و مضخة الكالسيوم هو بنية ذات طبيعة البروتين هو المسؤول عن نقل الكالسيوم من خلال أغشية الخلايا. يعتمد هذا الهيكل على ATP ويعتبر بروتينًا يشبه ATPase ، ويسمى أيضًا Ca 2+ -ATPase.
يوجد Ca 2+ -ATPase في جميع خلايا الكائنات حقيقية النواة وهو ضروري لاستتباب الكالسيوم في الخلية. يقوم هذا البروتين بالنقل النشط الأولي ، حيث أن حركة جزيئات الكالسيوم تتعارض مع تدرج تركيزها.
هيكل بلوري SERCA.
المصدر: Wcnsaffo
وظائف مضخة الكالسيوم
تلعب Ca 2+ أدوارًا مهمة في الخلية ، لذا فإن تنظيمها داخلها ضروري لأداء عملها بشكل صحيح. غالبًا ما يعمل كرسول ثانٍ.
في المساحات خارج الخلية ، يكون تركيز Ca 2+ أعلى بحوالي 10000 مرة من تركيزه داخل الخلايا. يؤدي زيادة تركيز هذا الأيون في السيتوبلازم الخلوي إلى استجابات مختلفة ، مثل تقلصات العضلات ، وإطلاق النواقل العصبية ، وانهيار الجليكوجين.
هناك عدة طرق لنقل هذه الأيونات من الخلايا: النقل السلبي (خروج غير محدد) ، والقنوات الأيونية (الحركة لصالح التدرج الكهروكيميائي) ، والنقل النشط الثانوي للنوع المضاد للدعم (Na / Ca) ، والنقل النشط الأولي بالمضخة. تعتمد على ATP.
على عكس آليات الإزاحة Ca 2+ الأخرى ، تعمل المضخة في شكل ناقل. أي أن الأيون يتحرك في اتجاه واحد فقط بحيث يعمل فقط عن طريق طردهم.
الخلية حساسة للغاية للتغيرات في تركيز الكالسيوم 2+. من خلال تقديم مثل هذا الاختلاف الملحوظ مع تركيزهم خارج الخلية ، فمن المهم للغاية استعادة مستويات العصارة الخلوية الطبيعية بكفاءة.
أنواع
تم وصف ثلاثة أنواع من Ca 2+ -ATPases في الخلايا الحيوانية ، وفقًا لمواقعها في الخلايا ؛ المضخات الموجودة في غشاء البلازما (PMCA) ، وتلك الموجودة في الشبكة الإندوبلازمية والغشاء النووي (SERCA) ، وتلك الموجودة في غشاء جهاز جولجي (SPCA).
تنقل مضخات SPCA أيضًا أيونات Mn 2+ التي تعد عوامل مساعدة لأنزيمات مختلفة في مصفوفة جهاز Golgi.
تقدم خلايا الخميرة والكائنات حقيقية النواة الأخرى والخلايا النباتية أنواعًا أخرى من Ca 2+ -ATPases خاصة جدًا.
بناء
مضخة PMCA
في غشاء البلازما ، نجد النقل النشط للصوديوم / الكالسيوم المضاد للأورام ، وهو المسؤول عن إزاحة كمية كبيرة من الكالسيوم 2+ في الخلايا أثناء الراحة والنشاط. في معظم الخلايا في حالة الراحة ، تكون مضخة PMCA مسؤولة عن نقل الكالسيوم إلى الخارج.
تتكون هذه البروتينات من حوالي 1200 من الأحماض الأمينية ، وتحتوي على 10 قطع غشائية. هناك 4 وحدات رئيسية في العصارة الخلوية. تحتوي الوحدة الأولى على المجموعة الأمينية الطرفية. والثاني له خصائص أساسية تسمح له بالالتزام بتنشيط حمض الفوسفوليبيد.
في الوحدة الثالثة يوجد حمض الأسبارتيك بوظيفة تحفيزية ، و "المصب" من هذا النطاق هو نطاق ربط أيزوتوسيانات الفلورسين ، في مجال ربط ATP.
في الوحدة الرابعة ، يوجد مجال ربط الهدودولين ، ومواقع التعرف على بعض الكينازات (A و C) ونطاقات الربط الخيفية Ca 2+.
مضخة SERCA
توجد مضخات SERCA بكميات كبيرة في الشبكة الساركوبلازمية للخلايا العضلية ويرتبط نشاطها بالتقلص والاسترخاء في دورة حركة العضلات. وتتمثل مهمتها في نقل Ca 2+ من العصارة الخلوية الخلوية إلى مصفوفة شبكية.
تتكون هذه البروتينات من سلسلة عديد ببتيد واحدة مع 10 مجالات عبر الغشاء. هيكلها هو في الأساس نفس بنية بروتينات PMCA ، لكنها تختلف من حيث أنها تحتوي فقط على ثلاث وحدات داخل السيتوبلازم ، والموقع النشط موجود في الوحدة الثالثة.
يتطلب عمل هذا البروتين توازن الشحنات أثناء نقل الأيونات. يتم إزاحة اثنين من الكالسيوم 2+ (بواسطة ATP المتحلل بالماء) من العصارة الخلوية إلى مصفوفة شبكية ، مقابل تدرج تركيز عالي جدًا.
يحدث هذا النقل بطريقة مضادة ، حيث يتم في نفس الوقت توجيه اثنين من H + إلى العصارة الخلوية من المصفوفة.
آلية العمل
مضخات SERCA
تنقسم آلية النقل إلى حالتين E1 و E2. في E1 ، يتم توجيه مواقع الربط التي لها صلة عالية بـ Ca 2+ نحو العصارة الخلوية. في E2 ، يتم توجيه مواقع الربط نحو تجويف الشبكة ، مما يمثل تقاربًا منخفضًا لـ Ca 2+. سندات أيونات الكالسيوم 2+ بعد التحويل.
أثناء ربط ونقل Ca 2+ ، تحدث تغييرات توافقية ، بما في ذلك فتح المجال M للبروتين ، وهو نحو العصارة الخلوية. ثم ترتبط الأيونات بسهولة أكبر بموقعي الربط للمجال المذكور.
يعزز اتحاد أيوني Ca 2+ سلسلة من التغييرات الهيكلية في البروتين. من بينها ، دوران بعض المجالات (المجال أ) الذي يعيد تنظيم وحدات المضخة ، مما يتيح الفتح نحو مصفوفة شبكية لتحرير الأيونات ، التي تنفصل بفضل انخفاض التقارب في مواقع الربط.
تعمل بروتونات H + وجزيئات الماء على تثبيت موقع ارتباط Ca 2+ ، مما يتسبب في تدوير المجال A إلى حالته الأصلية ، وإغلاق الوصول إلى الشبكة الإندوبلازمية.
مضخات PMCA
يوجد هذا النوع من المضخات في جميع الخلايا حقيقية النواة وهو مسؤول عن طرد Ca 2+ نحو الفضاء خارج الخلية من أجل الحفاظ على استقرار تركيزها داخل الخلايا.
في هذا البروتين ، يتم نقل أيون Ca 2+ بواسطة ATP المتحلل بالماء. يتم تنظيم النقل من خلال مستويات بروتين كالودولين في السيتوبلازم.
عن طريق زيادة تركيز العصارة الخلوية Ca 2+ ، تزداد مستويات الكودولين ، الذي يرتبط بأيونات الكالسيوم. ثم يتجمع مركب Ca 2+ -calmodulin إلى موقع الربط لمضخة PMCA. يحدث تغيير في التكوين في المضخة مما يسمح للفتحة بالتعرض للفضاء خارج الخلية.
يتم إطلاق أيونات الكالسيوم ، واستعادة المستويات الطبيعية داخل الخلية. وبالتالي ، يتفكك مجمع Ca 2+ -calmodulin ، ويعيد شكل المضخة إلى حالتها الأصلية.
المراجع
- Brini، M.، & Carafoli، E. (2009). مضخات الكالسيوم في الصحة والمرض. المراجعات الفسيولوجية، 89 (4) ، 1341-1378.
- كارافولي ، إي ، وبريني ، م (2000). مضخات الكالسيوم: الأساس الهيكلي وآلية نقل غشاء الكالسيوم. الرأي الحالي في البيولوجيا الكيميائية ، 4 (2) ، 152-161.
- Devlin ، TM (1992). كتاب الكيمياء الحيوية: مع الارتباطات السريرية.
- لاتوري ، ر. (محرر). (تسعة وتسعون وستة وتسعون). الفيزياء الحيوية وفسيولوجيا الخلية. جامعة اشبيلية.
- لوديش ، هـ ، دارنيل ، جي إي ، بيرك ، أ ، كايزر ، كاليفورنيا ، كريجر ، إم ، سكوت ، إم بي ، وماتسودايرا ، بي (2008). بيولوجيا الخلايا الجزيئية. ماكميلان.
- بوكوك ، جي ، وريتشاردز ، سي دي (2005). فسيولوجيا الإنسان: أساس الطب. إلسفير إسبانيا.
- Voet ، D. ، & Voet ، JG (2006). الكيمياء الحيوية. عموم أمريكا الطبية Ed.