KALCIJEVA ČRPALKA: FUNKCIJE, VRSTE, ZGRADBA IN DELOVANJE - BIOLOGIJA - 2026

Kalcijev črpalka je struktura proteina narave, ki je odgovorna za prevoz kalcija skozi celične membrane. Ta struktura je odvisna od ATP in velja za ATPazo podoben protein, imenovan tudi Ca ²⁺ -ATPaza.

Ca ²⁺ -ATPaza se nahaja v vseh celicah evkariontskih organizmov in je ključna za homeostazo kalcija v celici. Ta protein izvaja primarni aktivni transport, saj je gibanje kalcijevih molekul v nasprotju z njihovim koncentracijskim gradientom.

Kristalografska struktura SERCA.
Vir: Wcnsaffo

Funkcije kalcijeve črpalke

Ca ²⁺ ima v celici pomembno vlogo, zato je za pravilno delovanje ključnega pomena njegova regulacija znotraj njih. Pogosto deluje kot drugi sel.

V zunajceličnih prostorih je koncentracija Ca ²⁺ približno 10.000-krat večja kot v celicah. Povečana koncentracija tega iona v celični citoplazmi sproži različne odzive, kot so krčenje mišic, sproščanje nevrotransmiterjev in razpad glikogena.

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

Za razliko od drugih mehanizmov izpodrivanja Ca ²⁺ črpalka deluje v vektorski obliki. Se pravi, da se ion premika v samo eno smer, tako da deluje le tako, da jih izžene.

Celica je izjemno občutljiva na spremembe koncentracije Ca ²⁺ . Če predstavimo tako izrazito razliko z zunajcelično koncentracijo, je zato tako pomembno učinkovito obnoviti normalno raven citosolov.

Vrste

V živalskih celicah so bile opisane tri vrste Ca ²⁺ -ATPaz glede na njihovo lokacijo v celicah; črpalke, ki se nahajajo v plazemski membrani (PMCA), tiste, ki se nahajajo v endoplazemskem retikulu in jedrski membrani (SERCA), in tiste, ki jih najdemo v membrani Golgijevega aparata (SPCA).

Črpalke SPCA prevažajo tudi Mn ²⁺ ione, ki so kofaktorji različnih encimov v matriki Golgijevega aparata.

Celice kvasa, drugi evkariontski organizmi in rastlinske celice predstavljajo druge vrste zelo določenih Ca2 ⁺ -ATPaz.

Struktura

PMCA črpalka

V plazemski membrani najdemo aktivni antiportni transport Na / Ca, ki je odgovoren za premik pomembne količine Ca ²⁺ v celicah v mirovanju in aktivnosti. V večini celic v mirovanju je črpalka PMCA odgovorna za transport kalcija v zunanji del.

Te beljakovine sestavljajo približno 1.200 aminokislin in imajo 10 transmembranskih segmentov. V citosolu so 4 glavne enote. Prva enota vsebuje terminalno amino skupino. Drugi ima osnovne značilnosti, ki mu omogoča, da se veže na aktiviranje kislih fosfolipidov.

V tretji enoti je aspartanska kislina s katalitično funkcijo in "navzdol" iz tega vezivnega pasu fluorescein izotocijanata v vezni domeni ATP.

V četrti enoti je domena vezave kalmodulina, mesta prepoznavanja nekaterih kinaz (A in C) in alosterični Ca2 ⁺ vezivni pasovi .

SERCA črpalka

Črpalke SERCA najdemo v velikih količinah v sarkoplazmatskem retikulu mišičnih celic, njihova aktivnost pa je povezana s krčenjem in sproščanjem v ciklu gibanja mišic. Njegova funkcija je prevoz Ca ²⁺ iz celičnega citosola do matrike retikuluma.

Ti proteini so sestavljeni iz ene polipeptidne verige z 10 transmembranskimi domenami. Njegova struktura je v osnovi enaka strukturi beljakovin PMCA, vendar se razlikuje po tem, da imajo znotraj citoplazme le tri enote, aktivno mesto pa je v tretji enoti.

Delovanje tega proteina zahteva ravnotežje nabojev med transportom ionov. Dva Ca ²⁺ (s hidroliziranim ATP) se izrita iz citosola v matriko retikuluma proti zelo visokemu gradientu koncentracije.

Do tega transporta pride na antiportalni način, saj sta hkrati dva H ⁺ usmerjena na citosol iz matriksa.

Mehanizem delovanja

Črpalke SERCA

Transportni mehanizem je razdeljen na dve stanji E1 in E2. V E1 so vezna mesta, ki imajo visoko afiniteto za Ca ²⁺ , usmerjena proti citosolu. V E2 so vezna mesta usmerjena proti lumu retikuluma, kar predstavlja nizko afiniteto za Ca ²⁺ . Po prenosu se dva iona Ca ²⁺ vežeta.

Med vezavo in prenosom Ca ²⁺ pride do konformacijskih sprememb, vključno z odpiranjem M domene proteina, ki je usmerjena proti citosolu. Nato se ioni lažje vežejo na dve vezavni mesti omenjene domene.

Združitev dveh Ca2 ⁺ ionov spodbuja vrsto strukturnih sprememb v proteinu. Med njimi je vrtenje določenih domen (domena A), ki reorganizira enote črpalke, kar omogoča odpiranje proti matriki retikuluma sproščanje ionov, ki se odklopijo zaradi zmanjšanja afinitete na vezavnih mestih.

H ⁺ protoni in molekule vode stabilizirajo vezalno mesto Ca2 ⁺ , zaradi česar se domena A vrti v prvotno stanje in zapre dostop do endoplazmatskega retikuluma.

PMCA črpalke

Ta vrsta črpalke najdemo v vseh evkariontskih celicah in je odgovorna za izgon Ca ²⁺ v zunajcelični prostor, da bi njegova koncentracija ostala stabilna znotraj celic.

V tem proteinu se ion Ca ²⁺ prevaža s hidroliziranim ATP. Transport reguliramo z ravnijo proteina kalmodulina v citoplazmi.

S povečanjem koncentracije citosolnega Ca ²⁺ se poveča raven kalmodulina, ki se veže na kalcijeve ione. Kompleks Ca2 ⁺ -kalmodulina se nato sestavi na mesto vezave črpalke PMCA. V črpalki pride do konformacijske spremembe, ki omogoča, da se odprtina izpostavi zunajceličnemu prostoru.

Kalcijevi ioni se sproščajo in obnavljajo normalno raven znotraj celice. Posledično se Ca ²⁺ -kalmodulinski kompleks razstavi in ​​vrne konformacijo črpalke v prvotno stanje.

Reference

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Kalcijeve črpalke za zdravje in bolezni. Fiziološki pregledi, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Kalcijeve črpalke: strukturna osnova za in mehanizem transmembranskega prenosa kalcija. Trenutno mnenje o kemijski biologiji, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Učbenik biokemije: s kliničnimi korelacijami.
4. Latorre, R. (ur.). (devetnajst devetinšestdeset). Biofizika in fiziologija celic. Univerza v Sevilli.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, poslanec, in Matsudaira, P. (2008). Molekularna celična biologija. Macmillan.
6. Pocock, G., in Richards, CD (2005). Človeška fiziologija: osnova medicine. Elsevier Španija.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.