu siklus pintu lambat.

Saluran CLC eukariotik juga mengandung domain sitoplasma. Domain-domain ini memiliki sepasang motif CBS yang fungsinya belum sepenuhnya dikarakterisasi.[5] Meskipun fungsi sebenarnya dari domain-domain ini belum sepenuhnya dikarakterisasi, kepentingannya diilustrasikan oleh patologi yang diakibatkan oleh mutasinya. Penyakit Thomsen, penyakit Dent, osteopetrosis maligna infantil, dan sindrom Bartter adalah kelainan genetik akibat mutasi tersebut.

Setidaknya satu peran domain CBS sitoplasma berkaitan dengan regulasi melalui nukleotida adenosina. Transporter dan protein CLC tertentu mempunyai aktivitas termodulasi ketika terikat dengan ATP, ADP, AMP, atau adenosina di domain CBS. Efek spesifiknya unik untuk setiap protein, namun implikasinya adalah bahwa transporter dan protein CLC tertentu bersifat sensitif terhadap keadaan metabolisme sel.[6]

Selektivitas

Scen bertindak sebagai filter selektivitas utama untuk sebagian besar protein CLC, memungkinkan anion berikut melewatinya, dari yang paling terpilih hingga yang paling sedikit: SCN−, Cl−, Br−, NO−3, I−. Mengubah residu serina pada filter selektivitas, berlabel Sercen, menjadi asam amino yang berbeda akan mengubah selektivitas.[6]

Pintu dan kinetika

Pintu (gating) terjadi melalui dua mekanisme: protopori atau pintu cepat dan umum atau pintu lambat. Pintu umum melibatkan kedua subunit protein yang menutup pori-porinya secara bersamaan (kerja sama), sedangkan pintu protopori melibatkan pembukaan dan penutupan independen setiap pori.[5] Sesuai dengan namanya, pintu cepat terjadi jauh lebih cepat dibandingkan pintu lambat. Mekanisme molekuler yang tepat untuk pintu masih dipelajari.

Untuk saluran, ketika pintu lambat ditutup, tidak ada ion yang menembus pori-pori. Ketika pintu lambat terbuka, maka pintu cepat terbuka secara spontan dan independen satu sama lain. Jadi, kedua pintu protein bisa saja terbuka, atau kedua pintunya tertutup, atau hanya salah satu dari dua pintunya yang terbuka. Penelitian penjepit-tempel saluran-tunggal menunjukkan sifat biofisik ini bahkan sebelum struktur pori ganda saluran CLC diselesaikan. Setiap pintu cepat terbuka secara independen satu sama lain dan konduktansi ion yang diukur selama penelitian ini mencerminkan distribusi binomial.[3]

Transpor H+ mendorong terbukanya pintu umum di saluran CLC. Untuk setiap pembukaan dan penutupan pintu umum, satu H+ diangkut melintasi membran. Pintu umum juga dipengaruhi oleh ikatan nukleotida adenosina pada domain CBS intraseluler. Penghambatan atau aktivasi protein oleh domain ini bersifat spesifik untuk setiap protein.[6]

Fungsi

Saluran CLC memungkinkan klorida mengalir menuruni gradien elektrokimia, ketika terbuka. Saluran-saluran ini diekspresikan pada membran sel. Saluran CLC berkontribusi pada rangsangan membran ini serta mengangkut ion melintasi membran.[3]

Penukar CLC terlokalisasi pada komponen intraseluler seperti endosom atau lisosom dan membantu mengatur pH kompartemennya.[3]

Patologi

Sindrom Bartter, yang berhubungan dengan pembuangan garam ginjal dan alkalosis hipokalemia, disebabkan oleh gangguan transportasi ion klorida dan ion terkait di lengkung Henle yang tebal dan menaik. CLCNKB telah terlibat.[7]

Penyakit bawaan lain yang memengaruhi organ ginjal adalah penyakit Dent, ditandai dengan hiperkalsiuria dan proteinuria dengan berat molekul rendah yang melibatkan mutasi pada CLCN5.[7]

Penyakit Thomsen dikaitkan dengan mutasi dominan dan penyakit Becker dengan mutasi resesif pada CLCN1.[7]

Gen

Keluarga E-ClC

CLCA, terminal N
Identifikasi
SimbolCLCA_N
PfamPF08434
InterProIPR013642
TCDB1.A.13

Anggota Keluarga Saluran Klorida Epitel (E-ClC) (TC# 1.A.13) mengatalisasi transpor dua arah ion klorida. Mamalia memiliki banyak isoform (setidaknya 6 produk gen berbeda ditambah varian sambungan) protein saluran klorida epitel, yang dimasukkan ke dalam keluarga Aksesori Saluran Klorida (CLCA).[8] Anggota pertama dari keluarga ini yang dikarakterisasi adalah epitel pernafasan, protein saluran klorida yang diatur oleh Ca2+ yang diisolasi dari membran apikal trakea sapi.[9] Ia secara biokimia ditandai sebagai kompleks 140 kDa. Protein EClC sapi memiliki 903 asam amino dan empat segmen transmembran yang masih diduga. Kompleks yang dimurnikan, ketika dilarutkan dalam lapisan ganda lipid planar, berperilaku sebagai saluran selektif anion.[10] Ia diatur oleh Ca2+ melalui mekanisme yang bergantung pada kalmodulin kinase II. Homolog jauh mungkin terdapat pada tumbuhan, ciliata, dan bakteri, Synechocystis dan Escherichia coli, jadi setidaknya beberapa domain dalam protein keluarga E-ClC memiliki asal muasal kuno.

Gen

Keluarga CLIC

Saluran ion intraseluler klorida
Identifikasi
SimbolCLIC
InterProIPR002946
TCDB1.A.12

Keluarga Saluran Ion Intraseluler Klorida (CLIC) (TC# 1.A.12) terdiri dari enam protein yang dilestarikan pada manusia (CLIC1, CLIC2, CLIC3, CLIC4, CLIC5, CLIC6). Anggotanya muncul sebagai protein larut monomer dan protein membran integral yang berfungsi sebagai saluran ion selektif klorida. Protein ini diperkirakan berfungsi dalam pengaturan potensial membran serta penyerapan dan sekresi ion transepitel di ginjal.[11] Mereka adalah anggota superfamili glutationa S-transferase (GST).

Struktur

Mereka mempunyai satu atau dua segmen heliks-α transmembran (TMS) yang masih diduga. Protein sapi p64 memiliki panjang 437 residu amino asil dan memiliki dua TMS terduga pada posisi 223-239 dan 367-385. Terminal-N dan -C bersifat sitoplasma, dan lengkung luminal sentral yang besar mungkin terglikosilasi. Protein inti manusia (CLIC1 atau NCC27) jauh lebih kecil (241 residu) dan hanya memiliki satu TMS terduga pada posisi 30-36. Ia homolog dengan paruh kedua p64.

Studi struktural menunjukkan bahwa dalam bentuk larut, protein CLIC mengadopsi lipatan GST dengan sisi aktif yang menunjukkan motif glutaredoksin monotiol yang dilestarikan, mirip dengan GST kelas omega. Al Khamici dkk. menunjukkan bahwa protein CLIC memiliki aktivitas enzimatik oksidoreduktase yang bergantung pada glutaredoksin.[12] CLIC 1, 2 dan 4 menunjukkan aktivitas khas seperti glutaredoksin menggunakan 2-hidroksietil disulfida sebagai substrat. Aktivitas ini dapat mengatur fungsi saluran ion CLIC.[12]

Reaksi transpor

Reaksi transpor umum yang diyakini sebagai saluran klorida yang terkatalisasi adalah:

Cl− (sitoplasma) → Cl− (ruang intraorganel)

CFTR

CFTR adalah saluran klorida milik superfamili transporter ABC. Setiap saluran memiliki dua domain transmembran dan dua domain pengikat nukleotida. Pengikatan ATP pada kedua domain pengikat nukleotida menyebabkan perubahan asosiasi domain tersebut, selanjutnya menyebabkan perubahan yang membuka pori ion. Ketika ATP dihidrolisis, domain pengikat nukleotida berdisosiasi lagi dan pori-pori menutup.[13]

Patologi

Fibrosis sistik disebabkan oleh mutasi pada gen CFTR pada kromosom 7, dengan mutasi yang paling umum adalah deltaF508 (penghapusan kodon yang mengode fenilalanina, yang menempati posisi asam amino ke-508 dalam polipeptida CFTR normal). Salah satu mutasi ini dapat mencegah pelipatan protein dan menyebabkan degradasi selanjutnya, sehingga mengakibatkan penurunan jumlah saluran klorida dalam tubuh.[butuh rujukan] Hal ini menyebabkan penumpukan lendir dalam tubuh dan infeksi kronis.[13]

Keluarga dan saluran klorida lainnya

Referensi

  1. ^ Jentsch TJ, Stein V, Weinreich F, Zdebik AA (April 2002). "Molecular structure and physiological function of chloride channels". Physiological Reviews. 82 (2): 503–68. doi:10.1152/physrev.00029.2001. PMID 11917096. 
  2. ^ Suzuki M, Morita T, Iwamoto T (Januari 2006). "Diversity of Cl(-) channels". Cellular and Molecular Life Sciences. 63 (1): 12–24. doi:10.1007/s00018-005-5336-4. PMC 2792346 alt=Dapat diakses gratis. PMID 16314923. 
  3. ^ a b c d e Stölting G, Fischer M, Fahlke C (Januari 2014). "CLC channel function and dysfunction in health and disease". Frontiers in Physiology. 5: 378. doi:10.3389/fphys.2014.00378 alt=Dapat diakses gratis. PMC 4188032 alt=Dapat diakses gratis. PMID 25339907. 
  4. ^ Li WY, Wong FL, Tsai SN, Phang TH, Shao G, Lam HM (Juni 2006). "Tonoplast-located GmCLC1 and GmNHX1 from soybean enhance NaCl tolerance in transgenic bright yellow (BY)-2 cells". Plant, Cell & Environment. 29 (6): 1122–37. doi:10.1111/j.1365-3040.2005.01487.x alt=Dapat diakses gratis. PMID 17080938. 
  5. ^ a b c d e Dutzler R (Juni 2007). "A structural perspective on ClC channel and transporter function". FEBS Letters. 581 (15): 2839–44. doi:10.1016/j.febslet.2007.04.016. PMID 17452037. 
  6. ^ a b c d e f Accardi A, Picollo A (Agustus 2010). "CLC channels and transporters: proteins with borderline personalities". Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes. 1798 (8): 1457–64. doi:10.1016/j.bbamem.2010.02.022. PMC 2885512 alt=Dapat diakses gratis. PMID 20188062. 
  7. ^ a b c Planells-Cases R, Jentsch TJ (Maret 2009). "Chloride channelopathies" (PDF). Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease. 1792 (3): 173–89. doi:10.1016/j.bbadis.2009.02.002. PMID 19708126. 
  8. ^ Evans SR, Thoreson WB, Beck CL (Oktober 2004). "Molecular and functional analyses of two new calcium-activated chloride channel family members from mouse eye and intestine". The Journal of Biological Chemistry. 279 (40): 41792–800. doi:10.1074/jbc.M408354200 alt=Dapat diakses gratis. PMC 1383427 alt=Dapat diakses gratis. PMID 15284223. 
  9. ^ Agnel M, Vermat T, Culouscou JM (Juli 1999). "Identification of three novel members of the calcium-dependent chloride channel (CaCC) family predominantly expressed in the digestive tract and trachea". FEBS Letters. 455 (3): 295–301. doi:10.1016/s0014-5793(99)00891-1 alt=Dapat diakses gratis. PMID 10437792. 
  10. ^ Brunetti E, Filice C (Juni 1996). "Percutaneous aspiration in the treatment of hydatid liver cysts". Gut. 38 (6): 936. doi:10.1136/gut.38.6.936. PMC 1383206 alt=Dapat diakses gratis. PMID 8984037. 
  11. ^ Singh H, Ashley RH (1 Februari 2007). "CLIC4 (p64H1) and its putative transmembrane domain form poorly selective, redox-regulated ion channels". Molecular Membrane Biology. 24 (1): 41–52. doi:10.1080/09687860600927907. PMID 17453412. 
  12. ^ a b Al Khamici H, Brown LJ, Hossain KR, Hudson AL, Sinclair-Burton AA, Ng JP, Daniel EL, Hare JE, Cornell BA, Curmi PM, Davey MW, Valenzuela SM (1 Januari 2015). "Members of the chloride intracellular ion channel protein family demonstrate glutaredoxin-like enzymatic activity". PLOS ONE. 10 (1): e115699. Bibcode:2015PLoSO..10k5699A. doi:10.1371/journal.pone.0115699 alt=Dapat diakses gratis. PMC 4291220 alt=Dapat diakses gratis. PMID 25581026. 
  13. ^ a b Gadsby DC, Vergani P, Csanády L (Maret 2006). "The ABC protein turned chloride channel whose failure causes cystic fibrosis". Nature. 440 (7083): 477–83. Bibcode:2006Natur.440..477G. doi:10.1038/nature04712. PMC 2720541 alt=Dapat diakses gratis. PMID 16554808. 

Bacaan lebih lanjut

Pranala luar

Hingga pengeditan ini, artikel ini menggunakan konten dari "1.A.13 The Epithelial Chloride Channel (E-ClC) Family", yang dilisensikan sedemikian rupa sehingga memungkinkan penggunaan kembali di bawah Lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa 3.0 Tanpa Adaptasi, tetapi tidak di bawah GFDL. Semua persyaratan yang relevan harus diikuti. Hingga pengeditan ini, artikel ini menggunakan konten dari "1.A.12 The Intracellular Chloride Channel (CLIC) Family", yang dilisensikan sedemikian rupa sehingga memungkinkan penggunaan kembali di bawah Lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa 3.0 Tanpa Adaptasi, tetapi tidak di bawah GFDL. Semua persyaratan yang relevan harus diikuti.

Kembali kehalaman sebelumnya