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ABC-Transportsysteme

Die ATP-bindende Domäne der ABC-Transportsysteme

(auch NBD, nucleotide binding domain, genannt)

Alle ABC-Transporter besitzen eine oder zwei hochkonservierte ATP-bindende Domänen, die dieser Transportfamilie den Namen gaben (ATP-binding cassette transporter). Diese Domäne bindet und hydrolysiert ATP und liefert damit die Energie für den Transportprozess, der entweder ein Import (Aufnahmesystem) oder ein Export (Effluxsystem) sein kann. Die ATP-bindende Domäne kann entweder, wie häufig bei bakteriellen Importsystemen, als separates ATP-bindendes Protein auftreten, das als Homo- oder Heterodimer im Aufnahmekomplex vertreten ist, oder, wie bei eukaryontischen Effluxsystemen, zusammen mit den transmembranen Domänen auf einem einzigen Polypeptid lokalisiert sein.

Die Tertiärstruktur der ATPase-Domänen ist stark konserviert, wie ein Vergleich zwischen HisP (Histidin-Transport) und MalK (Maltose-Transport) zeigt:

Mouse
Mouse
Abb.1
MalK aus Thermococcus litoralis

Die 2. Kette ist transparent eingeblendet (PDB-Codes 1G29).

Abb.2
HisP aus Salmonella typhimurium

Als Ligand ist ATP eingeblendet (PDB-Code: 1B0U).

Die Aminosäure-Sequenz der ca. 200 Aminosäurereste großen ATP-bindenden Domäne zeigt fünf konservierte Motive:

  1. die so genannten Walkermotive A und B, die etwa 90 bis 120 Aminosäurereste auseinander liegen,
  2. ein Signaturmotiv, auch "C-Motiv" genannt, das die Konsensussequenz LSGGQ enthält und stromaufwärts von der Walker B-Region liegt,
  3. eine weniger stark konservierte Zentralregion, die etwa in der Mitte zwischen Walker A- und B-Motiv liegt und
  4. eine ebenfalls weniger stark konservierte Region stromabwärts des Walker B-Motivs.
Abb.3

Großbuchstaben: invariante Aminosäurereste; kleine Buchstaben: stark konservierte Reste

Die Anwesenheit dieser fünf Motive unterscheidet ein ABC-Protein von anderen ATP-bindenden Proteinen wie z.B. den Kinasen, die zwar auch die Walker A- und B-Motive enthalten, diese sind bei Kinasen aber nicht im Abstand von 90 bis 120 Aminosäurereste angeordnet. Zudem fehlen anderen ATP-bindenden Proteinen das C-Motiv und die konservierte Zentralregion.

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