KALCIUMSZIVATTYÚ: FUNKCIÓK, TÍPUSOK, FELÉPÍTÉS ÉS MŰKÖDÉS - BIOLÓGIA - 2026

A kalciumszivattyú fehérje jellegű szerkezet, amely felelős a kalcium sejtmembránon keresztüli szállításáért. Ez a szerkezet az ATP-től függ, és ATPáz-szerű proteinnek, Ca2 ⁺ -ATPáznak is nevezik.

A Ca ²⁺ -ATPáz megtalálható az eukarióta szervezetek minden sejtében, és nélkülözhetetlen a sejt kalcium-homeosztázisához. Ez a fehérje elsődleges aktív transzportot hajt végre, mivel a kalciummolekulák mozgása ellentétes a koncentráció-gradiensükkel.

SERCA kristálytani szerkezete.

Forrás: Wcnsaffo

A kalciumszivattyú funkciói

A Ca ²⁺ fontos szerepet játszik a sejtekben, ezért a bennük lévő szabályozás elengedhetetlen a megfelelő működéshez. Gyakran második üzenetküldőként működik.

Az extracelluláris terekben a Ca ²⁺ -koncentráció körülbelül 10 000-szer magasabb, mint a sejtekben. Ennek az ionnak a megnövekedett koncentrációja a sejt citoplazmában különféle válaszokat vált ki, például izom-összehúzódásokat, neurotranszmitterek felszabadulását és a glikogén lebontását.

Számos módszer van ezeknek az ionoknak a sejtekből történő átvitelére: passzív transzport (nem specifikus kilépés), ioncsatornák (mozgás az elektrokémiai gradiensük javára), anti-hordozó típusú másodlagos aktív transzport (Na / Ca) és primer aktív transzport a pumpával. ATP-függő.

A többi Ca ²⁺ elmozdulási mechanizmussal ellentétben a szivattyú vektor formában működik. Vagyis az ion csak egy irányba mozog, úgy hogy csak azáltal, hogy kitűzi őket.

A sejt rendkívül érzékeny a Ca ²⁺ koncentráció változásaira. Az extracelluláris koncentrációban mutatkozó ilyen jelentős különbség bemutatása miatt tehát olyan fontos, hogy hatékonyan helyreállítsák normális citoszol szintjét.

típusai

Az állati sejtekben a Ca ²⁺ -ATPázok három típusát írták le, a sejtekben való elhelyezkedésük szerint; a plazmamembránban (PMCA) található pumpák, az endoplazmatikus retikulumban és a nukleáris membránban (SERCA) található pumpák, valamint a Golgi készülék membránjában (SPCA) található pumpák.

Az SPCA szivattyúk Mn ²⁺ ionokat is szállítanak, amelyek különféle enzimek kofaktorai a Golgi készülék mátrixában.

Élesztősejtek, más eukarióta szervezetek és növényi sejtek más típusú nagyon sajátos Ca ²⁺ -ATPázokat tartalmaznak.

Szerkezet

PMCA szivattyú

A plazmamembránban megtalálható az aktív antiportikus Na / Ca transzport, amely felelős a jelentős mennyiségű Ca ²⁺ kiszorításáért a nyugalmi és aktivitású sejtekben. A nyugvó állapotú sejtek többségében a PMCA-szivattyú felelős a kalcium kívülről történő szállításáért.

Ezek a fehérjék körülbelül 1200 aminosavból állnak, és 10 transzmembrán szegmenssel rendelkeznek. A citoszolban 4 fő egység található. Az első egység a terminális aminocsoportot tartalmazza. A másodiknak alapvető tulajdonságai vannak, amelyek lehetővé teszik, hogy kötődik a savas foszfolipidek aktiválásához.

A harmadik egységben katalitikus funkcióval rendelkező aszparaginsav található, ennek "downstream" -én egy fluoreszcein-izotocianát-kötő sáv, az ATP-kötő doménben.

A negyedik egységben a kalmodulin-kötő domén, bizonyos kinázok (A és C) felismerési helyei és az alloszterikus Ca ²⁺ -kötő sávok találhatóak.

SERCA szivattyú

A SERCA pumpák nagy mennyiségben találhatók az izomsejtek szarkoplazmás retikulumában, és ezek aktivitása összehúzódással és relaxációval kapcsolatos az izommozgás ciklusában. Feladata, hogy Ca2 ⁺ -ot szállítson a sejt citoszolból a retikulum mátrixba.

Ezek a fehérjék egyetlen polipeptidláncból állnak, 10 transzmembrán doménnel. Szerkezete alapvetően ugyanaz, mint a PMCA fehérjéknél, de abban különbözik, hogy csak három egységük van a citoplazmában, az aktív hely a harmadik egységben van.

Ennek a proteinnek a működéséhez az ionok szállítása során a töltések egyensúlya szükséges. Két Ca ²⁺ (hidrolizált ATP-vel) a citoszolból a retikulum mátrixba kerül, nagyon magas koncentrációjú gradiens ellen.

Ez a szállítás antiportális módon történik, mivel ugyanakkor két H ⁺ irányul a citoszolhoz a mátrixból.

A működés mechanizmusa

SERCA szivattyúk

A szállítási mechanizmus két E1 és E2 állapotra oszlik. Az E1-ben azok a kötőhelyek, amelyeknek magas affinitása van a Ca2 ⁺ -hoz, a citoszol felé irányulnak. Az E2-ben a kötőhelyek a retikulum lumenéhez irányulnak, alacsony affinitást mutatva a Ca ^{2+ -hoz}. A két Ca ²⁺ ion kötődik átvitel után.

A Ca2 ⁺ kötődése és átvitele során konformációs változások történnek, ideértve a protein M doménjének kinyitását, amely a citoszol felé mutat. Az ionok ezután könnyebben kötődnek az említett domén két kötőhelyéhez.

A két Ca ²⁺ ion egyesülése elősegíti a fehérje szerkezeti változásainak sorozatát. Ezek közül bizonyos domének (A domén) forgása, amely átalakítja a szivattyú egységeit, lehetővé téve a nyílást a retikulum mátrix felé az ionok felszabadításához, amelyek összekapcsolódtak a kötőhelyek affinitásának csökkenése miatt.

A H ⁺ protonok és a vízmolekulák stabilizálják a Ca ²⁺ kötőhelyet, okozva az A domén visszatérését eredeti állapotába, bezárva az endoplazmatikus retikulumhoz való hozzáférést.

PMCA szivattyúk

Ez a fajta szivattyú az összes eukarióta sejtben megtalálható, és felelős a Ca ²⁺ kiürítéséből az extracelluláris tér felé annak érdekében, hogy a sejtekben a koncentrációja stabil maradjon.

Ebben a fehérjében egy Ca2 ⁺ -iont hidrolizált ATP továbbítja. A transzportot a citoplazmában a kalmodulin fehérje szintje szabályozza.

A citoszol Ca ²⁺ koncentrációjának növelésével nő a kalmodulin szintje, amely kötődik a kalcium-ionokhoz. A Ca ²⁺ -kalmodulin komplex ezután összeáll a PMCA szivattyú kötőhelyén. A szivattyúban konformációs változás következik be, amely lehetővé teszi, hogy a nyílás ki legyen téve az extracelluláris térnek.

Kalciumionok szabadulnak fel, helyreállítva a sejt normál szintjét. Következésképpen a Ca ²⁺ -kalmodulin komplex szétszerelésre kerül, visszatérve a szivattyú konformációját eredeti állapotába.

Irodalom

1. Brini, M. és Carafoli, E. (2009). Kalciumszivattyúk egészségben és betegségekben. Fiziológiai áttekintés, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E. és Brini, M. (2000). Kalciumszivattyúk: a kalcium transzmembrán transzport szerkezeti alapjai és mechanizmusai. Jelenlegi vélemény a kémiai biológiáról, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Biokémia tankönyv: klinikai összefüggésekkel.
4. Latorre, R. (szerk.). (tizenkilenc kilencvenhat) Biofizika és sejtfiziológia. Sevilla Egyetem.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, és Matsudaira, P. (2008). Molekuláris sejtbiológia. Macmillan.
6. Pocock, G. és Richards, CD (2005). Emberi fiziológia: az orvostudomány alapja. Elsevier Spanyolország.
7. Voet, D. és Voet, JG (2006). Biokémia. Panamerican Medical Ed.