Системы активного транспорта ионов Ca

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.

жүктеу/скачать 7,51 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: