BƠM CANXI: CHỨC NĂNG, CHỦNG LOẠI, CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG - SINH HỌC - 2026

Các máy bơm canxi là một cấu trúc có tính chất protein chịu trách nhiệm cho việc vận chuyển canxi qua màng tế bào. Cấu trúc này phụ thuộc vào ATP và được coi là một protein giống ATPase, còn được gọi là Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase được tìm thấy trong tất cả các tế bào của sinh vật nhân thực và cần thiết cho sự cân bằng nội môi canxi trong tế bào. Protein này thực hiện quá trình vận chuyển tích cực chính, vì chuyển động của các phân tử canxi đi ngược lại với gradient nồng độ của chúng.

Cấu trúc tinh thể học SERCA.
Nguồn: Wcnsaffo

Chức năng của máy bơm canxi

Ca ²⁺ đóng những vai trò quan trọng trong tế bào, vì vậy sự điều hòa của nó trong tế bào là cần thiết để nó hoạt động bình thường. Thường hoạt động như một sứ giả thứ hai.

Trong không gian ngoại bào, nồng độ Ca ²⁺ cao hơn khoảng 10.000 lần so với trong tế bào. Sự gia tăng nồng độ của ion này trong tế bào chất của tế bào sẽ kích hoạt các phản ứng khác nhau, chẳng hạn như co cơ, giải phóng chất dẫn truyền thần kinh và phân hủy glycogen.

Có một số cách chuyển các ion này từ tế bào: vận chuyển thụ động (lối ra không đặc hiệu), kênh ion (chuyển động có lợi cho gradien điện hóa của chúng), vận chuyển tích cực thứ cấp kiểu chống hỗ trợ (Na / Ca), và vận chuyển tích cực sơ cấp với bơm. Phụ thuộc ATP.

Không giống như các cơ chế dịch chuyển Ca ²⁺ khác , máy bơm hoạt động ở dạng vector. Tức là, ion chỉ di chuyển theo một hướng nên nó chỉ hoạt động bằng cách đuổi chúng ra ngoài.

Tế bào cực kỳ nhạy cảm với sự thay đổi nồng độ Ca ²⁺ . Bằng cách thể hiện sự khác biệt rõ rệt như vậy với nồng độ ngoại bào của chúng, do đó, điều quan trọng là phải khôi phục hiệu quả mức tế bào bình thường của chúng.

Các loại

Ba loại Ca ²⁺ -ATPases đã được mô tả trong tế bào động vật, theo vị trí của chúng trong tế bào; các máy bơm nằm trong màng sinh chất (PMCA), các máy bơm nằm trong lưới nội chất và màng nhân (SERCA), và các máy bơm nằm trong màng bộ máy Golgi (SPCA).

Máy bơm SPCA cũng vận chuyển các ion Mn ²⁺ là đồng yếu tố của các enzym khác nhau trong ma trận bộ máy Golgi.

Tế bào nấm men, các sinh vật nhân thực khác và tế bào thực vật có các loại Ca ²⁺ -ATPases rất đặc biệt khác.

Kết cấu

Bơm PMCA

Trong màng sinh chất, chúng ta tìm thấy quá trình vận chuyển Na / Ca phản ứng tích cực, nó chịu trách nhiệm chuyển một lượng đáng kể Ca ²⁺ trong tế bào ở trạng thái nghỉ ngơi và hoạt động. Trong hầu hết các tế bào ở trạng thái nghỉ, bơm PMCA có nhiệm vụ vận chuyển canxi ra bên ngoài.

Những protein này được tạo thành từ khoảng 1.200 axit amin, và có 10 đoạn xuyên màng. Có 4 đơn vị chính trong bào tương. Đơn vị đầu tiên chứa nhóm amin đầu cuối. Loại thứ hai có các đặc tính cơ bản, cho phép nó liên kết với hoạt hóa axit phospholipid.

Trong đơn vị thứ ba có một axit aspartic có chức năng xúc tác, và "hạ lưu" của vùng này là vùng liên kết isotocyanate fluorescein, trong vùng liên kết ATP.

Ở đơn vị thứ tư là vùng liên kết calmodulin, vị trí nhận biết của một số kinase (A và C) và các dải liên kết allosteric Ca ²⁺ .

Máy bơm SERCA

Bơm SERCA được tìm thấy với số lượng lớn trong mạng lưới cơ chất của tế bào cơ và hoạt động của chúng liên quan đến sự co và giãn trong chu kỳ vận động của cơ. Chức năng của nó là vận chuyển Ca ²⁺ từ dịch bào đến chất nền lưới.

Các protein này bao gồm một chuỗi polypeptit duy nhất với 10 vùng xuyên màng. Cấu trúc của nó về cơ bản giống như cấu trúc của các protein PMCA, nhưng nó khác ở chỗ chúng chỉ có ba đơn vị bên trong tế bào chất, vị trí hoạt động nằm ở đơn vị thứ ba.

Hoạt động của protein này đòi hỏi sự cân bằng điện tích trong quá trình vận chuyển các ion. Hai Ca ²⁺ (do ATP thủy phân) được chuyển từ tế bào sang chất nền lưới, chống lại một gradient nồng độ rất cao.

Sự vận chuyển này xảy ra theo cách đối nghịch, vì cùng lúc hai H ⁺ được dẫn đến bào tương từ chất nền.

Cơ chế hoạt động

Máy bơm SERCA

Cơ chế vận chuyển được chia thành hai trạng thái E1 và E2. Trong E1, các vị trí liên kết có ái lực cao với Ca ²⁺ hướng về phía tế bào. Ở E2, các vị trí liên kết hướng vào lòng của lưới, thể hiện ái lực thấp với Ca ²⁺ . Hai ion Ca ²⁺ liên kết sau khi chuyển.

Trong quá trình gắn và chuyển Ca ²⁺ , những thay đổi về cấu trúc xảy ra, bao gồm cả việc mở vùng M của protein, hướng về phía tế bào. Các ion sau đó liên kết dễ dàng hơn với hai vị trí liên kết của miền nói trên.

Sự kết hợp của hai ion Ca ²⁺ thúc đẩy một loạt các thay đổi cấu trúc trong protein. Trong số đó, sự quay của một số miền nhất định (miền A) sẽ tổ chức lại các đơn vị của máy bơm, tạo điều kiện cho việc mở ra phía ma trận lưới để giải phóng các ion không được tách rời nhờ sự giảm ái lực tại các vị trí liên kết.

Các proton H ⁺ và các phân tử nước ổn định vị trí liên kết Ca ²⁺ , làm cho miền A quay trở lại trạng thái ban đầu, đóng cửa tiếp cận với lưới nội chất.

Máy bơm PMCA

Loại bơm này được tìm thấy trong tất cả các tế bào nhân thực và có nhiệm vụ tống Ca ²⁺ ra ngoài tế bào để giữ nồng độ ổn định trong tế bào.

Trong protein này, một ion Ca ²⁺ được vận chuyển bằng ATP thủy phân. Sự vận chuyển được điều chỉnh bởi mức độ của protein calmodulin trong tế bào chất.

Bằng cách tăng nồng độ Ca ²⁺ trong cytosolic, nồng độ calmodulin tăng lên, liên kết với các ion canxi. Sau đó, phức hợp Ca ²⁺ -calmodulin sẽ tập hợp vào vị trí liên kết của bơm PMCA. Một sự thay đổi cấu trúc xảy ra trong máy bơm cho phép lỗ mở tiếp xúc với không gian ngoại bào.

Các ion canxi được giải phóng, khôi phục mức bình thường bên trong tế bào. Do đó, phức hợp Ca ²⁺ -calmodulin tháo rời, trả lại cấu trúc của bơm về trạng thái ban đầu.

Người giới thiệu

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Bơm canxi trong sức khỏe và bệnh tật. Đánh giá sinh lý học, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Bơm canxi: cơ sở cấu trúc và cơ chế vận chuyển canxi qua màng. Quan điểm hiện tại trong sinh học hóa học, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Giáo trình hóa sinh: có tương quan lâm sàng.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Lý sinh và sinh lý tế bào. Đại học Sevilla.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Sinh học tế bào phân tử. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Sinh lý con người: cơ sở của y học. Elsevier Tây Ban Nha.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Hóa sinh. Panamerican Medical Ed.