КАЛЦИЕВА ПОМПА: ФУНКЦИИ, ВИДОВЕ, СТРУКТУРА И РАБОТА - БИОЛОГИЯ - 2025

В калциев помпата е структура на протеин характер, който е отговорен за транспортирането на калций през клетъчните мембрани. Тази структура е зависима от ATP и се счита за ATPase-подобен протеин, наричан също Са2 ⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase се намира във всички клетки на еукариотни организми и е от съществено значение за калциевата хомеостаза в клетката. Този протеин извършва първичен активен транспорт, тъй като движението на калциевите молекули противоречи на концентрационния им градиент.

Кристалографска структура на SERCA.

Източник: Wcnsaffo

Функции на калциевата помпа

Са ²⁺ играе важна роля в клетката, така че нейната регулация в тях е от съществено значение за правилното й функциониране. Често действа като втори пратеник.

В извънклетъчните пространства концентрацията на Са ²⁺ е приблизително 10 000 пъти по-висока, отколкото в клетките. Повишената концентрация на този йон в клетъчната цитоплазма задейства различни реакции, като мускулни контракции, освобождаване на невротрансмитери и разграждане на гликоген.

Има няколко начина за прехвърляне на тези йони от клетките: пасивен транспорт (неспецифичен изход), йонни канали (движение в полза на техния електрохимичен градиент), вторичен активен транспорт от типа против носене (Na / Ca) и първичен активен транспорт с помпата. АТР-зависим.

За разлика от другите механизми за изместване на Ca ²⁺, помпата работи във векторна форма. Тоест, йонът се движи само в една посока, така че да работи само като ги изгони.

Клетката е изключително чувствителна към промените в концентрацията на Са ²⁺. Поради представянето на такава очевидна разлика с тяхната извънклетъчна концентрация, е толкова важно ефикасното възстановяване на техните нормални цитозолни нива.

Видове

Описани са три вида Ca2 ⁺ -ATPases в животински клетки, в зависимост от местоположението им в клетките; помпи, разположени в плазмената мембрана (PMCA), тези, разположени в ендоплазмения ретикулум и ядрената мембрана (SERCA), и тези, които се намират в мембраната на апарата на Голджи (SPCA).

SPCA помпите транспортират и Mn ²⁺ йони, които са кофактори на различни ензими в матрицата на Golgi.

Клетките от дрожди, други еукариотни организми и растителни клетки представят други видове много специфични Ca2 ⁺ -ATPases.

структура

PMCA помпа

В плазмената мембрана откриваме активния антипортичен Na / Ca транспорт, който е отговорен за изместването на значително количество Ca ²⁺ в клетките в покой и активност. В повечето клетки в състояние на покой, помпата PMCA е отговорна за транспортирането на калций навън.

Тези протеини са съставени от около 1200 аминокиселини и имат 10 трансмембранни сегмента. В цитозола има 4 основни единици. Първата единица съдържа крайната амино група. Вторият има основни характеристики, което му позволява да се свързва с активиране на кисели фосфолипиди.

В третата единица има аспарагинова киселина с каталитична функция и "надолу по течението" на тази флуоресцинова изотоцианатна свързваща лента, в ATP свързващия домен.

В четвъртото звено е свързващият домен на калмодулин, местата за разпознаване на някои кинази (А и С) и алостеричните ленти на свързване на Са ²⁺.

Помпа SERCA

SERCA помпите се намират в големи количества в саркоплазмения ретикулум на мускулните клетки и тяхната активност е свързана с свиване и отпускане в цикъла на движението на мускулите. Неговата функция е да транспортира Са ²⁺ от клетъчния цитозол до матрицата на ретикулума.

Тези протеини се състоят от една полипептидна верига с 10 трансмембранни домена. Структурата му е основно същата като тази на PMCA протеините, но се различава по това, че те имат само три единици в цитоплазмата, като активното място е в третото звено.

Функционирането на този протеин изисква баланс на таксите по време на транспортирането на йони. Два Са ²⁺ (чрез хидролизиран АТФ) се изместват от цитозола към матрицата на ретикулума, срещу много висок градиент на концентрация.

Този транспорт се осъществява по антипортален начин, тъй като в същото време два Н ⁺ са насочени към цитозола от матрицата.

Механизъм на работа

SERCA помпи

Транспортният механизъм е разделен на две състояния E1 и E2. В Е1 местата на свързване, които имат висок афинитет към Са ^2+, са насочени към цитозола. В Е2 местата на свързване са насочени към лумена на ретикулума, представяйки нисък афинитет към Са ²⁺. Двата Са2 ⁺ йона се свързват след прехвърляне.

По време на свързването и прехвърлянето на Ca ²⁺ възникват конформационни промени, включително отваряне на М домейн на протеина, който е към цитозола. След това йоните се свързват по-лесно с двата свързващи места на споменатия домейн.

Съединението на двата Са2 ⁺ йона насърчава серия от структурни промени в протеина. Сред тях е въртенето на определени домейни (домейн A), които реорганизират единиците на помпата, което позволява отварянето към матрицата на ретикулума да освобождава йони, които се разединяват благодарение на намаляването на афинитета в местата на свързване.

Н ⁺ протоните и водните молекули стабилизират мястото на свързване на Са ²⁺, което кара А доменът да се върти обратно в първоначалното си състояние, затваряйки достъпа до ендоплазмения ретикулум.

PMCA помпи

Този тип помпа се намира във всички еукариотни клетки и е отговорен за изхвърлянето на Са ²⁺ към извънклетъчното пространство, за да се поддържа концентрацията му стабилна в клетките.

В този протеин, Ca ²⁺ йон се транспортира чрез хидролизиран АТФ. Транспортът се регулира от нивата на калмодулиновия протеин в цитоплазмата.

С повишаване на концентрацията на цитозолен Са ²⁺ нивата на калмодулин се увеличават, което се свързва с калциеви йони. След това комплексът Ca ²⁺ -калмодулин се сглобява към мястото на свързване на помпата PMCA. В помпата възниква конформационна промяна, която позволява отварянето да бъде изложено на извънклетъчното пространство.

Калциевите йони се освобождават, като възстановяват нормалните нива вътре в клетката. Следователно комплексът Ca ²⁺ -калмодулин се разглобява, връщайки конформацията на помпата в първоначалното си състояние.

Препратки

1. Брини, М., и Карафоли, Е. (2009). Калциеви помпи при здраве и болести. Физиологични прегледи, 89 (4), 1341-1378.
2. Карафоли, Е., и Брини, М. (2000). Калциеви помпи: структурна основа за и механизъм на транспортиране на калций трансмембрана. Настоящо мнение в химическата биология, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Учебник по биохимия: с клинични корелации.
4. Latorre, R. (Ed.). (деветнадесет деветдесет и шест). Биофизика и клетъчна физиология. Университет в Севиля.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Молекулярна клетъчна биология. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Човешката физиология: основата на медицината. Elsevier Испания.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Биохимия. Panamerican Medical Ed.