KALSIYUM POMPASI: IŞLEVLERI, TÜRLERI, YAPISI VE ÇALIŞMASI - BIYOLOJI - 2025

Kalsiyum pompası hücre zarlarından kalsiyum taşınması için sorumlu olan bir protein tabiatlı bir yapıdır. Bu yapı ATP'ye bağlıdır ve Ca2 ⁺ -ATPase olarak da adlandırılan ATPase benzeri bir protein olarak kabul edilir .

Ca2 ⁺ -ATPase, ökaryotik organizmaların tüm hücrelerinde bulunur ve hücrede kalsiyum homeostazı için gereklidir. Bu protein, kalsiyum moleküllerinin hareketi konsantrasyon gradyanına ters gittiğinden birincil aktif taşımayı gerçekleştirir.

SERCA kristalografik yapı.
Kaynak: Wcnsaffo

Kalsiyum pompasının fonksiyonları

Ca2 ⁺ hücrede önemli roller oynar, bu nedenle içlerindeki düzenlenmesi, düzgün çalışması için gereklidir. Genellikle ikinci bir haberci görevi görür.

Hücre dışı boşluklarda, Ca2 ⁺ konsantrasyonu hücrelerin içindekinden yaklaşık 10.000 kat daha yüksektir. Hücre sitoplazmasındaki bu iyon konsantrasyonunun artması, kas kasılmaları, nörotransmiterlerin salınması ve glikojenin parçalanması gibi çeşitli yanıtları tetikler.

Bu iyonları hücrelerden aktarmanın birkaç yolu vardır: pasif taşıma (spesifik olmayan çıkış), iyon kanalları (elektrokimyasal gradyan lehine hareket), anti-destek türünün ikincil aktif taşınması (Na / Ca) ve pompa ile birincil aktif taşıma. ATP bağımlı.

Diğer Ca2 ⁺ yer değiştirme mekanizmalarının aksine pompa vektör formunda çalışır. Yani iyon, yalnızca onları dışarı atarak çalışacak şekilde tek yönde hareket eder.

Hücre, Ca2 ⁺ konsantrasyonundaki değişikliklere son derece duyarlıdır . Hücre dışı konsantrasyonlarında böylesine belirgin bir fark sunarak, normal sitozolik seviyelerini verimli bir şekilde geri yüklemek çok önemlidir.

Türleri

Hayvan hücrelerinde, hücrelerdeki konumlarına göre üç tip Ca2 ⁺ -ATPaz tanımlanmıştır ; plazma membranında (PMCA), endoplazmik retikulumda ve nükleer membranda (SERCA) bulunan pompalar ve Golgi aparat membranında (SPCA) bulunan pompalar.

SPCA pompaları ayrıca Golgi aparat matrisindeki çeşitli enzimlerin kofaktörleri olan Mn ²⁺ iyonlarını da taşır .

Maya hücreleri, diğer ökaryotik organizmalar ve bitki hücreleri, diğer çok özel Ca2 ⁺ -ATPaz türlerini sunar.

yapı

PMCA pompası

Plazma zarında , dinlenme ve aktivite halindeki hücrelerde önemli miktarda Ca2 ^{+ '} nin yer değiştirmesinden sorumlu olan aktif antiportik Na / Ca taşınmasını buluruz . Dinlenme durumundaki çoğu hücrede, kalsiyumun dışarıya taşınmasından PMCA pompası sorumludur.

Bu proteinler yaklaşık 1.200 amino asitten oluşur ve 10 transmembran segmenti vardır. Sitozolde 4 ana birim vardır. İlk birim, terminal amino grubunu içerir. İkincisi, aktive edici asit fosfolipidlerine bağlanmasına izin veren temel özelliklere sahiptir.

Üçüncü birimde katalitik fonksiyona sahip bir aspartik asit ve bunun "aşağı akışı" ATP bağlanma alanında bir flüoresein izotosiyanat bağlama bandı vardır.

Dördüncü birimde, kalmodulin bağlama alanı, belirli kinazların (A ve C) tanıma bölgeleri ve allosterik Ca2 ⁺ bağlama bantları bulunur .

SERCA pompası

SERCA pompaları, kas hücrelerinin sarkoplazmik retikulumunda büyük miktarlarda bulunur ve bunların aktivitesi, kas hareket döngüsündeki kasılma ve gevşeme ile ilgilidir. İşlevi, Ca2 ⁺ 'yi hücre sitozolden retikulum matriksine taşımaktır.

Bu proteinler, 10 transmembran alanı olan tek bir polipeptit zincirinden oluşur. Yapısı temelde PMCA proteinleriyle aynıdır, ancak sitoplazma içinde yalnızca üç birime sahip olmaları bakımından farklılık gösterir, aktif bölge üçüncü birimdedir.

Bu proteinin işleyişi, iyonların taşınması sırasında bir yük dengesi gerektirir. İki Ca2 ⁺ (hidrolize ATP ile) çok yüksek bir konsantrasyon gradyanına karşı sitozolden retikulum matriksine yer değiştirir.

Aynı zamanda iki H ⁺ matristen sitozole yönlendirildiği için bu taşıma antiportal tarzda gerçekleşir .

Operasyon mekanizması

SERCA pompaları

Taşıma mekanizması E1 ve E2 olmak üzere iki duruma bölünmüştür. E1'de Ca2 ⁺ için yüksek afiniteye sahip bağlanma bölgeleri , sitozole yöneliktir. E2'de, bağlanma bölgeleri retikulumun lümenine doğru yönlendirilir ve Ca2 ⁺ için düşük bir afinite sunar . Transferden sonra iki Ca2 ⁺ iyonu bağlanır.

Ca2 ^{+ '} nin bağlanması ve transferi sırasında, sitozole doğru olan proteinin M alanının açılması dahil olmak üzere konformasyonel değişiklikler meydana gelir. İyonlar daha sonra adı geçen alanın iki bağlanma bölgesine daha kolay bağlanır.

İki Ca2 ⁺ iyonunun birleşmesi , proteinde bir dizi yapısal değişikliği teşvik eder. Bunlar arasında, pompanın birimlerini yeniden düzenleyen belirli alanların (alan A) dönüşü, retikulum matrisine doğru açılmanın, bağlanma bölgelerindeki afinitedeki azalma sayesinde ayrılan iyonları serbest bırakmasını sağlar.

H ⁺ protonları ve su molekülleri Ca2 ⁺ bağlanma bölgesini stabilize ederek A alanının orijinal durumuna geri dönmesine neden olarak endoplazmik retikuluma erişimi kapatır.

PMCA pompaları

Bu tip pompa, tüm ökaryotik hücrelerde bulunur ve hücre içindeki konsantrasyonunu sabit tutmak için Ca2 ^{+ '} nin hücre dışı boşluğa atılmasından sorumludur .

Bu proteinde, bir Ca2 ⁺ iyonu hidrolize ATP tarafından taşınır . Taşıma, sitoplazmadaki kalmodulin proteini seviyeleri tarafından düzenlenir.

Sitosolik Ca2 ⁺ konsantrasyonunu artırarak, kalsiyum iyonlarına bağlanan kalmodulin seviyeleri artar. Ca2 ⁺ -kalmodulin kompleksi daha sonra PMCA pompasının bağlanma yerine birleşir. Pompada, açıklığın hücre dışı boşluğa açık olmasına izin veren konformasyonel bir değişiklik meydana gelir.

Kalsiyum iyonları salınır ve hücre içindeki normal seviyeleri geri kazanır. Sonuç olarak, Ca2 ⁺ -kalmodulin kompleksi parçalanır ve pompanın konformasyonunu orijinal durumuna döndürür.

Referanslar

1. Brini, M. ve Carafoli, E. (2009). Sağlık ve hastalıkta kalsiyum pompaları. Fizyolojik incelemeler, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E. ve Brini, M. (2000). Kalsiyum pompaları: kalsiyum transmembran taşınmasının yapısal temeli ve mekanizması. Kimyasal biyolojide güncel görüş, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Biyokimya Ders Kitabı: klinik korelasyonlarla.
4. Latorre, R. (Ed.). (bin dokuz yüz doksan altı). Biyofizik ve hücre fizyolojisi. Sevilla Üniversitesi.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP ve Matsudaira, P. (2008). Moleküler hücre biyolojisi. Macmillan.
6. Pocock, G. ve Richards, CD (2005). İnsan fizyolojisi: tıbbın temeli. Elsevier İspanya.
7. Voet, D. ve Voet, JG (2006). Biyokimya. Panamerican Medical Ed.