Funkcie, typy, štruktúra a prevádzka vápnikového čerpadla

vápnikové čerpadlo Je to štruktúra proteínovej povahy, ktorá je zodpovedná za transport vápnika bunkovými membránami. Táto štruktúra je závislá od ATP a je považovaná za proteín typu ATPázy, tiež nazývaný Ca²⁺-ATPázy.

Ca²⁺-ATPáza sa nachádza vo všetkých bunkách eukaryotických organizmov a je nevyhnutná pre homeostázu vápnika v bunke. Tento proteín vykonáva primárny aktívny transport, pretože pohyb molekúl vápnika ide proti jeho gradientu koncentrácie.

index

• 1 Funkcie vápnikového čerpadla
• 2 Typy
• 3 Štruktúra
  • 3.1 Čerpadlo PMCA
  • 3.2 Čerpadlo SERCA
• 4 Prevádzkový mechanizmus
  • 4.1 Čerpadlá SERCA
  • 4.2 Čerpadlá PMCA
• 5 Referencie

Funkcie vápnikového čerpadla

Ca²⁺ Plní dôležité úlohy v bunke, takže jej regulácia v nich je základom pre jej správne fungovanie. Často pôsobí ako druhý posol.

V extracelulárnych priestoroch je koncentrácia Ca²⁺ je približne 10 000 krát väčšia ako vo vnútri buniek. Zvýšenie koncentrácie tohto iónu v bunkovej cytoplazme spúšťa niekoľko reakcií, ako sú svalové kontrakcie, uvoľňovanie neurotransmiterov a degradácia glykogénu.

Existuje niekoľko spôsobov prenosu týchto iónov z buniek: pasívny transport (nešpecifický výstup), iónové kanály (pohyb v prospech jeho elektrochemického gradientu), sekundárny aktívny transport typu antiport (Na / Ca) a primárny aktívny transport s čerpadlom. závislé od ATP.

Na rozdiel od iných mechanizmov premiestnenia Ca²⁺, čerpadlo pracuje vo forme vektora. To znamená, že ión sa pohybuje len jedným smerom, takže funguje len tým, že ich vyhosti.

Bunka je mimoriadne citlivá na zmeny koncentrácie Ca²⁺. Pri prezentácii takého výrazného rozdielu s extracelulárnou koncentráciou je preto dôležité efektívne obnoviť jeho normálne hladiny cytozolov.

typ

Boli opísané tri typy Ca²⁺-ATPázy v bunkách zvierat podľa ich umiestnenia v bunkách; čerpadlá nachádzajúce sa v plazmatickej membráne (PMCA), čerpadlá umiestnené v endoplazmatickom retikule a v jadrovej membráne (SERCA) a membrány nachádzajúce sa v membráne Golgiho aparátu (SPCA).

Čerpadlá SPCA tiež transportujú ióny Mn²⁺ ktoré sú kofaktormi rôznych enzýmov matrice Golgiho aparátu.

Bunky kvasiniek, iné eukaryotické organizmy a rastlinné bunky predstavujú iné typy Ca²⁺-ATPasas veľmi zvláštne.

štruktúra

Čerpadlo PMCA

V plazmatickej membráne sme našli aktívny antiparthický Na / Ca transport, ktorý je zodpovedný za vytesnenie významného množstva Ca²⁺ v bunkách pri odpočinku a aktivite. Vo väčšine buniek v pokoji je za transport vápnika vonku zodpovedaná pumpa PMCA.

Tieto proteíny sa skladajú z približne 1 200 aminokyselín a majú 10 transmembránových segmentov. V cytosole sú 4 hlavné jednotky. Prvá jednotka obsahuje aminokoncovú skupinu. Druhý má základné charakteristiky, ktoré mu umožňujú viazať sa na fosfolipidy aktivujúce kyselinu.

V tretej jednotke je kyselina asparágová s katalytickou funkciou a "downstream" tohto väzbového pásu fluoresceín izotokyanátu v väzbovej doméne ATP.

Vo štvrtej jednotke je doména väzby na kalmodulín, rozpoznávacie miesta určitých kináz (A a C) a väzbové pásy Ca²⁺ allosterický.

SERCA Pump

Čerpadlá SERCA sa nachádzajú vo veľkých množstvách v sarkoplazmatickom retikule svalových buniek a ich aktivita súvisí s kontrakciou a relaxáciou v cykle svalového pohybu. Jeho funkciou je transport Ca²⁺ od cytozolu bunky k matrici retikula.

Tieto proteíny sa skladajú z jediného polypeptidového reťazca s 10 transmembránovými doménami. Jeho štruktúra je v podstate rovnaká ako štruktúra PMCA proteínov, ale líši sa tým, že tieto majú iba tri jednotky v cytoplazme, pričom aktívne miesto sa nachádza v tretej jednotke..

Fungovanie tohto proteínu vyžaduje vyváženie záťaže počas transportu iónov. Dva Ca²⁺ (hydrolyzovaným ATP) sa vytesnia z cytozolu do matrice retikula proti veľmi vysokému koncentračnému gradientu..

Tento transport sa uskutočňuje antiportickým spôsobom, pretože v tom istom čase dve H⁺ sú nasmerované na cytozol z matrice.

Prevádzkový mechanizmus

Čerpadlá SERCA

Dopravný mechanizmus je rozdelený na dva stavy E1 a E2. V E1 väzbových miestach, ktoré majú vysokú afinitu k Ca²⁺ sú nasmerované na cytosol. V E2 sú väzbové miesta nasmerované na lumen retikula, ktorý vykazuje nízku afinitu k Ca²⁺. Dva ióny Ca²⁺ po prevode.

Počas spojenia a prevodu Ca²⁺, dochádza ku konformačným zmenám, vrátane otvorenia M domény proteínu, ktorý je smerom k cytozolu. Ióny sa potom ľahšie spoja s dvomi väzbovými miestami uvedenej domény.

Spojenie dvoch Ca iónov²⁺ podporuje rad štrukturálnych zmien v proteíne. Medzi nimi rotácia určitých domén (doména A), ktorá reorganizuje jednotky pumpy, čo umožňuje otvorenie smerom k matrici mriežky na uvoľnenie iónov, ktoré sú oddelené vďaka zníženiu afinity vo väzbových miestach.

H protóny⁺ a molekuly vody stabilizujú väzbové miesto Ca²⁺, spôsobuje, že doména A sa otáča späť do svojho pôvodného stavu, pričom uzatvára prístup k endoplazmatickému retikulu.

Čerpadlá PMCA

Tento typ čerpadiel sa nachádza vo všetkých eukaryotických bunkách a je zodpovedný za vylúčenie Ca²⁺ smerom k extracelulárnemu priestoru, aby sa udržala stabilná koncentrácia v bunkách.

V tomto proteíne sa transportuje Ca ión²⁺ hydrolyzovaným ATP. Transport je regulovaný hladinami kalmodulínového proteínu v cytoplazme.

Zvýšením koncentrácie Ca²⁺ cytozolické, zvyšujú hladiny kalmodulínu, ktoré viažu ióny vápnika. Ca komplex²⁺-Calmodulin sa potom zostaví na miesto pripojenia PMCA čerpadla. V čerpadle dochádza ku konformačnej zmene, ktorá umožňuje, aby bol otvor vystavený extracelulárnemu priestoru.

Ióny vápnika sa uvoľňujú a obnovujú normálne hladiny vo vnútri bunky. V dôsledku toho, Ca komplex²⁺-Calmodulin sa demontuje a vracia konformáciu čerpadla do pôvodného stavu.

referencie

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Vápnikové pumpy v zdraví a chorobe. Fyziologické recenzie, 89(4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Vápnikové čerpadlá: štrukturálny základ a mechanizmus transmembránového transportu vápnika. Aktuálne stanovisko v chemickej biológii, 4(2), 152-161.
3. Devlin, T. M. (1992). Učebnica biochémie: s klinickými koreláciami.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Biofyzika a bunková fyziológia. Univerzita v Seville.
5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Mollekulárna biológia buniek. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, C. D. (2005). Ľudská fyziológia: základ medicíny. Elsevier Španielsko.
7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). biochémie. Panamericana Medical.