KALCIJEVA PUMPA: FUNKCIJE, VRSTE, STRUKTURA I RAD - BIOLOGIJA - 2026

Kalcij pumpa je struktura proteina naravi koji je odgovoran za prijenos kalcija kroz stanične membrane. Ova struktura ovisi o ATP-u i smatra se proteinom sličnim ATPazi, koji se naziva i Ca2 ⁺ -ATPaza.

Ca ²⁺ -ATPaza nalazi se u svim stanicama eukariotskih organizama i ključna je za homeostazu kalcija u stanici. Ovaj protein provodi primarni aktivni transport, jer kretanje molekula kalcija kreće u odnosu na njihov gradijent koncentracije.

Kristalografska struktura SERCA.

Izvor: Wcnsaffo

Funkcije kalcijeve pumpe

Ca ²⁺ igra važnu ulogu u stanici, pa je njegova regulacija unutar njih ključna za pravilno funkcioniranje. Često djeluje kao drugi glasnik.

U izvanćelijskim prostorima koncentracija Ca ²⁺ je otprilike 10.000 puta veća nego u stanicama. Povećana koncentracija ovog iona u staničnoj citoplazmi pokreće različite reakcije, kao što su kontrakcije mišića, oslobađanje neurotransmitera i raspad glikogena.

Postoji nekoliko načina prijenosa ovih iona iz stanica: pasivni transport (nespecifični izlaz), ionski kanali (kretanje u korist njihovog elektrokemijskog gradijenta), sekundarni aktivni transport protupornog tipa (Na / Ca) i primarni aktivni transport pomoću pumpe. ATP ovisna.

Za razliku od ostalih mehanizama pomaka Ca ²⁺, crpka djeluje u vektorskom obliku. Odnosno, ion se kreće u samo jednom smjeru tako da djeluje samo istjerivanjem.

Stanica je izuzetno osjetljiva na promjene koncentracije Ca ²⁺. Predstavljajući tako izraženu razliku s njihovom izvanstaničnom koncentracijom, stoga je tako važno učinkovito obnoviti njihovu normalnu razinu u citosolu.

vrste

Opisane su tri vrste Ca2 ⁺ -ATPaze u životinjskim stanicama, prema njihovom položaju u stanicama; pumpe smještene u plazma membrani (PMCA), one smještene u endoplazmatskom retikulu i nuklearnoj membrani (SERCA) i one koje se nalaze u membrani Golgijevog aparata (SPCA).

SPCA crpke također prevoze Mn ²⁺ ione koji su kofaktori različitih enzima u matrici Golgijeva aparata.

Stanice kvasca, drugi eukariotski organizmi i biljne stanice predstavljaju druge vrste vrlo određenih Ca2 ⁺ -ATPaza.

Struktura

PMCA pumpa

U plazma membrani nalazimo aktivni antiportni Na / Ca transport, koji je odgovoran za premještanje značajne količine Ca ²⁺ u stanice u mirovanju i aktivnosti. U većini stanica u stanju mirovanja, pumpa PMCA odgovorna je za transport kalcija prema van.

Ti se proteini sastoje od oko 1200 aminokiselina i imaju 10 transmembranskih segmenata. U citosolu postoje 4 glavne jedinice. Prva jedinica sadrži terminalnu amino skupinu. Drugi ima osnovne karakteristike, omogućujući mu da se veže za aktiviranje kiselinskih fosfolipida.

U trećoj jedinici nalazi se aspartanska kiselina s katalitičkom funkcijom, a "nizvodno" ove trake za vezanje fluorescein izotocijanata, u domeni ATP vezanja.

U četvrtoj jedinici nalazi se domena vezanja kalmodulina, mjesta prepoznavanja određenih kinaza (A i C) i alosterične vrpce vezivanja Ca2 ⁺.

SERCA pumpa

SERCA pumpe nalaze se u velikim količinama u sarkoplazmatskom retikuluu mišićnih stanica i njihovo djelovanje povezano je sa kontrakcijom i opuštanjem u ciklusu pokreta mišića. Njegova je funkcija transport Ca ²⁺ iz staničnog citosola do matriksa retikuluma.

Ti se proteini sastoje od jednog polipeptidnog lanca s 10 transmembranskih domena. Njegova struktura je u osnovi ista kao i PMCA proteina, ali razlikuje se po tome što one imaju samo tri jedinice unutar citoplazme, a aktivno mjesto je u trećoj jedinici.

Za funkcioniranje ovog proteina potrebna je ravnoteža naboja tijekom transporta iona. Dva Ca2 ⁺ (hidroliziranim ATP-om) premještaju se iz citosola u matriks retikuluma, nasuprot vrlo velikom koncentracijskom gradijentu.

Ovaj transport se odvija na antiportalni način, jer su istovremeno dva H ⁺ usmjerena prema citosolu iz matriksa.

Mehanizam rada

SERCA pumpe

Transportni mehanizam podijeljen je u dva stanja E1 i E2. U E1 vezna mjesta koja imaju visoki afinitet za Ca ²⁺ usmjerena su prema citosolu. U E2, mjesta vezivanja usmjerena su prema lumenu retikuluma, što predstavlja nizak afinitet za Ca ²⁺. Nakon prenosa dva iona Ca ²⁺ vežu se.

Tijekom vezanja i prijenosa Ca2 ⁺, dolazi do konformacijskih promjena, uključujući otvaranje M domene proteina, koja je usmjerena prema citosolu. Tada se ioni lakše vežu na dva mjesta vezivanja rečene domene.

Ujedinjenje dva Ca2 ⁺ iona potiče niz strukturnih promjena u proteinu. Među njima je rotacija određenih domena (domena A) koja reorganizira jedinice crpke, omogućujući otvaranje prema matrici retikuluma za oslobađanje jona koji se odvajaju zahvaljujući smanjenju afiniteta na mjestima vezanja.

H ⁺ protoni i molekule vode stabiliziraju mjesto vezivanja Ca2 ⁺, uzrokujući da se domena A okreće natrag u prvobitno stanje, zatvarajući pristup endoplazmatskom retikulu.

PMCA pumpe

Ova vrsta pumpe nalazi se u svim eukariotskim stanicama i odgovorna je za protjerivanje Ca ²⁺ prema vanćelijskom prostoru kako bi njegova koncentracija bila stabilna unutar stanica.

U ovom proteinu, ion Ca ²⁺ se transportira hidroliziranim ATP. Transport je reguliran nivoima proteina kalmodulina u citoplazmi.

Povećavanjem koncentracije citosolnog Ca ²⁺ povećava se razina kalmodulina koji se veže na ione kalcija. Zatim se kompleks Ca2 ⁺ -kalmodulina sastavlja na mjestu vezanja PMCA pumpe. U pumpi dolazi do konformacijske promjene koja omogućuje otvaranje otvora izvanćelijskom prostoru.

Oslobađaju se ioni kalcija, obnavljajući normalnu razinu unutar stanice. Posljedično, kompleks Ca2 ⁺ -kalmodulina rastavlja se, vraćajući oblik konformacije u prvobitno stanje.

Reference

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Kalcijeve pumpe za zdravlje i bolesti. Fiziološki pregledi, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., i Brini, M. (2000). Kalcijeve pumpe: strukturna osnova i mehanizam transporta kalcijuma. Trenutno mišljenje iz kemijske biologije, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Udžbenik biokemije: s kliničkim korelacijama.
4. Latorre, R. (ur.). (devetnaest devedeset šest). Biofizika i fiziologija stanica. Sveučilište Sevilla.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, Kalifornija, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Molekularna stanična biologija. Macmillan.
6. Pocock, G., i Richards, CD (2005). Ljudska fiziologija: osnova medicine. Elsevier Španjolska.
7. Voet, D., i Voet, JG (2006). Biokemija. Panamerican Medical Ed.