칼슘 펌프 : 기능, 유형, 구조 및 작동 - 생물학 - 2026

칼슘 펌프는 세포막을 통한 칼슘의 이동을 담당하는 단백질의 구조 특성이다. 이 구조는 ATP에 의존하며 Ca ²⁺ -ATPase 라고도하는 ATPase 유사 단백질로 간주됩니다 .

Ca ²⁺ -ATPase는 진핵 생물의 모든 세포에서 발견되며 세포의 칼슘 항상성에 필수적입니다. 이 단백질은 칼슘 분자의 이동이 농도 구배에 반하기 때문에 1 차 활성 수송을 수행합니다.

SERCA 결정 구조.
출처 : Wcnsaffo

칼슘 펌프의 기능

Ca ²⁺ 는 세포에서 중요한 역할을하므로 적절한 기능을 위해서는 세포 내에서의 조절이 필수적입니다. 종종 두 번째 메신저 역할을합니다.

세포 외 공간에서 Ca ²⁺ 농도 는 세포 내보다 약 10,000 배 더 높습니다. 세포질에서이 이온의 농도가 증가하면 근육 수축, 신경 전달 물질 방출 및 글리코겐 분해와 같은 다양한 반응이 유발됩니다.

이러한 이온을 세포에서 전달하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. ATP에 따라 다릅니다.

다른 Ca ²⁺ 변위 메커니즘과 달리 펌프는 벡터 형태로 작동합니다. 즉, 이온은 한 방향으로 만 이동하므로이를 배출해야만 작동합니다.

세포는 Ca ²⁺ 농도의 변화에 ​​매우 민감합니다 . 세포 외 농도에 이러한 현저한 차이를 제시함으로써 정상적인 세포질 수준을 효율적으로 복원하는 것이 매우 중요합니다.

종류

세 가지 유형의 Ca ²⁺ -ATPases 가 세포에서의 위치에 따라 동물 세포에서 설명되었습니다 . 원형질막 (PMCA), 소포체 및 핵막 (SERCA)에있는 펌프, 골지체 막 (SPCA)에있는 펌프.

SPCA 펌프는 또한 골지 장치 매트릭스에서 다양한 효소의 보조 인자 인 Mn ²⁺ 이온 을 운반 합니다.

효모 세포, 기타 진핵 생물 및 식물 세포는 다른 유형의 매우 특별한 Ca ²⁺ -ATPases를 나타냅니다.

구조

PMCA 펌프

원형질막에서 우리는 활동적인 항 포름 성 Na / Ca 수송을 발견하는데, 이것은 휴식과 활동에서 세포에서 상당한 양의 Ca ²⁺ 의 변위를 담당 합니다. 휴식 상태에있는 대부분의 세포에서 PMCA 펌프는 칼슘을 외부로 운반하는 역할을합니다.

이 단백질은 약 1,200 개의 아미노산으로 구성되며 10 개의 막 횡단 세그먼트를 가지고 있습니다. 세포질에는 4 개의 주요 단위가 있습니다. 첫 번째 단위는 말단 아미노기를 포함합니다. 두 번째는 기본적인 특성을 가지고있어 활성화 된 산 인지질에 결합 할 수 있습니다.

세 번째 단위에는 촉매 기능을 가진 아스파르트 산이 있으며, ATP 결합 도메인에있는 플루오 레세 인 동위 원소 결합 밴드의 "하류"가 있습니다.

네 번째 단위는 칼 모둘 린 결합 도메인, 특정 키나제 (A 및 C)의 인식 부위 및 알로 스테 릭 Ca ²⁺ 결합 밴드 입니다.

SERCA 펌프

SERCA 펌프는 근육 세포의 sarcoplasmic reticulum에서 대량으로 발견되며 그 활동은 근육 운동주기의 수축 및 이완과 관련이 있습니다. 그 기능은 세포 세포질에서 세망 매트릭스로 Ca ²⁺ 를 수송 하는 것입니다.

이러한 단백질은 10 개의 막 횡단 도메인이있는 단일 폴리펩티드 사슬로 구성됩니다. 그 구조는 기본적으로 PMCA 단백질의 구조와 동일하지만 세포질 내에 3 개의 단위 만 있고 활성 부위는 세 번째 단위에 있다는 점이 다릅니다.

이 단백질의 기능은 이온 수송 중 전하 균형을 필요로합니다. 2 개의 Ca ²⁺ (가수 분해 된 ATP에 의해)는 매우 높은 농도 구배에 대해 세포질에서 세망 매트릭스로 옮겨집니다.

이 수송은 동시에 두 개의 H ⁺ 가 매트릭스에서 세포질 로 향하기 때문에 antiportal 방식으로 발생합니다 .

작동 메커니즘

SERCA 펌프

전송 메커니즘은 E1과 E2의 두 가지 상태로 나뉩니다. E1에서 Ca ²⁺ 에 대한 높은 친 화성을 갖는 결합 부위 는 세포질을 향합니다. E2에서 결합 부위는 세망의 내강을 향하여 Ca ^2+에 대한 낮은 친 화성을 나타 냅니다. 두 개의 Ca ²⁺ 이온 은 이동 후 결합합니다.

Ca ²⁺ 의 결합 및 전달 동안 세포질을 향하는 단백질의 M 도메인의 개방을 포함하여 구조적 변화가 발생합니다. 그런 다음 이온은 상기 도메인의 두 결합 부위에 더 쉽게 결합합니다.

두 개의 Ca ²⁺ 이온의 결합은 단백질의 일련의 구조적 변화를 촉진합니다. 그중에서 펌프의 단위를 재구성하는 특정 도메인 (도메인 A)의 회전은 결합 부위의 친화력 감소로 인해 결합되지 않은 이온을 방출하는 세망 매트릭스를 향한 개방을 가능하게합니다.

H ⁺ 양성자 와 물 분자는 Ca ²⁺ 결합 부위를 안정화 시켜 A 도메인이 원래 상태로 돌아가 소포체에 대한 접근을 막습니다.

PMCA 펌프

이 유형의 펌프는 모든 진핵 세포에서 발견되며 세포 내에서 농도를 안정적으로 유지하기 위해 세포 외 공간으로 Ca ²⁺ 의 배출을 담당합니다 .

이 단백질에서 Ca ²⁺ 이온은 가수 분해 된 ATP에 의해 운반 됩니다. 수송은 세포질의 칼 모둘 린 단백질 수준에 의해 조절됩니다.

세포질 Ca ²⁺ 의 농도를 증가 시키면 칼 모둘 린 수치가 증가하여 칼슘 이온에 결합합니다. Ca ²⁺ -calmodulin 복합체 는 PMCA 펌프의 결합 부위에 조립됩니다. 펌프에서 구조적 변화가 발생하여 개구부가 세포 외 공간에 노출 될 수 있습니다.

칼슘 이온이 방출되어 세포 내부의 정상 수준을 회복합니다. 결과적으로 Ca ²⁺ -calmodulin 복합체가 분해되어 펌프의 형태를 원래 상태로 되돌립니다.

참고 문헌

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). 건강과 질병에 칼슘 펌프. 생리 학적 검토, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). 칼슘 펌프 : 칼슘 막 횡단 수송의 구조적 기초 및 메커니즘. 화학 생물학의 현재 의견, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). 생화학 교과서 : 임상 상관 관계.
4. Latorre, R. (Ed.). (1996 년). 생물 물리학 및 세포 생리학. 세비야 대학교.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). 분자 세포 생물학. 맥밀란.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). 인간 생리학 : 의학의 기초. 엘스 비어 스페인.
7. Voet, D. 및 Voet, JG (2006). 생화학. Panamerican Medical Ed.