A ATPase V (ou V-ATPaseV-ATPase é a denominación inglesa e tamén un símbolo utilizado para elas.) ou ATPase vacuolar ou ATPase H+ de tipo vacuolar é un encima antigo e moi conservado evolutivamente que desempeña funcións moi diversas nos organismos eucarióticos. A ATPase V acidifica varios orgánulos celulares e bombea protóns a través da membrana plasmática de numerosos tipos celulares. As ATPases V acoplan a enerxía da hidrólise do ATP co transporte de protóns a través de membranas intracelulares e da plasmática das células eucarióticas.

Funcións das ATPases V

As ATPases V encóntranse nas membranas de moitos orgánulos, como os endosomas, lisosomas, e vesículas secretoras, nos que desempeñan diversas funcións esenciais para o funcionamento deses orgánulos. Por exemplo, o gradiente de protóns a través da membrana vacuolar dos lévedos xerado por estas ATPases dirixe a captación de calcio ao interior dos vacúolos por medio dun sistema antiportador de H+/Ca2+ . Na transmisión sináptica das neuronas, as ATPases V acidifican as vesículas sinápticas.

As ATPases vacuolares tamén se encontran nas membranas plasmáticas dunha ampla variedade de células como as células intercaladas dos riles, osteoclastos (células que reabsorben o óso), macrófagos, neutrófilos, espermatozoides, células do intestino medio de insectos, e certas células tumorais. As ATPases V da membrana plasmática están implicadas en procesos como a homeostase do pH, transporte acoplado, e metástase tumoral. As ATPases V na membrana do acrosoma do espermatozoide acidifican o acrosoma. Esta acidificación activa as proteases necesarias para a perforación da membrana do ovo durante a fecundación. As ATPases V da membrana plasmática dos osteoclastos bombean protóns á superficie do tecido óseo, o cal é necesario para a reabsorción ósea. Nas células intercaladas dos riles, estas ATPases bombean protóns á urina, permitindo a reabsorción de bicarbonato ao sangue.

Estrutura

A ATPase V de lévedo é a que mellor está caracterizada. Identificáronse polo menos 13 subunidades que forman o complexo funcional da ATPase V, que consta de dous dominios. As subunidades pertencen ao dominio Vo (subunidades asociadas á membrana) ou ao dominio V1 (subunidades asociadas perifericamente). O dominio V1 é responsable da hidrólise do ATP, mentres que o dominio Vo é responsable da translocación de protóns.

A porción V1 inclúe 8 subunidades, da A á H, con tres copias das subunidades catalíticas A e B, tres copias das subunidades estator E e G, e unha copia das subunidades reguladoras C e H. Ademais, o dominio V1 tamén contén as subunidades D e F, que forman un eixe de rotor central. O dominio V1 contén isoformas das subunidades específicas de tecido B, C, E, e G. As mutacións da isoforma B1 orixinan a enfermidade humana acidose tubular renal distal e a xordeira sensorineural.

O dominio Vo contén 6 subunidades diferentes, a, d, c, c', c", e, e a estequiometría do anel c está aínda suxeita a debate, e postúlase que é un decámero na ATPase V da avelaíña do tabaco Manduca sexta. O dominio Vo de mamífero contén isoformas específicas de tecido para as subunidades a e d, mentres que a ATPase V de lévedo contén dúas isoformas de subunidades específicas de orgánulo de a, chamadas Vph1p e Stv1p. As mutacións na isoforma a3 orixinan a enfermidade humana infantil osteopetrose maligna, e as mutacións na isoforma a4 dan lugar á acidose tubular renal distal, nalgúns casos con xordeira sensorineural.

A hidrólise do ATP nos sitios de unión do nucleótido catalítico na subunidade A impulsa a rotación dun talo central composto polas subunidades D e F, o cal á súa vez impulsa a rotación dun barril de subunidades c en relación coa subunidade a. A complexa estrutura da ATPase V foi determinada por medio das estruturas dos complexos atopados en Manduca sexta e lévedo que foron resoltos por miroscoia crioelectrónica de partícula única e tinguidura negativa, respectivamente. Estas estruturas revelaron que a ATPase V ten unha rede de tres estatores, ligada por un colar denso formado polas subunidades C, H, e a, as cales, aínda que separan os dominios V1 e V0, non interaccionan co eixe do rotor central formado polas subunidades F, D, e d. A rotación deste eixe de rotor central causada pola hidrólise do ATP nas subunidades catalíticas AB orixina o movemento do barril de subunidades c que están despois da subunidade a, o cal impulsa o transporte de protóns a través da membrana. Propúxose unha estequiometría de dous protóns translocados por cada ATP hidrolizado.

Ademais das subunidades estruturais da ATPase V de lévedo, identificáronse proteínas asociadas que cómpren para a ensamblaxe. Estas proteínas asociadas son esenciais para a ensamblaxe do dominio Vo e denomínanse Vma12p, Vma21p, e Vma22p . Dúas das tres proteínas, a Vma12p e a Vma22p, forman un complexo que se une transitoriamente a Vph1p (subunidade a) para axudar á súa ensamblaxe e maduración . A Vma21p coordina a ensamblaxe das subunidades de Vo e acompaña ao dominio Vo ata vesículas para o seu transporte ao aparato de Golgi .

V1

O dominio V1 da ATPase V é o sitio da hidrólise do ATP. Este dominio soluble consta dun hexámero de subunidades A e B alternantes, un rotor central D, estatores periféricos G e E, e subunidades reguladoras C e H. A hidrólise do ATP impulsa un cambio conformacional nas seis interfaces A|B e con iso a rotación do rotor central D. A diferenza da ATP sintase, o dominio V1 non é unha ATPase activa cando está disociado.

Subunidade C

A ATPase vacuolar C representa a subunidade C-terminal que é parte do complexo V1, e está localizada na interface entre os complexos V1 e V0.

A subunidade C xoga un papel esencial no control da ensamblaxe da ATPase vacuolar, actuando como un estator flexible que mantén unida as partes catalítica (V1) e de membrana (V0) do encima. A liberación da subunidade C do complexo da ATPase causa a disociación dos subcomplexos V1 e V0, o cal é un importante mecanismo para o control da actividade da ATPase vacuolar na célula. Esencialmente, crear un alto gradiente electroquímico e baixo pH, activa o encima para formar máis ATP.

Subunidade G Esta subunidade, é parte do V1, e é importante para a ensamblaxe e actividade da ATPase vacuolar.

Subunidade H Esta subunidade está só implicada na actividade e non na ensamblaxe.

Vo O dominio Vo é responsable da translocación de protóns. Ao contrario da ATP sintase de tipo F, o dominio Vo transporta protóns contra o gradiente de concentracións. A rotación do dominio Vo transporta os protóns en movementos coordinados co dominio V1, o cal é responsable da hidrólise do ATP. As subunidades do dominio Vo son:

Subunidade I A subunidade de 116kDa (ou subunidade a) e a subunidade I encóntranse no complexo V0 ou A0 das ATPases V e ATPases A, respectivamente. A subunidade de 116kDa é unha glicoproteína transmembrana necesaria para a ensamblaxe e a actividade de transporte de protóns do complexo da ATPase. Hai varias isoformas da subunidade de 116kDa, que teñen un papel potencial para destinar e regular as ATPases vacuolares a orgánulos específicos.

A función da subunidade de 116-kDa non está definida, pero a súa estrutura predita consta de 6–8 sectores transmembrana, o que suxire que pode ter unha función similar da subunidade a de FO.

Subunidade d Esta subunidade non é un compoñente integral de membrana do dominio do poro de membrana e é necesario para a correcta ensamblaxe do sector V0. Pénsase que está implicada na ensamblaxe regulada das subunidades V1 no sector da membrana ou alternativamente pode impedir o paso de protóns a través de poros V0.

Subunidade d2 Esta subunidade é parte do complexo V0 integral de membrana da ATPase vacuolar, o cal é responsable da acidificación de compartimentos intracelulares nas células eucarióticas. Axuda a proporcionar a maior parte da enerxía requirida para os procesos de transporte no sistema vacuolar. Pénsase que xoga un papel no acoplamento do transporte de protóns e a hidrólise de ATP e intervén na regulación da fusión de osteoclastos e formación de óso.

Subunidade c Igual que a ATPase de tipo F, a rexión tansmembrana da ATPase V inclúe un anel de subunidades que abrangue o grosor da membrana que son as principais responsables da translocación de protóns. A diferenza da ATP sintase de tipo F, a ATPase de tipo V ten moitas subunidades relacionadas no anel c; en fungos como os lévedos hai tres subunidades relacionadas (de variada estequiometría) e na maioría dos demias eucariotas hai dúas.

Ensamblaxe da ATPase vacuolar A ATPase V de lévedo non se pode ensamblar cando algún dos xenes que codifican as subunidades é eliminado excepto para as subunidades H e c" *. Sen subunidade H, a ATPase V ensámblase pero non é activa, e a perda da subunidade c" causa o desacoplamento da actividae encimática.

Os mecanismos precisos polos cales se produce a ensamblaxe das ATPases vacuolares son aínda controvertidos, e hai evidencias que suxiren dúas posibilidades distintas. A análise mutacional e os ensaios in vitro mostraron que os dominios Vo e V1 preensamblados poden combinarse para formar un complexo nun proceso chamado ensamblaxe independente. Entre os apoios á idea da ensamblaxe independente están que o dominio Vo ensamblado pode encontrarse no vacúolo en ausencia do dominio V1, mentres que se poden encontrar dominios V1 libres no citoplasma e non no vacúolo. Ao contrario, os experimentos de caza de pulso (pulse-chase) in vivo revelaron que hai interaccións temperás entre subunidades de Vo e V1, concretamente, as subunidades a e B, o que parece indicar que as subunidades se engaden paso a paso para formar un só complexo nun proceso de ensamblaxe concertado.

Evolución da ATPase vacuolar Unha técnica relativamente nova chamada resurrección de xene ancestral deu nova luz á historia evolutiva da ATPase vacuolar. Atopouse como a estrutura da forma da ATPase vacuolar ancestral que constaba de dúas proteínas diferentes evolucionou á versión dos fungos con tres proteínas.Resurrecting extinct proteins shows how a machine evolves. (Consultado o 12-07-2014).Thornton, Joseph W. et al. Evolution of increased complexity in a molecular machine. Nature (2012). doi 10.1038/nature10724. (Consultado o 12-07-2014Snapshot view of the V-ATPase molecular machine: animals vs. fungi , University of Oregon (Consultado o 12-07-2014)

Regulación da actividade da ATPase vacuolar

A regulación in vivo da actividade da ATPase vacuolar realízase pola disocaición reversible do dominio V1 do dominio Vo. Despois da ensamblaxe inicial, tanto a ATPase V do insecto Manduca sexta coma a de lévedo poden desensamblarse reversiblemente nos dominios Vo e V1 libres despois de 2 a 5 minutos de privación de glicosa. A desensamblaxe reversible pode ser un mecanismo xeral para regular a actividade da ATPase V, xa que existe en lévedos e insectos. Proponse que a reensamblaxe é axudada por un complexo chamado RAVE (regulador da H+-ATPase das membranas vacuolares e endosómicas). A desensamblaxe e reensamblaxe das ATPases V non require a síntese de novas proteínas pero necesita unha rede microtubular intacta.

Doenzas humanas

Osteopetrose