Chức năng, loại, cấu trúc và hoạt động của bơm canxi



các bơm canxi Nó là một cấu trúc có bản chất protein chịu trách nhiệm vận chuyển canxi qua màng tế bào. Cấu trúc này phụ thuộc vào ATP và được coi là protein loại ATPase, còn được gọi là Ca2+-ATPase.

Ca2+-ATPase được tìm thấy trong tất cả các tế bào của sinh vật nhân chuẩn và rất cần thiết cho cân bằng nội môi canxi trong tế bào. Protein này thực hiện một vận chuyển tích cực chính, vì sự chuyển động của các phân tử canxi đi ngược lại với nồng độ gradient của nó.

Chỉ số

  • 1 Chức năng của bơm canxi
  • 2 loại
  • 3 cấu trúc
    • 3.1 Bơm PMCA
    • 3.2 Bơm SERCA
  • 4 Cơ chế hoạt động
    • 4.1 Bơm SERCA
    • Máy bơm PMCA 4.2
  • 5 tài liệu tham khảo

Chức năng của bơm canxi

Ca2+ Nó hoàn thành vai trò quan trọng trong tế bào, vì vậy quy định của nó trong chúng là cơ bản cho hoạt động đúng đắn của nó. Thông thường, anh ta hoạt động như một sứ giả thứ hai.

Trong không gian ngoại bào nồng độ Ca2+ nó lớn hơn khoảng 10.000 lần so với bên trong các tế bào. Sự gia tăng nồng độ của ion này trong tế bào chất của tế bào gây ra một số phản ứng, chẳng hạn như co cơ, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và thoái hóa glycogen.

Có một số cách để chuyển các ion này từ các tế bào: vận chuyển thụ động (đầu ra không đặc hiệu), các kênh ion (chuyển động có lợi cho gradient điện hóa của nó), vận chuyển tích cực thứ cấp của loại phản đối (Na / Ca) và vận chuyển chủ động bằng bơm. phụ thuộc vào ATP.

Không giống như các cơ chế dịch chuyển khác của Ca2+, máy bơm hoạt động ở dạng vector. Đó là, ion chỉ di chuyển theo một hướng để nó chỉ hoạt động bằng cách trục xuất chúng.

Tế bào cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi nồng độ Ca2+. Khi trình bày một sự khác biệt rõ rệt như vậy với nồng độ ngoại bào của nó, do đó, điều quan trọng là phải khôi phục hiệu quả mức độ tế bào bình thường của nó.

Các loại

Ba loại Ca đã được mô tả2+-ATPase trong các tế bào của động vật, theo vị trí của chúng trong các tế bào; các bơm nằm trong màng plasma (PMCA), các bơm nằm trong mạng lưới nội chất và màng nhân (SERCA) và các bơm được tìm thấy trong màng của bộ máy Golgi (SPCA).

Bơm SPCA cũng vận chuyển các ion Mn2+ đó là đồng yếu tố của các enzyme khác nhau của ma trận của bộ máy Golgi.

Tế bào nấm men, sinh vật nhân thực khác và tế bào thực vật có các loại Ca khác2+-ATPasas rất đặc biệt.

Cấu trúc

Bơm PMCA

Trong màng sinh chất, chúng tôi tìm thấy sự vận chuyển Na / Ca chống tăng hoạt động, chịu trách nhiệm cho sự dịch chuyển của một lượng Ca đáng kể2+ trong các tế bào lúc nghỉ ngơi và hoạt động. Trong hầu hết các tế bào khi nghỉ ngơi, người chịu trách nhiệm vận chuyển canxi ra bên ngoài là bơm PMCA.

Những protein này bao gồm khoảng 1.200 axit amin và có 10 đoạn xuyên màng. Trong cytosol có 4 đơn vị chính. Đơn vị đầu tiên chứa nhóm amino-terminal. Loại thứ hai có các đặc tính cơ bản, cho phép nó liên kết với phospholipid hoạt hóa axit.

Trong đơn vị thứ ba là một axit aspartic có chức năng xúc tác và "hạ lưu" của dải liên kết isotocyanate fluorescein này, trong miền liên kết ATP.

Trong đơn vị thứ tư là miền liên kết với peaceodulin, các vị trí nhận biết của kinase nhất định (A và C) và các dải liên kết của Ca2+ allosteric.

Bơm SERCA

Bơm SERCA được tìm thấy với số lượng lớn trong mạng lưới sarcoplasmic của các tế bào cơ và hoạt động của chúng có liên quan đến sự co và giãn trong chu kỳ chuyển động của cơ. Chức năng của nó là vận chuyển Ca2+ từ cytosol của tế bào đến ma trận của mạng lưới.

Những protein này bao gồm một chuỗi polypeptide duy nhất với 10 miền xuyên màng. Cấu trúc của nó về cơ bản giống như các protein PMCA, nhưng khác ở chỗ chúng chỉ có ba đơn vị trong tế bào chất, với vị trí hoạt động được tìm thấy ở đơn vị thứ ba..

Hoạt động của protein này đòi hỏi sự cân bằng tải trong quá trình vận chuyển các ion. Hai Ca2+ (bởi ATP bị thủy phân) được dịch chuyển từ cytosol sang ma trận của mạng lưới, chống lại gradient nồng độ rất cao.

Sự vận chuyển này xảy ra theo cách chống đối, bởi vì cùng một lúc hai H+ chúng được dẫn đến cytosol từ ma trận.

Cơ chế hoạt động

Máy bơm SERCA

Cơ chế vận chuyển được chia thành hai trạng thái E1 và E2. Trong các trang web ràng buộc E1 có ái lực cao với Ca2+ chúng được hướng tới cytosol. Trong E2, các vị trí liên kết được hướng vào lum của mạng lưới có ái lực thấp với Ca2+. Hai ion Ca2+ tham gia sau khi chuyển nhượng.

Trong quá trình hợp nhất và chuyển Ca2+, những thay đổi về hình dạng xảy ra, bao gồm cả việc mở miền M của protein, hướng tới cytosol. Các ion sau đó tham gia dễ dàng hơn vào hai trang web ràng buộc của miền đã nói.

Sự kết hợp của hai ion Ca2+ thúc đẩy một loạt các thay đổi cấu trúc trong protein. Trong số đó, vòng quay của một số miền nhất định (miền A) sắp xếp lại các đơn vị của bơm, cho phép mở về phía ma trận của mặt kẻ ô để giải phóng các ion, được tách rời nhờ giảm ái lực trong các vị trí liên kết.

Các proton H+ và các phân tử nước ổn định vị trí liên kết của Ca2+, làm cho miền A quay trở lại trạng thái ban đầu, đóng quyền truy cập vào mạng lưới nội chất.

Máy bơm PMCA

Loại máy bơm này được tìm thấy trong tất cả các tế bào nhân chuẩn và chịu trách nhiệm trục xuất Ca2+ hướng tới không gian ngoại bào để duy trì sự tập trung ổn định trong các tế bào.

Trong protein này, một ion Ca được vận chuyển2+ bằng cách thủy phân ATP. Sự vận chuyển được điều hòa bởi mức độ của protein peaceodulin trong tế bào chất.

Bằng cách tăng nồng độ Ca2+ tế bào học, làm tăng nồng độ peaceodulin, liên kết các ion canxi. Khu phức hợp Ca2+-Calmodulin sau đó được lắp ráp vào vị trí đính kèm bơm PMCA. Một sự thay đổi về hình dạng xảy ra trong máy bơm cho phép lỗ mở tiếp xúc với không gian ngoại bào.

Các ion canxi được giải phóng, khôi phục mức bình thường bên trong tế bào. Do đó, phức hệ Ca2+-Calmodulin được tháo rời, đưa cấu trúc của bơm trở về trạng thái ban đầu.

Tài liệu tham khảo

  1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Bơm canxi trong sức khỏe và bệnh tật. Đánh giá sinh lý, 89(4), 1341-1378.
  2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Bơm canxi: cơ sở cấu trúc và cơ chế vận chuyển màng xuyên canxi. Quan điểm hiện nay trong sinh học hóa học, 4(2), 152-161.
  3. Devlin, T. M. (1992). Sách giáo khoa hóa sinh: với tương quan lâm sàng.
  4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Sinh lý học và sinh lý tế bào. Đại học Seville.
  5. Lodish, H., Darnell, J.E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Sinh học tế bào phân tử. Máy xay sinh tố.
  6. Pocock, G., & Richards, C. D. (2005). Sinh lý con người: cơ sở của y học. Elsevier Tây Ban Nha.
  7. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Hóa sinh. Ed. Panamericana Y tế.