Bomba de calcio
 | Este artículo puede resultar demasiado técnico para la mayoría de los lectores . ( Enero de 2016 ) |
Las bombas de calcio son una familia de transportadores de iones que se encuentran en la membrana celular de todas las células animales. Son responsables del transporte activo de calcio fuera de la célula para el mantenimiento del pronunciado gradiente electroquímico de Ca 2+ a través de la membrana celular. Las bombas de calcio desempeñan un papel crucial en la señalización celular adecuada al mantener la concentración de calcio intracelular aproximadamente 10.000 veces menor que la concentración extracelular. [1] La falla en este proceso es una de las causas de los calambres musculares .
La ATPasa de Ca 2+ de la membrana plasmática y el intercambiador de sodio-calcio son juntos los principales reguladores de las concentraciones de Ca 2+ citoplasmáticas . [2]
Papel biológico
El Ca 2+ tiene muchas funciones importantes como mensajero intracelular . La liberación de una gran cantidad de Ca 2+ libre puede desencadenar el desarrollo de un óvulo fertilizado , la contracción de las células del músculo esquelético , la secreción por células secretoras y las interacciones con proteínas sensibles al Ca 2+ como la calmodulina . [3] Para mantener bajas concentraciones de Ca 2+ libre en el citosol , las células utilizan bombas de membrana como la ATPasa de calcio que se encuentra en las membranas del retículo sarcoplásmico del músculo esquelético . Estas bombas son necesarias para proporcionar el gradiente electroquímico pronunciado que permite que el Ca 2+ se precipite hacia el citosol cuando una señal de estímulo abre los canales de Ca 2+ en la membrana. Las bombas también son necesarias para bombear activamente el Ca 2+ fuera del citoplasma y devolver la célula a su estado previo a la señal. [3]
Cristalografía de bombas de calcio
La estructura de las bombas de calcio que se encuentran en el retículo sarcoplásmico del músculo esquelético fue dilucidada en 2000 por Toyoshima, et al. utilizando microscopía de cristales tubulares y microcristales 3D. La bomba tiene una masa molecular de 110.000 uma , muestra tres dominios citoplasmáticos bien separados , con un dominio transmembrana que consta de diez hélices alfa y dos sitios de unión transmembrana de Ca 2+ . [4]
Mecanismo
Teoría clásica del transporte activo para las ATPasas de tipo P [5]
| E1 → | (2H + sale, 2Ca 2+ entra)→ | E1⋅2Ca2 + → | E1⋅ ATP |
| ↑ | ↓ | ||
| E2 | E1⋅ADP | ||
| ↑(Pi fuera) | ↓(ADP fuera) | ||
| E2⋅Pi | ← E2P | ←( Entra 2H + , sale 2Ca 2+ ) | ← E1P |
Datos de estudios de cristalografía de Chikashi Toyoshima aplicados al ciclo anterior [6] [7]
| E1 - alta afinidad por Ca 2+ , 2 Ca 2+ unidos, 2 contraiones H + liberados |
| E1⋅2Ca 2+ - puerta citoplasmática abierta, se produce intercambio de iones Ca 2+ libres entre los iones unidos y los del citoplasma, configuración cerrada de los dominios N , P , A rotos, exponiendo el sitio catalítico |
| E1⋅ ATP - El ATP se une y enlaza N con P , P se dobla, N entra en contacto con A , A hace que la hélice M1 se levante, cierra la compuerta citoplasmática, el Ca 2+ unido queda ocluido en la membrana transmembrana. |
| E1⋅ADP - Transferencia de fosforilo, el ADP se disocia |
| E1P - A gira, las hélices transmembrana se reorganizan, los sitios de unión se destruyen, la compuerta luminal se abre, el Ca 2+ unido se libera |
| E2P : vía iónica abierta hacia el lumen, Ca 2+ hacia el lumen |
| E2⋅Pi - A cataliza la liberación de Pi, P se desenrolla, las hélices transmembrana se reorganizan y cierra la compuerta luminal. |
| E2 - La M1 transmembrana forma un túnel de acceso citoplasmático a los sitios de unión de Ca 2+ |
Referencias
- ^ Carafoli E (enero de 1991). "Bomba de calcio de la membrana plasmática". Physiol. Rev. 71 ( 1): 129–53. doi :10.1152/physrev.1991.71.1.129. PMID 1986387.
- ^ Strehler EE , Zacharias DA (enero de 2001). "El papel del empalme alternativo en la generación de diversidad de isoformas entre las bombas de calcio de la membrana plasmática". Physiol. Rev. 81 (1): 21–50. doi :10.1152/physrev.2001.81.1.21. PMID 11152753. S2CID 9062253.
- ^ ab Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Hopkin, Karen; Johnson, Alexander D; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2009). Biología celular esencial (3.ª ed.). Nueva York: Garland Science. págs. 552–554. ISBN 978-0815341291.
- ^ Toyoshima, Chikashi; Nakasako, Masayoshi; Nomura, Hiromi; Ogawa, Haruo (8 de junio de 2000). "Estructura cristalina de la bomba de calcio del retículo sarcoplásmico con una resolución de 2,6 Å". Naturaleza . 405 (6787): 647–655. Código Bib :2000Natur.405..647T. doi :10.1038/35015017. PMID 10864315. S2CID 4316039.
- ^ Toyoshima, Chikashi; Norimatsu, Yoshiyuki; Iwasawa, Shiho; Tsuda, Takeo; Ogawa, Haruo (5 de diciembre de 2007). "Cómo el procesamiento del fosfato de aspartilo está acoplado a la activación luminal de la vía iónica en la bomba de calcio". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 104 (50): 19831–19836. Bibcode :2007PNAS..10419831T. doi : 10.1073/pnas.0709978104 . PMC 2148383 . PMID 18077416.
- ^ Toyoshima, Chikashi; Nomura, Hiromi (8 de agosto de 2002). "Cambios estructurales en la bomba de calcio que acompañan la disociación del calcio". Nature . 418 (6898): 605–611. Bibcode :2002Natur.418..605T. doi :10.1038/nature00944. PMID 12167852. S2CID 1441673.
- ^ Toyoshima, Chikashi; Mizutani, Tatsuaki (30 de junio de 2004). "Estructura cristalina de la bomba de calcio con un análogo de ATP ligado". Nature . 430 (6999): 529–535. Bibcode :2004Natur.430..529T. doi :10.1038/nature02680. PMID 15229613. S2CID 4331138.
