КАЛЬЦІЄВИЙ НАСОС: ФУНКЦІЇ, ТИПИ, СТРУКТУРА ТА ЕКСПЛУАТАЦІЯ - БІОЛОГІЯ - 2025

Насос кальцію являє собою структуру з білкової природи , який відповідає за транспорт кальцію через клітинні мембрани. Ця структура залежить від АТФ і вважається АТФазоподібним білком, який також називають Ca ²⁺ -ATPase.

Са ²⁺ -АТФаза міститься у всіх клітинах еукаріотичних організмів і є необхідною для гомеостазу кальцію в клітині. Цей білок здійснює первинний активний транспорт, оскільки рух молекул кальцію йде проти градієнта їх концентрації.

Кристалографічна структура SERCA.
Джерело: Wcnsaffo

Функції кальцієвого насоса

Са ²⁺ відіграє важливу роль у клітині, тому її регуляція всередині них має важливе значення для її правильного функціонування. Часто виступає як другий месенджер.

У позаклітинних просторах концентрація Са ²⁺ приблизно в 10000 разів вища, ніж у клітинах. Підвищена концентрація цього іона в цитоплазмі клітини викликає різні реакції, такі як скорочення м’язів, вивільнення нейротрансмітерів та деградація глікогену.

Існує декілька способів передачі цих іонів з клітин: пасивний транспорт (неспецифічний вихід), іонні канали (рух на користь їх електрохімічного градієнта), вторинний активний транспорт антиопорного типу (Na / Ca) та первинний активний транспорт з насосом. Залежно від АТФ.

На відміну від інших механізмів переміщення Са ²⁺ , насос працює у векторному вигляді. Тобто іон рухається лише в одному напрямку, так що він працює лише шляхом їх вигнання.

Клітина надзвичайно чутлива до змін концентрації Са ²⁺ . Показуючи таку помітну різницю в їх позаклітинній концентрації, тому так важливо ефективно відновити їх нормальний рівень цитозолю.

Типи

Описано три типи Ca ²⁺ -ATPases у клітинах тварин відповідно до їх розташування в клітинах; насоси, розташовані в плазматичній мембрані (PMCA), такі, що знаходяться в ендоплазматичному ретикулумі та ядерній мембрані (SERCA), і такі, що знаходяться в мембрані апарату Гольджі (SPCA).

Насоси SPCA також транспортують іони Mn ²⁺ , кофактори різних ферментів, в матриці апарату Гольджі.

Клітини дріжджів, інші еукаріотичні організми та клітини рослин представлені іншими типами дуже конкретних Ca ²⁺ -ATPases.

Будова

Насос PMCA

У плазматичній мембрані ми знаходимо активний антипортальний транспорт Na / Ca, який відповідає за витіснення значної кількості Са ²⁺ у клітини у спокої та активності. У більшості клітин у стані спокою насос PMCA відповідає за транспортування кальцію назовні.

Ці білки складаються з близько 1200 амінокислот і мають 10 трансмембранних сегментів. У цитозолі є 4 основні одиниці. Перший блок містить кінцеву аміногрупу. Другий має основні характеристики, що дозволяє йому зв’язуватися з активуючими кислотними фосфоліпідами.

У третьому блоці є аспарагінова кислота з каталітичною функцією, і "вниз за течією" цієї зони зв'язування фторесцеїну ізотоціанату, в домені зв'язування АТФ.

У четвертому блоці знаходиться кальмодулін-зв'язуючий домен, сайти розпізнавання певних кіназ (A і C) та аллостеричні смуги зв'язування Ca ²⁺ .

Насос SERCA

Насоси SERCA знаходяться у великій кількості в саркоплазматичному ретикулумі м’язових клітин, їх активність пов'язана зі скороченням і розслабленням у циклі руху м’язів. Його функція - транспортувати Са ²⁺ з клітинного цитозолу до матриці ретикулуму.

Ці білки складаються з єдиного поліпептидного ланцюга з 10 трансмембранними доменами. Його структура в основному така ж, як і у білків PMCA, але вона відрізняється тим, що вони містять лише три одиниці всередині цитоплазми, активний сайт знаходиться в третьому блоці.

Для функціонування цього білка необхідний баланс зарядів під час транспортування іонів. Два Са ²⁺ (гідролізованим АТФ) переміщуються з цитозолю в матрицю ретикулуму на тлі градієнта дуже високої концентрації.

Цей транспорт відбувається антипортальним способом, оскільки одночасно два Н ⁺ спрямовані на цитозол з матриці.

Механізм роботи

Насоси SERCA

Транспортний механізм ділиться на два стани Е1 та Е2. У Е1 сайти зв'язування, які мають високу спорідненість до Са ²⁺ , спрямовані до цитозолу. У E2 місця зв'язування спрямовані в бік просвіту сітківки, представляючи низьку спорідненість до Са ²⁺ . Два іони Са ²⁺ зв’язуються після перенесення.

Під час зв'язування та перенесення Са ²⁺ відбуваються конформаційні зміни, включаючи відкриття М домену білка, який спрямований до цитозолу. Потім іони легше зв'язуються з двома сайтами зв'язування зазначеного домену.

Об'єднання двох іонів Са ²⁺ сприяє ряду структурних змін білка. Серед них обертання певних доменів (домен А), які реорганізують одиниці насоса, дозволяючи відкритись до матриці ретикулуму, щоб вивільнити іони, які роз'єднуються завдяки зниженню спорідненості у місцях зв'язування.

Протони Н ⁺ та молекули води стабілізують ділянку зв’язування Са ²⁺ , внаслідок чого домен А повертається до початкового стану, закриваючи доступ до ендоплазматичного ретикулуму.

Насоси PMCA

Цей тип насоса є у всіх еукаріотичних клітинах і відповідає за вигнання Са ²⁺ у позаклітинний простір, щоб зберегти його концентрацію стабільною у клітинах.

У цьому білку іон Са ²⁺ транспортується гідролізованим АТФ. Транспорт регулюється рівнями білка кальмодуліну в цитоплазмі.

Збільшуючи концентрацію цитозольного Са ²⁺ , підвищується рівень кальмодуліну, який зв’язується з іонами кальцію. Комплекс Ca ²⁺ -кальмодулін потім збирається на місці зв'язування насоса PMCA. У насосі відбувається конформаційна зміна, яка дозволяє відкрити відкриття позаклітинного простору.

Вивільняються іони кальцію, відновлюючи нормальний рівень всередині клітини. Отже, комплекс Ca ²⁺ -кальмодулін розбирається, повертаючи конформацію насоса до початкового стану.

Список літератури

1. Бріні, М., і Карафолі, Е. (2009). Кальцієві насоси для здоров'я та хвороб. Фізіологічні огляди, 89 (4), 1341-1378.
2. Карафолі, Е., і Бріні, М. (2000). Кальцієві насоси: структурна основа та механізм трансмембранного кальцію. Сучасна думка з хімічної біології, 4 (2), 152-161.
3. Девлін, ТМ (1992). Підручник з біохімії: з клінічними кореляціями.
4. Latorre, R. (Ред.). (дев'ятнадцять дев'яносто шість). Біофізика та фізіологія клітин. Університет Севільї.
5. Лодіш, Х., Дарнелл, Дж. Е., Берк, А., Кайзер, Каліфорнія, Крігер, М., Скотт, депутат та Мацудайра, П. (2008). Молекулярна клітинна біологія. Макміллан.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Фізіологія людини: основа медицини. Elsevier Іспанія.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Біохімія. Panamerican Medical Ed.