KALCIJA PUMPIS: FUNKCIJAS, VEIDI, STRUKTŪRA UN DARBĪBA - BIOLOĢIJA - 2025

Kalcija sūknis ir struktūra proteīnu rakstura, kas ir atbildīga par transportēšanu kalciju caur šūnu membrānām. Šī struktūra ir atkarīga no ATP un tiek uzskatīta par ATPāzei līdzīgu proteīnu, ko sauc arī par Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPāze ir atrodama visās eikariotu organismu šūnās, un tā ir būtiska šūnas kalcija homeostāzei. Šis proteīns veic primāro aktīvo transportu, jo kalcija molekulu kustība ir pretrunā to koncentrācijas gradientam.

SERCA kristalogrāfiskā struktūra.
Avots: Wcnsaffo

Kalcija sūkņa funkcijas

Ca ²⁺ spēlē svarīgu lomu šūnā, tāpēc tās regulēšana tajās ir būtiska pareizai darbībai. Bieži darbojas kā otrais kurjers.

Āršūnu telpā Ca ²⁺ koncentrācija ir aptuveni 10 000 reizes augstāka nekā šūnās. Palielināta šī jonu koncentrācija šūnu citoplazmā izraisa dažādas reakcijas, piemēram, muskuļu kontrakcijas, neirotransmiteru izdalīšanos un glikogēna sadalīšanos.

Ir vairāki veidi, kā šos jonus pārnest no šūnām: pasīvs transports (nespecifiska izeja), jonu kanāli (kustība par labu viņu elektroķīmiskajam gradientam), antiatbalsta tipa sekundārais aktīvais transports (Na / Ca) un primārais aktīvais transports ar sūkni. Atkarīgs no ATP.

Atšķirībā no citiem Ca ²⁺ pārvietošanas mehānismiem , sūknis darbojas vektora formā. Tas ir, jons pārvietojas tikai vienā virzienā, lai tas darbotos tikai tos izraidot.

Šūna ir ārkārtīgi jutīga pret Ca ²⁺ koncentrācijas izmaiņām . Tāpēc, parādot tik izteiktu atšķirību ar tā ārpusšūnu koncentrāciju, ir tik svarīgi efektīvi atjaunot normālu citosola līmeni.

Veidi

Dzīvnieku šūnās ir aprakstīti trīs Ca ²⁺ -ATPāzu veidi pēc to atrašanās šūnās; sūkņi, kas atrodas plazmas membrānā (PMCA), tie, kas atrodas endoplazmatiskajā retikulumā un kodolenerģijas membrānā (SERCA), un tie, kas atrodas Golgi aparāta membrānā (SPCA).

SPCA sūkņi pārvadā arī Mn ²⁺ jonus, kas ir dažādu enzīmu kofaktori Golgi aparāta matricā.

Rauga šūnas, citi eikariotu organismi un augu šūnas satur cita veida ļoti īpašas Ca ²⁺ -ATPāzes.

Uzbūve

PMCA pumpis

Plazmas membrānā mēs atrodam aktīvo pretportisko Na / Ca transportu, kas ir atbildīgs par ievērojama daudzuma Ca ²⁺ pārvietošanu šūnās miera stāvoklī un aktivitātē. Lielākajā daļā šūnu miera stāvoklī PMCA pumpis ir atbildīgs par kalcija transportēšanu uz ārpusi.

Šīs olbaltumvielas sastāv no aptuveni 1200 aminoskābēm, un tām ir 10 transmembranālie segmenti. Citosolā ir 4 galvenās vienības. Pirmajā vienībā ir termināla aminogrupa. Otrajam ir pamatīpašības, kas ļauj tai saistīties ar skābo fosfolipīdu aktivizēšanu.

Trešajā vienībā ir asparagīnskābe ar katalītisko funkciju, un "pa straumi" no tās fluoresceīna izotocianāta saistošā josla ATP saistošajā domēnā.

Ceturtajā vienībā atrodas kalmodulīna saistošais domēns, noteiktu kināžu (A un C) atpazīšanas vietas un alosteriskās Ca ²⁺ saistošās joslas .

SERCA pumpis

SERCA pumpji lielos daudzumos ir atrodami muskuļu šūnu sarkoplazmatiskajā retikulumā, un to darbība ir saistīta ar kontrakcijām un relaksāciju muskuļu kustības ciklā. Tās funkcija ir transportēt Ca ²⁺ no šūnas citosola uz retikulārā matricu.

Šie proteīni sastāv no vienas polipeptīdu ķēdes ar 10 transmembranāliem domēniem. Tās struktūra būtībā ir tāda pati kā PMCA olbaltumvielām, taču tā atšķiras ar to, ka citoplazmā tiem ir tikai trīs vienības, aktīvā vieta atrodas trešajā vienībā.

Šī olbaltumvielu darbībai ir nepieciešams līdzsvars jonu pārvadāšanas laikā. Divus Ca ²⁺ (ar hidrolizētu ATP) pārvieto no citosola uz retikulārā matricu pret ļoti augstas koncentrācijas gradientu.

Šis transports notiek pretportālā veidā, jo tajā pašā laikā divi H ⁺ no matricas tiek novirzīti uz citozītu.

Darbības mehānisms

SERCA sūkņi

Transportēšanas mehānisms ir sadalīts divos stāvokļos E1 un E2. E1 saistošās vietas, kurām ir augsta afinitāte pret Ca ^2+, ir vērstas uz citozītu. E2 saistošās vietas ir vērstas uz retikulāra lūmenu, nodrošinot nelielu afinitāti pret Ca ²⁺ . Pēc pārsūtīšanas divi Ca ²⁺ joni saista.

Ca ²⁺ saistīšanās un pārnešanas laikā notiek konformācijas izmaiņas, ieskaitot olbaltumvielu M domēna atvēršanu, kas atrodas pret citosolu. Pēc tam joni vieglāk saistās ar abām minētā domēna saistīšanās vietām.

Divu Ca ²⁺ jonu savienība veicina virkni olbaltumvielu strukturālo izmaiņu. Starp tiem dažu domēnu (A domēna) rotācija, kas reorganizē sūkņa vienības, dodot iespēju atvērties retikuluma matricai, lai atbrīvotu jonus, kas ir atvienoti, pateicoties afinitātes samazinājumam saistīšanās vietās.

H ⁺ protoni un ūdens molekulas stabilizē Ca ²⁺ saistīšanās vietu , izraisot A domēna atgriešanos sākotnējā stāvoklī, aizverot piekļuvi endoplazmatiskajam retikulum.

PMCA sūkņi

Šāda veida pumpis ir atrodams visās eikariotu šūnās un ir atbildīgs par Ca ²⁺ izvadīšanu ārpusšūnu telpā, lai šūnās saglabātu stabilu tā koncentrāciju.

Šajā proteīnā Ca ²⁺ jonu transportē ar hidrolizētu ATP. Pārvadājumus regulē kalopulīna olbaltumvielu līmenis citoplazmā.

Palielinot citozīta Ca ²⁺ koncentrāciju, palielinās kalmodulīna līmenis, kas saistās ar kalcija joniem. Ca ²⁺ -kalmodulīna komplekss pēc tam samontējas PMCA sūkņa saistīšanas vietā. Sūknī notiek konformācijas izmaiņas, kas ļauj atveri pakļaut ārpusšūnu telpai.

Izdalās kalcija joni, atjaunojot normālu līmeni šūnā. Līdz ar to Ca ²⁺ -kalmodulīna komplekss izjaucas, atjaunojot sūkņa konformāciju sākotnējā stāvoklī.

Atsauces

1. Brini, M., un Carafoli, E. (2009). Kalcija sūkņi veselības un slimību gadījumos. Fizioloģiskie pārskati, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., un Brini, M. (2000). Kalcija sūkņi: kalcija transmembranālā transporta struktūras pamats un mehānisms. Pašreizējais atzinums ķīmiskajā bioloģijā, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Bioķīmijas mācību grāmata: ar klīniskajām korelācijām.
4. Latorre, R. (Red.). (deviņpadsmit deviņdesmit seši). Biofizika un šūnu fizioloģija. Seviļas universitāte.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaizers, CA, Krieger, M., Scott, MP, un Matsudaira, P. (2008). Molekulāro šūnu bioloģija. Makmillans.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Cilvēka fizioloģija: zāļu pamats. Elsevier Spānija.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioķīmija. Panamerican Medical Ed.