ปั๊มแคลเซียมเป็นโครงสร้างของธรรมชาติโปรตีนที่เป็นผู้รับผิดชอบสำหรับการขนส่งของแคลเซียมผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ โครงสร้างนี้ขึ้นอยู่กับ ATP และถือเป็นโปรตีนคล้าย ATPase หรือที่เรียกว่า Ca 2+ -ATPase
Ca 2+ -ATPase พบได้ในทุกเซลล์ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตและจำเป็นสำหรับสภาวะสมดุลของแคลเซียมในเซลล์ โปรตีนนี้ดำเนินการขนส่งแบบแอคทีฟหลักเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลแคลเซียมจะสวนทางกับการไล่ระดับความเข้มข้น
โครงสร้างการตกผลึกของ SERCA
ที่มา: Wcnsaffo
หน้าที่ของปั๊มแคลเซียม
Ca 2+มีบทบาทสำคัญในเซลล์ดังนั้นการควบคุมภายในจึงเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานที่เหมาะสม มักทำหน้าที่เป็นผู้ส่งสารที่สอง
ในช่องว่างภายนอกเซลล์ความเข้มข้นของ Ca 2+จะสูงกว่าภายในเซลล์ประมาณ 10,000 เท่า ความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของไอออนนี้ในไซโทพลาสซึมของเซลล์ทำให้เกิดการตอบสนองต่างๆเช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อการปล่อยสารสื่อประสาทและการสลายไกลโคเจน
มีหลายวิธีในการถ่ายโอนไอออนเหล่านี้จากเซลล์: การขนส่งแบบพาสซีฟ (ทางออกที่ไม่เฉพาะเจาะจง), ช่องไอออน (การเคลื่อนที่เพื่อให้เกิดการไล่ระดับสีด้วยไฟฟ้าเคมี), การขนส่งแบบแอคทีฟรองของชนิดต่อต้านการพยุง (Na / Ca) และการขนส่งแบบแอคทีฟหลักด้วยปั๊ม เอทีพีขึ้นอยู่กับ
แตกต่างจากกลไกการกระจัด Ca 2+อื่น ๆปั๊มทำงานในรูปแบบเวกเตอร์ นั่นคือไอออนเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวเพื่อให้ทำงานได้โดยการขับออกเท่านั้น
เซลล์เป็นอย่างมากที่ไวต่อการเปลี่ยนแปลงใน Ca 2+เข้มข้น ด้วยการนำเสนอความแตกต่างที่ชัดเจนดังกล่าวกับความเข้มข้นนอกเซลล์ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งที่จะต้องฟื้นฟูระดับไซโตโซลิกตามปกติอย่างมีประสิทธิภาพ
ประเภท
Ca 2+ -ATPases สามประเภทได้รับการอธิบายในเซลล์สัตว์ตามตำแหน่งของมันในเซลล์ ปั๊มที่อยู่ในพลาสมาเมมเบรน (PMCA) ซึ่งอยู่ในเอนโดพลาสมิกเรติคูลัมและเมมเบรนนิวเคลียร์ (SERCA) และที่พบในเมมเบรนของอุปกรณ์ Golgi (SPCA)
ปั๊ม SPCA ยังขนส่งไอออน Mn 2+ซึ่งเป็นปัจจัยร่วมของเอนไซม์ต่างๆในเมทริกซ์เครื่องมือ Golgi
เซลล์ยีสต์สิ่งมีชีวิตยูคาริโอตอื่น ๆ และเซลล์พืชมีCa 2+ -ATPases ชนิดอื่น ๆ
โครงสร้าง
ปั๊ม PMCA
ในพลาสมาเมมเบรนเราพบการขนส่ง Na / Ca ของแอนติคอร์ติคที่ใช้งานอยู่ซึ่งรับผิดชอบการเคลื่อนย้ายของ Ca 2+จำนวนมากในเซลล์ที่พักผ่อนและกิจกรรม ในเซลล์ส่วนใหญ่อยู่ในสถานะพักเครื่องปั๊ม PMCA มีหน้าที่ในการขนส่งแคลเซียมออกสู่ภายนอก
โปรตีนเหล่านี้ประกอบด้วยกรดอะมิโนประมาณ 1,200 ชนิดและมี 10 ส่วนของทรานส์เมมเบรน มี 4 หน่วยหลักในไซโตซอล หน่วยแรกประกอบด้วยกลุ่มอะมิโนเทอร์มินัล ประการที่สองมีลักษณะพื้นฐานทำให้สามารถจับกับการกระตุ้นกรดฟอสโฟลิปิดได้
ในหน่วยที่สามมีกรดแอสปาร์ติกที่มีฟังก์ชันเร่งปฏิกิริยาและ "ดาวน์สตรีม" ของแถบผูกฟลูออเรซินไอโซไซยาเนตนี้อยู่ในโดเมนการจับ ATP
ในหน่วยที่สี่คือโดเมนที่มีผลผูกพันคาโมดูลินไซต์การรับรู้ของไคเนสบางชนิด (A และ C) และแถบการผูกallosteric Ca 2+
ปั๊ม SERCA
ปั๊ม SERCA พบได้ในปริมาณมากในร่างแหของเซลล์กล้ามเนื้อ sarcoplasmic และกิจกรรมของมันเกี่ยวข้องกับการหดตัวและการผ่อนคลายในวงจรการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ หน้าที่ของมันคือการขนส่ง Ca 2+จากเซลล์ไซโทซอลไปยังเมทริกซ์เรติคูลัม
โปรตีนเหล่านี้ประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์เส้นเดียวที่มีโดเมนทรานส์เมมเบรน 10 โดเมน โครงสร้างของมันนั้นเหมือนกับโปรตีน PMCA แต่แตกต่างกันที่พวกมันมีเพียงสามหน่วยภายในไซโทพลาสซึมซึ่งเป็นไซต์ที่ใช้งานอยู่ในหน่วยที่สาม
การทำงานของโปรตีนนี้ต้องการความสมดุลของประจุระหว่างการขนส่งไอออน Ca 2+สองตัว(โดยไฮโดรไลซ์ ATP) จะถูกแทนที่จากไซโตซอลไปยังเมทริกซ์เรติคูลัมเทียบกับการไล่ระดับสีที่มีความเข้มข้นสูงมาก
การขนส่งนี้เกิดขึ้นในลักษณะ antiportal เนื่องจากในเวลาเดียวกันสอง H +จะถูกส่งไปยังไซโตซอลจากเมทริกซ์
กลไกการทำงาน
ปั๊ม SERCA
กลไกการขนส่งแบ่งออกเป็นสองสถานะ E1 และ E2 ใน E1 ไซต์ที่มีผลผูกพันที่มีความสัมพันธ์กันสูงสำหรับ Ca 2+จะถูกส่งไปยังไซโตซอล ใน E2, เว็บไซต์ที่มีผลผูกพันโดยตรงต่อเซลล์ของร่างแหที่นำเสนอความสัมพันธ์ต่ำ Ca 2+ ไอออน Ca 2+สองตัวเกิดพันธะหลังการถ่ายโอน
ในระหว่างการจับและถ่ายโอน Ca 2+การเปลี่ยนแปลงตามรูปแบบจะเกิดขึ้นรวมถึงการเปิดโดเมน M ของโปรตีนซึ่งต่อไซโตซอล จากนั้นไอออนจะเชื่อมโยงกับไซต์ที่มีผลผูกพันทั้งสองของโดเมนดังกล่าวได้ง่ายขึ้น
การรวมตัวกันของไอออน Ca 2+ทั้งสองช่วยส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน ในหมู่พวกเขาการหมุนเวียนของโดเมนบางโดเมน (โดเมน A) ที่จัดระเบียบหน่วยของปั๊มใหม่ทำให้ช่องเปิดไปยังเมทริกซ์เรติคูลัมเพื่อปล่อยไอออนซึ่งจะไม่ถูกแยกออกเนื่องจากความสัมพันธ์ที่ลดลงที่ไซต์ที่มีผลผูกพัน
โปรตอน H +และโมเลกุลของน้ำทำให้ไซต์ที่มีผลผูกพัน Ca 2+เสถียรทำให้โดเมน A หมุนกลับสู่สถานะเดิมปิดการเข้าถึงเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม
ปั๊ม PMCA
ปั๊มชนิดนี้พบได้ในเซลล์ยูคาริโอตทั้งหมดและมีหน้าที่ขับ Ca 2+ไปยังช่องว่างนอกเซลล์เพื่อรักษาความเข้มข้นของมันให้คงที่ภายในเซลล์
ในโปรตีนนี้ไอออน Ca 2+ถูกขนส่งโดย ATP ที่ไฮโดรไลซ์ การขนส่งถูกควบคุมโดยระดับของโปรตีนคาโมดูลินในไซโตพลาสซึม
การเพิ่มความเข้มข้นของcytosolic Ca 2+โดยการเพิ่มความเข้มข้นของcytosolic Ca 2+ระดับของเคลโมดูลินจะเพิ่มขึ้นซึ่งจับกับแคลเซียมไอออน Ca 2+ -calmodulin complex จากนั้นจะประกอบเข้ากับไซต์ที่มีผลผูกพันของปั๊ม PMCA การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเกิดขึ้นในปั๊มที่ทำให้ช่องเปิดสัมผัสกับช่องว่างภายนอกเซลล์
แคลเซียมไอออนจะถูกปล่อยออกมาคืนระดับปกติภายในเซลล์ ดังนั้น Ca 2+ -แคลโมดูลินคอมเพล็กซ์จะแยกตัวออกทำให้โครงสร้างของปั๊มกลับสู่สภาพเดิม
อ้างอิง
- Brini, M. , & Carafoli, E. (2009). แคลเซียมปั๊มในสุขภาพและโรค บทวิจารณ์ทางสรีรวิทยา, 89 (4), 1341-1378.
- Carafoli, E. , & Brini, M. (2000). ปั๊มแคลเซียม: โครงสร้างพื้นฐานสำหรับและกลไกการขนส่งแคลเซียมทรานส์เมมเบรน ความคิดเห็นปัจจุบันทางชีววิทยาเคมี, 4 (2), 152-161.
- Devlin, TM (1992). ตำราชีวเคมี: กับความสัมพันธ์ทางคลินิก.
- Latorre, R. (Ed.). (สิบเก้าสิบหก) ชีวฟิสิกส์และสรีรวิทยาของเซลล์ มหาวิทยาลัยเซบีญ่า
- Lodish, H. , Darnell, JE, Berk, A. , Kaiser, CA, Krieger, M. , Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008) ชีววิทยาของเซลล์โมเลกุล. Macmillan
- Pocock, G. , & Richards, CD (2005). สรีรวิทยาของมนุษย์: พื้นฐานของการแพทย์ Elsevier สเปน
- Voet, D. , & Voet, JG (2006). ชีวเคมี. Panamerican Medical Ed.