Transportadores de Zn2+ en células de mamífero

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Transportadores de Zn2+ en células de mamífero

Integrantes: Basthian Mancilla - Maximiliano Mestre

Asignatura: Cinética, Bioenergética y Transporte

Docente: Juan G. Reyes

Fecha: 04.07.22

Introducción:

El Zinc, es partícipe de importantes procesos bioquímicos en las células de mamíferos, posee desde funciones estructurales a funciones catalíticas e interacciones proteicas.

El Zinc es un componente indispensable para la función normal de más de 300 enzimas catalíticas, estructurales y de regulación. También participa en la expresión génica, el metabolismo de DNA y RNA, síntesis de proteínas y en la unión de algunas hormonas a sus receptores. Es fundamental para mantener la estructura de las proteínas, crecimiento, maduración sexual, fertilidad, metabolismo de vitamina A, metabolismo de hormonas, respuesta inmune, cicatrización de heridas, sentido del gusto y del apetito.

El Zn de la dieta humana es absorbido en el intestino delgado a través de un proceso transcelular, el yeyuno (parte del intestino delgado en mamíferos) es donde se produce la mayor velocidad de transporte. La absorción es un proceso activo y saturable,aumenta la velocidad de transporte cuando el Zn se encuentra depletado. El Zn es un micronutriente generalizado dentro del organismo, su excreción se realiza principalmente por vía gastrointestinal (secreciones pancreática, intestinal y biliar) su absorción es esencialmente a nivel intestinal (enterocito). Desde el intestino es transferido a la circulación unido mayoritariamente a la albúmina (70%) y a la alfa 2 macroglobulina (20-40%). La absorción de Zn dietario depende de su estado nutricional, cantidad de inhibidores y favorecedores dietarios de su absorción e integridad del intestino. Mientras los fitatos y la fibra forman compuestos de baja solubilidad con el zinc, inhibiendo su absorción, la histidina, metionina y cisteína la favorecen.

Se han identificado diferentes transportadores de zinc localizados en membranas celulares. Estos transportadores difieren en su especificidad tisular, localización intracelular, sentido del transporte de zinc (intra o extracelular), tipo de expresión (regulada o constitutiva) y sensibilidad al zinc. Existen 10 transportadores de zinc en los mamíferos ZnT-1 hasta ZnT-10. El ZnT4 es el transportador específico a nivel intestinal, también se encuentra a nivel de glándulas mamarias. Se postula que además de estos transportadores de zinc, el DMT1 ubicado en el enterocito podría ser responsable de capturar e internalizar el zinc en la célula. (Cousins, R. J., Liuzzi, J. P., & Lichten, L. A. 2006).

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        Tabla 1: ubicación intracelular de transportadores de Familia Zn y Zip

Metodología de medición del transporte:

Se desconoce el mecanismo del transporte mediado por ZnT, pero se ha reportado que tanto ZNT10, ZIP8, y ZIP14 juegan un papel importante en el transporte de Manganeso (Fujishiro, H., & Kambe, T. 2022)

Para la medición de parámetros sobre estos canales se hacen cultivos in vitro en presencia o ausencia de Zn en ambientes controlados y parámetros ajustados para medir selectividad de iones, inhibición, etc

también la purificación y cristalización de estos complejos transportadores fue crucial para la identificación de la forma espacial y también posibles sitios de unión para transporte antiporte

Se desarrolló una determinación de la selectividad de los metales utilizando mediciones directas de la captación de metales en los proteoliposomas mediada por proteínas YiiP purificadas y reconstituidas. El espectro de sustratos metálicos YiiP se perfiló mediante espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS), lo que demuestra que YiiP transportó Zn (II) y Cd (II), pero rechazó todos los demás iones de metales de transición en el cuarto período . Este perfil de selectividad para el YiiP purificado en el tubo de ensayo es idéntico al de un solo mutante de cisteína YiiP en la membrana plasmática nativa de E. coli

El análisis ICP-MS de ZIPB en proteoliposomas reconstituidos proporcionó evidencia directa de que ZIPB transporta Zn(II) y Cd(II), pero rechaza Fe(II), Cu(II), Co(II), Mn(II) y Ni (II) (31). Por lo tanto, ZIPB comparte una selectividad de metal común con YiiP. El zinc y el cadmio son dos metales del bloque d del grupo 12 en el cuarto y quinto período, respectivamente. Tienen configuraciones electrónicas externas similares pero varían en sus radios iónicos. Parece que se aprovechan las características comunes en las configuraciones electrónicas de Zn(II) y Cd(II). (Kambe, T., Taylor, K. M., & Fu, D. 2021).

 Propiedades cinéticas.

Los análisis cinéticos de flujo detenido de YiiP (cristalizado) y una segunda proteína CDF de E. coli, ZitB, revelaron un proceso de transporte saturable de sustrato que puede ajustarse mediante la ecuación de Michaelis-Menten . Este comportamiento cinético indica un proceso de dos pasos iniciado por un enlace Zn(II)/Cd(II) seguido de un cambio conformacional de la proteína para mover el ion metálico unido a través de la membrana. La unión de Zn(II)/Cd(II) alcanza rápidamente un estado estacionario mientras que el cambio conformacional resultante constituye un paso limitante de la velocidad de la reacción de transporte. En un entorno experimental con una concentración de Cd(II) en equilibrio a través de la membrana, la aplicación de flujo detenido de un salto de concentración de protones provocó un flujo de Cd(II) en oposición al gradiente de protones impuesto, mientras que los protones en el tampón de reacción se agotaron por completo. El transporte de Cd(II) está estancado a pesar de la imposición de un gradiente de Cd(II) . Estos resultados demostraron claramente un mecanismo antipuerto acoplado a protones obligatoriamente. Se encontró que la estequiometría de intercambio de Cd (II) por protones era 1: 1 por flujo. Por lo tanto, la cinética de transporte de Michaelis-Menten observada puede explicarse mediante un modelo de acceso alternativo de un solo sitio , de acuerdo con la observación de un solo sitio de transporte tetraédrico en la estructura cristalina de YiiP (Chao, Y. y Fu, D. 2004)

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