KALSIUMPUMPPU: TOIMINNOT, TYYPIT, RAKENNE JA TOIMINTA - BIOLOGIA - 2026

Kalsium pumppu on rakenne proteiinin luonteen, joka on vastuussa kuljetuksesta kalsiumin solukalvojen läpi. Tämä rakenne on riippuvainen ATP: stä ja sitä pidetään ATPaasin kaltaisena proteiinina, jota kutsutaan myös Ca2 ⁺ -ATPaasiksi.

Ca ²⁺ -ATPaasia löytyy kaikista eukaryoottisten organismien soluista ja se on välttämätön solun kalsium homeostaasille. Tämä proteiini suorittaa ensisijaisen aktiivisen kuljetuksen, koska kalsiummolekyylien liikkuminen on vastoin niiden pitoisuusgradienttia.

SERCA-kristallografinen rakenne.

Lähde: Wcnsaffo

Kalsiumpumpun toiminnot

Ca ²⁺ on tärkeä rooli solussa, joten sen säätely niissä on välttämätöntä sen moitteettomalle toiminnalle. Toimii usein toisena sanansaattajana.

Solunulkoisissa tiloissa Ca2 ⁺ -pitoisuus on noin 10 000 kertaa suurempi kuin soluissa. Tämän ionin lisääntynyt konsentraatio solusytoplasmassa laukaisee erilaisia ​​vasteita, kuten lihasten supistumisia, välittäjäaineiden vapautumista ja glykogeenin hajoamista.

Näiden ionien siirtämiseksi soluista on useita tapoja: passiivinen kuljetus (epäspesifinen poistuminen), ionikanavat (liike niiden sähkökemiallisen gradientin hyväksi), anti-tukityypin sekundaarinen aktiivinen kuljetus (Na / Ca) ja primaarinen aktiivinen kuljetus pumpun kanssa. ATP-riippuvainen.

Toisin kuin muut Ca ²⁺ -siirtomekanismit, pumppu toimii vektorimuodossa. Toisin sanoen ioni liikkuu vain yhteen suuntaan niin, että se toimii vain karkottamalla ne.

Solu on erittäin herkkä Ca ²⁺ -pitoisuuden muutoksille. Esittämällä tällainen huomattava ero niiden solunulkoisissa pitoisuuksissa on siksi niin tärkeää palauttaa tehokkaasti niiden normaalit sytosolitasot.

Tyypit

Kolme tyyppiä Ca2 ⁺ -ATPaaseja on kuvattu eläinsoluissa niiden sijainnin mukaan soluissa; plasmamembraanissa (PMCA) sijaitsevat pumput, endoplasmisessa retikulumissa ja ydinmembraanissa (SERCA) sijaitsevat pumput ja Golgi-laitteen kalvossa (SPCA) olevat pumput.

SPCA-pumput kuljettavat myös Mn ²⁺ -ioneja, jotka ovat eri entsyymien kofaktoreita Golgi-laitteen matriisissa.

Hiivasoluissa, muissa eukaryoottisissa organismeissa ja kasvisoluissa on muun tyyppisiä erittäin erityisiä Ca2 ⁺ -ATPaaseja.

Rakenne

PMCA-pumppu

Plasman kalvosta löytyy aktiivinen antiporttinen Na / Ca-kuljetus, joka vastaa merkittävän määrän Ca ²⁺ -siirtymistä ^levosolujen ja aktiivisuuden soluissa. Suurimmassa osassa lepotilassa olevia soluja PMCA-pumppu vastaa kalsiumin kuljettamisesta ulkopuolelle.

Nämä proteiinit koostuvat noin 1 200 aminohaposta, ja niissä on 10 kalvon läpäisevää segmenttiä. Sytosolissa on 4 pääyksikköä. Ensimmäinen yksikkö sisältää terminaalisen aminoryhmän. Toisella on emäksiset ominaisuudet, jotka sallivat sen sitoutua aktivoiviin happaisiin fosfolipideihin.

Kolmannessa yksikössä on asparagiinihappo, jolla on katalyyttinen funktio, ja "alavirtaan" tästä fluoreseiini-isotosyanaattia sitova kaista ATP: tä sitovassa domeenissa.

Neljännessä yksikössä on kalmoduliinia sitova domeeni, tiettyjen kinaasien (A ja C) tunnistuskohdat ja allosteeriset Ca2 ⁺ -sidoskaistat.

SERCA-pumppu

SERCA-pumppuja löytyy suurina määrinä lihassolujen sarkoplasmisessa retikulumissa, ja niiden aktiivisuus liittyy supistumiseen ja rentoutumiseen lihaksen liikesyklissä. Sen tehtävänä on kuljettaa Ca2 ⁺: ta solusytosolista retikulumimatriisiin.

Nämä proteiinit koostuvat yhdestä polypeptidiketjusta, jossa on 10 kalvon läpäisevää domeenia. Sen rakenne on periaatteessa sama kuin PMCA-proteiineilla, mutta se eroaa siinä, että sytoplasmassa on vain kolme yksikköä, aktiivisen kohdan ollessa kolmannessa yksikössä.

Tämän proteiinin toiminta vaatii varaustasapainon ionien kuljetuksen aikana. Kaksi Ca2 ^{+: ta} (hydrolysoidulla ATP: llä) siirtyvät sytosolista retikulumimatriisiin erittäin korkeaa konsentraatiogradienttia vastaan.

Tämä kuljetus tapahtuu epäportaalisella tavalla, koska samanaikaisesti kaksi H ^{+: ta} ohjataan sytosoliin matriisista.

Toimintamekanismi

SERCA-pumput

Kuljetusmekanismi on jaettu kahteen tilaan E1 ja E2. El: ssä sitoutumiskohdat, joilla on korkea affiniteetti Ca2 ^{+: een,} on suunnattu sytosolia kohti. E2: ssa sitoutumiskohdat ovat suunnattu retikulumin onteloon, esittäen matalaa affiniteettia Ca2 ^{+: n suhteen}. Kaksi Ca ^{2 + -ionia} sitoutuvat siirron jälkeen.

Ca2 ^+: n sitoutumisen ja siirron aikana tapahtuu konformaatiomuutoksia, mukaan lukien proteiinin M-domeenin avautuminen, joka on kohti sytosolia. Sitten ionit sitoutuvat helpommin mainitun domeenin kahteen sitoutumiskohtaan.

Kahden Ca ²⁺ -ionin liitto edistää sarjaa proteiinin rakenteellisia muutoksia. Heidän joukossaan tiettyjen domeenien (domeeni A) kierto, joka järjestää pumpun yksiköt, mahdollistaen aukon kohti retikulumimatriisia vapauttamaan ioneja, jotka ovat kytkettynä kiinni sitoutumiskohtien affiniteetin vähentymisen ansiosta.

H ⁺ -proteiinit ja vesimolekyylit stabiloivat Ca2 ⁺ -sitoutumiskohdan, aiheuttaen A-domeenin pyörimään takaisin alkuperäiseen tilaansa, sulkeen pääsyn endoplasmiseen retikulumiin.

PMCA-pumput

Tämäntyyppinen pumppu löytyy kaikista eukaryoottisoluista ja on vastuussa Ca2 ⁺: n karkottamisesta kohti solunulkoista tilaa pitämään sen konsentraatio stabiilina soluissa.

Tässä proteiinissa Ca2 ^{+ -ionia} kuljettaa hydrolysoitu ATP. Kuljetusta säätelevät sytoplasman kalmoduliiniproteiinitasot.

Nostamalla sytosolisen Ca ²⁺ -konsentraation, kalmoduliinitasot nousevat, mikä sitoutuu kalsiumioneihin. Ca2 ⁺ -kalmoduliinikompleksi kokoontuu sitten PMCA-pumpun sitoutumiskohtaan. Pumpussa tapahtuu muodonmuutos, jonka avulla aukko voidaan altistaa solunulkoiselle tilalle.

Kalsiumionit vapautuvat, palauttaen normaalit tasot solun sisällä. Tämän seurauksena Ca ²⁺ -kalmoduliinikompleksi purkautuu palauttaen pumpun muodon alkuperäiseen tilaansa.

Viitteet

1. Brini, M., ja Carafoli, E. (2009). Kalsiumpumput terveydessä ja sairauksissa. Fysiologiset katsaukset, 89 (4), 1341 - 1378.
2. Carafoli, E., ja Brini, M. (2000). Kalsiumpumput: kalsiumin transmembraanisen kuljetuksen rakenteellinen perusta ja mekanismi. Nykyinen lausunto kemiallisessa biologiassa, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Biokemian oppikirja: kliinisillä korrelaatioilla.
4. Latorre, R. (toim.). (tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäkuusi). Biofysiikka ja solufysiologia. Sevillan yliopisto.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, ja Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Ihmisen fysiologia: lääketieteen perusta. Elsevier Espanja.
7. Voet, D., ja Voet, JG (2006). Biokemia. Panamerican Medical Ed.