КАЛЬЦИЕВЫЙ НАСОС: ФУНКЦИИ, ВИДЫ, УСТРОЙСТВО И РАБОТА - БИОЛОГИЯ - 2025

Насос кальция представляет собой структуру из белковой природы , который отвечает за транспорт кальция через клеточные мембраны. Эта структура зависит от АТФ и считается АТФазеподобным белком, также называемым Са ²⁺ -АТФаза.

Са ²⁺ -АТФаза обнаружена во всех клетках эукариотических организмов и необходима для гомеостаза кальция в клетке. Этот белок осуществляет первичный активный транспорт, поскольку движение молекул кальция идет против градиента их концентрации.

Кристаллографическая структура SERCA.
Источник: Wcnsaffo

Функции кальциевого насоса

Ca ²⁺ играет важную роль в клетке, поэтому его регулирование внутри клетки имеет важное значение для ее правильного функционирования. Часто выступает в роли второго мессенджера.

Во внеклеточном пространстве концентрация Ca ²⁺ примерно в 10 000 раз выше, чем внутри клеток. Повышенная концентрация этого иона в цитоплазме клетки вызывает различные реакции, такие как мышечные сокращения, высвобождение нейромедиаторов и распад гликогена.

Существует несколько способов переноса этих ионов из клеток: пассивный транспорт (неспецифический выход), ионные каналы (движение в пользу их электрохимического градиента), вторичный активный транспорт антиподдерживающего типа (Na / Ca) и первичный активный транспорт с помощью насоса. АТФ-зависимые.

В отличие от других механизмов вытеснения Ca ²⁺ , насос работает в векторной форме. То есть ион движется только в одном направлении, так что он работает, только выталкивая их.

Клетка чрезвычайно чувствительна к изменениям концентрации Ca ²⁺ . Представляя такую ​​заметную разницу во внеклеточной концентрации, поэтому так важно эффективно восстановить их нормальные цитозольные уровни.

Типы

В клетках животных описаны три типа Са ²⁺ -АТФаз в зависимости от их расположения в клетках; насосы, расположенные в плазматической мембране (PMCA), те, которые расположены в эндоплазматическом ретикулуме и ядерной мембране (SERCA), и те, которые обнаружены в мембране аппарата Гольджи (SPCA).

Насосы SPCA также транспортируют ионы Mn ²⁺ , которые являются кофакторами различных ферментов в матрице аппарата Гольджи.

Клетки дрожжей, другие эукариотические организмы и клетки растений представляют другие типы очень специфических Ca ²⁺ -АТФаз.

Структура

Насос PMCA

В плазматической мембране мы обнаруживаем активный антипортический транспорт Na / Ca, который отвечает за перемещение значительного количества Ca ²⁺ в клетках в состоянии покоя и активности. В большинстве клеток в состоянии покоя насос PMCA отвечает за транспортировку кальция наружу.

Эти белки состоят примерно из 1200 аминокислот и имеют 10 трансмембранных сегментов. В цитозоле 4 основных единицы. Первая единица содержит концевую аминогруппу. Второй имеет основные характеристики, позволяющие ему связываться с активирующими кислыми фосфолипидами.

В третьем звене находится аспарагиновая кислота с каталитической функцией, а «за ней» - полоса связывания изотоцианата флуоресцеина в АТФ-связывающем домене.

Четвертая единица - это кальмодулин-связывающий домен, сайты узнавания определенных киназ (A и C) и полосы связывания аллостерического Ca ²⁺ .

Насос SERCA

Насосы SERCA в больших количествах обнаруживаются в саркоплазматической сети мышечных клеток, и их активность связана с сокращением и расслаблением в цикле движения мышц. Его функция заключается в транспортировке Ca ²⁺ из цитозоля клетки в матрицу ретикулума.

Эти белки состоят из одной полипептидной цепи с 10 трансмембранными доменами. Его структура в основном такая же, как у белков PMCA, но отличается тем, что они имеют только три единицы в цитоплазме, а активный центр находится в третьей единице.

Функционирование этого белка требует баланса зарядов во время переноса ионов. Два Ca ²⁺ (гидролизованным АТФ) перемещаются из цитозоля в матрицу ретикулума против очень высокого градиента концентрации.

Этот транспорт происходит антипортальным образом, поскольку одновременно два H ⁺ направляются в цитозоль из матрикса.

Механизм работы

Насосы SERCA

Транспортный механизм разделен на два состояния E1 и E2. В E1 сайты связывания с высоким сродством к Ca ²⁺ направлены в сторону цитозоля. В E2 сайты связывания направлены к просвету ретикулума, что свидетельствует о низком сродстве к Ca ²⁺ . Два иона Ca ²⁺ связываются после переноса.

Во время связывания и переноса Ca ²⁺ происходят конформационные изменения, включая открытие M-домена белка, который направлен в сторону цитозоля. Затем ионы легче связываются с двумя сайтами связывания указанного домена.

Объединение двух ионов Ca ²⁺ способствует ряду структурных изменений в белке. Среди них вращение определенных доменов (домен A), которые реорганизует единицы насоса, позволяя открываться к матрице ретикулума для высвобождения ионов, которые разъединяются благодаря снижению аффинности в сайтах связывания.

Протоны H ⁺ и молекулы воды стабилизируют сайт связывания Ca ²⁺ , заставляя домен A возвращаться в исходное состояние, закрывая доступ к эндоплазматическому ретикулуму.

Насосы PMCA

Этот тип помпы обнаружен во всех эукариотических клетках и отвечает за выброс Ca ²⁺ во внеклеточное пространство, чтобы поддерживать его концентрацию внутри клеток стабильной.

В этом белке ион Ca ²⁺ переносится гидролизованным АТФ. Транспорт регулируется уровнями белка кальмодулина в цитоплазме.

Увеличивая концентрацию цитозольного Ca ²⁺ , повышается уровень кальмодулина, который связывается с ионами кальция. Комплекс Ca ²⁺ -кальмодулин затем собирается в сайте связывания насоса PMCA. В помпе происходит конформационное изменение, которое позволяет открывать отверстие во внеклеточное пространство.

Ионы кальция высвобождаются, восстанавливая нормальный уровень внутри клетки. Следовательно, комплекс Ca ²⁺ -кальмодулин распадается, возвращая конформацию помпы в исходное состояние.

Ссылки

1. Брини, М., и Карафоли, Э. (2009). Кальций накачивает здоровье и болезнь. Физиологические обзоры, 89 (4), 1341-1378.
2. Карафоли Э. и Брини М. (2000). Кальциевые насосы: структурная основа и механизм трансмембранного транспорта кальция. Текущее мнение в химической биологии, 4 (2), 152-161.
3. Девлин, TM (1992). Учебник биохимии: с клиническими соотношениями.
4. Латорре, Р. (Ред.). (тысяча девятьсот девяносто шесть). Биофизика и физиология клетки. Севильский университет.
5. Лодиш, Х., Дарнелл, Дж. Э., Берк, А., Кайзер, Калифорния, Кригер, М., Скотт, М. П., и Мацудаира, П. (2008). Молекулярно-клеточная биология. Macmillan.
6. Покок, Г., и Ричардс, CD (2005). Физиология человека: основы медицины. Эльзевьер Испания.
7. Воет, Д. и Воет, Дж. Г. (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.