Kalciumpump

Kalciumpumpar är en familj av jontransportörer som finns i cellmembranet hos alla djurceller. De är ansvariga för den aktiva transporten av kalcium ut ur cellen för att upprätthålla den branta Ca ²⁺ elektrokemiska gradienten över cellmembranet. Kalciumpumpar spelar en avgörande roll för korrekt cellsignalering genom att hålla den intracellulära kalciumkoncentrationen ungefär 10 000 gånger lägre än den extracellulära koncentrationen. Underlåtenhet att göra det är en orsak till muskelkramper .

Plasmamembranet Ca ²⁺ ATPas och natrium-kalciumbytaren är tillsammans de huvudsakliga regulatorerna av intracellulära Ca ²⁺ koncentrationer.

Biologisk roll

Ca ²⁺ har många viktiga roller som en intracellulär budbärare . Frisättningen av en stor mängd fritt Ca ²⁺ kan få ett befruktat ägg att utvecklas, skelettmuskelceller att dra ihop sig, utsöndring av sekretoriska celler och interaktioner med Ca ²⁺ -känsliga proteiner som calmodulin . För att bibehålla låga koncentrationer av fritt Ca ²⁺ i cytosolen använder celler membranpumpar som kalcium-ATPas som finns i membranen av sarkoplasmatiskt retikulum i skelettmuskulaturen . Dessa pumpar behövs för att ge den branta elektrokemiska gradienten som gör att Ca ²⁺ kan rusa in i cytosolen när en stimulanssignal öppnar Ca ²⁺ -kanalerna i membranet. Pumparna är också nödvändiga för att aktivt pumpa Ca ²⁺ tillbaka ut ur cytoplasman och återföra cellen till dess försignaltillstånd.

Kristallografi av kalciumpumpar

Strukturen hos kalciumpumpar som finns i skelettmuskelns sarkoplasmatiska retikulum klargjordes 2000 av Toyoshima, et al. med hjälp av mikroskopi av rörformiga kristaller och 3D-mikrokristaller. Pumpen har en molekylmassa på 110 000 amu , visar tre väl separerade cytoplasmatiska domäner , med en transmembrandomän bestående av tio alfa-helixar och två transmembrana Ca ²⁺ -bindningsställen .

Mekanism

Klassisk teori om aktiv transport för P-typ ATPaser

E1 →	(2H ⁺ ut, 2Ca2 ⁺ in)→	E1⋅2Ca ²⁺ →	E1⋅ ATP
↑			↓
E2			E1⋅ADP
↑(Pi ut)			↓(ADP ut)
E2⋅Pi	← E2P	←(2H ⁺ in, 2Ca ²⁺ ut)	← E1P

Data från kristallografistudier av Chikashi Toyoshima tillämpas på ovanstående cykel

E1 - hög affinitet för Ca ²⁺ , 2 Ca ²⁺ bundna, 2 H ⁺ motjoner frisatta
E1⋅2Ca ²⁺ - cytoplasmatisk grind öppen, fritt Ca ²⁺ jonbyte sker mellan bundna joner och de i cytoplasman, sluten konfiguration av N , P , A- domäner brutna, exponerar det katalytiska stället
E1⋅ ATP - ATP binder och länkar N till P , P -böjar, N -kontakter A , A får M1- helixen att dra upp, stänger cytoplasmatisk grind, binder Ca ²⁺ tilltäppt i transmembranet
E1⋅ ADP - Fosforylöverföring, ADP dissocierar
E1P - A roterar, transmembranspiraler omarrangeras, bindningsställen förstörs, lumenal gate öppnad, bunden Ca ²⁺ frigörs
E2P - öppen jonväg till lumen, Ca ²⁺ till lumen
E2⋅Pi - A katalyserar frisättning av Pi, P avböjer, transmembranspiraler omarrangeras, stänger lumenal gate
E2 - transmembran M1 bildar cytoplasmatisk åtkomsttunnel till Ca ²⁺ bindningsställen