KALSIUMPUMPE: FUNKSJONER, TYPER, STRUKTUR OG DRIFT - BIOLOGI - 2026

Den kalsium Pumpen er en struktur av et protein art som er ansvarlig for transporten av kalsium gjennom cellemembraner. Denne strukturen er avhengig av ATP og regnes som et ATPase-lignende protein, også kalt Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase finnes i alle celler i eukaryote organismer og er essensiell for kalsiumhomeostase i cellen. Dette proteinet utfører primær aktiv transport, siden bevegelsen av kalsiummolekyler går mot konsentrasjonsgradienten.

SERCA krystallografisk struktur.
Kilde: Wcnsaffo

Funksjoner av kalsiumpumpen

Ca ²⁺ spiller viktige roller i cellen, så reguleringen i dem er avgjørende for at den skal fungere. Opptrer ofte som en andre messenger.

I ekstracellulære rom er Ca ²⁺ -konsentrasjonen omtrent 10 000 ganger høyere enn i celler. En økt konsentrasjon av dette ionet i cellecytoplasma utløser forskjellige responser, for eksempel muskelkontraksjon, frigjøring av nevrotransmittere og nedbrytning av glykogen.

Det er flere måter å overføre disse ionene fra celler: passiv transport (ikke-spesifikk utgang), ionekanaler (bevegelse til fordel for deres elektrokjemiske gradient), sekundær aktiv transport av den antistøttende typen (Na / Ca), og primær aktiv transport med pumpen. ATP-avhengig.

I motsetning til de andre Ca ²⁺ forskyvningsmekanismene , fungerer pumpen i vektorform. Det vil si at ionet beveger seg bare i en retning slik at det bare fungerer ved å utvise dem.

Cellen er ekstremt følsom for endringer i Ca ²⁺ -konsentrasjonen . Ved å presentere en så markant forskjell med deres ekstracellulære konsentrasjon, er det derfor så viktig å effektivt gjenopprette deres normale cytosoliske nivåer.

typer

Tre typer Ca ²⁺ -ATPaser er blitt beskrevet i dyreceller, i henhold til deres beliggenhet i cellene; pumper lokalisert i plasmamembranen (PMCA), de som er lokalisert i endoplasmatisk retikulum og kjernemembran (SERCA), og de som finnes i Golgi-apparatmembranen (SPCA).

SPCA-pumper transporterer også Mn ²⁺ -ioner som er kofaktorer av forskjellige enzymer i Golgi-apparatmatrisen.

Gjærceller, andre eukaryote organismer og planteceller presenterer andre typer veldig spesielle Ca ²⁺ -ATPaser.

Struktur

PMCA-pumpe

I plasmamembranen finner vi den aktive antiportiske Na / Ca-transporten, og er ansvarlig for forskyvningen av en betydelig mengde Ca ²⁺ i celler i ro og aktivitet. I de fleste celler i hviletilstand er PMCA-pumpen ansvarlig for å transportere kalsium til utsiden.

Disse proteinene består av omtrent 1 200 aminosyrer, og har 10 transmembrane segmenter. Det er 4 hovedenheter i cytosolen. Den første enheten inneholder den terminale aminogruppen. Den andre har grunnleggende egenskaper, slik at den kan binde seg til aktivering av sure fosfolipider.

I den tredje enheten er det en asparaginsyre med katalytisk funksjon, og "nedstrøms" av dette et fluoresceinisotocyanatbindingsbånd, i ATP-bindingsdomene.

I den fjerde enheten er det calmodulin bindende domene, gjenkjennelsesstedene for visse kinaser (A og C) og de allosteriske Ca ²⁺ bindingsbåndene .

SERCA pumpe

SERCA-pumper finnes i store mengder i sarkoplasmatisk retikulum til muskelceller, og deres aktivitet er relatert til sammentrekning og avslapping i muskelbevegelsessyklusen. Dens funksjon er å transportere Ca ²⁺ fra cellecytosol til retikulummatriksen.

Disse proteinene består av en enkelt polypeptidkjede med 10 transmembrane domener. Strukturen er i utgangspunktet den samme som PMCA-proteiner, men den skiller seg ut ved at de bare har tre enheter i cytoplasmaet, og det aktive stedet er i den tredje enheten.

Dette proteinets funksjon krever en balanse av ladninger under transport av ioner. To Ca ²⁺ (med hydrolysert ATP) blir forskjøvet fra cytosol til retikulummatriksen, mot en veldig høy konsentrasjonsgradient.

Denne transporten skjer på en antiportal måte, siden to H ^{+ samtidig} er rettet mot cytosolen fra matrisen.

Driftsmekanisme

SERCA-pumper

Transportmekanismen er delt i to tilstander E1 og E2. I El er bindingssidene som har en høy affinitet for Ca ²⁺ rettet mot cytosolen. I E2 er bindingssidene rettet mot retumenens lumen, og presenterer en lav affinitet for Ca ²⁺ . De to Ca ²⁺ -ionene bindes sammen etter overføring.

Under bindingen og overføringen av Ca ²⁺ forekommer konformasjonsendringer, inkludert åpningen av M-domenet til proteinet, som er mot cytosolen. Ionene binder seg deretter lettere til de to bindingssidene til nevnte domene.

Forbindelsen mellom de to Ca ²⁺ -ionene fremmer en serie strukturelle forandringer i proteinet. Blant dem rotasjonen av visse domener (domene A) som omorganiserer enhetene til pumpen, slik at åpningen mot retikulummatriksen kan frigjøre ionene, som er frakoblet takket være reduksjonen i affinitet på bindingsstedene.

H ⁺ -protonene og vannmolekylene stabiliserer Ca ²⁺ -bindingsstedet , og får A-domenet til å rotere tilbake til sin opprinnelige tilstand, og lukker tilgangen til endoplasmatisk retikulum.

PMCA-pumper

Denne typen pumpe finnes i alle eukaryote celler og er ansvarlig for utvisning av Ca ²⁺ mot det ekstracellulære rom for å holde konsentrasjonen stabil i cellene.

I dette proteinet transporteres et Ca ²⁺ -ion med hydrolysert ATP. Transport reguleres av nivåene av calmodulinproteinet i cytoplasmaet.

Ved å øke konsentrasjonen av cytosolisk Ca ²⁺ , øker nivåene av calmodulin, noe som binder seg til kalsiumioner. Ca ²⁺ -kalmodulinkomplekset samles deretter til bindingsstedet til PMCA-pumpen. En konstruksjonsendring skjer i pumpen som gjør at åpningen kan utsettes for det ekstracellulære rommet.

Kalsiumioner frigjøres, noe som gjenoppretter normale nivåer inne i cellen. Følgelig demonteres Ca ²⁺ -calmodulin- komplekset og returnerer pumpens konformasjon til sin opprinnelige tilstand.

referanser

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Kalsiumpumper i helse og sykdom. Fysiologiske vurderinger, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Kalsiumpumper: strukturelt grunnlag og mekanisme for kalsium-transmembrantransport. Nåværende mening i kjemisk biologi, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Lærebok for biokjemi: med kliniske korrelasjoner.
4. Latorre, R. (red.). (nitten nittiseks). Biofysikk og cellefysiologi. Sevilla University.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Mollekylær cellebiologi. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Human fysiologi: grunnlaget for medisin. Elsevier Spania.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokjemi. Panamerican Medical Ed.