Bomba de cálcio: funções, tipos, estrutura e operação - Ciência - 2023

Contente

o bomba de cálcio É uma estrutura de natureza protéica responsável pelo transporte do cálcio através das membranas celulares. Esta estrutura é dependente de ATP e é considerada uma proteína semelhante à ATPase, também chamada de Ca²⁺-ATPase.

O CA²⁺-ATPases são encontradas em todas as células de organismos eucarióticos e são essenciais para a homeostase do cálcio na célula. Essa proteína realiza um transporte ativo primário, uma vez que o movimento das moléculas de cálcio vai de encontro ao seu gradiente de concentração.

Funções da bomba de cálcio

O CA²⁺ desempenha papéis importantes na célula, portanto sua regulação dentro delas é essencial para o seu funcionamento adequado. Freqüentemente, atua como um segundo mensageiro.

Nos espaços extracelulares, a concentração de Ca²⁺ é aproximadamente 10.000 vezes maior do que dentro das células. Um aumento da concentração desse íon no citoplasma da célula desencadeia várias respostas, como contrações musculares, liberação de neurotransmissores e quebra de glicogênio.

Existem várias formas de transferência desses íons das células: transporte passivo (saída inespecífica), canais iônicos (movimento a favor de seu gradiente eletroquímico), transporte ativo secundário do tipo antiapoio (Na / Ca) e transporte ativo primário com bomba. dependente de ATP.

Ao contrário dos outros mecanismos de deslocamento de Ca²⁺, a bomba funciona em forma de vetor. Ou seja, o íon se move em apenas uma direção, de modo que só funciona expelindo-os.

A célula é extremamente sensível a mudanças na concentração de Ca²⁺. Por apresentar uma diferença tão marcante com sua concentração extracelular, é, portanto, tão importante restaurar de forma eficiente seus níveis citosólicos normais.

Tipos

Três tipos de Ca foram descritos²⁺-ATPases em células animais, de acordo com sua localização nas células; bombas localizadas na membrana plasmática (PMCA), aquelas localizadas no retículo endoplasmático e na membrana nuclear (SERCA) e aquelas localizadas na membrana do aparelho de Golgi (SPCA).

As bombas SPCA também carregam íons Mn²⁺ que são cofatores de várias enzimas da matriz do aparelho de Golgi.

As células de levedura, outros organismos eucarióticos e células vegetais apresentam outros tipos de Ca²⁺-Muito particular ATPas.

Estrutura

Bomba PMCA

Na membrana plasmática encontramos o ativo antipórtico transporte Na / Ca, sendo responsável pelo deslocamento de uma quantidade significativa de Ca²⁺em células em repouso e atividade. Na maioria das células em estado de repouso, a bomba PMCA é responsável pelo transporte de cálcio para o exterior.

Essas proteínas são compostas por cerca de 1.200 aminoácidos e têm 10 segmentos transmembrana. Existem 4 unidades principais no citosol. A primeira unidade contém o grupo amino terminal. O segundo tem características básicas, permitindo que se ligue a fosfolipídios ácidos ativadores.

Na terceira unidade existe um ácido aspártico com função catalítica, e "a jusante" deste uma banda de ligação de isotocianato de fluoresceína, no domínio de ligação de ATP.

Na quarta unidade está o domínio de ligação à calmodulina, os locais de reconhecimento de certas quinases (A e C) e as bandas de ligação de Ca.²⁺alostérico.

Bomba SERCA

As bombas SERCA são encontradas em grandes quantidades no retículo sarcoplasmático das células musculares e sua atividade está relacionada à contração e relaxamento no ciclo de movimento muscular. Sua função é transportar o Ca²⁺do citosol da célula à matriz do retículo.

Essas proteínas consistem em uma única cadeia polipeptídica com 10 domínios transmembranares. Sua estrutura é basicamente a mesma das proteínas PMCA, mas difere por apresentarem apenas três unidades no citoplasma, estando o sítio ativo na terceira unidade.

O funcionamento dessa proteína requer um equilíbrio de cargas durante o transporte dos íons. Two Ca²⁺ (por ATP hidrolisado) são deslocados do citosol para a matriz do retículo, contra um gradiente de concentração muito alto.

Este transporte ocorre de forma antipórtica, visto que ao mesmo tempo dois H⁺ eles são direcionados para o citosol da matriz.

Mecanismo de operação

Bombas SERCA

O mecanismo de transporte é dividido em dois estados E1 e E2. Em E1, os sítios de ligação que têm uma alta afinidade para Ca²⁺eles são direcionados para o citosol. Em E2, os sítios de ligação são direcionados para o lúmen do retículo apresentando uma baixa afinidade para o Ca²⁺. Os dois cátions²⁺ junte-se após a transferência.

Durante a ligação e transferência de Ca²⁺ocorrem mudanças conformacionais, entre elas a abertura do domínio M da proteína, que se dirige ao citosol. Os íons então se ligam mais facilmente aos dois locais de ligação do referido domínio.

A união dos dois cátions²⁺ promove uma série de mudanças estruturais na proteína. Entre eles a rotação de certos domínios (domínio A) que reorganiza as unidades da bomba, possibilitando a abertura em direção à matriz do retículo para liberação dos íons, que são desacoplados graças à diminuição da afinidade nos sítios de ligação.

Os prótons H⁺ e as moléculas de água estabilizam o sítio de ligação do Ca²⁺, fazendo com que o domínio A gire de volta ao seu estado original, fechando o acesso ao retículo endoplasmático.

Bombas PMCA

Este tipo de bomba é encontrada em todas as células eucarióticas e é responsável pela expulsão de Ca²⁺ no espaço extracelular, a fim de manter sua concentração estável dentro das células.

Nesta proteína, um íon de Ca é transportado²⁺ por ATP hidrolisado. O transporte é regulado pelos níveis da proteína calmodulina no citoplasma.

Ao aumentar a concentração de Ca²⁺ aumentam os níveis de calmodulina citosólica, que se ligam aos íons de cálcio. O complexo de Ca²⁺-calmodulina, então se reúne no local de ligação da bomba PMCA. Uma mudança conformacional ocorre na bomba que permite que a abertura seja exposta ao espaço extracelular.

Os íons de cálcio são liberados, restaurando os níveis normais dentro da célula. Consequentemente, o complexo Ca²⁺-calmodulina é desmontada, retornando a conformação da bomba ao seu estado original.

Referências

Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Bombas de cálcio na saúde e na doença. Revisões fisiológicas, 89(4), 1341-1378.
Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Bombas de cálcio: base estrutural e mecanismo de transporte transmembrana de cálcio. Opinião atual em biologia química, 4(2), 152-161.
Devlin, T. M. (1992).Livro didático de bioquímica: com correlações clínicas.
Latorre, R. (Ed.). (mil novecentos e noventa e seis). Biofísica e Fisiologia Celular. Sevilla University.
Lodish, H., Darnell, J. E., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Scott, M. P., & Matsudaira, P. (2008). Biologia celular molecular. Macmillan.
Pocock, G., & Richards, C. D. (2005). Fisiologia humana: a base da medicina. Elsevier Espanha.
Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Bioquímica. Panamerican Medical Ed.