POMPA DEL CALCIO: FUNZIONI, TIPI, STRUTTURA E FUNZIONAMENTO - BIOLOGIA - 2025

La pompa del calcio è una struttura di natura proteica responsabile del trasporto del calcio attraverso le membrane cellulari. Questa struttura dipende dall'ATP ed è considerata una proteina simile all'ATPasi, chiamata anche Ca ²⁺ -ATPasi.

La Ca ²⁺ -ATPasi si trova in tutte le cellule degli organismi eucariotici ed è essenziale per l'omeostasi del calcio nella cellula. Questa proteina svolge il trasporto attivo primario, poiché il movimento delle molecole di calcio va contro il loro gradiente di concentrazione.

SERCA struttura cristallografica.
Fonte: Wcnsaffo

Funzioni della pompa del calcio

Ca ²⁺ svolge ruoli importanti nella cellula, quindi la sua regolazione al loro interno è essenziale per il suo corretto funzionamento. Spesso funge da secondo messaggero.

Negli spazi extracellulari, la concentrazione di Ca ²⁺ è circa 10.000 volte superiore a quella all'interno delle cellule. Una maggiore concentrazione di questo ione nel citoplasma cellulare innesca varie risposte, come le contrazioni muscolari, il rilascio di neurotrasmettitori e la degradazione del glicogeno.

Esistono diversi modi per trasferire questi ioni dalle cellule: trasporto passivo (uscita aspecifica), canali ionici (movimento a favore del loro gradiente elettrochimico), trasporto attivo secondario di tipo anti-supporto (Na / Ca) e trasporto attivo primario con la pompa. ATP-dipendente.

A differenza degli altri meccanismi di spostamento del Ca ²⁺ , la pompa funziona in forma vettoriale. Cioè, lo ione si muove in una sola direzione in modo che funzioni solo espellendolo.

La cellula è estremamente sensibile ai cambiamenti nella concentrazione di Ca ²⁺ . Presentando una differenza così marcata con la loro concentrazione extracellulare, è quindi così importante ripristinare in modo efficiente i loro normali livelli citosolici.

tipi

Tre tipi di Ca ²⁺ -ATPasi sono stati descritti nelle cellule animali, in base alla loro posizione nelle cellule; pompe situate nella membrana plasmatica (PMCA), quelle situate nel reticolo endoplasmatico e nella membrana nucleare (SERCA) e quelle che si trovano nella membrana dell'apparato di Golgi (SPCA).

Le pompe SPCA trasportano anche ioni Mn ²⁺ che sono cofattori di vari enzimi nella matrice dell'apparato di Golgi.

Le cellule di lievito, altri organismi eucarioti e cellule vegetali presentano altri tipi di Ca ²⁺ -ATPasi molto particolari.

Struttura

Pompa PMCA

Nella membrana plasmatica troviamo il trasporto attivo antiportico di Na / Ca, responsabile dello spostamento di una quantità significativa di Ca ²⁺ nelle cellule a riposo e in attività. Nella maggior parte delle cellule in uno stato di riposo, la pompa PMCA è responsabile del trasporto del calcio verso l'esterno.

Queste proteine ​​sono costituite da circa 1.200 amminoacidi e hanno 10 segmenti transmembrana. Ci sono 4 unità principali nel citosol. La prima unità contiene il gruppo amminico terminale. Il secondo ha caratteristiche di base, che gli consentono di legarsi ai fosfolipidi acidi attivanti.

Nella terza unità è presente un acido aspartico con funzione catalitica, e "a valle" di questo una banda legante la fluoresceina isotocianato, nel dominio di legame dell'ATP.

Nella quarta unità si trova il dominio di legame della calmodulina, i siti di riconoscimento di alcune chinasi (A e C) e le bande allosteriche di legame del Ca ²⁺ .

Pompa SERCA

Le pompe SERCA si trovano in grandi quantità nel reticolo sarcoplasmatico delle cellule muscolari e la loro attività è correlata alla contrazione e al rilassamento nel ciclo di movimento muscolare. La sua funzione è quella di trasportare Ca ²⁺ dal citosol cellulare alla matrice del reticolo.

Queste proteine ​​sono costituite da una singola catena polipeptidica con 10 domini transmembrana. La sua struttura è fondamentalmente la stessa di quella delle proteine ​​PMCA, ma differisce in quanto hanno solo tre unità all'interno del citoplasma, il sito attivo è nella terza unità.

Il funzionamento di questa proteina richiede un equilibrio di cariche durante il trasporto di ioni. Due Ca ²⁺ (mediante ATP idrolizzato) vengono spostati dal citosol alla matrice reticolare, contro un gradiente di concentrazione molto elevato.

Questo trasporto avviene in modo antiportale, poiché contemporaneamente due H ⁺ vengono diretti al citosol dalla matrice.

Meccanismo di funzionamento

Pompe SERCA

Il meccanismo di trasporto è diviso in due stati E1 ed E2. In E1 i siti di legame che hanno un'elevata affinità per Ca ²⁺ sono diretti verso il citosol. In E2, i siti di legame sono diretti verso il lume del reticolo, presentando una bassa affinità per Ca ²⁺ . I due ioni Ca ^{2+ si} legano dopo il trasferimento.

Durante il legame e il trasferimento di Ca ²⁺ , si verificano cambiamenti conformazionali, inclusa l'apertura del dominio M della proteina, che è verso il citosol. Gli ioni si legano quindi più facilmente ai due siti di legame di detto dominio.

L'unione dei due ioni Ca ²⁺ promuove una serie di cambiamenti strutturali nella proteina. Tra questi, la rotazione di alcuni domini (dominio A) che riorganizza le unità della pompa, consentendo l'apertura verso la matrice reticolare per il rilascio degli ioni, che vengono disaccoppiati grazie alla diminuzione di affinità nei siti di legame.

I protoni H ⁺ e le molecole d'acqua stabilizzano il sito di legame del Ca ²⁺ , facendo ruotare il dominio A al suo stato originale, chiudendo l'accesso al reticolo endoplasmatico.

Pompe PMCA

Questo tipo di pompa si trova in tutte le cellule eucariotiche ed è responsabile dell'espulsione del Ca ²⁺ verso lo spazio extracellulare al fine di mantenere stabile la sua concentrazione all'interno delle cellule.

In questa proteina, uno ione Ca ²⁺ viene trasportato dall'ATP idrolizzato. Il trasporto è regolato dai livelli della proteina calmodulina nel citoplasma.

Aumentando la concentrazione di Ca ²⁺ citosolico, aumentano i livelli di calmodulina, che si lega agli ioni calcio. Il complesso Ca ²⁺ -calmodulina si assembla quindi al sito di legame della pompa PMCA. Nella pompa si verifica un cambiamento conformazionale che consente di esporre l'apertura allo spazio extracellulare.

Gli ioni di calcio vengono rilasciati, ripristinando i livelli normali all'interno della cellula. Di conseguenza il complesso Ca ²⁺ -calmodulina si smonta, riportando la conformazione della pompa allo stato originario.

Riferimenti

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