Кальциевый насос - Calcium pump
Кальциевые насосы - это семейство переносчиков ионов, обнаруженных в клеточной мембране всех клеток животных. Они ответственны за активный транспорт из кальция из клетки для поддержания крутой Ca 2+ электрохимического градиента через клеточную мембрану. Кальциевые насосы играют решающую роль в правильной передаче сигналов клетками , поддерживая внутриклеточную концентрацию кальция примерно в 10 000 раз ниже, чем внеклеточную. Несоблюдение этого правила - одна из причин мышечных судорог .
Плазматическая мембрана Са 2+ АТФаза и натрий-кальций теплообменник вместе основных регуляторы внутриклеточного Са 2+ концентрации.
Биологическая роль
Ca 2+ играет важную роль в качестве внутриклеточного мессенджера . Высвобождение большого количества свободного Ca 2+ может вызвать развитие оплодотворенной яйцеклетки , сокращение клеток скелетных мышц , секрецию секреторными клетками и взаимодействие с белками, реагирующими на Ca 2+, такими как кальмодулин . Для того, чтобы поддерживать низкие концентрации свободного Ca 2+ в цитозоле клетка использует мембранные насосы , как кальций АТФаза найдена в мембранах саркоплазматического ретикулума в скелетных мышцах . Эти насосы необходимы для обеспечения крутого электрохимического градиента, который позволяет Ca 2+ устремляться в цитозоль, когда стимулирующий сигнал открывает каналы Ca 2+ в мембране. Насосы также необходимы для активного откачивания Ca 2+ из цитоплазмы и возврата клетки в ее предсигнальное состояние.
Кристаллография кальциевых насосов
Структура кальциевых насосов, обнаруженных в саркоплазматическом ретикулуме скелетных мышц, была выяснена в 2000 году Toyoshima и соавт. с помощью микроскопии трубчатых кристаллов и трехмерных микрокристаллов. Насос имеет молекулярную массу 110000 а.е.м. , имеет три хорошо разделенных цитоплазматических домена с трансмембранным доменом, состоящим из десяти альфа-спиралей и двух трансмембранных сайтов связывания Ca 2+ .
Механизм
Классическая теория активного транспорта АТФаз P-типа
| E1 → | (2H + выход, 2Ca 2+ вход ) → | E1⋅2Ca 2+ → | E1⋅ АТФ |
| ↑ | ↓ | ||
| E2 | E1⋅ADP | ||
| ↑ (Пи наружу) | ↓ (выход ADP) | ||
| E2⋅Pi | ← E2P | ← (2H + вход, 2Ca 2+ выход) | ← E1P |
Данные кристаллографических исследований Чикаси Тоёшимы применительно к вышеуказанному циклу.
| E1 - высокое сродство к Ca 2+ , 2 связанных Ca 2+ , высвобождение 2 противоионов H + |
| E1⋅2Ca 2+ - цитоплазматические ворота открыты, свободный ионный обмен Ca 2+ 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 изгибами, N контактирует с A , A заставляет спираль M1 подтягиваться вверх, закрывает цитоплазматические ворота, связывает Ca 2+, закрывается трансмембранным |
| E1⋅ADP - перенос фосфорила, ADP диссоциирует |
| E1P - A вращается, трансмембранные спирали перестраиваются, сайты связывания разрушаются, люменные ворота открываются, связанный Ca 2+ высвобождается |
| E2P - открытый ионный путь в просвет, Ca 2+ в просвет |
| E2⋅Pi - A катализирует высвобождение Pi, P разгибается, трансмембранные спирали перестраиваются, закрываются люменальные ворота |
| E2 - трансмембранный M1 образует туннель цитоплазматического доступа к сайтам связывания Ca 2+ |