6.2. Системы активного транспорта ионов Ca
2+
6.2.1.Типы мембранного транспорта
Одна из главных функций клеточных мембран — регуляция
переноса веществ в клетку и из клетки, удержание веществ и вы-
ведение ненужных. Транспорт ионов и органических молекул че-
рез мембраны может проходить по градиенту концентрации —
пассивный транспорт и против градиента концентрации —
активный транспорт.
Ионы кальция выводятся из цитозоля против градиента кон-
центраций, поэтому данный процесс требует затраты энергии.
70
Различают первичный активный и вторичный активный транс-
порт (рис. 33).
Первичный активный транспорт осуществляется при ис-
пользовании энергии гидролиза ATФ и участии транспортных
АТФаз, например Na
+
/К
+
-АТФазы, Н
+
-АТФазы, Са
2+
-АТФазы.
Н
+
-АТФазы функционируют как протонные насосы, с помощью
которых создается кислая среда в лизосомах клетки. С помощью
Са
2+
-АТФазы поддерживается низкая концентрация ионов каль-
ция в цитозоле клетки и создается внутриклеточное депо Са
2+
в митохондриях и ЭПР.
Вторично- активный транспорт происходит за счет градиен-
та концентрации одного из переносимых веществ, который соз-
дается чаще всего Na
+
/К
+
-АТФазой, функционирующей с затра-
той АТФ. Присоединение в активный центр белка- переносчика
вещества, концентрация которого выше, изменяет его конфор-
мацию и увеличивает сродство к соединению, которое проходит
в клетку против градиента концентрации. Последний бывает
двух типов: активный симпорт и антипорт. Вторичный актив-
ный транспорт ионов Ca
2+
осуществляется Na
+
/Сa
2+
и Н
+
/Сa
2+
ан-
типортерами.
6.2.2. Структура и типы Ca
2+
-ATФаз
Ca
2+
-ATФазы представляют собой мономерные белки,
полипептидная цепь которых состоит из 10 трансмембран-
ных α-спиралей и двух больших цитоплазматических петель.
Рис. 33. Типы активного транспорта:
а — первичный активный транспорт; б — вторичный активный транспорт
71
Трансмембранные α-спирали формируют так называемый
трансмембранный М-домен, в котором α-спирали 4, 5, 6 и 8 об-
разуют сайт, связывающий два иона Ca
2+
. Две цитоплазматиче-
ские петли, расположенные между трансмембранными α-спира-
лями 2–3 и 4–5, формируют три отдельных домена: нуклеотид-
связывающий домен (N), который связывает АТФ, P-домен, со-
держащий сайт фосфорилирования, и А-домен, который необ-
ходим для активации (рис. 34).
Ca
2+
-ATФазы делятся на два типа: плазмалеммный (PM) и эн-
доплазматический (ER). В животных клетках их принято назы-
вать PMCA (plasma membrane Ca
2+
-ATPase) и SERCA (Sarcoplasmic
reticulum Ca
2+
-ATPase).
У большинства клеток эукариот PMCA-насос транспортирует
ионы из клетки против концентрационного градиента, поскольку
внеклеточная концентрация Ca
2+
составляет порядка 3х10
–3
М. Из-
вестны четыре основные изоформы PMCA, которые имеют выра-
женную тканевую специфичность. PMCA1 и PMCA4 экспресси-
руются в большинстве тканей, а PMCA2 и PMCA3 — в головном
мозге, молочной железе и клетках скелетной мускулатуры (Brini,
Carafoli, 2009).
Мышечные клетки содержат насос типа SERCA, транс-
портирующий Са
2+
из цитозоля в полость саркоплазматиче-
ского ретикулума, которая накапливает и хранит ионы Ca
2+
.
Рис. 34. Строение Ca
2+
-ATФазы:
а — доменная структура; б — структура трансмембранного М-домена
72
Освобождение ионов Ca
2+
из саркоплазматического ретикулу-
ма в цитозоль мышечной клетки вызывает сокращение, а бы-
строе удаление ионов Ca
2+
из цитозоля Ca
2+
-насосом — рассла-
бление мышц. SERCA имеет более 10 изоформ, все с молеку-
лярной массой около 110 кДа. SERCA1 в основном, экспресси-
руется в клетках скелетных мышц, SERCA2 — в клетках сердца,
а SERCA3 распространена во многих тканях (Bublitz et al., 2013;
Periswamy et al., 2007).
У животных Ca
2+
-ATФазы двух типов имеют строгое вну-
триклеточное распределение, отчего данные типы переносчиков
и получили названия: Ca
2+
-ATФазы PM-типа, которые локали-
зуются на плазмалемме, ER-типа — на эндомембранах. Главное
отличие между ними заключается в том, что Ca
2+
-ATФазы PMСА
активируются комплексом Ca
2+
-кальмодулин, а ATФазы SERCA
не имеют Ca
2+
-кальмодулин- связывающего домена. Тем не ме-
нее PMCA-насос, в отличие от SERCA, переносит один, а не два
иона кальция в пересчете на одну молекулу АТФ. Таким образом,
SERCA обладает более высокой транспортной эффективностью,
что и объясняет его преимущественное участие в выведении Ca
2+
из цитозоля.
6.2.3. Механизм работы Ca
2+
-ATФазы
В процессе переноса ионов Ca
2+
-ATФазы претерпевают
ряд структурных изменений, которые повторяются цикличе-
ски.
1) Ca
2+
-ATФаза связывает два иона кальция (при помощи
Ca
2+
-связывающих центров, которые называют EF-руками).
2) Ионы кальция способствуют повышению сродства ATФа-
зы к ATФ. Молекула ATФ связывается в виде комплекса с иона-
ми Mg
2+
.
3) Осуществляется процесс аутофосфорилирования перено-
счика — γ-фосфатная группа ATФ переносится на остаток аспа-
рагиновой кислоты.
4) Фосфорилирование стимулирует конформационные из-
менения молекулы ATФазы, а связанные ионы Ca
2+
переносятся
с цитоплазматической стороны на внеклеточную сторону мем-
браны.
5) В результате изменения конформации молекулы ATФазы
снижается ее сродство к ионам Ca
2+
, которые высвобождаются
во внеклеточное пространство.
73
6) Фосфатная группа отщепляется от остатка аспарагиновой
кислоты при участии ионов Mg
2+
.
7) Дефосфорилированная и декальцинированная молекула
Ca
2+
-ATФазы принимает исходную конформацию.
Достарыңызбен бөлісу: |