Funkce, typy, struktura a provoz vápníkového čerpadla

vápníkové čerpadlo Je to struktura proteinové povahy, která je zodpovědná za transport vápníku buněčnými membránami. Tato struktura je závislá na ATP a je považována za protein typu ATPázy, také nazývaný Ca²⁺-ATPáza.

Ca²⁺-ATPáza se nachází ve všech buňkách eukaryotických organismů a je nezbytná pro homeostázu vápníku v buňce. Tento protein provádí primární aktivní transport, protože pohyb molekul vápníku jde proti jeho koncentračnímu gradientu.

Index

• 1 Funkce vápníkového čerpadla
• 2 Typy
• 3 Struktura
  • 3.1 Čerpadlo PMCA
  • 3.2 Čerpadlo SERCA
• 4 Ovládací mechanismus
  • 4.1 Čerpadla SERCA
  • 4.2 Čerpadla PMCA
• 5 Odkazy

Funkce vápníkového čerpadla

Ca²⁺ Plní důležité role v buňce, takže její regulace v nich je zásadní pro její řádné fungování. Často se chová jako druhý posel.

V extracelulárních prostorech je koncentrace Ca²⁺ je přibližně 10 000 krát větší než uvnitř buněk. Zvýšení koncentrace tohoto iontu v buněčné cytoplazmě vyvolá několik odpovědí, jako jsou svalové kontrakce, uvolňování neurotransmiteru a degradace glykogenu.

Existuje několik způsobů přenosu těchto iontů z buněk: pasivní transport (nespecifický výstup), iontové kanály (pohyb ve prospěch elektrochemického gradientu), sekundární aktivní transport typu antiport (Na / Ca) a primární aktivní transport s čerpadlem. závislý na ATP.

Na rozdíl od jiných mechanismů přemístění Ca²⁺, čerpadlo pracuje ve vektorovém tvaru. To znamená, že iont se pohybuje pouze jedním směrem, takže funguje pouze tím, že je vyhostí.

Buňka je extrémně citlivá na změny koncentrace Ca²⁺. Při prezentaci tak výrazného rozdílu s extracelulární koncentrací je proto důležité účinně obnovit jeho normální hladiny cytosolu.

Typy

Byly popsány tři typy Ca²⁺-ATPázy v buňkách zvířat podle jejich umístění v buňkách; čerpadla umístěná v plazmatické membráně (PMCA), která se nachází v endoplazmatickém retikulu a v jaderné membráně (SERCA), a membrány v membráně Golgiho přístroje (SPCA).

Čerpadla SPCA také transportují ionty Mn²⁺ které jsou kofaktory různých enzymů matrice Golgiho aparátu.

Buňky kvasinek, jiné eukaryotické organismy a rostlinné buňky představují jiné typy Ca²⁺-ATPasas velmi zvláštní.

Struktura

Čerpadlo PMCA

V plazmatické membráně jsme našli aktivní antiparthic Na / Ca transport, který je zodpovědný za vytěsnění významného množství Ca²⁺ v buňkách v klidu a aktivitě. Ve většině buněk v klidu je zodpovědný za transport vápníku na vnější stranu čerpadlo PMCA.

Tyto proteiny se skládají z přibližně 1200 aminokyselin a mají 10 transmembránových segmentů. V cytosolu jsou 4 hlavní jednotky. První jednotka obsahuje amino-koncovou skupinu. Druhá má základní charakteristiky, které jí umožňují vázat se na fosfolipidy aktivující kyseliny.

Ve třetí jednotce je kyselina asparagová s katalytickou funkcí a "downstream" tohoto vazebného pásu fluoresceinu isotokyanátu v ATP vazebné doméně.

Ve čtvrté jednotce je doména vazby na kalmodulin, rozpoznávací místa určitých kináz (A a C) a vazebné pásy Ca²⁺ alosterické.

Čerpadlo SERCA

Čerpadla SERCA se nacházejí ve velkém množství ve sarkoplazmatickém retikulu svalových buněk a jejich aktivita souvisí s kontrakcí a relaxací v cyklu svalového pohybu. Jeho funkcí je transport Ca²⁺ od cytosolu buňky k matrici retikula.

Tyto proteiny se skládají z jediného polypeptidového řetězce s 10 transmembránovými doménami. Jeho struktura je v podstatě stejná jako struktura PMCA proteinů, ale liší se tím, že tyto mají pouze tři jednotky v cytoplazmě, přičemž aktivní místo je ve třetí jednotce..

Fungování tohoto proteinu vyžaduje vyvážení zátěže během transportu iontů. Dva Ca²⁺ (hydrolyzovaným ATP) se vytěsňují z cytosolu na matrici retikula proti velmi vysokému koncentračnímu gradientu..

K tomuto transportu dochází antiportovým způsobem, protože současně dvě H⁺ jsou směrovány na cytosol z matrice.

Ovládací mechanismus

Čerpadla SERCA

Dopravní mechanismus je rozdělen do dvou stavů E1 a E2. V E1 vazebných místech, která mají vysokou afinitu pro Ca²⁺ jsou směrovány na cytosol. V E2 jsou vazebná místa směrována k lumenu retikula, který vykazuje nízkou afinitu k Ca²⁺. Dva ionty Ca²⁺ po převodu.

Během spojení a převodu Ca²⁺, dochází ke konformačním změnám, včetně otevření M domény proteinu, který je směrem k cytosolu. Ionty se pak snadněji spojí se dvěma vazebnými místy uvedené domény.

Spojení dvou Ca iontů²⁺ podporuje řadu strukturálních změn v proteinu. Mezi nimi rotace určitých domén (doména A), která reorganizuje jednotky pumpy, umožňující otevření směrem k matici síťového kříže, aby uvolnila ionty, které jsou odpojeny díky snížení afinity ve vazebných místech.

H protony⁺ a molekuly vody stabilizují vazebné místo Ca²⁺, způsobuje, že se doména A otáčí zpět do svého původního stavu, čímž se uzavírá přístup k endoplazmatickému retikulu.

Čerpadla PMCA

Tento typ čerpadel se nachází ve všech eukaryotických buňkách a je zodpovědný za vyloučení Ca²⁺ směrem k extracelulárnímu prostoru, aby se udržela stabilní koncentrace v buňkách.

V tomto proteinu je transportován Ca ion²⁺ hydrolyzovaným ATP. Transport je regulován hladinami kalmodulinového proteinu v cytoplazmě.

Zvýšením koncentrace Ca²⁺ cytosolické, zvyšují hladiny kalmodulinu, který váže ionty vápníku. Ca komplex²⁺-Calmodulin se pak sestaví do místa připojení čerpadla PMCA. K konformační změně dochází u čerpadla, které umožňuje, aby byl otvor vystaven extracelulárnímu prostoru.

Ionty vápníku se uvolňují a obnovují normální hladiny uvnitř buňky. V důsledku toho, Ca komplex²⁺-Calmodulin se demontuje a vrátí konformaci čerpadla do původního stavu.

Odkazy

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Vápníková čerpadla ve zdraví a nemoci. Fyziologické hodnocení, 89(4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Vápníková čerpadla: strukturní základ a mechanismus transmembránového transportu vápníku. Aktuální stanovisko v chemické biologii, 4(2), 152-161.
3. Devlin, T. M. (1992). Učebnice biochemie: s klinickými korelacemi.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Biofyzika a buněčná fyziologie. Univerzita v Seville.
5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Mollekulární biologie buněk. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, C. D. (2005). Fyziologie člověka: základ medicíny. Elsevier Španělsko.
7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biochemie. Panamericana Medical.