CALCIUMPUMPE: FUNKTIONER, TYPER, STRUKTUR OG DRIFT - BIOLOGI

Den Kalciumpumpen er en struktur af et protein natur, der er ansvarlig for transporten af calcium gennem cellemembraner. Denne struktur er afhængig af ATP og betragtes som et ATPase-lignende protein, også kaldet Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase findes i alle celler i eukaryote organismer og er essentiel for calciumhomeostase i cellen. Dette protein udfører primær aktiv transport, da bevægelsen af calciummolekyler går imod deres koncentrationsgradient.

SERCA krystallografisk struktur.

Kilde: Wcnsaffo

Funktioner af calciumpumpen

Ca ²⁺ spiller vigtige roller i cellen, så dens regulering i dem er afgørende for, at den fungerer korrekt. Fungerer ofte som en anden messenger.

I ekstracellulære rum er Ca2 ⁺ -koncentrationen ca. 10.000 gange højere end inden for celler. En øget koncentration af denne ion i cellecytoplasma udløser forskellige reaktioner, såsom muskelsammentrækninger, frigivelse af neurotransmittere og nedbrydning af glykogen.

Der er flere måder at overføre disse ioner fra celler til: passiv transport (ikke-specifik udgang), ionkanaler (bevægelse til fordel for deres elektrokemiske gradient), sekundær aktiv transport af antistøtten-typen (Na / Ca) og primær aktiv transport med pumpen. ATP-afhængig.

I modsætning til de andre Ca ²⁺ forskydningsmekanismer, fungerer pumpen i vektorform. Det vil sige, at ionet bevæger sig kun i en retning, så det kun fungerer ved at udvise dem.

Cellen er ekstremt følsom over for ændringer i Ca ²⁺ -koncentration. Ved at præsentere en så markant forskel med deres ekstracellulære koncentration er det derfor så vigtigt at gendanne deres normale cytosoliske niveauer effektivt.

typer

Tre typer Ca ²⁺ -ATPaser er blevet beskrevet i dyreceller i henhold til deres placering i cellerne; pumper placeret i plasmamembranen (PMCA), dem, der er placeret i den endoplasmatiske retikulum og kernemembranen (SERCA), og dem, der findes i Golgi-apparatets membran (SPCA).

SPCA-pumper transporterer også Mn ²⁺ -ioner, der er kofaktorer af forskellige enzymer i Golgi-apparaturmatrixen.

Gærceller, andre eukaryote organismer og planteceller præsenterer andre typer meget bestemte Ca ²⁺ -ATPaser.

Struktur

PMCA-pumpe

I plasmamembranen finder vi den aktive antiportiske Na / Ca-transport, som er ansvarlig for forskydningen af en betydelig mængde Ca ²⁺ i celler ved hvile og aktivitet. I de fleste celler i hviletilstand er PMCA-pumpen ansvarlig for at transportere calcium udefra.

Disse proteiner består af ca. 1.200 aminosyrer og har 10 transmembrane segmenter. Der er 4 hovedenheder i cytosolen. Den første enhed indeholder den terminale aminogruppe. Den anden har basale egenskaber, der tillader det at binde til aktivering af sure phospholipider.

I den tredje enhed er der en asparaginsyre med katalytisk funktion, og "nedstrøms" heraf et fluoresceinisotocyanatbindingsbånd i ATP-bindingsdomænet.

I den fjerde enhed er det calmodulin-bindende domæne, genkendelsesstederne for visse kinaser (A og C) og de allosteriske Ca2 ⁺ -bindingsbånd.

SERCA pumpe

SERCA-pumper findes i store mængder i muskelcellens sarkoplasmatiske retikulum, og deres aktivitet er relateret til sammentrækning og afslapning i muskelbevægelsescyklussen. Dets funktion er at transportere Ca ²⁺ fra cellecytosol til retikulumatrixen.

Disse proteiner består af en enkelt polypeptidkæde med 10 transmembrane domæner. Dens struktur er dybest set den samme som for PMCA-proteiner, men det adskiller sig i, at de kun har tre enheder inden for cytoplasmaet, idet det aktive sted er i den tredje enhed.

Funktionen af dette protein kræver en balance mellem afgifter under transporten af ioner. To Ca2 ⁺ (ved hydrolyseret ATP) forskydes fra cytosol til retikulumatrixen mod en meget høj koncentrationsgradient.

Denne transport foregår på en antiportal måde, da to H ⁺ på samme tid ledes til cytosol fra matrixen.

Driftsmekanisme

SERCA-pumper

Transportmekanismen er delt i to tilstande E1 og E2. I El er bindingsstederne, der har en høj affinitet for Ca2 ⁺, rettet mod cytosolen. I E2 er bindingsstederne rettet mod retumenens lumen, hvilket viser en lav affinitet for Ca2 ⁺. De to Ca ²⁺ -ioner bindes sammen efter overførsel.

Under bindingen og overførslen af Ca2 ⁺ forekommer konformationelle ændringer, herunder åbningen af proteinet M-domæne, der er mod cytosolen. Iionerne binder derefter lettere til de to bindingssteder i nævnte domæne.

Sammenslutningen af de to Ca ²⁺ -ioner fremmer en række strukturelle ændringer i proteinet. Blandt dem rotation af visse domæner (domæne A), der omorganiserer pumpeenhederne, hvilket gør det muligt for åbningen mod retikulumatrixen at frigive ionerne, som ikke er koblet takket være faldet i affiniteten på bindingsstederne.

H ⁺ -protoner og vandmolekyler stabiliserer Ca2 ⁺ -bindingsstedet, hvilket får A-domænet til at rotere tilbage til sin oprindelige tilstand, hvilket lukker adgangen til det endoplasmatiske retikulum.

PMCA-pumper

Denne type pumpe findes i alle eukaryote celler og er ansvarlig for udvisning af Ca2 ⁺ mod det ekstracellulære rum for at holde dens koncentration stabil i cellerne.

I dette protein transporteres en Ca2 ⁺ -ion med hydrolyseret ATP. Transport reguleres af niveauerne af calmodulinproteinet i cytoplasmaet.

Ved at øge koncentrationen af cytosolisk Ca ²⁺ øges niveauerne af calmodulin, hvilket binder til calciumioner. Ca2 ⁺ -calmodulin- komplekset samles derefter til bindingsstedet for PMCA-pumpen. En konformationel ændring forekommer i pumpen, der gør det muligt for åbningen at blive udsat for det ekstracellulære rum.

Calciumioner frigøres, hvilket gendanner normale niveauer inde i cellen. Følgelig adskilles Ca ²⁺ -calmodulin- komplekset og returnerer pumpens konformation til sin oprindelige tilstand.

Referencer

Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Calciumpumper i sundhed og sygdom. Fysiologiske anmeldelser, 89 (4), 1341-1378.
Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Calciumpumper: strukturelt grundlag og mekanisme for calciumtransmembrantransport. Aktuel udtalelse inden for kemisk biologi, 4 (2), 152-161.
Devlin, TM (1992). Lægebog om biokemi: med kliniske korrelationer.
Latorre, R. (red.). (nitten og seksoghalvfjerds). Biofysik og cellefysiologi. Sevilla University.
Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
Pocock, G., & Richards, CD (2005). Human fysiologi: grundlaget for medicin. Elsevier Spanien.
Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemi. Panamerican Medical Ed.

CALCIUMPUMPE: FUNKTIONER, TYPER, STRUKTUR OG DRIFT - BIOLOGI - 2025