CALCIUMPOMP: FUNCTIES, TYPEN, STRUCTUUR EN WERKING - BIOLOGIE - 2026

De calciumpomp is een structuur van eiwitachtige aard die verantwoordelijk is voor het transport van calcium door celmembranen. Deze structuur is afhankelijk van ATP en wordt beschouwd als een ATPase-achtig eiwit, ook wel Ca ²⁺ -ATPase genoemd.

Ca ²⁺ -ATPase wordt aangetroffen in alle cellen van eukaryote organismen en is essentieel voor calciumhomeostase in de cel. Dit eiwit voert primair actief transport uit, aangezien de beweging van calciummoleculen tegen hun concentratiegradiënt ingaat.

SERCA kristallografische structuur.
Bron: Wcnsaffo

Functies van de calciumpomp

Ca ²⁺ speelt een belangrijke rol in de cel, dus de regulatie ervan is essentieel voor de goede werking ervan. Fungeert vaak als een tweede boodschapper.

In extracellulaire ruimtes is de Ca ²⁺ -concentratie ongeveer 10.000 keer hoger dan in cellen. Een verhoogde concentratie van dit ion in het cytoplasma van de cel veroorzaakt verschillende reacties, zoals spiercontracties, afgifte van neurotransmitters en de afbraak van glycogeen.

Er zijn verschillende manieren om deze ionen uit cellen over te brengen: passief transport (niet-specifieke uitgang), ionenkanalen (beweging ten gunste van hun elektrochemische gradiënt), secundair actief transport van het anti-ondersteuningstype (Na / Ca) en primair actief transport met de pomp. ATP-afhankelijk.

In tegenstelling tot de andere Ca ²⁺ verplaatsingsmechanismen , werkt de pomp in vectorvorm. Dat wil zeggen, het ion beweegt slechts in één richting, zodat het alleen werkt door ze te verdrijven.

De cel is extreem gevoelig voor veranderingen in de Ca ^{2 +} -concentratie . Door zo'n duidelijk verschil te vertonen met hun extracellulaire concentratie, is het daarom zo belangrijk om hun normale cytosolische niveaus efficiënt te herstellen.

Soorten

Drie soorten Ca2 ⁺ -ATPases zijn beschreven in dierlijke cellen, volgens hun locaties in de cellen; pompen in het plasmamembraan (PMCA), die in het endoplasmatisch reticulum en kernmembraan (SERCA), en die in het Golgi-apparaatmembraan (SPCA).

SPCA-pompen transporteren ook Mn ²⁺ -ionen die cofactoren zijn van verschillende enzymen in de Golgi-apparaatmatrix.

Gistcellen, andere eukaryote organismen en plantencellen presenteren andere soorten zeer specifieke Ca ^{2 +} -ATPasen.

Structuur

PMCA-pomp

In het plasmamembraan vinden we het actieve antiportale Na / Ca-transport, dat verantwoordelijk is voor de verplaatsing van een aanzienlijke hoeveelheid Ca ²⁺ in cellen in rust en activiteit. In de meeste cellen in rusttoestand is de PMCA-pomp verantwoordelijk voor het transport van calcium naar buiten.

Deze eiwitten bestaan ​​uit ongeveer 1.200 aminozuren en hebben 10 transmembraansegmenten. Er zijn 4 hoofdeenheden in het cytosol. De eerste eenheid bevat de terminale aminogroep. De tweede heeft basiskenmerken, waardoor het zich kan binden aan activerende zure fosfolipiden.

In de derde eenheid bevindt zich een asparaginezuur met katalytische functie, en "stroomafwaarts" hiervan een fluoresceïne-isotocyanaat-bindende band, in het ATP-bindende domein.

In de vierde eenheid bevindt zich het calmoduline-bindende domein, de herkenningsplaatsen van bepaalde kinasen (A en C) en de allosterische Ca ^{2 +} -bindende banden .

SERCA-pomp

SERCA-pompen worden in grote hoeveelheden aangetroffen in het sarcoplasmatisch reticulum van spiercellen en hun activiteit is gerelateerd aan contractie en ontspanning in de spierbewegingscyclus. Zijn functie is om Ca ²⁺ te transporteren van het cytosol van de cel naar de reticulummatrix.

Deze eiwitten bestaan ​​uit een enkele polypeptideketen met 10 transmembraandomeinen. De structuur is in wezen dezelfde als die van PMCA-eiwitten, maar verschilt doordat ze slechts drie eenheden in het cytoplasma hebben, waarbij de actieve plaats zich in de derde eenheid bevindt.

De werking van dit eiwit vereist een ladingsbalans tijdens het transport van ionen. Twee Ca ²⁺ (door gehydrolyseerd ATP) worden verplaatst van het cytosol naar de reticulummatrix, tegen een zeer hoge concentratiegradiënt.

Dit transport vindt antiportaal plaats, aangezien tegelijkertijd twee H ⁺ vanuit de matrix naar het cytosol worden gestuurd.

Werkingsmechanisme

SERCA pompen

Het transportmechanisme is verdeeld in twee toestanden E1 en E2. In E1 zijn de bindingsplaatsen die een hoge affiniteit hebben voor Ca ²⁺ gericht naar het cytosol. In E2 zijn de bindingsplaatsen gericht naar het lumen van het reticulum, met een lage affiniteit voor Ca ²⁺ . De twee Ca ²⁺ -ionen binden zich na overdracht.

Tijdens de binding en overdracht van Ca ²⁺ treden conformationele veranderingen op, waaronder de opening van het M-domein van het eiwit, dat naar het cytosol is gericht. De ionen binden dan gemakkelijker aan de twee bindingsplaatsen van genoemd domein.

De vereniging van de twee Ca ²⁺ -ionen bevordert een reeks structurele veranderingen in het eiwit. Onder hen de rotatie van bepaalde domeinen (domein A) die de eenheden van de pomp reorganiseert, waardoor de opening naar de reticulummatrix mogelijk wordt gemaakt om de ionen vrij te geven, die ontkoppeld zijn dankzij de afname van de affiniteit op de bindingsplaatsen.

De H ⁺ -protonen en de watermoleculen stabiliseren de Ca ^{2 +} -bindingsplaats , waardoor het A-domein terugkeert naar zijn oorspronkelijke staat, waardoor de toegang tot het endoplasmatisch reticulum wordt afgesloten.

PMCA-pompen

Dit type pomp wordt in alle eukaryote cellen aangetroffen en is verantwoordelijk voor de uitdrijving van Ca ²⁺ naar de extracellulaire ruimte om de concentratie in de cellen stabiel te houden.

In dit eiwit wordt een Ca ²⁺ -ion ​​getransporteerd door gehydrolyseerd ATP. Het transport wordt gereguleerd door de niveaus van het calmoduline-eiwit in het cytoplasma.

Door de concentratie van cytosolisch Ca ^{2+ te} verhogen, nemen de niveaus van calmoduline toe, dat zich bindt aan calciumionen. Het Ca ^{2 +} -calmodulinecomplex assembleert vervolgens op de bindingsplaats van de PMCA-pomp. Er treedt een conformatieverandering op in de pomp waardoor de opening kan worden blootgesteld aan de extracellulaire ruimte.

Calciumionen worden vrijgegeven, waardoor de normale niveaus in de cel worden hersteld. Dientengevolge valt het Ca ^{2 +} -calmodulinecomplex uit elkaar, waardoor de conformatie van de pomp in zijn oorspronkelijke staat terugkeert.

Referenties

1. Brini, M., en Carafoli, E. (2009). Calciumpompen bij gezondheid en ziekte. Fysiologische beoordelingen, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Calciumpompen: structurele basis voor en mechanisme van calciumtransmembraantransport. Huidige mening in chemische biologie, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Biofysica en celfysiologie. Sevilla Universiteit.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP en Matsudaira, P. (2008). Molleculaire celbiologie. Macmillan.
6. Pocock, G., en Richards, CD (2005). Menselijke fysiologie: de basis van de geneeskunde. Elsevier Spanje.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biochemie. Panamerican Medical Ed.