BOMBA DE CALCI: FUNCIONS, TIPUS, ESTRUCTURA I FUNCIONAMENT - BIOLOGIA - 2025

La bomba de calci és una estructura de naturalesa proteica que s'encarrega de l'transport de calci a través de membranes de les cèl·lules. Aquesta estructura és dependent d'ATP i es considera una proteïna de tipus ATPasa, també anomenada Ca ²⁺ -ATPasa.

La Ca ²⁺ -ATPasa es troba en totes les cèl·lules dels organismes eucariotes i són essencials per a la homeòstasi de calci en la cèl·lula. Aquesta proteïna porta a terme un transport actiu primari, ja que el moviment de les molècules de calci va en contra del seu gradient de concentració.

Estructura cristal·logràfica SERCA.

Font: Wcnsaffo

Funcions de la bomba de calci

El Ca ²⁺ compleix papers importants en la cèl·lula, pel que la seva regulació dins d'elles és fonamental per al seu correcte funcionament. Sovint, actua com un segon missatger.

En els espais extracel·lulars la concentració de Ca ²⁺ és aproximadament 10.000 vegades més gran que dins de les cèl·lules. Un augment de la concentració d'aquest ió en el citoplasma cel·lular desencadena diverses respostes, com contraccions musculars, alliberament de neurotransmissors i la degradació de glucogen.

Hi ha diverses formes de traslladar aquests ions des de les cèl·lules: transport passiu (sortida inespecífica), canals iònics (moviment a favor del seu gradient electroquímic), transport actiu secundari de tipus antiporte (Na / Ca), i el transport actiu primari amb la bomba dependent d'ATP.

A diferència dels altres mecanismes de desplaçament de Ca ²⁺, la bomba funciona en forma vectorial. És a dir, l'ió es mou en una sola direcció de manera que només funciona expulsant.

La cèl·lula és extremadament sensible als canvis de concentració de Ca ²⁺. A l'presentar una diferència tan marcada amb la seva concentració extracel·lular, per això és tan important restablir eficientment els seus nivells citosólicos normals.

tipus

S'han descrit tres tipus de Ca ²⁺ -ATPasas en les cèl·lules d'animals, segons les seves ubicacions en les cèl·lules; les bombes situades a la membrana plasmàtica (PMCA), les ubicades al reticle endoplasmàtic i la membrana nuclear (SERCA), i les trobades en la membrana de l'aparell de Golgi (SPCA).

Les bombes SPCA també transporten ions Mn ²⁺ que són cofactors de diversos enzims de la matriu de l'aparell de Golgi.

Les cèl·lules de llevats, d'altres organismes eucariotes i les cèl·lules vegetals presenten altres tipus de Ca ²⁺ -ATPasas molt particulars.

estructura

bomba PMCA

A la membrana plasmàtica trobem el transport actiu antipórtico Na / Ca, sent el responsable de l'desplaçament d'una important quantitat de Ca ²⁺ en les cèl·lules en repòs i activitat. En la majoria de cèl·lules en estat de repòs, l'encarregat de l'transport de calci cap a l'exterior és la bomba PMCA.

Aquestes proteïnes estan conformades per uns 1.200 aminoàcids, i posseeix 10 segments transmembranales. En el citosol es troben 4 unitats principals. La primera unitat conté el grup amino-terminal. La segona té característiques bàsiques, el que permet que s'uneixi als fosfolípids àcids activadors.

A la tercera unitat es troba un àcid aspàrtic amb funció catalítica, i "aigües avall" d'aquest una banda de unió de isotocianato de fluoresceïna, en el domini d'unió d'ATP.

En la quarta unitat es troba el domini d'unió a la calmodulina, els llocs de reconeixement de certes quinases (A i C) i les bandes d'unió de Ca ²⁺ al·lostèric.

bomba SERCA

Les bombes SERCA es troben en gran quantitat en el reticle sarcoplásmico de les cèl·lules musculars i la seva activitat està relacionada amb la contracció i relaxació en el cicle de el moviment muscular. La seva funció és transportar l'Ca ²⁺ des del citosol de la cèl·lula fins a la matriu de l'reticle.

Aquestes proteïnes consisteixen en una única cadena polipeptídica amb 10 dominis transmembranales. La seva estructura és bàsicament igual a el de les proteïnes PMCA, però difereix en què aquestes només posseeixen tres unitats dins el citoplasma, trobant-se el lloc actiu en la tercera unitat.

El funcionament d'aquesta proteïna requereix un balanç de càrregues durant el transport dels ions. Dos Ca ²⁺ (per ATP hidrolitzat) són desplaçats des del citosol fins a la matriu de l'reticle, en contra d'un gradient de concentració molt alt.

Aquest transport ocorre de manera antipórtica, doncs a el mateix temps dos H ⁺ són dirigits a l'citosol des de la matriu.

Mecanisme de funcionament

bombes SERCA

El mecanisme de transport es divideix en dos estats E1 i E2. Al E1 els llocs d'unió que presenten una alta afinitat pel Ca ²⁺ estan dirigits cap al citosol. Al E2 els llocs d'unió es dirigeixen cap al lumen de l'reticle presentant una baixa afinitat per Ca ²⁺. Els dos ions Ca ²⁺ s'uneixen després de la transferència.

Durant la unió i transferència dels Ca ²⁺, ocorren canvis conformacionals, entre ells l'obertura de l'domini M de la proteïna, que està cap al citosol. Els ions s'uneixen llavors de manera més senzilla als dos llocs d'unió d'aquest domini.

La unió dels dos ions Ca ²⁺ promou una sèrie de canvis estructurals en la proteïna. Entre ells la rotació de certs dominis (domini A) que reorganitza les unitats de la bomba, habilitant l'obertura cap a la matriu de l'reticle per alliberar els ions, que es desacoblen gràcies a la disminució de l'afinitat en els llocs d'unió.

Els protons H ⁺ i les molècules d'aigua estabilitzen el lloc d'unió dels Ca ²⁺, ocasionant que el domini A rote de nou al seu estat original, tancant l'accés cap al reticle endoplasmàtic.

bombes PMCA

Aquest tipus de bombes es troben en totes les cèl·lules eucariotes i s'encarrega de l'expulsió de Ca ²⁺ cap a l'espai extracel·lular per tal de mantenir estable la seva concentració dins de les cèl·lules.

En aquesta proteïna es transporta un ion de Ca ²⁺ per ATP hidrolitzat. El transport està regulat pels nivells de la proteïna calmodulina en el citoplasma.

A l'augmentar la concentració de Ca ²⁺ citosòlic, augmenten els nivells de calmodulina, que s'uneixen als ions de calci. El complex Ca ²⁺ -calmodulina, s'acobla llavors a el lloc d'unió de la bomba PMCA. Es produeix un canvi conformacional en la bomba que permet que s'exposi l'obertura cap a l'espai extracel·lular.

Els ions de calci s'alliberen, restaurant els nivells normals a l'interior de la cèl·lula. Conseqüentment el complex Ca ²⁺ -calmodulina es desencadella, tornant la conformació de la bomba al seu estat original.

referències

1. Brini, M., & Carafoli, I. (2009). Calcium pumps in health and disease. Physiological reviews, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, I., & Brini, M. (2000). Calcium pumps: structural basis for and mechanism of calcium transmembrane transport. Current opinió in chemical biology, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Textbook of biochemistry: with clinical correlations.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996). Biofísica i fisiologia cel·lular. Universitat de Sevilla.
5. Lodish et, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Mollecular cell biology. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Fisiologia humana: la base de la medicina. Elsevier Espanya.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Bioquímica. Ed. Mèdica Panamericana.