Le modèle de cette famille de protéines est sans conteste l’ATPase-Ca²⁺ du réticulum sarcoplasmique SERCA1a, mise en évidence durant les années 60 et acteur principal de la relaxation musculaire. Plusieurs décennies d’études biochimiques et biophysiques ont abouti à une description très détaillée du mécanisme enzymatique de cette protéine. Dès la fin des années 80, l’étude fonctionnelle de très nombreux mutants a permis l’identification d’acides aminés essentiels à la liaison d’ATP, au transport du calcium ou au couplage entre transport de calcium et hydrolyse de l’ATP. Depuis juin 2000, 13 structures cristallographiques de SERCA1a ont été déterminées, correspondant pour certaines d’entres elles à des états intermédiaires du cycle réactionnel de l’enzyme.

Le premier membre de la famille des ATPases-P impliquées dans le transport des métaux lourds (ATPases-P1 ou P1B selon la classification utilisée) a été découvert chez Staphylococcus aureus en 1989. Depuis, l’on a découvert un ou plusieurs gènes codant pour ce type d’ATPases-P dans la plupart des génomes séquencés. On notera cependant que si les ATPases-Cu⁺ semblent uniformément présentes dans le monde vivant, les ATPases-Cd²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, ou Co²⁺ ne se rencontrent que chez les procaryotes, les plantes et certaines levures. Sur le plan fonctionnel, les données expérimentales des 5 dernières années montrent que le cycle enzymatique d’une ATPase-P1B s’apparente fortement à celui de SERCA1a. En revanche, Ca²⁺ et métaux lourds ayant des propriétés chimiques distinctes, la voie de passage du Ca2+ au travers de SERCA1a sera différente de celle d’un ion métallique au travers d’une ATPase-P1B. L’identification des acides aminés constituant la voie de passage du Cd²⁺ à travers CadA, l’ATPase-Cd²⁺ de Listeria monocytogenes a fait l’objet d’une étude récente au sein d'une équipe du laboratoire de Biophysique Moléculaire et Cellulaire ^[1].

Alliant criblage phénotypique dans la levure et étude enzymatique de mutants de CadA produits grâce au système baculovirus/Sf9, ce travail a permis de montrer que les acides aminés impliqués dans le transport du Cd²⁺ appartiennent à 4 hélices transmembranaires. Deux de ces hélices dont les positions sont identiques à 2 hélices impliquées dans la liaison du Ca²⁺ dans SERCA1a, contiennent trois acides aminés jouant un rôle crucial dans la liaison du Cd²⁺. Ces acides aminés sont les deux cystéines du motif Cys-Pro-Cys (motif très conservé au sein des ATPases-P1B) et un acide aspartique. L’analyse fonctionnelle de certains mutants suggère par ailleurs que deux ions Cd²⁺ pourraient être transportés pour chaque molécule d’ATP hydrolysée.