Magdalena Smolik, Marta Stojak, Maria Walczak

Białka z rodziny ABC: niezwykła maszyneria. Budowa oraz mechanizm transportu
2020-12-04

Prawidłowe funkcjonowanie wszystkich organizmów żywych zależy od dostaw niezbędnych składników odżywczych z zewnątrz oraz usuwania z komórek związków szkodliwych na drodze pierwotnego i wtórnego transportu przez błony. Transportery ABC stanową największą zidentyfikowaną dotychczas rodzinę białek. Występują powszechnie u wszystkich organizmów żywych, zarówno u Eucaryota, jak i Procaryota. W grupie białek tworzących ludzki transportom, stwierdzono obecność 49 transporterów ABC. Oprócz pełnienia ważnych fizjologicznych funkcji, np.: detoksykacja organizmu, istotny element bariery krew-mózg, udział w utrzymaniu homeostazy lipidowej czy tworzeniu komórkowej odpowiedzi immunologicznej, odgrywają one także znaczącą rolę w patogenezie licznych chorób, m.in. mukowiscydozy, choroby Tangera czy nowotworów. Białka te są przede wszystkim odpowiedzialne za napędzany przez hydrolizę ATP aktywny eksport szerokiej gamy substratów na zewnątrz komórki (m.in.: jonów organicznych i nieorganicznych, białek, aminokwasów, oligonukleotydów, polisacharydów, metali ciężkich, steroidów, soli żółciowych, witamin, antybiotyków, leków przeciwnowotworowych i ich metabolitów, a także wielu ważnych cząsteczek sygnałowych). Minimalna jednostka funkcjonalna zapewniająca wydajny transport jest współtworzona przez dwie domeny wiążące nukleotyd (NBD) oraz dwie domeny trans-membranowe (TMD). Wysoce konserwatywne domeny NBD tworzą zależny od ATP motor napędowy dla transportu. Każda z domen NBD składa się z subdomeny RecA-podobnej oraz α-helikalnej, które zawierają następujące konserwatywne motywy: motyw Walker A, motyw Walker B, region H, pętle A, Q oraz D, a także konsensusową sekwencję C. Z kolei bardziej zmienne pod względem budowy domeny TMD determinują specyficzność substratową białek ABC oraz tworzą szlak translokacji związku w poprzek dwuwarstwy lipidowej. W niniejszej publikacji przedstawione zostały różne strategie transportu substancji oraz złożoność strukturalną w rodzinie transporterów ABC.

Słowa kluczowe: transportery ABC, budowa, mechanizmy transportu.

© Farm Pol, 2020, 76 (10): 562–574

The ABC proteins family: an amazing machinery. Structure and mechanism of transport

The proper functioning of all living organisms depends on the supply of essential nutrients from the outside and the removal of harmful toxic compounds from the cells by primary and secondary membrane transport. The ABC transporters constitute the largest family of the proteins identified to date. They are ubiquitous among all living organisms, both Eukaryotes and Prokaryotes. In the group of proteins which form so called human transportome, exist 49 ABC transporters. In addition to performing important physiological functions (e.g. detoxification of the organism, being an essential element of blood-brain barrier, maintainance of lipid homeostasis or participation in cellular immune response), they also play a significant role in the pathogenesis of numerous diseases, including cystic fibrosis, Tanger disease and cancer. Primarily, the ABC proteins are responsible for the active export of a wide variety of substrates (including, for example: organic and inorganic ions, proteins, amino acids, oligonucleotides, complex carbohydrates, heavy metals, steroids, bile salts, vitamins, antibiotics, anti-cancer drugs and their metabolites, as well as many important signaling molecules, e.g. cysteinyl leukotrienes and prostaglandins) outside the cell which is driven by the hydrolysis of ATP. The minimal functional unit for efficient transport consists of two nucleotide binding domains (NBDs) and two trans-membrane domains (TMDs). The highly conserved NBD domains form the ATP-dependent driving force for transport. Each NBDs consists of RecA-like and -helical subdomains which include the following conservative motifs: Walker A motif, Walker B motif, H switch region, A-, Q-, D- loops as well as consensus C sequence. In turn, more structurally diverse TMD domains determine the substrate specificity of ABC proteins and create the translocation pathway across the lipid bilayer. This publication presents various strategies for substance transport and the structural complexity of the ABC transporters.

Keywords: ABC transporters, structure, transport mechanism.

© Farm Pol, 2020, 76 (10): 562–574