وظائف مضخة الكالسيوم وأنواعها وهيكلها وتشغيلها



ال مضخة الكالسيوم إنها بنية ذات طبيعة بروتينية مسؤولة عن نقل الكالسيوم عبر أغشية الخلايا. يعتمد هذا الهيكل على ATP ويعتبر بروتينًا من نوع ATPase ، يسمى أيضًا Ca2+-أتباز.

الكالسيوم2+-تم العثور على ATPase في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة وهي ضرورية لاستقرار الكالسيوم في الخلية. ينفذ هذا البروتين عملية نقل نشطة أولية ، لأن حركة جزيئات الكالسيوم تتعارض مع تدرج تركيزها.

مؤشر

  • 1 وظائف مضخة الكالسيوم
  • 2 أنواع
  • 3 هيكل
    • 3.1 مضخة PMCA
    • 3.2 SERCA مضخة
  • 4 آلية التشغيل
    • 4.1 مضخات SERCA
    • 4.2 مضخات PMCA
  • 5 المراجع

وظائف مضخة الكالسيوم

الكالسيوم2+ إنها تقوم بأدوار مهمة في الخلية ، لذا فإن تنظيمها داخلها أساسي لعملها الصحيح. في كثير من الأحيان ، كان بمثابة رسول ثان.

في المساحات خارج الخلية تركيز Ca2+ وهو ما يقرب من 10000 مرة أكبر من داخل الخلايا. تؤدي زيادة تركيز هذا الأيون في السيتوبلازم الخلوي إلى استجابات متعددة ، مثل انقباض العضلات وإطلاق الناقل العصبي وتدهور الجليكوجين.

هناك عدة طرق لنقل هذه الأيونات من الخلايا: النقل المنفعل (الإخراج غير المحدد) ، والقنوات الأيونية (الحركة لصالح التدرج الكهروكيميائي) ، والنقل النشط الثانوي من نوع antiport (Na / Ca) ، والنقل النشط الأساسي مع المضخة. تعتمد على اعبي التنس المحترفين.

على عكس الآليات الأخرى للتشريد من كاليفورنيا2+, المضخة تعمل في شكل ناقل. أي أن الأيون يتحرك في اتجاه واحد فقط بحيث يعمل فقط بطردهم.

الخلية حساسة للغاية للتغيرات في تركيز الكالسيوم2+. عند تقديم هذا الفرق الملحوظ بتركيزه خارج الخلية ، من المهم بالتالي استعادة مستوياته الخلوية الطبيعية بكفاءة.

نوع

تم وصف ثلاثة أنواع من الكالسيوم2+-ATPases في خلايا الحيوانات ، وفقا لمواقعها في الخلايا ؛ المضخات الموجودة في غشاء البلازما (PMCA) ، والمضخات الموجودة في الشبكة الإندوبلازمية والغشاء النووي (SERCA) ، والمضخات الموجودة في غشاء جهاز Golgi (SPCA).

مضخات SPCA أيضا نقل أيونات المنغنيز2+ والتي هي العوامل المساعدة لمختلف الانزيمات في مصفوفة جهاز جولجي.

تقدم خلايا الخميرة والكائنات الحية حقيقية النواة والخلايا النباتية أنواعًا أخرى من الكالسيوم2+-ATPasas خاصة جدا.

هيكل

مضخة PMCA

في غشاء البلازما وجدنا النقل الناشط للقلب / نا ، المسؤول عن إزاحة كمية كبيرة من الكالسيوم.2+ في الخلايا في الراحة والنشاط. في معظم الخلايا المريحة ، تكون مضخة PMCA مسؤولة عن نقل الكالسيوم إلى الخارج.

تتكون هذه البروتينات من حوالي 1200 من الأحماض الأمينية ، وتحتوي على 10 أجزاء من الغشاء. في السيتوسول هناك 4 وحدات رئيسية. تحتوي الوحدة الأولى على المجموعة الأمينية الطرفية. والثاني لديه خصائص أساسية ، والتي تسمح لها بالربط مع حمض الفوسفوليبيد تفعيل.

في الوحدة الثالثة ، يوجد حمض الأسبارتيك ذو الوظيفة الحفزية ، و "المصب" لهذا شريط الربط الفلوروسين المتساوي ، في مجال ربط ATP.

في الوحدة الرابعة هي مجال الربط بالديودولولين ، ومواقع التعرف على بعض الكينازات (A و C) ونطاقات الربط الخاصة بـ Ca2+ تفارغي.

مضخة سيركا

تم العثور على مضخات SERCA بكميات كبيرة في الشبكة الساركوبلازمية للخلايا العضلية ويرتبط نشاطها بالانكماش والاسترخاء في دورة حركة العضلات. وظيفتها هي نقل كاليفورنيا2+ من العصارة الخلوية للخلية إلى مصفوفة الشبكة.

تتكون هذه البروتينات من سلسلة بولي ببتيد واحدة مع 10 مجالات عبر الغشاء. هيكلها هو نفسه كتلك الموجودة في بروتينات PMCA ، لكنه يختلف في أن هذه الوحدات لها فقط ثلاث وحدات داخل السيتوبلازم ، مع وجود الموقع النشط في الوحدة الثالثة..

أداء هذا البروتين يتطلب توازن الحمل أثناء نقل الأيونات. اثنان كاليفورنيا2+ (بواسطة ATP تحلل) يتم نقلها من العصارة الخلوية إلى مصفوفة شبكية ، ضد التدرج تركيز عالية جدا.

يحدث هذا النقل بطريقة غير مناسبة ، لأنه في الوقت نفسه اثنين H+ يتم توجيهها إلى العصارة الخلوية من المصفوفة.

آلية التشغيل

مضخات SERCA

تنقسم آلية النقل إلى دولتين E1 و E2. في مواقع الربط E1 التي لها تقارب كبير لـ Ca2+ يتم توجيهها نحو العصارة الخلوية. في E2 ، يتم توجيه مواقع الربط نحو تجويف الشبكة مما يوفر تقاربًا منخفضًا لـ Ca2+. أيونات الكالسيوم2+ الانضمام بعد النقل.

خلال الاتحاد ونقل كاليفورنيا2+, تحدث تغييرات توافقية ، بما في ذلك فتح المجال M للبروتين ، والذي هو نحو السيتوسول. ثم تنضم الأيونات بسهولة إلى موقعي التجليد في المجال المذكور.

اتحاد اثنين أيونات الكالسيوم2+ يعزز سلسلة من التغييرات الهيكلية في البروتين. من بينها دوران بعض المجالات (المجال أ) التي تعيد تنظيم وحدات المضخة ، مما يتيح الفتح نحو مصفوفة شبكاني لإطلاق الأيونات ، التي يتم فصلها بفضل انخفاض الألفة في مواقع الربط.

البروتونات H+ وجزيئات الماء تستقر في موقع الربط للكالسيوم2+, مما تسبب في عودة المجال إلى حالته الأصلية ، مما أدى إلى إغلاق الوصول إلى الشبكة الإندوبلازمية.

مضخات PMCA

تم العثور على هذا النوع من المضخات في جميع خلايا حقيقية النواة وهو مسؤول عن طرد الكالسيوم2+ نحو الفضاء خارج الخلية من أجل الحفاظ على تركيز مستقر داخل الخلايا.

في هذا البروتين يتم نقل أيون الكالسيوم2+ بواسطة تحلل ATP. يتم تنظيم النقل من خلال مستويات بروتين الهدودولين في السيتوبلازم.

عن طريق زيادة تركيز الكالسيوم2+ عصاري خلوي ، يزيد من مستويات الهيموديولين ، الذي يربط أيونات الكالسيوم. مجمع كاليفورنيا2+-ثم يتم تجميع Calmodulin في موقع مرفق مضخة PMCA. يحدث تغيير توافقي في المضخة يسمح بفتح الفتحة بمساحة خارج الخلية.

يتم إطلاق أيونات الكالسيوم ، واستعادة المستويات الطبيعية داخل الخلية. وبالتالي ، فإن مجمع كاليفورنيا2+-يتم تفكيك Calmodulin ، ويعود التشكل من المضخة إلى حالتها الأصلية.

مراجع

  1. Brini، M.، & Carafoli، E. (2009). مضخات الكالسيوم في الصحة والمرض. الاستعراضات الفسيولوجية ، 89(4) ، 1341-1378.
  2. Carafoli، E.، & Brini، M. (2000). مضخات الكالسيوم: الأساس الهيكلي وآلية نقل غشاء الكالسيوم. الرأي الحالي في البيولوجيا الكيميائية ، 4(2) ، 152-161.
  3. Devlin، T. M. (1992). كتاب الكيمياء الحيوية: مع الارتباطات السريرية.
  4. Latorre، R. (Ed.). (1996). الفيزياء الحيوية وعلم وظائف الأعضاء الخلوية. جامعة إشبيلية.
  5. Lodish، H.، Darnell، J.E، Berk، A.، Kaiser، C.A.، Krieger، M.، Scott، M. P.، & Matsudaira، P. (2008). بيولوجيا الخلية الحويصلية. ماكميلان.
  6. Pocock، G.، & Richards، C. D. (2005). فسيولوجيا الإنسان: أساس الطب. إلسفير أسبانيا.
  7. Voet، D.، & Voet، J. G. (2006). كيمياء حيوية. Ed. Panamericana Medical.