مضخة الكالسيوم: وظائف وأنواع وهيكل وتشغيل

مضخة الكالسيوم هي بنية ذات طبيعة بروتينية مسؤولة عن نقل الكالسيوم عبر أغشية الخلايا. تعتمد هذه البنية على ATP وتعتبر بروتينًا من نوع ATPase ، يسمى أيضًا Ca2 + -ATPase.

تم العثور على Ca2 + -ATPase في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة وهو ضروري لتوازن الكالسيوم في الخلية. ينفذ هذا البروتين عملية نقل نشطة أولية ، نظرًا لأن حركة جزيئات الكالسيوم تتعارض مع تدرج تركيزها.

وظائف مضخة الكالسيوم

يفي Ca2 + بأدوار مهمة في الخلية ، لذا فإن تنظيمها داخلها أمر أساسي لعملها الصحيح. في كثير من الأحيان ، يتصرف كرسول ثانٍ.

في المساحات خارج الخلوية يكون تركيز Ca2 + أعلى بنحو 10،000 مرة من داخل الخلايا. تؤدي زيادة تركيز هذا الأيون في السيتوبلازم الخلوي إلى استجابات متعددة ، مثل تقلصات 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) ، النقل النشط الثانوي من النوع المضاد (Na / Ca) ، والنقل النشط الأساسي مع المضخة تعتمد على اعبي التنس المحترفين.

على عكس آليات الإزاحة الأخرى لـ Ca2 + ، تعمل المضخة بشكل ناقل. أي أن الأيون يتحرك في اتجاه واحد فقط بحيث يعمل فقط عن طريق إخراجهم.

الخلية حساسة للغاية للتغيرات في تركيز Ca2 +. عند تقديم هذا الفرق الملحوظ بتركيزه خارج الخلوي ، من المهم بالتالي استعادة مستوياته الخلوية الطبيعية بكفاءة.

نوع

تم وصف ثلاثة أنواع من Ca2 + -Patases في خلايا الحيوانات ، وفقًا لمواقعها في الخلايا ؛ المضخات الموجودة في غشاء البلازما (PMCA) ، وتلك الموجودة في الشبكة الإندوبلازمية والغشاء النووي (SERCA) ، وتلك الموجودة في غشاء جهاز Golgi (SPCA).

تقوم مضخات SPCA أيضًا بنقل أيونات Mn2 + والتي تعتبر عوامل مساعدة لمختلف إنزيمات المصفوفة لجهاز Golgi.

تقدم خلايا الخمائر والكائنات الحية حقيقية النواة والخلايا النباتية أنواعًا أخرى من Ca2 + -Patases محددة للغاية.

هيكل

مضخة PMCA

في غشاء البلازما وجدنا النقل الناشط للقلب / نا ، المسؤول عن إزاحة كمية كبيرة من Ca2 + في الخلايا أثناء الراحة والنشاط. في معظم الخلايا الباقية ، تكون مضخة PMCA هي المسؤولة 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 له خصائص أساسية ، والتي تسمح لها بربط الدهون الفوسفاتية المنشطة.

في الوحدة الثالثة ، يوجد حمض الأسبارتيك ذو الوظيفة الحفزية ، و "المصب" من شريط الربط الفلوري الأسيتيني ، في مجال ربط ATP.

في الوحدة الرابعة ، يوجد مجال ربط للديودولولين ، ومواقع التعرف على بعض الكينازات (A و C) ونطاقات الربط التماثلية Ca2 +.

مضخة سيركا

تم العثور على مضخات SERCA بكميات كبيرة في الشبكة الساركوبلازمية للخلايا العضلية ويرتبط نشاطها بالانكماش والاسترخاء في دورة حركة العضلات. وتتمثل مهمتها في نقل Ca2 + من العصارة الخلوية للخلية إلى مصفوفة الشبكة.

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

أداء هذا البروتين يتطلب توازن الحمل أثناء نقل الأيونات. يتم نقل اثنين Ca2 + (بواسطة ATP تحلل) من العصارة الخلوية إلى مصفوفة شبكي ، ضد التدرج عالية التركيز للغاية.

يحدث هذا النقل بطريقة غير مناسبة ، لأنه في نفس الوقت يتم توجيه H + إلى السيتوسول من المصفوفة.

آلية التشغيل

مضخات SERCA

تنقسم آلية النقل إلى دولتين E1 و E2. في E1 ، يتم توجيه مواقع الربط التي لها تقارب عالٍ مع Ca2 + نحو السيتوسول. في E2 ، يتم توجيه مواقع الربط نحو تجويف شبكي ، مما يدل على تقارب منخفض ل Ca2 +. يتم ضم أيوني Ca2 + بعد النقل.

أثناء الربط ونقل Ca2 + ، تحدث تغييرات توافقية ، بما في ذلك فتح المجال M للبروتين ، والذي هو باتجاه السيتوسول. ثم تنضم الأيونات بسهولة إلى موقعي التجليد للمجال المذكور.

يعزز اتحاد أيوني Ca2 + سلسلة من التغييرات الهيكلية في البروتين. من بينها تناوب بعض المجالات (المجال أ) التي تعيد تنظيم وحدات المضخة ، مما يتيح الانفتاح نحو مصفوفة شبكاني لإطلاق الأيونات ، التي يتم فصلها بفضل انخفاض التقارب في مواقع الربط.

تعمل بروتينات H + وجزيئات الماء على تثبيت موقع الربط Ca2 + ، مما يؤدي إلى عودة المجال A إلى حالته الأصلية ، مما يغلق الوصول إلى الشبكة الإندوبلازمية.

مضخات PMCA

يوجد هذا النوع من المضخة في جميع الخلايا حقيقية النواة وهو المسؤول عن طرد Ca2 + في الفضاء خارج الخلية من أجل الحفاظ على تركيز مستقر داخل الخلايا.

في هذا البروتين ، يتم نقل أيون Ca2 + عن طريق تحلل ATP. يتم تنظيم النقل من خلال مستويات بروتين الهدودولين في السيتوبلازم.

بزيادة تركيز Ca2 + cytosolic ، تزداد مستويات الهيموديولين ، التي تربط أيونات الكالسيوم. يتم بعد ذلك تجميع مجمع Ca2 + -calmodulin إلى موقع ربط مضخة PMCA. يحدث تغيير توافقي في المضخة يسمح بفتح الفتحة بمساحة خارج الخلية.

يتم إطلاق أيونات الكالسيوم ، واستعادة المستويات الطبيعية داخل الخلية. ونتيجة لذلك ، يتم تفكيك مجمع Ca2 + -calmodulin ، مما يؤدي إلى إعادة تكوين المضخة إلى حالته الأصلية.