pompa kalsium adalah struktur protein-seperti yang bertanggung jawab untuk pengangkutan kalsium melalui membran sel. Struktur ini bergantung pada ATP dan dianggap sebagai protein mirip ATPase, juga disebut Ca2 + -ATPase.
Ca 2+ -ATPase ditemukan di semua sel organisme eukariotik dan penting untuk homeostasis kalsium di dalam sel. Protein ini melakukan transpor aktif primer, karena pergerakan molekul kalsium bertentangan dengan gradien konsentrasinya.
struktur kristalografi SERCA. Sumber: Wcnsaffo [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]
Indeks artikel
Fungsi pompa kalsium:
Ca 2+ memainkan peran penting dalam sel, sehingga pengaturannya di dalamnya sangat penting untuk berfungsinya dengan baik. Sering bertindak sebagai utusan kedua.
Di ruang ekstraseluler, konsentrasi Ca2 + kira-kira 10.000 kali lebih tinggi daripada di dalam sel. Peningkatan konsentrasi ion ini dalam sitoplasma sel memicu berbagai respons, seperti kontraksi otot, pelepasan neurotransmiter, dan pemecahan glikogen.
Ada beberapa cara untuk mentransfer ion-ion ini dari sel: transpor pasif (keluar nonspesifik), saluran ion (gerakan yang mendukung gradien elektrokimianya), transpor aktif sekunder dari jenis anti-pendukung (Na / Ca), dan transpor aktif primer dengan pompa.ATP-dependent.
Berbeda dengan mekanisme perpindahan Ca 2+ lainnya , pompa bekerja dalam bentuk vektor. Artinya, ion bergerak hanya satu arah sehingga hanya bekerja dengan cara mengusirnya.
Sel sangat sensitif terhadap perubahan konsentrasi Ca 2+ . Dengan menghadirkan perbedaan yang mencolok dengan konsentrasi ekstraselulernya, oleh karena itu sangat penting untuk secara efisien mengembalikan tingkat sitosol normalnya.
Jenis
Tiga jenis Ca 2+ -ATPase telah dideskripsikan dalam sel hewan, menurut lokasinya di dalam sel; pompa terletak di membran plasma (PMCA), yang terletak di retikulum endoplasma dan membran nuklir (SERCA), dan yang ditemukan di membran aparatus Golgi (SPCA).
Pompa SPCA juga mengangkut ion Mn2 + yang merupakan kofaktor berbagai enzim dalam matriks aparatus Golgi.
Sel ragi, organisme eukariotik lain, dan sel tumbuhan menyajikan jenis Ca 2+ -ATPase yang sangat khusus.
Struktur
pompa PMCA
Dalam membran plasma kita menemukan transpor Na / Ca antiportik aktif, yang bertanggung jawab atas perpindahan sejumlah besar Ca 2+ dalam sel saat istirahat dan aktivitas. Pada sebagian besar sel dalam keadaan istirahat, yang bertugas mengangkut kalsium ke luar adalah pompa PMCA.
Protein ini terdiri dari sekitar 1.200 asam amino, dan memiliki 10 segmen transmembran. Di dalam sitosol terdapat 4 unit utama. Unit pertama mengandung gugus amino terminal. Yang kedua memiliki karakteristik dasar, memungkinkannya mengikat fosfolipid asam pengaktif.
Pada unit ketiga terdapat asam aspartat dengan fungsi katalitik, dan “hilir” dari ini adalah pita pengikat isotosianat fluorescein, dalam domain pengikatan ATP.
Pada unit keempat adalah domain pengikat kalmodulin, situs pengenalan kinase tertentu (A dan C) dan pita pengikat Ca2+ alosterik.
pompa SERCA
Pompa SERCA ditemukan dalam jumlah besar di retikulum sarkoplasma sel otot dan aktivitasnya terkait dengan kontraksi dan relaksasi dalam siklus gerakan otot. Fungsinya untuk mengangkut Ca2 + dari sitosol sel ke matriks retikulum.
Protein ini terdiri dari rantai polipeptida tunggal dengan 10 domain transmembran. Strukturnya pada dasarnya sama dengan protein PMCA, tetapi berbeda karena mereka hanya memiliki tiga unit di dalam sitoplasma, dengan situs aktif berada di unit ketiga.
Fungsi protein ini membutuhkan keseimbangan muatan selama pengangkutan ion. Dua Ca2 + (oleh ATP terhidrolisis) dipindahkan dari sitosol ke matriks retikulum, melawan gradien konsentrasi yang sangat tinggi.
Transpor ini terjadi secara antiport, karena pada saat yang sama dua H + diarahkan ke sitosol dari matriks.
Mekanisme operasi
Pompa SERCA
Mekanisme transportasi dibagi menjadi dua keadaan E1 dan E2. Di E1 situs pengikatan yang memiliki afinitas tinggi untuk Ca 2+ diarahkan ke sitosol. Di E2 situs pengikatan diarahkan ke lumen retikulum, menyajikan afinitas rendah untuk Ca2 + . Kedua ion Ca2+ terikat setelah transfer.
Selama pengikatan dan transfer Ca 2+ , terjadi perubahan konformasi, termasuk pembukaan domain M protein, yaitu menuju sitosol. Ion kemudian mengikat lebih mudah ke dua situs pengikatan domain tersebut.
Penyatuan dua ion Ca2+ mendorong serangkaian perubahan struktural pada protein. Diantaranya rotasi domain tertentu (domain A) yang mengatur ulang unit pompa, memungkinkan pembukaan menuju matriks retikulum untuk melepaskan ion, yang terlepas berkat penurunan afinitas di situs pengikatan.
Proton H + dan molekul air menstabilkan situs pengikatan Ca2+ , menyebabkan domain A berputar kembali ke keadaan semula, menutup akses ke retikulum endoplasma.
pompa PMCA
Jenis pompa ini ditemukan di semua sel eukariotik dan bertanggung jawab untuk mengeluarkan Ca 2+ ke dalam ruang ekstraseluler untuk menjaga konsentrasinya tetap stabil di dalam sel.
Dalam protein ini, ion Ca2+ diangkut oleh ATP terhidrolisis. Transportasi diatur oleh kadar protein calmodulin dalam sitoplasma.
Dengan meningkatkan konsentrasi Ca2 + sitosol, kadar calmodulin, yang mengikat ion kalsium, meningkat. Kompleks Ca 2+ -calmodulin kemudian berkumpul ke tempat pengikatan pompa PMCA. Perubahan konformasi terjadi pada pompa yang memungkinkan bukaan terpapar ke ruang ekstraseluler.
Ion kalsium dilepaskan, memulihkan tingkat normal di dalam sel. Akibatnya, kompleks Ca 2+ -calmodulin dibongkar, mengembalikan konformasi pompa ke keadaan semula.
Referensi
- Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Pompa kalsium dalam kesehatan dan penyakit. Ulasan fisiologis, 89 (4), 1341-1378.
- Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Pompa kalsium: dasar struktural dan mekanisme transpor kalsium transmembran. Pendapat terkini dalam biologi kimia, 4 (2), 152-161.
- Devlin, TM (1992). Buku teks biokimia: dengan korelasi klinis .
- Latorre, R. (Ed.). (seribu sembilan ratus sembilan puluh enam). Biofisika dan fisiologi sel . Universitas Sevilla.
- Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler . Macmillan.
- Pocock, G., & Richards, CD (2005). Fisiologi manusia: dasar kedokteran. Elsevier Spanyol.
- Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia . Ed. Medis Panamerika.
