Натриево-кальциевый обменник
Семейство растворенных переносчиков 8 (обменник натрия/кальция), член 1 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | SLC8A1 | ||
Альт. символы | NCX1 | ||
ген NCBI | 6546 | ||
HGNC | 11068 | ||
МОЙ БОГ | 182305 | ||
RefSeq | НМ_021097 | ||
ЮниПрот | P32418 | ||
Другие данные | |||
Локус | Хр. 2 п23-п21 | ||
|
Семейство растворенных переносчиков 8 (натрий-кальциевый обменник), член 2 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | SLC8A2 | ||
ген NCBI | 6543 | ||
HGNC | 11069 | ||
МОЙ БОГ | 601901 | ||
RefSeq | НМ_015063 | ||
ЮниПрот | Q9UPR5 | ||
Другие данные | |||
Локус | Хр. 19 q13.2 | ||
|
Семейство растворенных переносчиков 8 (натрий-кальциевый обменник), член 3 | |||
---|---|---|---|
Идентификаторы | |||
Символ | SLC8A3 | ||
ген NCBI | 6547 | ||
HGNC | 11070 | ||
МОЙ БОГ | 607991 | ||
RefSeq | НМ_033262 | ||
ЮниПрот | P57103 | ||
Другие данные | |||
Локус | Хр. 14 q24.1 | ||
|
Натрий -кальциевый обменник (часто обозначаемый Na + /Что 2+ обменник , обменный белок , или NCX ) — -антипортер мембранный белок , выводящий кальций из клеток. Он использует энергию, запасенную в электрохимическом градиенте натрия (Na + ), позволяя Na + стекать по градиенту через плазматическую мембрану в обмен на контрперенос ионов кальция (Ca 2+ ). Один ион кальция экспортируется, а импортируются три иона натрия. [ 1 ] Обменник существует во многих различных типах клеток и видах животных. [ 2 ] NCX считается одним из наиболее важных клеточных механизмов удаления кальция. 2+ . [ 2 ]
Обменник обычно обнаруживается в плазматических мембранах, митохондриях и эндоплазматическом ретикулуме возбудимых клеток. [ 3 ] [ 4 ]
Функция
[ редактировать ]Натрий-кальциевый обменник — лишь одна из систем, с помощью которых цитоплазматическая концентрация ионов кальция в клетке поддерживается на низком уровне. Обменник не очень прочно связывается с Ca. 2+ (обладает низким сродством), но может быстро переносить ионы (обладает высокой емкостью), перенося до пяти тысяч Са 2+ ионов в секунду. [ 5 ] Следовательно, для него требуются большие концентрации Ca. 2+ быть эффективным, но полезен для избавления клетки от большого количества кальция. 2+ за короткое время, сколько необходимо нейрону после потенциала действия . Таким образом, обменник также, вероятно, играет важную роль в восстановлении нормальной концентрации кальция в клетке после эксайтотоксического инсульта. [ 3 ] Такой первичный переносчик ионов кальция присутствует в плазматической мембране большинства клеток животных. Другой, более распространенный трансмембранный насос , экспортирующий кальций из клетки, — это плазматическая мембрана Ca. 2+ АТФаза (PMCA), которая имеет гораздо более высокое сродство, но гораздо меньшую емкость. Поскольку PMCA способен эффективно связываться с Ca 2+ даже когда его концентрации довольно низкие, он лучше подходит для поддержания очень низких концентраций кальция, которые обычно находятся внутри клетки. [ 6 ] На + /Что 2+ обменник дополняет Ca с высоким сродством и низкой емкостью 2+ -АТФаза и вместе они участвуют в различных клеточных функциях, включая:
- контроль нейросекреции
- активность фоторецепторных клеток
- расслабление сердечной мышцы
- поддержание Са 2+ концентрация в саркоплазматическом ретикулуме сердечных клеток
- поддержание Са 2+ концентрация в эндоплазматическом ретикулуме как возбудимых, так и невозбудимых клеток
- связь возбуждения-сокращения
- поддержание низкого уровня Ca 2+ концентрация в митохондриях
Обменник также участвует в нарушении сердечной электропроводности, известном как отсроченная постдеполяризация . [ 7 ] Считается, что внутриклеточное накопление Са 2+ вызывает активацию Na + /Что 2+ обменник. Результатом является кратковременный приток чистого положительного заряда (помните 3 Na + в, 1 Ca 2+ out), тем самым вызывая клеточную деполяризацию. [ 7 ] Эта аномальная клеточная деполяризация может привести к сердечной аритмии.
обратимость
[ редактировать ]Поскольку транспорт является электрогенным (изменяет мембранный потенциал), деполяризация мембраны может изменить направление обменника, если клетка достаточно деполяризована, что может произойти при эксайтотоксичности . [ 1 ] Кроме того, как и в случае с другими транспортными белками, количество и направление транспорта зависят от трансмембранных градиентов субстрата. [ 1 ] Этот факт может быть защитным, поскольку увеличение внутриклеточного кальция 2+ концентрации, возникающие при эксайтотоксичности, могут активировать обменник в прямом направлении даже в присутствии пониженного внеклеточного содержания Na. + концентрация. [ 1 ] Однако это также означает, что при внутриклеточном уровне Na + превышает критическую точку, NCX начинает импортировать Ca 2+ . [ 1 ] [ 8 ] [ 9 ] NCX может работать как в прямом, так и в обратном направлении одновременно в разных областях клетки, в зависимости от совокупного воздействия Na. + и Ca 2+ градиенты. [ 1 ] Этот эффект может продлевать переходные процессы кальция после всплесков активности нейронов, тем самым влияя на обработку нейронной информации. [ 10 ] [ 11 ]
Уже + /Что 2+ обменник в потенциале действия сердца
[ редактировать ]Способность к Na + /Что 2+ обменник на обратное направление тока проявляется во время потенциала действия сердца . Из-за деликатной роли, которую Ca 2+ играет в сокращении сердечной мышцы клеточную концентрацию Ca 2+ тщательно контролируется. Во время потенциала покоя Na + /Что 2+ обменник использует большой внеклеточный градиент концентрации Na+, чтобы помочь перекачивать Ca 2+ из клетки. [ 12 ] На самом деле, На + /Что 2+ обменник находится в Калифорнии 2+ положение оттока большую часть времени. Однако во время повышения потенциала действия сердца происходит большой приток Na. + ионы. Это деполяризует клетку и смещает мембранный потенциал в положительную сторону. В результате происходит значительное увеличение внутриклеточного [Na + ]. Это вызывает изменение направления Na + /Что 2+ теплообменник для перекачки Na + ионы выходят из клетки и Ca 2+ ионы в клетку. [ 12 ] Однако этот разворот обменника длится лишь мгновение из-за внутреннего повышения [Ca 2+ ] в результате притока Ca 2+ через кальциевый канал L-типа , и обменник возвращается в прямое направление потока, перекачивая Ca 2+ из клетки. [ 12 ]
Хотя обменник нормально работает в Ca 2+ положение оттока (за исключением раннего потенциала действия), определенные условия могут ненормально переключить обменник в реверс (Ca 2+ приток, Na + положение оттока. Ниже перечислены несколько клеточных и фармацевтических состояний, при которых это происходит. [ 12 ]
- Внутренний [Na + ] выше, чем обычно (например, когда дигоксин и другие препараты сердечных гликозидов блокируют Na + /К + -АТФазный насос .)
- саркоплазматического ретикулума Высвобождение Са из 2+ тормозится.
- Другое Ca 2+ Каналы притока блокируются.
- Если продолжительность потенциала действия увеличена.
Структура
[ редактировать ]На основании предсказаний вторичной структуры и гидрофобности первоначально предполагалось, что NCX будет иметь 9 трансмембранных спиралей . [ 13 ] Считается, что это семейство возникло в результате дупликации гена из-за очевидной псевдосимметрии в первичной последовательности трансмембранного домена. [ 14 ] Между псевдосимметричными половинками находится цитоплазматическая петля, содержащая регуляторные домены. [ 15 ] Эти регуляторные домены имеют структуры, подобные домену C2 , и отвечают за регуляцию кальция. [ 16 ] [ 17 ] Недавно структура архейного ортолога NCX была решена с помощью рентгеновской кристаллографии . [ 18 ] Это ясно иллюстрирует димерный транспортер из 10 трансмембранных спиралей с ромбовидным сайтом для связывания субстрата. На основе строения и структурной симметрии предложена модель попеременного доступа с конкуренцией ионов в активном центре. Структуры трех родственных протон-кальциевых обменников (CAX) были определены на дрожжах и бактериях . Хотя эти структуры структурно и функционально гомологичны, они иллюстрируют новые олигомерные структуры, связывание субстрата и регуляцию. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]
История
[ редактировать ]В 1968 году Х. Рейтер и Н. Зейтц опубликовали данные о том, что, когда Na + удаляется из среды, окружающей клетку, происходит отток Ca 2+ ингибируется, и они предположили, что может существовать механизм обмена двух ионов. [ 2 ] [ 22 ] В 1969 году группа под руководством П. Ф. Бейкера, экспериментировавшая с аксонами кальмаров, опубликовала открытие, в котором предполагалось, что существует способ получения Na. + выход из клеток, отличных от натрий-калиевого насоса . [ 2 ] [ 23 ] Известно, что наперстянка, более известная как наперстянка, оказывает большое влияние на Na/K-АТФазу, в конечном итоге вызывая более сильное сокращение сердца. Растение содержит соединения, которые ингибируют натриево-калиевый насос, что снижает электрохимический градиент натрия. Это делает выкачку кальция из клетки менее эффективной, что приводит к более сильному сокращению сердца. Людям со слабым сердцем иногда предлагается накачивать сердце с более высокой сократительной силой. Однако он также может вызвать гипертонию, поскольку увеличивает сократительную силу сердца.
См. также
[ редактировать ]- Натриево-калиевый насос
- Активный транспорт
- Сердечный потенциал действия
- Калийзависимый натрий-кальциевый обменник
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д и ж Ю СП, Чой Д.В. (июнь 1997 г.). «Обменные токи Na(+)-Ca2+ в корковых нейронах: одновременное прямое и обратное действие и влияние глутамата». Европейский журнал неврологии . 9 (6): 1273–81. дои : 10.1111/j.1460-9568.1997.tb01482.x . ПМИД 9215711 . S2CID 23146698 .
- ^ Jump up to: а б с д ДиПоло Р., Боже Л. (январь 2006 г.). «Натрий/кальциевый обменник: влияние метаболической регуляции на взаимодействие переносчиков ионов» . Физиологические обзоры . 86 (1): 155–203. doi : 10.1152/physrev.00018.2005 . ПМИД 16371597 .
- ^ Jump up to: а б Кедровски Л., Брукер Г., Коста Э., Вроблевски Дж.Т. (февраль 1994 г.). «Глутамат ухудшает выведение кальция из нейронов, одновременно снижая градиент натрия» . Нейрон . 12 (2): 295–300. дои : 10.1016/0896-6273(94)90272-0 . ПМИД 7906528 . S2CID 38199890 .
- ^ Паттерсон М., Снейд Дж., Фрил Д.Д. (январь 2007 г.). «Вызванные деполяризацией кальциевые реакции в симпатических нейронах: относительный вклад входа Ca2+, экструзии, поглощения и высвобождения Ca2+ в ЭР/митохондриях и буферизации Ca2+» . Журнал общей физиологии . 129 (1): 29–56. дои : 10.1085/jgp.200609660 . ПМК 2151609 . ПМИД 17190902 .
- ^ Карафоли Э., Сантелла Л., Бранка Д., Брини М. (апрель 2001 г.). «Генерация, контроль и обработка клеточных сигналов кальция». Критические обзоры по биохимии и молекулярной биологии . 36 (2): 107–260. дои : 10.1080/20014091074183 . ПМИД 11370791 . S2CID 43050133 .
- ^ Сигел, Дж.Дж.; Агранов, Б.В.; Альберс, RW; Фишер, СК; Улер, доктор медицинских наук, редакторы (1999). Базовая нейрохимия: молекулярные, клеточные и медицинские аспекты (6-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт, Уильямс и Уилкинс. ISBN 0-7817-0104-Х .
{{cite book}}
:|author5=
имеет общее имя ( справка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б Лилли, Л.: «Патофизиология болезней сердца», глава 11: «Механизмы сердечных аритмий», Липпенкотт, Уильямс и Уилкенс, 2007 г.
- ^ Биндокас, вице-президент, Миллер Р.Дж. (ноябрь 1995 г.). «Экситотоксическая дегенерация инициируется в неслучайных участках культивируемых нейронов мозжечка крысы» . Журнал неврологии . 15 (11): 6999–7011. doi : 10.1523/JNEUROSCI.15-11-06999.1995 . ПМК 6578035 . ПМИД 7472456 . S2CID 25625938 .
- ^ Вольф Дж.А., Стис П.К., Лусарди Т., Мини Д., Смит Д.Х. (март 2001 г.). «Травматическое повреждение аксонов вызывает приток кальция, модулируемый чувствительными к тетродотоксину натриевыми каналами» . Журнал неврологии . 21 (6): 1923–30. doi : 10.1523/JNEUROSCI.21-06-01923.2001 . ПМК 6762603 . ПМИД 11245677 . S2CID 13912728 .
- ^ Зильберталь, Асаф; Кахан, Анат; Бен-Шауль, Йорам; Яром, Йосеф; Вагнер, Шломо (16 декабря 2015 г.). «Продолжительная внутриклеточная динамика Na + регулирует электрическую активность в митральных клетках добавочной обонятельной луковицы» . ПЛОС Биология . 13 (12): e1002319. дои : 10.1371/journal.pbio.1002319 . ISSN 1545-7885 . ПМЦ 4684409 . ПМИД 26674618 .
- ^ Шойсс, Фолькер; Ясуда, Рёхей; Собчик, Александр; Свобода, Карел (2 августа 2006 г.). «Нелинейная передача сигналов [Ca2+] в дендритах и шипиках, вызванная зависимой от активности депрессией экструзии Ca2+» . Журнал неврологии . 26 (31): 8183–8194. doi : 10.1523/JNEUROSCI.1962-06.2006 . ISSN 0270-6474 . ПМЦ 6673787 . ПМИД 16885232 .
- ^ Jump up to: а б с д Берс Д.М. (январь 2002 г.). «Связь возбуждения и сокращения сердца». Природа . 415 (6868): 198–205. Бибкод : 2002Natur.415..198B . дои : 10.1038/415198a . ПМИД 11805843 . S2CID 4337201 .
- ^ Николл Д.А., Оттолия М., Филипсон К.Д. (ноябрь 2002 г.). «К топологической модели обменника NCX1». Анналы Нью-Йоркской академии наук . 976 (1): 11–8. Бибкод : 2002NYASA.976...11N . дои : 10.1111/j.1749-6632.2002.tb04709.x . ПМИД 12502529 . S2CID 21425718 .
- ^ Цай Икс, Литтон Дж (сентябрь 2004 г.). «Суперсемейство катион/Ca(2+) обменников: филогенетический анализ и структурные последствия» . Молекулярная биология и эволюция . 21 (9): 1692–703. дои : 10.1093/molbev/msh177 . ПМИД 15163769 .
- ^ Мацуока С., Николл Д.А., Рейли Р.Ф., Хильгеманн Д.В., Филипсон К.Д. (май 1993 г.). «Начальная локализация регуляторных областей сердечного сарколеммального обменника Na(+)-Ca2+» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 90 (9): 3870–4. Бибкод : 1993PNAS...90.3870M . дои : 10.1073/pnas.90.9.3870 . ПМК 46407 . ПМИД 8483905 .
- ^ Бессерер Г.М., Оттолия М., Николл Д.А., Чаптал В., Касцио Д., Филипсон К.Д., Абрамсон Дж. (ноябрь 2007 г.). «Второй Ca2+-связывающий домен обменника Na+ Ca2+ необходим для регуляции: кристаллические структуры и мутационный анализ» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 104 (47): 18467–72. Бибкод : 2007PNAS..10418467B . дои : 10.1073/pnas.0707417104 . ПМК 2141800 . ПМИД 17962412 .
- ^ Николл Д.А., Савая М.Р., Квон С., Касио Д., Филипсон К.Д., Абрамсон Дж. (август 2006 г.). «Кристаллическая структура первичного сенсора Ca2+ обменника Na+/Ca2+ обнаруживает новый мотив связывания Ca2+» . Журнал биологической химии . 281 (31): 21577–81. дои : 10.1074/jbc.C600117200 . ПМИД 16774926 .
- ^ Ляо Дж., Ли Х., Цзэн В., Зауэр Д.Б., Белмарес Р., Цзян Й. (февраль 2012 г.). «Структурное понимание механизма ионного обмена натрий-кальциевого обменника». Наука . 335 (6069): 686–90. Бибкод : 2012Sci...335..686L . дои : 10.1126/science.1215759 . ПМИД 22323814 . S2CID 206538351 .
- ^ Уэйт А.Б., Педерсен Б.П., Шлезингер А., Бономи М., Чау Б.Х., Роу-Цурц З., Ризенмей А.Дж., Сали А., Страуд Р.М. (июль 2013 г.). «Структурная основа попеременного доступа эукариотического кальций-протонного обменника» . Природа . 499 (7456): 107–10. Бибкод : 2013Natur.499..107W . дои : 10.1038/nature12233 . ПМК 3702627 . ПМИД 23685453 .
- ^ Нисидзава Т., Кита С., Матурана А.Д., Фуруя Н., Хирата К., Касуя Г., Огасавара С., Домаэ Н., Ивамото Т., Ишитани Р., Нуреки О (июль 2013 г.). «Структурная основа механизма противотранспорта обменника H +/Ca2+». Наука 341 (6142): 168–72. Бибкод : 2013Sci...341..168N . дои : 10.1126/science.1239002 . ПМИД 23704374 . S2CID 206549290 .
- ^ Ву М, Тонг С, Вальтерспергер С, Дидерихс К, Ван М, Чжэн Л (июль 2013 г.). «Кристаллическая структура белка-антипортера Ca2+/H+ YfkE раскрывает механизмы оттока Ca2+ и его регуляции pH» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 110 (28): 11367–72. Бибкод : 2013PNAS..11011367W . дои : 10.1073/pnas.1302515110 . ПМЦ 3710832 . ПМИД 23798403 .
- ^ Рейтер Х., Зейтц Н. (март 1968 г.). «Зависимость оттока кальция из сердечной мышцы от температуры и внешнего ионного состава» . Журнал физиологии . 195 (2): 451–70. дои : 10.1113/jphysicalol.1968.sp008467 . ПМК 1351672 . ПМИД 5647333 .
- ^ Бейкер П.Ф., Блаустейн, член парламента, Ходжкин А.Л., Стейнхардт Р.А. (февраль 1969 г.). «Влияние кальция на отток натрия в аксонах кальмара» . Журнал физиологии . 200 (2): 431–58. дои : 10.1113/jphysicalol.1969.sp008702 . ПМК 1350476 . ПМИД 5764407 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Натрий-кальций+обменник в Национальной медицинской библиотеке США по медицинским предметным рубрикам (MeSH)
- Диаграмма на сайте cvфизиологии.com
- Клабунде, RE. 2007. Концепции сердечно-сосудистой физиологии: обмен кальция.