Funkcije, vrste, zgradba in delovanje kalcijeve črpalke

The kalcijevo črpalko Gre za strukturo proteinske narave, ki je odgovorna za prenos kalcija skozi celične membrane. Ta struktura je odvisna od ATP in velja za ATPazni protein, imenovan tudi Ca²⁺-ATPaze.

Ca²⁺-ATPaza se nahaja v vseh celicah evkariontskih organizmov in je bistvena za homeostazo kalcija v celici. Ta protein izvaja primarni aktivni transport, saj gibanje molekul kalcija nasprotuje njegovemu koncentracijskemu gradientu.

Indeks

• 1 Funkcije kalcijeve črpalke
• 2 Vrste
• 3 Struktura
  • 3.1 Črpalka PMCA
  • 3.2 Črpalka SERCA
• 4 Mehanizem delovanja
  • 4.1 Črpalke SERCA
  • 4.2 Črpalke PMCA
• 5 Reference

Funkcije kalcijeve črpalke

Ca²⁺ Izpolnjuje pomembne vloge v celici, zato je njena ureditev znotraj njih bistvena za njeno pravilno delovanje. Pogosto deluje kot drug sel.

V zunajceličnih prostorih je koncentracija Ca²⁺ približno 10.000-krat je večja kot v celicah. Povečanje koncentracije tega iona v celični citoplazmi sproži več odzivov, kot so mišične kontrakcije, sproščanje nevrotransmiterjev in razgradnja glikogena..

Obstaja več načinov prenosa teh ionov iz celic: pasivni transport (nespecifičen izhod), ionski kanali (gibanje v korist njegovega elektrokemičnega gradienta), sekundarni aktivni transport antiportnega tipa (Na / Ca) in primarni aktivni transport s črpalko. odvisna od ATP.

Za razliko od drugih mehanizmov premestitve Ca²⁺, črpalka deluje v vektorski obliki. To pomeni, da se ion premika samo v eno smer, tako da deluje le tako, da jih izžene.

Celica je zelo občutljiva na spremembe koncentracije Ca²⁺. Pri predstavljanju tako izrazite razlike z njegovo zunajcelično koncentracijo je zato pomembno učinkovito obnoviti normalne citosolne koncentracije..

Vrste

Opisane so bile tri vrste Ca²⁺-ATPaze v celicah živali, glede na njihove lokacije v celicah; črpalke v plazemski membrani (PMCA), tiste, ki se nahajajo v endoplazmatskem retikulumu in jedrski membrani (SERCA), in tiste, ki jih najdemo v membrani aparata Golgi (SPCA).

SPCA črpalke tudi prenašajo Mn ione²⁺ ki so kofaktorji različnih encimov matrike Golgijevega aparata.

Kvasne celice, drugi evkariontski organizmi in rastlinske celice predstavljajo druge vrste Ca²⁺-ATPasas zelo poseben.

Struktura

Črpalka PMCA

V plazemski membrani smo našli aktivni antipartični transport Na / Ca, ki je odgovoren za premestitev pomembne količine Ca²⁺ v celicah v mirovanju in aktivnosti. V večini mirovnih celic je za prenos kalcija zunaj odgovorna črpalka PMCA.

Ti proteini so sestavljeni iz približno 1.200 aminokislin in imajo 10 transmembranskih segmentov. V citosolu so 4 glavne enote. Prva enota vsebuje amino-terminalno skupino. Drugi ima osnovne značilnosti, ki mu omogočajo, da se veže na kisline, ki aktivirajo fosfolipide.

V tretji enoti je asparaginska kislina s katalitično funkcijo in "navzdol" od tega vezni trak za fluorescein izotocianat, v ATP vezavni domeni.

V četrti enoti je področje vezave na kalmodulin, mesta prepoznavanja nekaterih kinaz (A in C) in veznih trakov Ca.²⁺ alosterik.

SERCA Črpalka

Črpalke SERCA najdemo v velikih količinah v sarkoplazmičnem retikulumu mišičnih celic, njihova aktivnost pa je povezana s krčenjem in sproščanjem v ciklu gibanja mišic. Njegova naloga je transport Ca²⁺ od citosola celice do matrike retikuluma.

Ti proteini so sestavljeni iz ene polipeptidne verige z 10 transmembranskimi domenami. Njegova struktura je v bistvu enaka strukturi proteinov PMCA, vendar se razlikuje po tem, da imajo v citoplazmi le tri enote, pri čemer je aktivno mesto najdeno v tretji enoti..

Delovanje te beljakovine zahteva obremenitveno ravnotežje med transportom ionov. Dva Ca²⁺ (s hidroliziranim ATP) se premaknejo iz citosola v matriko retikuluma proti zelo visokemu koncentracijskem gradientu.

Ta prenos poteka na antiportični način, ker hkrati dva H⁺ usmerjeni so na citosol iz matrice.

Mehanizem delovanja

Črpalke SERCA

Transportni mehanizem je razdeljen na dva stanja E1 in E2. V E1 vezavnih mestih, ki imajo visoko afiniteto za Ca²⁺ usmerjeni so proti citosolu. V E2 so vezna mesta usmerjena proti lumenu retikuluma, ki kaže nizko afiniteto za Ca²⁺. Dva Ca iona²⁺ po prenosu.

Med združitvijo in prenosom Ca²⁺, pojavijo se konformacijske spremembe, vključno z odprtjem domene M proteina, ki je proti citosolu. Ioni se nato lažje združijo z dvema veznima mestoma navedene domene.

Združitev dveh ionov Ca²⁺ spodbuja vrsto strukturnih sprememb v proteinu. Med njimi je rotacija določenih področij (domena A), ki reorganizira enote črpalke, kar omogoča odpiranje proti matrici križa za sproščanje ionov, ki so ločeni zaradi zmanjšanja afinitete v veznih mestih..

H protoni⁺ in molekule vode stabilizirajo vezavno mesto Ca²⁺, povzročanje domene A, da se vrne nazaj v svoje prvotno stanje, zapiranje dostopa do endoplazmatskega retikuluma.

Črpalke PMCA

Ta vrsta črpalk se nahaja v vseh evkariontskih celicah in je odgovorna za izločanje Ca²⁺ proti zunajceličnemu prostoru, da bi ohranili stabilno koncentracijo v celicah.

V tem proteinu se prenaša Ca-ion²⁺ s hidroliziranim ATP. Promet uravnavajo koncentracije kalcodulinskega proteina v citoplazmi.

S povečanjem koncentracije Ca²⁺ citosolni, povečajo ravni kalmodulina, ki vežejo kalcijeve ione. Kompleks Ca²⁺-Kalmodulin se nato sestavi na mesto pritrditve črpalke PMCA. Konformacijska sprememba se pojavi v črpalki, ki omogoča, da je odprtina izpostavljena zunajceličnemu prostoru.

Kalcijevi ioni se sproščajo in ponovno vzpostavijo normalne ravni v celici. Zato je kompleks Ca²⁺-Calmodulin se razstavi, tako da se črpalka vrne v prvotno stanje.

Reference

1. Brini, M., in Carafoli, E. (2009). Kalcijeve črpalke za zdravje in bolezni. Fiziološke ocene, 89(4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., in Brini, M. (2000). Kalcijeve črpalke: strukturna osnova in mehanizem za transmembranski transport kalcija. Aktualno mnenje o kemijski biologiji, 4(2), 152-161.
3. Devlin, T. M. (1992). Učbenik biokemije: s kliničnimi korelacijami.
4. Latorre, R. (ur.). (1996). Biofizika in celična fiziologija. Univerza v Sevilli.
5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M.P., & Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, C.D. (2005). Človeška fiziologija: osnova medicine. Elsevier Španija.
7. Voet, D., & Voet, J.G. (2006). Biokemija. Ed Panamericana Medical.