POMPA DE CALCIU: FUNCȚII, TIPURI, STRUCTURĂ ȘI FUNCȚIONARE - BIOLOGIE - 2025

Pompa de calciu este o structură de natură proteina care este responsabil pentru transportul de calciu prin membranele celulare. Această structură este dependentă de ATP și este considerată o proteină asemănătoare ATPazei, numită și Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPaza se găsește în toate celulele organismelor eucariote și este esențială pentru homeostazia calciului din celulă. Această proteină realizează un transport activ primar, deoarece mișcarea moleculelor de calciu merge împotriva gradientului lor de concentrație.

Structura cristalină SERCA.
Sursa: Wcnsaffo

Funcțiile pompei de calciu

Ca ²⁺ joacă roluri importante în celulă, astfel încât reglarea sa în cadrul acestora este esențială pentru buna funcționare a acesteia. Adesea acționează ca al doilea mesager.

În spațiile extracelulare, concentrația de Ca2 ⁺ este de aproximativ 10.000 de ori mai mare decât în ​​celule. O concentrație crescută a acestui ion în citoplasma celulară declanșează diverse răspunsuri, cum ar fi contracțiile musculare, eliberarea de neurotransmițători și descompunerea glicogenului.

Există mai multe modalități de transfer a acestor ioni din celule: transport pasiv (ieșire nespecifică), canale ionice (mișcare în favoarea gradientului lor electrochimic), transport activ secundar de tip anti-suport (Na / Ca) și transport activ primar cu pompa. ATP-dependent.

Spre deosebire de celelalte mecanisme de deplasare Ca ²⁺ , pompa funcționează sub formă vectorială. Adică ionul se mișcă într-o singură direcție, astfel încât să funcționeze numai prin expulzarea lor.

Celula este extrem de sensibilă la modificările concentrației de Ca ²⁺ . Prin prezentarea unei diferențe atât de marcate cu concentrația lor extracelulară, este, prin urmare, atât de important să le restabilim eficient nivelurile citosolice normale.

Tipuri

Trei tipuri de Ca ²⁺ -ATPaze au fost descrise în celulele animale, în funcție de locațiile lor în celule; pompe situate în membrana plasmatică (PMCA), cele localizate în reticulul endoplasmatic și membrana nucleară (SERCA), și cele găsite în membrana aparatului Golgi (SPCA).

Pompele SPCA transportă de asemenea ioni Mn ²⁺ care sunt cofactori ai diferitelor enzime din matricea aparatului Golgi.

Celulele de drojdie, alte organisme eucariote și celule vegetale prezintă alte tipuri de Ca2 ⁺ -Paza foarte particulare.

Structura

Pompă PMCA

În membrana plasmatică găsim transportul antiportic Na / Ca activ, care este responsabil pentru deplasarea unei cantități semnificative de Ca ²⁺ în celule în repaus și activitate. În majoritatea celulelor aflate în stare de repaus, pompa PMCA este responsabilă de transportul calciului către exterior.

Aceste proteine ​​sunt formate din aproximativ 1.200 de aminoacizi și au 10 segmente transmembranare. În citosol există 4 unități principale. Prima unitate conține grupa amino terminal. Al doilea are caracteristici de bază, care îi permit să se lege la activarea fosfolipidelor acide.

În a treia unitate există un acid aspartic cu funcție catalitică și „în aval” al acestuia o bandă de legare a izotocianatului de fluoresceină, în domeniul de legare ATP.

În a patra unitate se află domeniul de legare la calmodulină, siturile de recunoaștere a anumitor kinaze (A și C) și benzile de legare Caost ⁺ alosterice.

Pompa SERCA

Pompele SERCA se găsesc în cantități mari în reticulul sarcoplasmic al celulelor musculare, iar activitatea lor este legată de contracția și relaxarea în ciclul mișcării musculare. Funcția sa este de a transporta Ca ²⁺ de la citosol celular la matricea reticulului.

Aceste proteine ​​constau dintr-un singur lanț polipeptidic cu 10 domenii transmembranare. Structura sa este practic aceeași cu cea a proteinelor PMCA, dar diferă prin faptul că au doar trei unități în cadrul citoplasmei, situsul activ fiind în a treia unitate.

Funcționarea acestei proteine ​​necesită un echilibru de sarcini în timpul transportului de ioni. Două Ca2 ⁺ (prin ATP hidrolizat) sunt deplasate de la citosol la matricea reticulului, împotriva unui gradient de concentrație foarte mare.

Acest transport are loc într-un mod antiportal, deoarece în același timp două H ⁺ sunt direcționate către citosol din matrice.

Mecanismul de funcționare

Pompe SERCA

Mecanismul de transport este împărțit în două state E1 și E2. În E1 situsurile de legare care au o afinitate ridicată pentru Ca2 ⁺ sunt direcționate către citosol. În E2, locurile de legare sunt direcționate către lumenul reticulului, prezentând o afinitate scăzută pentru Ca ²⁺ . Cele două ioni Ca2 ⁺ se leagă după transfer.

În timpul legării și transferului de Ca ²⁺ , apar modificări conformaționale, inclusiv deschiderea domeniului M al proteinei, care este spre citosol. Ionii se leagă apoi mai ușor de cele două site-uri de legare ale domeniului menționat.

Unirea celor doi ioni Ca ²⁺ promovează o serie de modificări structurale ale proteinei. Dintre acestea, rotația anumitor domenii (domeniul A) care reorganizează unitățile pompei, permițând deschiderea spre matricea reticulului pentru a elibera ionii, care sunt de necompletat datorită scăderii afinității la locurile de legare.

Protonii H ⁺ și moleculele de apă stabilizează situsul de legare Ca ²⁺ , ceea ce face ca domeniul A să se rotească înapoi la starea sa inițială, închizând accesul la reticulul endoplasmic.

Pompe PMCA

Acest tip de pompă se găsește în toate celulele eucariote și este responsabil pentru expulzarea Ca ²⁺ către spațiul extracelular pentru a menține stabilitatea concentrației sale în celule.

În această proteină, un ion Ca2 ⁺ este transportat prin ATP hidrolizat. Transportul este reglat de nivelurile proteinei calmoduline din citoplasmă.

Prin creșterea concentrației de Ca ²⁺ citosolic, crește nivelul de calmodulină, care se leagă de ionii de calciu. Complexul de calmodulină Ca ²⁺ se asamblează apoi la locul de legare al pompei PMCA. În pompă are loc o schimbare conformațională care permite deschiderea să fie expusă în spațiul extracelular.

Ionii de calciu sunt eliberați, restabilind nivelurile normale în interiorul celulei. În consecință, complexul Ca2 ⁺ -calmodulină se demontează, revenind conformației pompei la starea inițială.

Referințe

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Pompe de calciu în sănătate și boli. Recenzii fiziologice, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Pompe de calciu: baza structurală și mecanismul transportului transmembranului de calciu. Opinia curentă în biologia chimică, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Manual de biochimie: cu corelații clinice.
4. Latorre, R. (Ed.). (o mie nouă sute nouăzeci și șase). Biofizica și fiziologia celulelor. Universitatea din Sevilla.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologia celulelor molleculare. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Fiziologia umană: baza medicamentului. Elsevier Spania.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochimie. Editura Medicală Panamericană.