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Aug 11, 2023

A ligação do substrato no transportador ADP/ATP mitocondrial é uma etapa

Volume de comunicações da natureza

Nature Communications volume 13, Número do artigo: 3585 (2022) Citar este artigo

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Os transportadores ADP/ATP mitocondriais importam ADP para a matriz mitocondrial e exportam ATP para o citosol para alimentar os processos celulares. As estruturas dos estados citoplasmáticos e abertos da matriz inibidos confirmaram um mecanismo de transporte de acesso alternado, mas os detalhes moleculares da ligação do substrato permanecem não resolvidos. Aqui, avaliamos o papel dos resíduos expostos ao solvente da via de translocação no processo de ligação do substrato. Identificamos o principal sítio de ligação, composto por três resíduos carregados positivamente e um conjunto de resíduos alifáticos e aromáticos, que ligam ADP e ATP em ambos os estados. Além disso, existem dois pares de resíduos de asparagina/arginina em lados opostos deste sítio que estão envolvidos na ligação do substrato de maneira dependente do estado. Assim, os substratos são direcionados por uma série de poses de ligação, induzindo as mudanças conformacionais do carreador que levam à sua translocação. As propriedades deste sítio explicam a natureza eletrogênica e reversível do transporte de nucleotídeos de adenina.

A viabilidade e a função das células eucarióticas dependem do transporte de metabólitos e íons através da membrana interna mitocondrial impermeável, a fim de sustentar as vias metabólicas da mitocôndria e do citosol e fornecer compostos para manutenção organelar e celular. A maioria desses compostos é transportada pela família de carreadores mitocondriais (SLC25), que é a maior família de carreadores de solutos em humanos1,2,3. O transportador de ADP/ATP mitocondrial, também chamado de translocase de nucleotídeos de adenina, realiza uma das etapas de transporte mais prolíficas do corpo humano. O transportador importa ADP citosólico para a matriz mitocondrial para a conversão em ATP pela ATP sintase e exporta ATP para o espaço intermembranar, que é confluente com o citoplasma, para alimentar os processos que requerem energia da célula, como parte integrante do fosforilação oxidativa4. O transportador circula entre dois estados, que são convencionalmente chamados de estado aberto de matriz e estado aberto citoplasmático, devido à orientação do sítio de ligação do substrato em direção a esses compartimentos5,6. Estudos funcionais e estruturais foram auxiliados pela disponibilidade de inibidores específicos do estado. O transportador é bloqueado em um estado citoplasmático aberto por atractilosídeo (ATR)7 e carboxiatractilosídeo (CATR)8,9, enquanto é bloqueado em um estado de matriz aberta por ácido bongkrekico (BKA)10,11,12. Ambos os estados ligados ao inibidor são abortivos porque a inibição é alcançada impedindo a ligação do substrato e aprisionando o transportador em uma conformação estrutural que não faz parte do ciclo de transporte5,6.

Como a maioria dos membros do SLC25, o transportador de ADP/ATP consiste em três repetições de sequência homóloga de aproximadamente 100 aminoácidos cada13, que se dobram em uma estrutura pseudo-simétrica de três dobras com uma via de translocação central para os substratos14. A estrutura atômica do transportador de ADP/ATP bovino no estado citoplasmático aberto ligado ao CATR mostrou que cada repetição de sequência codifica um domínio que consiste em uma α-hélice transmembrana de número ímpar (H1, H3, H5), um loop contendo um curto hélice (h12, h34, h56) paralela à membrana no lado da matriz e uma α-hélice transmembrana de número par (H2, H4, H6)15 (Fig. 1 complementar). Essa topologia básica foi confirmada pelas estruturas atômicas dos carreadores fúngicos de ADP/ATP bloqueados no estado aberto do citoplasma ligado ao CATR16 e no estado aberto da matriz ligado ao BKA17.

Em cada um dos três domínios, a hélice de número ímpar, a hélice da matriz e a parte N-terminal da hélice de número par até o 'ponto de contato'17,18,19 constituem o elemento central, enquanto o C-terminal parte da hélice de número par forma o elemento porta17 (Suplementar Fig. 1). A interconversão entre os dois estados ocorre de forma alternada20 e envolve movimentos extensos dos seis elementos estruturais, tornando o transportador de ADP/ATP o transportador de soluto mais dinâmico identificado até o momento5,17. Os três elementos do portão abrem e fecham o lado citoplasmático do transportador, enquanto os três elementos centrais fecham e abrem o lado da matriz, alternadamente. A abertura e o fechamento são regulados pela ruptura e formação de duas redes e braçadeiras de pontes salinas: a rede de pontes salinas da matriz do motivo [PS]x[DE]xx[KR]15,16 e braçadeira16 de glutamina nos elementos centrais e no citoplasma rede de pontes salinas do motivo [FY][DE]xx[RK]17,20,21 e braçadeiras de tirosina17 nos elementos de porta (Fig. 1 complementar). O movimento coordenado desses seis elementos estruturais é conduzido pela ligação e liberação do substrato como a única fonte direta de entrada de energia22,23.