КАЛЦИЈУМ ПУМПА: ФУНКЦИЈЕ, ВРСТЕ, СТРУКТУРА И РАД - БИОЛОГИЈА - 2025

Калцијум пумпе је структура протеина природе која је одговорна за транспорт калцијума преко ћелијских мембрана. Ова структура зависи од АТП-а и сматра се протеином сличним АТПази, који се такође назива Ца2 ⁺ -АТПасе.

Ца ²⁺ -АТПаза се налази у свим ћелијама еукариотских организама и од суштинског је значаја за хомеостазу калцијума у ​​ћелији. Овај протеин врши примарни активни транспорт, јер кретање молекула калцијума иде у супротности са њиховим градијентом концентрације.

Кристалографска структура СЕРЦА.
Извор: Вцнсаффо

Функције калцијумске пумпе

Ца ²⁺ игра важну улогу у ћелији, тако да је његова регулација унутар њих од суштинског значаја за његово правилно функционисање. Често дјелује као други гласник.

У ванћелијским просторима концентрација Ца ²⁺ је приближно 10.000 пута већа него у ћелијама. Повећана концентрација овог јона у ћелијској цитоплазми покреће различите реакције, као што су контракције мишића, ослобађање неуротрансмитера и распад гликогена.

Постоји неколико начина преношења ових јона из ћелија: пасивни транспорт (неспецифични излаз), јонски канали (кретање у корист њиховог електрохемијског градијента), секундарни активни транспорт типа против ношења (На / Ца) и примарни активни транспорт помоћу пумпе. Зависно од АТП-а

За разлику од осталих Ца ²⁺ механизама померања , пумпа ради у векторском облику. Односно, ион се креће у само једном правцу тако да дјелује само истискивањем.

Ћелија је изузетно осетљива на промене концентрације Ца ²⁺ . Представљајући тако изражену разлику са њиховом изванстаничном концентрацијом, стога је тако важно ефикасно обновити њихов нормалан ниво цитосоле.

Врсте

У животињским ћелијама су описане три врсте Ца2 ⁺ -АТПазе, према њиховој локацији у ћелијама; пумпе које се налазе у плазма мембрани (ПМЦА), оне које се налазе у ендоплазматском ретикулу и нуклеарној мембрани (СЕРЦА) и оне које се налазе у мембрани Голгијевог апарата (СПЦА).

СПЦА пумпе такође превозе Мн ²⁺ јоне који су кофактори различитих ензима у матрици Голгијевог апарата.

Ћелије квасца, други еукариотски организми и биљне ћелије представљају друге врсте врло одређених Ца2 ⁺ -АТПаза.

Структура

ПМЦА пумпа

У плазма мембрани налазимо активни антипортни транспорт На / Ца, који је одговоран за премештање значајне количине Ца ²⁺ у ћелијама у мировању и активности. У већини ћелија у стању мировања, ПМЦА пумпа је одговорна за транспорт калцијума споља.

Ови протеини се састоје од око 1.200 аминокиселина и имају 10 трансмембранских сегмената. Постоје 4 главне јединице у цитосолу. Прва јединица садржи терминалну амино групу. Други има основне карактеристике, што му омогућава да се веже за активирање киселинских фосфолипида.

У трећој јединици налази се аспартанска киселина са каталитичком функцијом, а „низводно“ од овог везивног појаса флуоресцеин изотоцијаната, у АТП везујућем домену.

У четвртој јединици је домен везивања калмодулина, места препознавања одређених киназа (А и Ц) и алостерични Ца2 ⁺ опсези везивања .

СЕРЦА пумпа

СЕРЦА пумпе се налазе у великим количинама у саркоплазматском ретикулуу ћелија мишића и њихова активност је повезана са контракцијом и опуштањем у циклусу покрета мишића. Његова функција је транспорт Ца ²⁺ из ћелијског цитосола до матрикса ретикулума.

Ови протеини се састоје од једног полипептидног ланца са 10 трансмембранских домена. Његова структура је у основи иста као и ПМЦА протеина, али разликује се по томе што оне имају само три јединице у цитоплазми, а активно место је у трећој јединици.

За функционисање овог протеина потребна је равнотежа набоја током транспорта јона. Два Ца2 ⁺ (хидролизираним АТП-ом) премештају се из цитосола у матрику ретикулума, против врло високог градијента концентрације.

Овај транспорт јавља на антипортал начин, будући истовремено два Х ⁺ усмерене су цитосолу из матрикса.

Механизам рада

СЕРЦА пумпе

Транспортни механизам је подељен у два стања Е1 и Е2. У Е1 везна места која имају високи афинитет за Ца ²⁺ су усмерена према цитосолу. У Е2, места везивања су усмерена према лумену ретикулума, представљајући низак афинитет за Ца ²⁺ . Два Ца2 ⁺ јона се везују након преноса.

Током везивања и преноса Ца2 ⁺ , долази до конформацијских промена, укључујући отварање М домена протеина, који је према цитосолу. Јиони се затим лакше везују за два места везивања наведеног домена.

Уједињење два Ца2 ⁺ јона промовише низ структурних промена протеина. Међу њима је ротација одређених домена (домен А) која реорганизује јединице пумпе, омогућавајући отварање према матрици ретикулума за ослобађање јона, који се одвајају захваљујући смањењу афинитета на везивним местима.

Х ⁺ протони и молекуле воде стабилизирају Ца2 ^{+ место} везивања , узрокујући да се А домен окреће у првобитно стање, затварајући приступ ендоплазматском ретикулу.

ПМЦА пумпе

Ова врста пумпе налази се у свим еукариотским ћелијама и одговорна је за протеривање Ца ²⁺ у ванћелијски простор како би његова концентрација била стабилна унутар ћелија.

У овом протеину, ион Ца ²⁺ се транспортује хидролизованим АТП. Транспорт је регулисан нивоима протеина калмодулина у цитоплазми.

Повећавањем концентрације цитосолног Ца ²⁺ повећава се ниво калмодулина који се везује за јоне калцијума. Затим се комплекс Ца2 ⁺ -калмодулина саставља на месту везивања пумпе ПМЦА. У пумпи се дешава конформациона промена која омогућава отварање отвора ванћелијском простору.

Ослобађају се јони калцијума, враћајући нормалне нивое у ћелији. Сходно томе, комплекс Ца ²⁺ -калмодулина раставља се и враћа конформацију пумпе у првобитно стање.

Референце

1. Брини, М., и Царафоли, Е. (2009). Калцијумске пумпе за здравље и болести. Физиолошки прегледи, 89 (4), 1341-1378.
2. Царафоли, Е., и Брини, М. (2000). Калцијумске пумпе: структурна основа и механизам транспортовања калцијума. Тренутно мишљење о хемијској биологији, 4 (2), 152-161.
3. Девлин, ТМ (1992). Уџбеник биохемије: са клиничким корелацијама.
4. Латорре, Р. (ур.). (деветнаест деведесет шест). Биофизика и физиологија ћелија. Универзитет у Севиљи.
5. Лодисх, Х., Дарнелл, ЈЕ, Берк, А., Каисер, Калифорнија, Криегер, М., Сцотт, МП, & Матсудаира, П. (2008). Молекуларна ћелијска биологија. Мацмиллан.
6. Поцоцк, Г., Рицхардс, ЦД (2005). Људска физиологија: основа медицине. Елсевиер Шпанија.
7. Воет, Д. и Воет, ЈГ (2006). Биохемија. Панамерицан Медицал Ед.