Кальциевый насос

Кальциевые насосы — это семейство переносчиков ионов, обнаруженных в клеточной мембране всех клеток животных. Они отвечают за активный транспорт кальция . из клетки для поддержания крутого уровня кальция ²⁺ электрохимический градиент через клеточную мембрану. Кальциевые насосы играют решающую роль в правильной передаче сигналов клетками , поддерживая внутриклеточную концентрацию кальция примерно в 10 000 раз ниже, чем внеклеточная концентрация. ^{[ 1 ]} Несоблюдение этого требования является одной из причин мышечных судорог .

Плазматическая мембрана Ca ²⁺ АТФаза и натрий-кальциевый обменник вместе являются основными регуляторами цитоплазматического Са. ²⁺ концентрации. ^{[ 2 ]}

Биологическая роль

Что ²⁺ выполняет множество важных функций в качестве внутриклеточного посланника . Высвобождение большого количества свободного Са ²⁺ может вызвать оплодотворенной яйцеклетки развитие скелетных мышц , сокращение клеток , секрецию секреторными клетками и взаимодействие с Ca ²⁺ -чувствительные белки, такие как кальмодулин . ^{[ 3 ]} Для поддержания низких концентраций свободного Са ²⁺ В цитозоле клетки используют мембранные насосы, такие как кальциевая АТФаза, обнаруженная в мембранах саркоплазматической сети скелетных мышц . Эти насосы необходимы для создания крутого электрохимического градиента , который позволяет Ca ²⁺ устремляться в цитозоль, когда стимулирующий сигнал открывает Ca ²⁺ каналы в мембране. Насосы также необходимы для активной перекачки кальция. ²⁺ выйти из цитоплазмы и вернуть клетку в предсигнальное состояние. ^{[ 3 ]}

Кристаллография кальциевых насосов

Структура кальциевых насосов, обнаруженных в саркоплазматическом ретикулуме скелетных мышц, была выяснена в 2000 году Тоёшимой и соавт. с использованием микроскопии трубчатых кристаллов и 3D-микрокристаллов. Насос имеет молекулярную массу 110 000 а.е.м. , имеет три хорошо разделенных цитоплазматических домена , причем трансмембранный домен состоит из десяти альфа-спиралей и двух трансмембранных Са. ²⁺ сайты связывания . ^{[ 4 ]}

Механизм

Классическая теория активного транспорта АТФаз Р-типа ^{[ 5 ]}

Е1 →	(2ч ⁺ выход, 2Ca ²⁺ в)→	E1⋅2Ca ²⁺ →	Е1⋅ АТФ
↑			↓
Е2			E1⋅ADP
↑(Пи выход)			↓(выход АДП)
E2⋅Pi	← Е2П	←(2H ⁺ в, 2Ca ²⁺ вне)	← Е1П

Данные кристаллографических исследований Чикаси Тоёсимы применительно к вышеуказанному циклу. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}

Е1 – высокое сродство к Са ²⁺, 2 Калифорния ²⁺ связанный, 2 ч ⁺ противоионы высвобождаются
E1⋅2Ca ²⁺ - цитоплазматические ворота открыты, Ca свободен ²⁺ ионный обмен происходит между связанными ионами и ионами в цитоплазме, закрытая конфигурация доменов N , P , A нарушена, обнажая каталитический сайт
E1⋅ АТФ - АТФ связывает и связывает N с P , P изгибается, N контактирует с A , A заставляет спираль M1 подтягиваться вверх, закрывает цитоплазматические ворота, связывает Ca ²⁺ окклюдирован в трансмембранном
E1⋅ADP - перенос фосфорила, диссоциация АДФ.
E1P — A вращается, трансмембранные спирали перестраиваются, сайты связывания разрушаются, просветные ворота открываются, связывается Ca ²⁺ выпущенный
E2P - открытый путь ионов в просвет, Ca ²⁺ просветить
E2⋅Pi - A катализирует высвобождение Pi, P разгибается, трансмембранные спирали перестраиваются, закрываются просветные ворота.
E2 - трансмембранный M1 образует цитоплазматический туннель доступа к Ca. ²⁺ сайты связывания

Ссылки

^ Карафоли Э. (январь 1991 г.). «Кальциевый насос плазматической мембраны». Физиол. Преподобный . 71 (1): 129–53. дои : 10.1152/physrev.1991.71.1.129 . ПМИД 1986387 .
^ Стрелер Э.Э., Захариас Д.А. (январь 2001 г.). «Роль альтернативного сплайсинга в создании разнообразия изоформ среди кальциевых насосов плазматической мембраны». Физиол. Преподобный . 81 (1): 21–50. дои : 10.1152/physrev.2001.81.1.21 . ПМИД 11152753 . S2CID 9062253 .
^ Jump up to: ^а ^б Альбертс, Брюс; Брей, Деннис; Хопкин, Карен; Джонсон, Александр Д; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2009). Основная клеточная биология (3-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. стр. 552–554. ISBN 978-0815341291 .
^ Тоёсима, Чикаго; Рюкзак Масаеши; Номура, Хироми; Огава, Харуо (8 июня 2000 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса саркоплазматической сети при разрешении 2,6 Å». Природа 405 (6787): 647–655. Бибкод : 2000Nature.405..647T . дои : 10.1038/35015017 . ПМИД 10864315 . S2CID 4316039 .
^ Тоёсима, Чикаси; Норимацу, Ёсиюки; Ивасава, Сихо; Цуда, Такео; Огава, Харуо (5 декабря 2007 г.). «Как обработка аспартилфосфата связана с просветным закрытием пути ионов в кальциевом насосе» . Труды Национальной академии наук . 104 (50): 19831–19836. Бибкод : 2007PNAS..10419831T . дои : 10.1073/pnas.0709978104 . ПМК 2148383 . ПМИД 18077416 .
^ Тоёсима, Чикаси; Номура, Хироми (8 августа 2002 г.). «Структурные изменения кальциевого насоса, сопровождающие диссоциацию кальция». Природа . 418 (6898): 605–611. Бибкод : 2002Natur.418..605T . дои : 10.1038/nature00944 . ПМИД 12167852 . S2CID 1441673 .
^ Тоёсима, Чикаси; Мизутани, Тацуаки (30 июня 2004 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса со связанным аналогом АТФ». Природа . 430 (6999): 529–535. Бибкод : 2004Natur.430..529T . дои : 10.1038/nature02680 . ПМИД 15229613 . S2CID 4331138 .

[Carafoli-1] Карафоли Э. (январь 1991 г.). «Кальциевый насос плазматической мембраны». Физиол. Преподобный . 71 (1): 129–53. дои : 10.1152/physrev.1991.71.1.129 . ПМИД 1986387 .

[Strehler-2] Стрелер Э.Э., Захариас Д.А. (январь 2001 г.). «Роль альтернативного сплайсинга в создании разнообразия изоформ среди кальциевых насосов плазматической мембраны». Физиол. Преподобный . 81 (1): 21–50. дои : 10.1152/physrev.2001.81.1.21 . ПМИД 11152753 . S2CID 9062253 .

[Alberts-3] Jump up to: ^а ^б Альбертс, Брюс; Брей, Деннис; Хопкин, Карен; Джонсон, Александр Д; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2009). Основная клеточная биология (3-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science. стр. 552–554. ISBN 978-0815341291 .

[4] Тоёсима, Чикаго; Рюкзак Масаеши; Номура, Хироми; Огава, Харуо (8 июня 2000 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса саркоплазматической сети при разрешении 2,6 Å». Природа 405 (6787): 647–655. Бибкод : 2000Nature.405..647T . дои : 10.1038/35015017 . ПМИД 10864315 . S2CID 4316039 .

[5] Тоёсима, Чикаси; Норимацу, Ёсиюки; Ивасава, Сихо; Цуда, Такео; Огава, Харуо (5 декабря 2007 г.). «Как обработка аспартилфосфата связана с просветным закрытием пути ионов в кальциевом насосе» . Труды Национальной академии наук . 104 (50): 19831–19836. Бибкод : 2007PNAS..10419831T . дои : 10.1073/pnas.0709978104 . ПМК 2148383 . ПМИД 18077416 .

[6] Тоёсима, Чикаси; Номура, Хироми (8 августа 2002 г.). «Структурные изменения кальциевого насоса, сопровождающие диссоциацию кальция». Природа . 418 (6898): 605–611. Бибкод : 2002Natur.418..605T . дои : 10.1038/nature00944 . ПМИД 12167852 . S2CID 1441673 .

[7] Тоёсима, Чикаси; Мизутани, Тацуаки (30 июня 2004 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса со связанным аналогом АТФ». Природа . 430 (6999): 529–535. Бибкод : 2004Natur.430..529T . дои : 10.1038/nature02680 . ПМИД 15229613 . S2CID 4331138 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]