El intercambiador de sodio-calcio (a menudo denota Na + / Ca 2+ intercambiador , proteína de cambio , o NCX ) es un antiporter proteína de membrana que elimina el calcio de las células. Utiliza la energía que se almacena en el gradiente electroquímico de sodio (Na + ) al permitir que el Na + fluya por su gradiente a través de la membrana plasmática a cambio del contratransporte de iones de calcio (Ca 2+ ). Se exporta un solo ion de calcio para la importación de tres iones de sodio. [1]El intercambiador existe en muchos tipos de células y especies animales diferentes. [2] El NCX se considera uno de los mecanismos celulares más importantes para eliminar el Ca 2+ . [2]
familia de portadores de solutos 8 (intercambiador de sodio / calcio), miembro 1 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | SLC8A1 | |||||
Alt. simbolos | NCX1 | |||||
Gen NCBI | 6546 | |||||
HGNC | 11068 | |||||
OMIM | 182305 | |||||
RefSeq | NM_021097 | |||||
UniProt | P32418 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 2 p23-p21 | |||||
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familia de portadores de solutos 8 (intercambiador de sodio-calcio), miembro 2 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | SLC8A2 | |||||
Gen NCBI | 6543 | |||||
HGNC | 11069 | |||||
OMIM | 601901 | |||||
RefSeq | NM_015063 | |||||
UniProt | Q9UPR5 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 19 q13.2 | |||||
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familia de portadores de solutos 8 (intercambiador de sodio-calcio), miembro 3 | ||||||
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Identificadores | ||||||
Símbolo | SLC8A3 | |||||
Gen NCBI | 6547 | |||||
HGNC | 11070 | |||||
OMIM | 607991 | |||||
RefSeq | NM_033262 | |||||
UniProt | P57103 | |||||
Otros datos | ||||||
Lugar | Chr. 14 q24.1 | |||||
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El intercambiador se encuentra generalmente en las membranas plasmáticas y las mitocondrias y el retículo endoplásmico de las células excitables. [3] [4]
Función
El intercambiador de sodio-calcio es sólo uno de los sistemas mediante los cuales la concentración citoplasmática de iones de calcio en la célula se mantiene baja. El intercambiador no se une muy fuertemente al Ca 2+ (tiene una baja afinidad), pero puede transportar los iones rápidamente (tiene una alta capacidad), transportando hasta cinco mil iones Ca 2+ por segundo. [5] Por lo tanto, requiere grandes concentraciones de Ca 2+ para ser efectivo, pero es útil para librar a la célula de grandes cantidades de Ca 2+ en poco tiempo, como se necesita en una neurona después de un potencial de acción . Por lo tanto, es probable que el intercambiador también desempeñe un papel importante en la recuperación de las concentraciones normales de calcio de la célula después de una agresión excitotóxica . [3] Este transportador primario de iones de calcio está presente en la membrana plasmática de la mayoría de las células animales. Otra bomba transmembrana más ubicua que exporta calcio de la célula es la Ca 2+ ATPasa (PMCA) de la membrana plasmática , que tiene una afinidad mucho mayor pero una capacidad mucho menor. Dado que el PMCA es capaz de unirse eficazmente al Ca 2+ incluso cuando sus concentraciones son bastante bajas, se adapta mejor a la tarea de mantener las concentraciones muy bajas de calcio que normalmente se encuentran dentro de una célula. [6] El intercambiador de Na + / Ca 2+ complementa el Ca 2+ -ATPasa de alta afinidad y baja capacitancia y, juntos, participan en una variedad de funciones celulares que incluyen:
- control de la neurosecreción
- actividad de las células fotorreceptoras
- relajación del músculo cardíaco
- mantenimiento de la concentración de Ca 2+ en el retículo sarcoplásmico en las células cardíacas
- mantenimiento de la concentración de Ca 2+ en el retículo endoplásmico de células excitables y no excitables
- acoplamiento excitación-contracción
- mantenimiento de una concentración baja de Ca 2+ en las mitocondrias
El intercambiador también está implicado en la anomalía de la conducción eléctrica cardíaca conocida como posdespolarización retardada . [7] Se cree que la acumulación intracelular de Ca 2+ provoca la activación del intercambiador Na + / Ca 2+ . El resultado es un breve influjo de una carga neta positiva (recuerde que entra 3 Na + y sale 1 Ca 2+ ), lo que provoca la despolarización celular. [7] Esta despolarización celular anormal puede provocar una arritmia cardíaca.
Reversibilidad
Dado que el transporte es electrogénico (altera el potencial de membrana), la despolarización de la membrana puede invertir la dirección del intercambiador si la célula se despolariza lo suficiente, como puede ocurrir en la excitotoxicidad . [1] Además, al igual que con otras proteínas de transporte, la cantidad y la dirección del transporte depende de los gradientes de sustrato transmembrana. [1] Este hecho puede ser protector porque los aumentos en la concentración de Ca 2+ intracelular que ocurren en la excitotoxicidad pueden activar el intercambiador en la dirección de avance incluso en presencia de una concentración de Na + extracelular reducida . [1] Sin embargo, también significa que, cuando los niveles intracelulares de Na + se elevan más allá de un punto crítico, el NCX comienza a importar Ca 2+ . [1] [8] [9] El NCX puede operar en ambas direcciones hacia adelante y hacia atrás simultáneamente en diferentes áreas de la celda, dependiendo de los efectos combinados de los gradientes de Na + y Ca 2+ . [1] Este efecto puede prolongar los transitorios de calcio después de los estallidos de actividad neuronal, lo que influye en el procesamiento de la información neuronal. [10] [11]
Intercambiador Na + / Ca 2+ en el potencial de acción cardíaco
La capacidad del intercambiador de Na + / Ca 2+ para invertir la dirección del flujo se manifiesta durante el potencial de acción cardíaco . Debido al delicado papel que juega el Ca 2+ en la contracción de los músculos del corazón, la concentración celular de Ca 2+ se controla cuidadosamente. Durante el potencial de reposo, el intercambiador de Na + / Ca 2+ aprovecha el gran gradiente de concentración de Na + extracelular para ayudar a bombear el Ca 2+ fuera de la célula. [12] De hecho, el intercambiador de Na + / Ca 2+ se encuentra en la posición de salida de Ca 2+ la mayor parte del tiempo. Sin embargo, durante la subida del potencial de acción cardíaco hay una gran afluencia de iones Na + . Esto despolariza la célula y cambia el potencial de membrana en la dirección positiva. El resultado es un gran aumento de la [Na + ] intracelular . Esto hace que la inversión del intercambiador Na + / Ca 2+ bombee iones Na + fuera de la celda y iones Ca 2+ hacia la celda. [12] Sin embargo, esta inversión del intercambiador dura solo momentáneamente debido al aumento interno de [Ca 2+ ] como resultado del influjo de Ca 2+ a través del canal de calcio tipo L , y el intercambiador vuelve a su dirección de avance. de flujo, bombeando Ca 2+ fuera de la celda. [12]
Mientras que el intercambiador normalmente funciona en la posición de salida de Ca 2+ (con la excepción de las primeras etapas del potencial de acción), ciertas condiciones pueden cambiar anormalmente el intercambiador a la posición inversa (entrada de Ca 2+ , salida de Na + ). A continuación se enumeran varias condiciones celulares y farmacéuticas en las que esto sucede. [12]
- El [Na + ] interno es más alto de lo habitual (como cuando los medicamentos con glucósidos digitálicos bloquean la bomba de Na + / K + -ATPasa).
- Se inhibe la liberación de Ca 2+ por el retículo sarcoplásmico .
- Se inhiben otros canales de entrada de Ca 2+ .
- Si se prolonga la duración del potencial de acción.
Estructura
Basado en predicciones de estructura secundaria e hidrofobicidad , se predijo inicialmente que NCX tendría 9 hélices transmembrana . [13] Se cree que la familia surgió de un evento de duplicación de genes , debido a una aparente pseudo-simetría dentro de la secuencia primaria del dominio transmembrana. [14] Insertado entre las mitades pseudo-simétricas hay un bucle citoplasmático que contiene dominios reguladores. [15] Estos dominios reguladores tienen estructuras de dominio C2 y son responsables de la regulación del calcio. [16] [17] Recientemente, la estructura de un archaeal NCX ortólogo ha sido resuelto por cristalografía de rayos X . [18] Esto ilustra claramente un transportador dimérico de 10 hélices transmembrana, con un sitio en forma de diamante para la unión del sustrato. Sobre la base de la estructura y simetría estructural, se propuso un modelo de acceso alterno con competencia de iones en el sitio activo. Las estructuras de tres intercambiadores protón-calcio (CAX) relacionados se han resuelto a partir de levaduras y bacterias . Aunque son estructural y funcionalmente homólogas, estas estructuras ilustran nuevas estructuras oligoméricas , acoplamiento de sustrato y regulación. [19] [20] [21]
Historia
En 1968, H Reuter y N Seitz publicaron hallazgos de que, cuando se elimina Na + del medio que rodea una célula, se inhibe la salida de Ca 2+ , y propusieron que podría haber un mecanismo para intercambiar los dos iones. [2] [22] En 1969, un grupo dirigido por PF Baker que estaba experimentando con axones de calamar publicó un hallazgo que proponía que existe un medio de salida de Na + de las células distintas de la bomba de sodio-potasio . [2] [23] Se sabe que la digital, más comúnmente conocida como dedalera, tiene un gran efecto sobre la Na / K ATPasa, lo que finalmente causa una contracción más fuerte del corazón. La planta contiene compuestos que inhiben la bomba de sodio y potasio, lo que reduce el gradiente electroquímico de sodio. Esto hace que el bombeo de calcio fuera de la célula sea menos eficiente, lo que conduce a una contracción más fuerte del corazón. Para las personas con corazones débiles, a veces se proporciona para bombear el corazón con una fuerza contráctil más pesada. Sin embargo, también puede causar hipertensión porque aumenta la fuerza contráctil del corazón.
Ver también
- Transporte activo
- Potencial de acción cardíaco
- Intercambiador sodio-calcio dependiente de potasio
Referencias
- ↑ a b c d e f Yu SP, Choi DW (junio de 1997). "Corrientes de intercambio de Na (+) - Ca2 + en neuronas corticales: operación concomitante hacia adelante y hacia atrás y efecto del glutamato". La Revista Europea de Neurociencia . 9 (6): 1273–81. doi : 10.1111 / j.1460-9568.1997.tb01482.x . PMID 9215711 . S2CID 23146698 .
- ^ a b c d DiPolo R, Beaugé L (enero de 2006). "Intercambiador de sodio / calcio: influencia de la regulación metabólica en las interacciones portadoras de iones" . Revisiones fisiológicas . 86 (1): 155-203. doi : 10.1152 / physrev.00018.2005 . PMID 16371597 .
- ^ a b Kiedrowski L, Brooker G, Costa E, Wroblewski JT (febrero de 1994). "El glutamato altera la extrusión de calcio neuronal mientras reduce el gradiente de sodio". Neurona . 12 (2): 295–300. doi : 10.1016 / 0896-6273 (94) 90272-0 . PMID 7906528 . S2CID 38199890 .
- ^ Patterson M, Sneyd J, Friel DD (enero de 2007). "Respuestas de calcio inducidas por despolarización en neuronas simpáticas: contribuciones relativas de la entrada de Ca2 +, extrusión, captación y liberación de ER / Ca2 + mitocondrial y amortiguación de Ca2 +" . La Revista de Fisiología General . 129 (1): 29–56. doi : 10.1085 / jgp.200609660 . PMC 2151609 . PMID 17190902 .
- ^ Carafoli E, Santella L, Branca D, Brini M (abril de 2001). "Generación, control y procesamiento de señales de calcio celular". Revisiones críticas en bioquímica y biología molecular . 36 (2): 107–260. doi : 10.1080 / 20014091074183 . PMID 11370791 . S2CID 43050133 .
- ^ Siegel, GJ; Agranoff, BW; Albers, RW; Fisher, SK; Uhler, MD, editores (1999). Neuroquímica básica: aspectos moleculares, celulares y médicos (6ª ed.). Filadelfia: Lippincott, Williams y Wilkins. ISBN 0-7817-0104-X.CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b Lilly, L: "Fisiopatología de la enfermedad cardíaca", capítulo 11: "Mecanismos de las arritmias cardíacas", Lippencott, Williams y Wilkens, 2007
- ^ Bindokas VP, Miller RJ (noviembre de 1995). "La degeneración excitotóxica se inicia en sitios no aleatorios en neuronas cerebelosas de rata cultivadas" . La Revista de Neurociencia . 15 (11): 6999–7011. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.15-11-06999.1995 . PMC 6578035 . PMID 7472456 . S2CID 25625938 .
- ^ Wolf JA, Stys PK, Lusardi T, Meaney D, Smith DH (marzo de 2001). "La lesión axonal traumática induce la entrada de calcio modulada por los canales de sodio sensibles a la tetrodotoxina" . La Revista de Neurociencia . 21 (6): 1923–30. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.21-06-01923.2001 . PMC 6762603 . PMID 11245677 . S2CID 13912728 .
- ^ Zylbertal, Asaph; Kahan, Anat; Ben-Shaul, Yoram; Yarom, Yosef; Wagner, Shlomo (16 de diciembre de 2015). "La dinámica de Na + intracelular prolongada gobierna la actividad eléctrica en las células mitrales del bulbo olfatorio accesorio" . PLOS Biología . 13 (12): e1002319. doi : 10.1371 / journal.pbio.1002319 . ISSN 1545-7885 . PMC 4684409 . PMID 26674618 .
- ^ Scheuss, Volker; Yasuda, Ryohei; Sobczyk, Aleksander; Svoboda, Karel (2 de agosto de 2006). "Señalización no lineal [Ca2 +] en dendritas y espinas causadas por la depresión dependiente de la actividad de la extrusión de Ca2 +" . Revista de neurociencia . 26 (31): 8183–8194. doi : 10.1523 / JNEUROSCI.1962-06.2006 . ISSN 0270-6474 . PMC 6673787 . PMID 16885232 .
- ^ a b c d Bers DM (enero de 2002). "Acoplamiento de excitación-contracción cardíaca". Naturaleza . 415 (6868): 198-205. Código Bibliográfico : 2002Natur.415..198B . doi : 10.1038 / 415198a . PMID 11805843 . S2CID 4337201 .
- ^ Nicoll DA, Ottolia M, Philipson KD (noviembre de 2002). "Hacia un modelo topológico del intercambiador NCX1". Anales de la Academia de Ciencias de Nueva York . 976 (1): 11–8. Código Bibliográfico : 2002NYASA.976 ... 11N . doi : 10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04709.x . PMID 12502529 . S2CID 21425718 .
- ^ Cai X, Lytton J (septiembre de 2004). "La superfamilia del intercambiador de cationes / Ca (2+): análisis filogenético e implicaciones estructurales" . Biología Molecular y Evolución . 21 (9): 1692–703. doi : 10.1093 / molbev / msh177 . PMID 15163769 .
- ^ Matsuoka S, Nicoll DA, Reilly RF, Hilgemann DW, Philipson KD (mayo de 1993). "Localización inicial de las regiones reguladoras del intercambiador de Na (+) - Ca2 + sarcolémico cardíaco" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 90 (9): 3870–4. Código Bibliográfico : 1993PNAS ... 90.3870M . doi : 10.1073 / pnas.90.9.3870 . PMC 46407 . PMID 8483905 .
- ^ Besserer GM, Ottolia M, Nicoll DA, Chaptal V, Cascio D, Philipson KD, Abramson J (noviembre de 2007). "El segundo dominio de unión a Ca2 + del intercambiador de Na + Ca2 + es esencial para la regulación: estructuras cristalinas y análisis mutacional" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 104 (47): 18467–72. Código Bibliográfico : 2007PNAS..10418467B . doi : 10.1073 / pnas.0707417104 . PMC 2141800 . PMID 17962412 .
- ^ Nicoll DA, Sawaya MR, Kwon S, Cascio D, Philipson KD, Abramson J (agosto de 2006). "La estructura cristalina del sensor primario de Ca2 + del intercambiador de Na + / Ca2 + revela un nuevo motivo de unión de Ca2 +" . La revista de química biológica . 281 (31): 21577–81. doi : 10.1074 / jbc.C600117200 . PMID 16774926 .
- ^ Liao J, Li H, Zeng W, Sauer DB, Belmares R, Jiang Y (febrero de 2012). "Visión estructural del mecanismo de intercambio iónico del intercambiador de sodio / calcio". Ciencia . 335 (6069): 686–90. Código bibliográfico : 2012Sci ... 335..686L . doi : 10.1126 / science.1215759 . PMID 22323814 . S2CID 206538351 .
- ^ Waight AB, Pedersen BP, Schlessinger A, Bonomi M, Chau BH, Roe-Zurz Z, Risenmay AJ, Sali A, Stroud RM (julio de 2013). "Base estructural para el acceso alterno de un intercambiador de calcio / protones eucariota" . Naturaleza . 499 (7456): 107–10. Código Bib : 2013Natur.499..107W . doi : 10.1038 / nature12233 . PMC 3702627 . PMID 23685453 .
- ^ Nishizawa T, Kita S, Maturana AD, Furuya N, Hirata K, Kasuya G, Ogasawara S, Dohmae N, Iwamoto T, Ishitani R, Nureki O (julio de 2013). "Base estructural para el mecanismo de contra-transporte de un intercambiador H + / Ca2 +". Ciencia . 341 (6142): 168–72. Código Bibliográfico : 2013Sci ... 341..168N . doi : 10.1126 / science.1239002 . PMID 23704374 . S2CID 206549290 .
- ^ Wu M, Tong S, Waltersperger S, Diederichs K, Wang M, Zheng L (julio de 2013). "La estructura cristalina de la proteína antiportadora Ca2 + / H + YfkE revela los mecanismos de salida de Ca2 + y su regulación del pH" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 110 (28): 11367–72. Código Bibliográfico : 2013PNAS..11011367W . doi : 10.1073 / pnas.1302515110 . PMC 3710832 . PMID 23798403 .
- ^ Reuter H, Seitz N (marzo de 1968). "La dependencia de la salida de calcio del músculo cardíaco de la temperatura y la composición de iones externos" . La revista de fisiología . 195 (2): 451–70. doi : 10.1113 / jphysiol.1968.sp008467 . PMC 1351672 . PMID 5647333 .
- ^ Baker PF, Blaustein MP, Hodgkin AL, Steinhardt RA (febrero de 1969). "La influencia del calcio en la salida de sodio en axones de calamar" . La revista de fisiología . 200 (2): 431–58. doi : 10.1113 / jphysiol.1969.sp008702 . PMC 1350476 . PMID 5764407 .
enlaces externos
- Intercambiador de sodio-calcio + en los encabezados de temas médicos (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU .
- Diagrama en cvphysiology.com
- Klabunde, RE. 2007. Conceptos de fisiología cardiovascular: Intercambio de calcio.