Кальциевый насос

Эта статья может быть слишком технической, чтобы ее могло понять большинство читателей . Пожалуйста, помогите улучшить его, чтобы он был понятен неспециалистам , не удаляя технических деталей. ( Январь 2016 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

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 в клетках , поддерживая внутриклеточную концентрацию кальция примерно в 10 000 раз ниже, чем внеклеточную. ^[1] Несоблюдение этого правила является одной из причин мышечных судорог .

Плазматическая мембрана Са ²⁺ АТФаза и натрий-кальций теплообменник вместе основных регуляторы внутриклеточного Са ²⁺ концентрации. ^[2]

Биологическая роль [ править ]

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 создания крутого электрохимического градиента.это 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. ^[3]

Кристаллография кальциевых насосов [ править ]

Структура кальциевых насосов, обнаруженных в саркоплазматическом ретикулуме скелетных мышц, была выяснена в 2000 г. Toyoshima и соавт. с помощью микроскопии трубчатых кристаллов и 3D 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⁺ . ^[4]

Механизм [ править ]

Классическая теория активного транспорта АТФаз P-типа ^[5]

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 применимы к вышеуказанному циклу ^[6]^[7]

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 разгибает, трансмембранные спирали перестраиваются, закрывает люменальные ворота

E2 - трансмембранный M1 образует туннель цитоплазматического доступа к сайтам связывания Ca ²⁺

Ссылки [ править ]

^ Carafoli E (январь 1991). «Кальциевый насос плазматической мембраны». Physiol. Ред . 71 (1): 129–53. DOI : 10.1152 / Physrev.1991.71.1.129 . PMID 1986387 .
↑ Strehler EE, Zacharias DA (январь 2001 г.). «Роль альтернативного сплайсинга в создании разнообразия изоформ среди кальциевых насосов плазматической мембраны». Physiol. Ред . 81 (1): 21–50. DOI : 10.1152 / Physrev.2001.81.1.21 . PMID 11152753 .
^ Альбертс, Брюс; Брей, Деннис; Хопкин, Карен; Джонсон, Александр Д; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2009). Essential Cell Biology (3-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 552–553. ISBN 978-0815341291.
^ Тоошима, Чикаши; Накасако, Масаёши; Номура, Хироми; Огава, Харуо (8 июня 2000 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума при разрешении 2,6 Å». Природа . 405 (6787): 647–655. DOI : 10.1038 / 35015017 . PMID 10864315 .
^ Тоошима, Чикаши; Норимацу, Ёсиюки; Ивасава, Шихо; Цуда, Такео; Огава, Харуо (5 декабря 2007 г.). «Как процессинг аспартилфосфата связан с закрытием просвета ионного пути в кальциевом насосе» . Труды Национальной академии наук . 104 (50): 19831–19836. DOI : 10.1073 / pnas.0709978104 . PMC 2148383 . PMID 18077416 . Проверено 28 марта 2016 .
^ Тоошима, Чикаши; Номура, Хироми (8 августа 2002 г.). «Структурные изменения кальциевого насоса, сопровождающие диссоциацию кальция». Природа . 418 (6898): 605–611. DOI : 10,1038 / природа00944 . PMID 12167852 .
^ Тоошима, Чикаши; Мизутани, Тацуаки (30 июня 2004 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса со связанным аналогом АТФ». Природа . 430 (6999): 529–535. DOI : 10,1038 / природа02680 . PMID 15229613 .

[Carafoli-1] Carafoli E (январь 1991). «Кальциевый насос плазматической мембраны». Physiol. Ред . 71 (1): 129–53. DOI : 10.1152 / Physrev.1991.71.1.129 . PMID 1986387 .

[Strehler-2] Strehler EE, Zacharias DA (январь 2001 г.). «Роль альтернативного сплайсинга в создании разнообразия изоформ среди кальциевых насосов плазматической мембраны». Physiol. Ред . 81 (1): 21–50. DOI : 10.1152 / Physrev.2001.81.1.21 . PMID 11152753 .

[3] Альбертс, Брюс; Брей, Деннис; Хопкин, Карен; Джонсон, Александр Д; Льюис, Джулиан; Рафф, Мартин; Робертс, Кейт; Уолтер, Питер (2009). Essential Cell Biology (3-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 552–553. ISBN 978-0815341291.

[4] Тоошима, Чикаши; Накасако, Масаёши; Номура, Хироми; Огава, Харуо (8 июня 2000 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса саркоплазматического ретикулума при разрешении 2,6 Å». Природа . 405 (6787): 647–655. DOI : 10.1038 / 35015017 . PMID 10864315 .

[5] Тоошима, Чикаши; Норимацу, Ёсиюки; Ивасава, Шихо; Цуда, Такео; Огава, Харуо (5 декабря 2007 г.). «Как процессинг аспартилфосфата связан с закрытием просвета ионного пути в кальциевом насосе» . Труды Национальной академии наук . 104 (50): 19831–19836. DOI : 10.1073 / pnas.0709978104 . PMC 2148383 . PMID 18077416 . Проверено 28 марта 2016 .

[6] Тоошима, Чикаши; Номура, Хироми (8 августа 2002 г.). «Структурные изменения кальциевого насоса, сопровождающие диссоциацию кальция». Природа . 418 (6898): 605–611. DOI : 10,1038 / природа00944 . PMID 12167852 .

[7] Тоошима, Чикаши; Мизутани, Тацуаки (30 июня 2004 г.). «Кристаллическая структура кальциевого насоса со связанным аналогом АТФ». Природа . 430 (6999): 529–535. DOI : 10,1038 / природа02680 . PMID 15229613 .

[1]