משאבת סידן: פונקציות, סוגים, מבנה ותפעול - ביולוגיה - 2025

משאבת הסידן הוא מבנה בעל אופי חלבון כי הוא אחראי על הובלה של סידן דרך קרום התא. מבנה זה תלוי ב- ATP ונחשב לחלבון דמוי ATPase, המכונה גם Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase נמצא בכל תאי האורגניזמים האוקריוטים וחיוני להומאוסטזיס של סידן בתא. חלבון זה מבצע הובלה אקטיבית ראשונית, מכיוון שתנועת מולקולות הסידן נוגדת את שיפוע הריכוז שלהן.

מבנה גבישי של SERCA.
מקור: Wcnsaffo

פונקציות של משאבת הסידן

Ca ²⁺ ממלא תפקידים חשובים בתא, ולכן הרגולציה שלהם בתוכם חיונית לתפקודו התקין. לעתים קרובות פועל כשליח שני.

בחללים חוץ תאיים, ריכוז Ca ²⁺ גבוה פי 10,000 מאשר בתאים. ריכוז מוגבר של יון זה בציטופלזמה התאית מעורר תגובות שונות, כגון התכווצויות שרירים, שחרור ממסרים עצביים והתמוטטות הגליקוגן.

ישנן מספר דרכים להעברת יונים אלו מתאים: הובלה פסיבית (יציאה לא ספציפית), תעלות יונים (תנועה לטובת שיפוע האלקטרו-כימי שלהם), הובלה פעילה משנית מהסוג אנטי-תומך (Na / Ca), והובלה אקטיבית ראשונית עם המשאבה. תלוי ATP.

שלא כמו מנגנוני העקירה האחרים של Ca ²⁺ , המשאבה פועלת בצורה וקטורית. כלומר, היון נע בכיוון אחד בלבד כך שהוא עובד רק על ידי גירושם.

התא רגיש ביותר לשינויים בריכוז Ca ²⁺ . על ידי הצגת הבדל כה מובהק עם הריכוז החוץ תאי שלהם, לכן חשוב כל כך להחזיר ביעילות את הרמות הציטוזוליות הרגילות שלהם.

סוגים

שלושה סוגים של Ca ²⁺ -ATPases תוארו בתאי בעלי חיים, בהתאם למיקומם בתאים; משאבות הממוקמות בקרום הפלזמה (PMCA), אלו הנמצאות בסטיקולום האנדופלמיסי ובקרום הגרעיני (SERCA), ואלה שנמצאות בקרום מנגנון הגולגי (SPCA).

משאבות SPCA גם מעבירות יוני Mn ²⁺ שהם קופקטורים של אנזימים שונים במטריצת המנגנון גולגי.

תאי שמרים, אורגניזמים אוקריוטים אחרים ותאי צמח מציגים סוגים אחרים של Ca ²⁺ -ATPases מאוד מסוימים.

מִבְנֶה

משאבת PMCA

בקרום הפלזמה אנו מוצאים את התעבורה Na / Ca האנטיפורטית הפעילה, האחראית על עקירה של כמות משמעותית של Ca ²⁺ בתאים במנוחה ופעילות. ברוב התאים במצב מנוחה, משאבת ה- PMCA אחראית להובלת הסידן אל החוץ.

חלבונים אלה מורכבים מכ -1,200 חומצות אמינו, ויש להם 10 פלחים טרנסמברנריים. יש 4 יחידות עיקריות בציטוזול. היחידה הראשונה מכילה את קבוצת האמינו הסופנית. לשני יש מאפיינים בסיסיים, המאפשרים לו להיקשר להפעלת זרחן חומצי.

ביחידה השלישית קיימת חומצה אספרטית בעלת תפקוד קטליטי, ו"מורד הזרם "של זה רצועת כריכה איזוטוציאנט פלואורסצין, בתחום הכריכה ATP.

ביחידה הרביעית נמצא תחום הכריכה הקלמודולין, אתרי ההכרה של קינאזות מסוימות (A ו- C) והלהקות המחייבות Ca ²⁺ האלסטרוסטיות .

משאבת SERCA

משאבות SERCA נמצאות בכמויות גדולות בתכנית הרקופלסמה של תאי השריר ופעילותן קשורה להתכווצות והרפיה במחזור תנועת השרירים. תפקידו להעביר Ca ²⁺ מהציטוזול התא למטריצת הרטיקולום.

חלבונים אלה מורכבים משרשרת פוליפפטיד יחידה עם 10 תחומים טרנסממברניים. המבנה שלו זהה למעשה לזה של חלבוני PMCA, אך הוא שונה בכך שיש להם רק שלוש יחידות בתוך הציטופלזמה, כאשר האתר הפעיל נמצא ביחידה השלישית.

תפקוד חלבון זה דורש איזון בין מטענים במהלך הובלת יונים. שני Ca ²⁺ (על ידי ATP הידרוליזה) נעקרים מהציטוזול למטריצת ה- reticulum, כנגד מדרגת ריכוז גבוהה מאוד.

הובלה זו מתרחשת בצורה אנטי -ורטלית, מכיוון שבאותה העת שני H ⁺ מופנים אל הציטוזול מהמטריקס.

מנגנון ההפעלה

משאבות SERCA

מנגנון התחבורה מחולק לשתי מצבים E1 ו- E2. ב- E1 אתרי הכריכה בעלי זיקה גבוהה ל- Ca ²⁺ מכוונים אל הציטוזול. ב- E2, אתרי הכריכה מופנים אל לומן של תכנית הרשת, ומציגים זיקה נמוכה ל- Ca ²⁺ . שני יוני Ca ²⁺ קשורים לאחר העברה.

במהלך הכריכה וההעברה של Ca ²⁺ מתרחשים שינויים בקונפורמציה, כולל פתיחת תחום ה- M של החלבון, שהוא לכיוון הציטוזול. לאחר מכן, היונים נקשרים ביתר קלות לשני אתרי הכריכה של הדומיין האמור.

האיחוד של שני יוני Ca ²⁺ מקדם סדרה של שינויים מבניים בחלבון. ביניהם, סיבוב של דומיינים מסוימים (תחום A) המארגן מחדש את יחידות המשאבה, מה שמאפשר את הפתח לכיוון מטריצת הרטיקולום כדי לשחרר את היונים, שאינם מנותקים בזכות הירידה בזיקה באתרי הכריכה.

הפרוטונים של H ⁺ ומולקולות המים מייצבים את אתר הכריכה של Ca ²⁺ , וגורמים לתחום A להסתובב חזרה למצב המקורי, וסוגרים את הגישה לתכנית הרשת האנדופלסמית.

משאבות PMCA

משאבה מסוג זה נמצאת בכל התאים האוקריוטים והיא אחראית לגירוש Ca ²⁺ לעבר החלל החוץ תאי על מנת לשמור על ריכוזו יציב בתאים.

בחלבון זה מועבר יון Ca ²⁺ באמצעות ATP הידרוליזה. הובלה מווסתת על ידי רמות חלבון הקלמודולין בציטופלזמה.

על ידי הגדלת ריכוז Ca ²⁺ ציטוזולי, רמות הקלמודולין עולות, אשר נקשרת ליוני סידן. מתחם Ca ²⁺ -calmodulin מתאסף ואז לאתר הכריכה של משאבת PMCA. שינוי קונפורמציה מתרחש במשאבה המאפשר לחשוף את הפתח לחלל החוץ תאי.

יוני סידן משתחררים, ומשחזרים רמות תקינות בתא. כתוצאה מכך מתפרק קומפלקס Ca ²⁺ -calmodulin ומחזיר את מבנה המשאבה למצב המקורי.

הפניות

1. Brini, M., and Carafoli, E. (2009). משאבות סידן בריאות ומחלות. ביקורות פיזיולוגיות, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., and Brini, M. (2000). משאבות סידן: בסיס מבני ומנגנון של העברת סידן טרנסממברני. חוות דעת נוכחית בביולוגיה כימית, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). ספר לימוד לביוכימיה: עם מתאם קליני.
4. לטור, ר (עורכת). (תשע עשרה תשעים ושש). ביופיסיקה ופיזיולוגיה של התא. אוניברסיטת סביליה.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). ביולוגיה מולקולרית של תאים. מקמילן.
6. פוקוק, ג 'וריצ'רדס, CD (2005). פיזיולוגיה אנושית: בסיס הרפואה. אלסביאר ספרד.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). בִּיוֹכִימִיָה. פנמריקנית רפואית אד.