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 gradiente electroquímico pronunciado de Ca 2+ a través de la membrana celular. Las bombas de calcio juegan un papel crucial en la señalización celular adecuada al mantener la concentración de calcio intracelular aproximadamente 10,000 veces más baja que la concentración extracelular. [1] No hacerlo es una de las causas de los calambres musculares .
La Ca 2+ ATPasa de la membrana plasmática y el intercambiador de sodio-calcio son juntos los principales reguladores de las concentraciones intracelulares de Ca 2+ . [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 de las células secretoras e interacciones con proteínas que responden al Ca 2+ , como la calmodulina . 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 aclarada en 2000 por Toyoshima, et al. utilizando microscopía de cristales tubulares y microcristales 3D. La bomba tiene una masa molecular de 110.000 amu , muestra tres dominios citoplasmáticos bien separados , con un dominio transmembrana que consta de diez hélices alfa y dos sitios de unión de Ca 2+ transmembrana . [4]
Mecanismo
Teoría clásica del transporte activo para ATPasas de tipo P [5]
E1 → | (2H + salida, 2Ca 2+ entrada ) → | E1⋅2Ca 2+ → | E1⋅ ATP |
↑ | ↓ | ||
E2 | E1⋅ADP | ||
↑ (Pi fuera) | ↓ (ADP fuera) | ||
E2⋅Pi | ← E2P | ← (2H + adentro, 2Ca 2+ afuera) | ← 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 de H + liberados |
E1⋅2Ca 2+ - puerta citoplasmática abierta, se produce intercambio iónico de Ca 2+ libre entre los iones unidos y los del citoplasma, la configuración cerrada de los dominios N , P , A se rompe, exponiendo el sitio catalítico |
E1⋅ ATP : el ATP se une y une N a P , P se dobla, N contacta A , A hace que la hélice M1 se levante, cierra la puerta citoplasmática, Ca 2+ unido ocluido en la transmembrana |
E1⋅ADP - Transferencia de fosforilo, ADP se disocia |
E1P - A gira, las hélices transmembrana se reorganizan, los sitios de unión se destruyen, la puerta lumenal se abre, se libera Ca 2+ unido |
E2P - vía iónica abierta a la luz, Ca 2+ a la luz |
E2⋅Pi - A cataliza la liberación de Pi, P se dobla, las hélices transmembrana se reorganizan, cierra la puerta lumenal |
E2 : la transmembrana M1 forma un túnel de acceso citoplásmico 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). "Papel del empalme alternativo en la generación de diversidad de isoformas entre bombas de calcio de membrana plasmática". Physiol. Rev . 81 (1): 21–50. doi : 10.1152 / physrev.2001.81.1.21 . PMID 11152753 .
- ^ Alberts, Bruce; Bray, Dennis; Hopkin, Karen; Johnson, Alexander D; Lewis, Julian; Raff, Martin; Roberts, Keith; Walter, Peter (2009). Biología celular esencial (3ª ed.). Nueva York: Garland Science. págs. 552–553. 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 a una resolución de 2,6 Å". Naturaleza . 405 (6787): 647–655. doi : 10.1038 / 35015017 . PMID 10864315 .
- ^ Toyoshima, Chikashi; Norimatsu, Yoshiyuki; Iwasawa, Shiho; Tsuda, Takeo; Ogawa, Haruo (5 de diciembre de 2007). "Cómo el procesamiento de aspartilfosfato se acopla a la apertura lumínica de la vía de iones en la bomba de calcio" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 104 (50): 19831-19836. doi : 10.1073 / pnas.0709978104 . PMC 2148383 . PMID 18077416 . Consultado el 28 de marzo de 2016 .
- ^ Toyoshima, Chikashi; Nomura, Hiromi (8 de agosto de 2002). "Cambios estructurales en la bomba de calcio que acompañan a la disociación del calcio". Naturaleza . 418 (6898): 605–611. doi : 10.1038 / nature00944 . PMID 12167852 .
- ^ Toyoshima, Chikashi; Mizutani, Tatsuaki (30 de junio de 2004). "Estructura cristalina de la bomba de calcio con un análogo de ATP ligado". Naturaleza . 430 (6999): 529–535. doi : 10.1038 / nature02680 . PMID 15229613 .