Funkcje, typy, struktura i działanie pompy wapniowej

The pompa wapniowa Jest to struktura o charakterze białkowym, która jest odpowiedzialna za transport wapnia przez błony komórkowe. Ta struktura jest zależna od ATP i jest uważana za białko typu ATPazy, zwane również Ca²⁺-ATPase.

Ca²⁺-ATPaza występuje we wszystkich komórkach organizmów eukariotycznych i jest niezbędna dla homeostazy wapnia w komórce. Białko to wykonuje podstawowy transport aktywny, ponieważ ruch cząsteczek wapnia jest sprzeczny z gradientem stężenia.

Indeks

• 1 Funkcje pompy wapniowej
• 2 typy
• 3 Struktura
  • 3.1 Pompa PMCA
  • 3.2 Pompa SERCA
• 4 Mechanizm obsługi
  • 4.1 Pompy SERCA
  • 4.2 Pompy PMCA
• 5 referencji

Funkcje pompy wapniowej

Ca²⁺ Spełnia ważne role w komórce, więc jej regulacja wewnątrz nich ma zasadnicze znaczenie dla jej prawidłowego funkcjonowania. Często działa jako drugi posłaniec.

W przestrzeniach zewnątrzkomórkowych stężenie Ca²⁺ jest około 10 000 razy większy niż wewnątrz komórek. Wzrost stężenia tego jonu w cytoplazmie komórkowej wywołuje kilka odpowiedzi, takich jak skurcze mięśni, uwalnianie neuroprzekaźników i degradacja glikogenu.

Istnieje kilka sposobów przeniesienia tych jonów z komórek: transport bierny (nieswoista wydajność), kanały jonowe (ruch na korzyść gradientu elektrochemicznego), wtórny transport aktywny typu antyportowego (Na / Ca) i podstawowy transport aktywny z pompą. zależne od ATP.

W przeciwieństwie do innych mechanizmów przemieszczania Ca²⁺, pompa działa w formie wektorowej. Oznacza to, że jon porusza się tylko w jednym kierunku, dzięki czemu działa tylko poprzez wypędzenie go.

Komórka jest niezwykle wrażliwa na zmiany stężenia Ca.²⁺. W przypadku tak znaczącej różnicy w stosunku do stężenia zewnątrzkomórkowego ważne jest zatem skuteczne przywrócenie jego normalnego poziomu cytozolowego.

Typy

Opisano trzy typy Ca.²⁺-ATPazy w komórkach zwierząt, w zależności od ich lokalizacji w komórkach; pompy zlokalizowane w błonie plazmatycznej (PMCA), zlokalizowane w retikulum endoplazmatycznym i błonie jądrowej (SERCA) oraz te znajdujące się w błonie aparatu Golgiego (SPCA).

Pompy SPCA transportują również jony Mn²⁺ które są kofaktorami różnych enzymów matrycy aparatu Golgiego.

Komórki drożdży, inne organizmy eukariotyczne i komórki roślinne prezentują inne typy Ca.²⁺-ATPasas bardzo szczególne.

Struktura

Pompa PMCA

W błonie plazmatycznej odkryliśmy aktywny antypartyczny transport Na / Ca, odpowiedzialny za przemieszczenie znacznej ilości Ca²⁺ w komórkach w spoczynku i aktywności. W większości komórek spoczynkowych odpowiedzialnym za transport wapnia na zewnątrz jest pompa PMCA.

Białka te składają się z około 1200 aminokwasów i mają 10 segmentów transbłonowych. W cytozolu znajdują się 4 główne jednostki. Pierwsza jednostka zawiera grupę amino-końcową. Drugi ma podstawowe cechy, które pozwalają mu wiązać się z fosfolipidami aktywującymi kwas.

W trzeciej jednostce znajduje się kwas asparaginowy z funkcją katalityczną i „w dół” tego pasma wiązania izotocyjanianu fluoresceiny, w domenie wiążącej ATP.

W czwartej jednostce jest domena wiązania do kalmoduliny, miejsc rozpoznawania pewnych kinaz (A i C) i pasm wiążących Ca²⁺ allosteryczny.

Pompa SERCA

Pompy SERCA znajdują się w dużych ilościach w siateczce sarkoplazmatycznej komórek mięśniowych, a ich aktywność jest związana ze skurczem i relaksacją w cyklu ruchu mięśni. Jego zadaniem jest transportowanie Ca²⁺ od cytozolu komórki do matrycy siateczki.

Białka te składają się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego z 10 domenami transbłonowymi. Jego struktura jest zasadniczo taka sama jak struktura białek PMCA, ale różni się tym, że mają tylko trzy jednostki w cytoplazmie, z miejscem aktywnym znajdowanym w trzeciej jednostce..

Funkcjonowanie tego białka wymaga równowagi obciążenia podczas transportu jonów. Dwa Ca²⁺ (przez hydrolizowany ATP) są przemieszczane z cytozolu do matrycy siateczki, wbrew bardzo wysokiemu gradientowi stężenia.

Transport ten odbywa się w sposób antyportowy, ponieważ jednocześnie dwa H⁺ są one kierowane do cytozolu z matrycy.

Mechanizm operacyjny

Pompy SERCA

Mechanizm transportu jest podzielony na dwa stany E1 i E2. W miejscach wiązania E1, które mają wysokie powinowactwo do Ca²⁺ są one skierowane w stronę cytozolu. W E2 miejsca wiązania są skierowane w stronę światła siateczki o niskim powinowactwie do Ca²⁺. Dwa jony Ca.²⁺ dołączyć po przeniesieniu.

Podczas zjednoczenia i przeniesienia Ca.²⁺, zachodzą zmiany konformacyjne, w tym otwarcie domeny M białka, które jest w kierunku cytozolu. Jony następnie łatwiej łączą się z dwoma miejscami wiązania tej domeny.

Połączenie dwóch jonów Ca.²⁺ promuje szereg zmian strukturalnych w białku. Wśród nich rotacja pewnych domen (domena A), która reorganizuje jednostki pompy, umożliwiając otwarcie w kierunku matrycy siatkowej w celu uwolnienia jonów, które są oddzielone dzięki zmniejszeniu powinowactwa w miejscach wiązania.

Protony H⁺ a cząsteczki wody stabilizują miejsce wiązania Ca²⁺, powodując obrót domeny A z powrotem do pierwotnego stanu, zamykając dostęp do retikulum endoplazmatycznego.

Pompy PMCA

Ten typ pomp znajduje się we wszystkich komórkach eukariotycznych i jest odpowiedzialny za wydalenie Ca²⁺ w kierunku przestrzeni pozakomórkowej w celu utrzymania stabilnego stężenia w komórkach.

W tym białku transportowany jest jon Ca.²⁺ przez hydrolizę ATP. Transport jest regulowany przez poziomy białka kalmoduliny w cytoplazmie.

Zwiększając stężenie Ca.²⁺ cytozolowy, zwiększ poziom kalmoduliny, która wiąże jony wapnia. Kompleks Ca.²⁺-Kalmodulina jest następnie składana do miejsca przyłączenia pompy PMCA. W pompie występuje zmiana konformacyjna, która umożliwia otwarcie otworu w przestrzeni pozakomórkowej.

Jony wapnia są uwalniane, przywracając normalne poziomy wewnątrz komórki. W konsekwencji kompleks Ca.²⁺-Kalmodulina jest demontowana, przywracając konformację pompy do jej pierwotnego stanu.

Referencje

1. Brini, M. i Carafoli, E. (2009). Pompy wapniowe w zdrowiu i chorobie. Przeglądy fizjologiczne, 89(4), 1341-1378.
2. Carafoli, E. i Brini, M. (2000). Pompy wapniowe: podstawa strukturalna i mechanizm transbłonowego transportu wapnia. Aktualna opinia w biologii chemicznej, 4(2), 152-161.
3. Devlin, T. M. (1992). Podręcznik biochemii: z korelacjami klinicznymi.
4. Latorre, R. (wyd.). (1996). Biofizyka i fizjologia komórkowa. Uniwersytet w Sewilli.
5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., i Matsudaira, P. (2008). Biologia komórek molekularnych. Macmillan.
6. Pocock, G. i Richards, C. D. (2005). Fizjologia człowieka: podstawa medycyny. Elsevier Hiszpania.
7. Voet, D. i Voet, J. G. (2006). Biochemia. Ed. Panamericana Medical.