Canal de cloruro

La estructura del canal CLC aún no se ha dilucidado, sin embargo, la estructura de los intercambiadores CLC se ha resuelto mediante cristalografía de rayos X. Debido a la gran similitud entre la estructura primaria de los canales y los intercambiadores, la mayoría de las suposiciones sobre la estructura de los canales se basan en la estructura establecida para los intercambiadores bacterianos. ^{[ 5 ]}

Cada canal o intercambiador está compuesto por dos subunidades similares (un dímero), cada una con un poro. Las proteínas se forman a partir de dos copias de la misma proteína (un homodímero), aunque los científicos han combinado artificialmente subunidades de diferentes canales para formar heterodímeros. Cada subunidad se une a los iones independientemente de la otra, lo que significa que la conducción o el intercambio ocurren de forma independiente en cada subunidad. ^{[ 3 ]}

Cada subunidad consta de dos mitades relacionadas orientadas en direcciones opuestas, formando una estructura "antiparalela". Estas mitades se unen para formar el poro aniónico. ^{[ 5 ]} El poro tiene un filtro a través del cual pueden pasar cloruro y otros aniones, pero deja pasar poco más. Estos poros llenos de agua filtran los aniones a través de tres sitios de unión —S _int , S _cen y S _ext— que se unen al cloruro y otros aniones. Los nombres de estos sitios de unión corresponden a sus posiciones dentro de la membrana. S _int está expuesto al fluido intracelular, S _cen se encuentra dentro de la membrana o en el centro del filtro, y S _ext está expuesto al fluido extracelular. ^[4] Cada sitio de unión se une simultáneamente a diferentes aniones cloruro. En los intercambiadores, estos iones cloruro no interactúan fuertemente entre sí, debido a interacciones compensatorias con la proteína. En los canales, la proteína no protege a los iones cloruro en un sitio de unión de los cloruros vecinos con carga negativa. ^{[ 6 ]} Cada carga negativa ejerce una fuerza repulsiva sobre las cargas negativas adyacentes. Los investigadores han sugerido que esta repulsión mutua contribuye a la alta tasa de conducción a través del poro. ^{[ 5 ]}

Los transportadores CLC transportan H ⁺ a través de la membrana. La vía de H ⁺ en los transportadores CLC utiliza dos residuos de glutamato: uno en el lado extracelular, Glu _ex , y otro en el lado intracelular, Glu _in . Glu _ex también regula el intercambio de cloruro entre la proteína y la solución extracelular. Esto significa que el cloruro y el protón comparten una vía común en el lado extracelular, pero divergen en el lado intracelular. ^{[ 6 ]}

Los canales CLC también dependen de H ⁺ , pero para la activación en lugar del intercambio de Cl− ^. En vez de utilizar gradientes para intercambiar dos Cl− ^por un H ⁺ , los canales CLC transportan un H ⁺ mientras transportan simultáneamente millones de aniones. ^{[ 6 ]} Esto corresponde a un ciclo de la compuerta lenta.

Los canales CLC eucariotas también contienen dominios citoplasmáticos . Estos dominios poseen un par de motivos CBS, cuya función aún no se ha caracterizado completamente. ^{[ 5 ]} Si bien la función precisa de estos dominios no se conoce por completo, su importancia se evidencia en las patologías resultantes de su mutación. La enfermedad de Thomsen , la enfermedad de Dent , la osteopetrosis maligna infantil y el síndrome de Bartter son trastornos genéticos causados ​​por dichas mutaciones.

Al menos una función de los dominios CBS citoplasmáticos se relaciona con la regulación mediante nucleótidos de adenosina . Ciertos transportadores y proteínas CLC presentan una actividad modulada al unirse a ATP , ADP , AMP o adenosina en los dominios CBS. El efecto específico es único para cada proteína, pero esto implica que algunos transportadores y proteínas CLC son sensibles al estado metabólico de la célula. ^{[ 6 ]}

El S _cen actúa como filtro de selectividad primario para la mayoría de las proteínas CLC, permitiendo el paso de los siguientes aniones, de mayor a menor selectividad: SCN ⁻ , Cl ⁻ , Br ⁻ , NO ⁻ ₃ , I ⁻ . La modificación de un residuo de serina en el filtro de selectividad, denominado Ser _cen , por un aminoácido diferente altera la selectividad. ^{[ 6 ]}

La activación se produce mediante dos mecanismos: activación rápida o por protopores y activación lenta o por compuertas. La activación por compuertas común implica que ambas subunidades proteicas cierren sus poros simultáneamente (cooperación), mientras que la activación por protopores implica la apertura y el cierre independientes de cada poro. ^{[ 5 ]} Como su nombre indica, la activación rápida se produce a una velocidad mucho mayor que la activación lenta. Los mecanismos moleculares precisos de la activación aún se están estudiando.

En los canales, cuando la compuerta lenta está cerrada, ningún ion atraviesa el poro. Cuando la compuerta lenta está abierta, las compuertas rápidas se abren espontáneamente e independientemente una de la otra. Por lo tanto, la proteína podría tener ambas compuertas abiertas, ambas cerradas o solo una abierta. Estudios de patch-clamp de canal único demostraron esta propiedad biofísica incluso antes de que se hubiera resuelto la estructura de doble poro de los canales CLC. Cada compuerta rápida se abre independientemente de la otra y la conductancia iónica medida durante estos estudios refleja una distribución binomial. ^{[ 3 ]}

El transporte de H ⁺ promueve la apertura de la compuerta común en los canales CLC. Por cada apertura y cierre de la compuerta común, se transporta un H ⁺ a través de la membrana. La compuerta común también se ve afectada por la unión de nucleótidos de adenosina a los dominios CBS intracelulares. La inhibición o activación de la proteína por estos dominios es específica para cada proteína. ^{[ 6 ]}

Los canales CLC permiten que el cloruro fluya a favor de su gradiente electroquímico cuando están abiertos. Estos canales se expresan en la membrana celular. Los canales CLC contribuyen a la excitabilidad de estas membranas, así como al transporte de iones a través de ellas. ^{[ 3 ]}

Los intercambiadores CLC se localizan en componentes intracelulares como endosomas o lisosomas y ayudan a regular el pH de sus compartimentos. ^{[ 3 ]}

El síndrome de Bartter , que se asocia con pérdida renal de sal y alcalosis hipopotasémica , se debe al transporte defectuoso de iones cloruro e iones asociados en el asa ascendente gruesa de Henle . Se ha implicado a CLCNKB . ^{[ 7 ]}

Otra enfermedad hereditaria que afecta a los órganos renales es la enfermedad de Dent , caracterizada por proteinuria de bajo peso molecular e hipercalciuria , en la que están implicadas mutaciones en CLCN5 . ^{[ 7 ]}

La enfermedad de Thomsen está asociada con mutaciones dominantes y la enfermedad de Becker con mutaciones recesivas en CLCN1 . ^{[ 7 ]}

• CLCN1 , CLCN2 , CLCN3 , CLCN4 , CLCN5 , CLCN6 , CLCN7 , CLCNKA , CLCNKB
• BSND - codifica la barttina, subunidad accesoria beta para CLCNKA y CLCNKB

• CLCA1 , CLCA2 , CLCA3 , CLCA4

Poseen uno o dos segmentos transmembrana α-helicoidales putativos (TMS). La proteína p64 bovina tiene 437 residuos de aminoácidos y posee dos TMS putativos en las posiciones 223-239 y 367-385. Los extremos N y C son citoplasmáticos, y el gran bucle luminal central puede estar glicosilado . La proteína nuclear humana (CLIC1 o NCC27) es mucho más pequeña (241 residuos) y posee solo un TMS putativo en las posiciones 30-36. Es homóloga a la segunda mitad de p64.

Los estudios estructurales mostraron que, en su forma soluble, las proteínas CLIC adoptan un plegamiento GST con un sitio activo que presenta un motivo monotiol de glutaredoxina conservado, similar al de las GST de clase omega. Al Khamici et al. demostraron que las proteínas CLIC poseen actividad enzimática oxidorreductasa dependiente de glutatión similar a la glutaredoxina . ^{[ 12 ]} Las proteínas CLIC 1, 2 y 4 demuestran una actividad típica similar a la glutaredoxina utilizando disulfuro de 2-hidroxietilo como sustrato. Esta actividad podría regular la función del canal iónico CLIC. ^{[ 12 ]}

La reacción de transporte generalizada que se cree que está catalizada por canales de cloruro es:

Cl ⁻ (citoplasma) → Cl ⁻ (espacio intraorganelar)

La fibrosis quística es causada por mutaciones en el gen CFTR del cromosoma 7. La mutación más común es deltaF508 (una deleción de un codón que codifica para la fenilalanina, la cual ocupa la posición 508 del aminoácido en el polipéptido CFTR normal). Cualquiera de estas mutaciones puede impedir el correcto plegamiento de la proteína e inducir su degradación, lo que resulta en una disminución del número de canales de cloruro en el organismo. Esto provoca la acumulación de mucosidad en el cuerpo e infecciones crónicas. ^{[ 13 ]}