Lexikon der Biochemie: P-ATPasen
P-ATPasen, P-Typ-ATPasen, membrangebundene ATPasen, die im Verlauf ihres katalytischen Zyklus ein kovalent phosphoryliertes Intermediat bilden (daher die Bezeichnung "P"). Die P-A. bilden eine von drei Klassen ionengetriebener ATPasen und unterscheiden sich klar von den beiden anderen Klassen (V-Typ und F-Typ) durch ihre Empfindlichkeit gegenüber einer Inhibierung durch Vanadat (VO
, ein Übergangsmetallanaloges zu Phosphat). Zu den P-A. gehören: 1) die H+-transportierenden ATPasen der Plasmamembran niederer Eukaryonten (Hefe, Pilze) und höherer Pflanzen (Plasmalemma), die H+ vom Cytosol in das extrazelluläre Kompartiment pumpen, das der Zellwand benachbart ist und diese einschließt; innerhalb dieses Kompartiments aktiviert der erniedrigte pH-Wert Hydrolasen, von denen angenommen wird, dass sie mit der Zellwandbildung in Zusammenhang stehen; 2) die H+/K+-transportierenden ATPasen der Plasmamembran von Magenschleimhautepithelzellen der Tiere, die je hydrolysiertem ATP-Molekül ein H+-Ion vom Cytosol in das Magenlumen pumpen, im Austausch gegen ein K+-Ion; 3) die Na+/K+-transportierenden ATPasen der Plasmamembran höherer Tierzellen, die je hydrolysiertem ATP-Molekül drei Na+-Ionen vom Cytosol in das extrazelluläre Kompartiment pumpen, im Austausch gegen zwei K+-Ionen, wodurch eine niedrigere intrazelluläre Na+- und eine höhere intrazelluläre K+-Konzentration und eine 50-70 mV-Transmembranpotenzialdifferenz (+ve außen) erzeugt wird, die charakteristisch für solche Zellen ist und 4) die Ca2+-transportierenden ATPasen des sarkoplasmatischen Reticulums (s. R.), die je hydrolysiertem ATP-Molekül 1-2 Ca2+-Ionen vom Cytosol in das Lumen des s. R. pumpen, wodurch die cytosolische Ca2+-Konzentration niedrig gehalten wird.
P-A. bestehen typischerweise aus einem einzigen Peptid (α) von 70-110 kDa. Das Peptid besitzt zwei Domänen, von denen die eine die Membran durchspannt und mehrere α-Helices enthält und die andere in das Cytoplasma ragt. Letztere enthält zum einen die aus einem Asp-Rest bestehende Phosphorylierungsstelle, die typischerweise in der Sequenz Ile-Cys-Ser-Asp-Lys-Thr-Gly-Thr-Leu-Thr vorliegt, sowie zum anderen die ATP-Bindungsstelle. Teil der Na+/K+-ATPasen ist darüber hinaus ein zweites Peptid (β) von ~55kDa, dessen Funktion noch nicht klar ist.
Während ihres Katalysezyklus können die P-A. in zwei unterschiedlichen Konformationszuständen, E1 und E2, existieren, die jeweils dem nichtphosphorylierten und dem phosphorylierten Zustand entsprechen und unterschiedliche Affinitäten zu den Ionen besitzen, die über die Membran transportiert werden. Die Änderung von E1 zu E2 durch die Reaktion ATP + -Asp- → ADP + -Asp~P- bewirkt den Transport einer Ionenart von einer Seite der Membran auf die andere, während die Änderung von E2 zu E1 durch die Reaktion -Asp~P- + H2O → -Asp- + Pi entweder zu einer Wiederherstellung des ursprünglichen Zustands führt oder den Transport der zweiten Ionenart in die entgegengesetzte Richtung bewirkt, abhängig von der Art der P-A.
Zusätzlich zu VO
werden die Na+/K+-ATPasen durch Ouabain und die Plasmamembran-ATPasen durch Dicyclohexyldiimid (DCCD) sowie Diethylstilböstrol inhibiert.
[P.L. Pederson u. E. Carafoli Trends Biochem Sci. 12 (1987) 146-150, 186-189]
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