Bomba de cálcio: funções, tipos, estrutura e operação

A bomba de cálcio é uma estrutura de natureza proteica responsável pelo transporte de cálcio através das membranas celulares. Essa estrutura depende do ATP e é considerada uma proteína do tipo ATPase, também chamada Ca 2+ -ATPase.

O Ca 2+ -ATPase é encontrado em todas as células de organismos eucarióticos e é essencial para a homeostase do cálcio na célula. Essa proteína realiza um transporte ativo primário, uma vez que o movimento das moléculas de cálcio vai contra seu gradiente de concentração.

Bomba de cálcio: funções, tipos, estrutura e operação 1

Estrutura cristalográfica SERCA.
Fonte: Wcnsaffo [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)]

Funções da bomba de cálcio

O Ca 2+ desempenha papéis importantes na célula, portanto sua regulação dentro deles é essencial para o seu bom funcionamento. Freqüentemente, atua como um segundo mensageiro.

Nos espaços extracelulares, a concentração de Ca 2+ é aproximadamente 10.000 vezes superior à das células. Um aumento na concentração desse íon no citoplasma celular desencadeia várias respostas, como contrações musculares, liberação de neurotransmissores e degradação do glicogênio.

Existem várias maneiras de transferir esses íons das células: transporte passivo (saída inespecífica), canais de íons (movimento a favor de seu gradiente eletroquímico), transporte ativo secundário do tipo anti-suporte (Na / Ca) e transporte ativo primário com a bomba Dependente de ATP.

Diferentemente dos outros mecanismos de deslocamento de Ca 2+ , a bomba opera de maneira vetorial. Ou seja, o íon se move em apenas uma direção, de modo que só funciona expelindo-os.

A célula é extremamente sensível a alterações na concentração de Ca 2+ . Ao apresentar uma diferença tão acentuada com sua concentração extracelular, é importante restaurar com eficiência seus níveis citosólicos normais.

Tipos

Três tipos de Ca 2+ -ATPases foram descritos 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 encontradas na membrana do aparelho de Golgi (SPCA).

As bombas SPCA também carregam íons Mn 2+ que são co-fatores de várias enzimas na matriz do aparelho de Golgi.

As células de levedura, outros organismos eucarióticos e células vegetais têm outros tipos de Ca 2+ -ATPas muito particulares.

Estrutura

Bomba PMCA

Na membrana plasmática, encontramos o transporte ativo antipórtico Na / Ca, sendo responsável pelo deslocamento de uma quantidade significativa de Ca 2+ nas células e atividade em repouso. Na maioria das células em estado de repouso, o responsável pelo transporte do cálcio para fora é a bomba PMCA.

Essas proteínas são compostas por cerca de 1.200 aminoácidos e possuem 10 segmentos transmembranares. No citosol existem 4 unidades principais. A primeira unidade contém o grupo amino-terminal. O segundo possui características básicas, que permitem a ativação de fosfolipídios ácidos.

Na terceira unidade, encontra-se um ácido aspártico com função catalítica e, a jusante, uma banda de ligação ao isotocianato de fluoresceína, no domínio de ligação do ATP.

Na quarta unidade, encontra-se o domínio de ligação à calmodulina, os locais de reconhecimento de certas cinases (A e C) e as bandas alostéricas de ligação ao Ca 2+ .

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 Ca 2+ do citosol da célula para a matriz do retículo.

Essas proteínas consistem em uma única cadeia polipeptídica com 10 domínios transmembranares. Sua estrutura é basicamente a mesma que as proteínas PMCA, mas difere por terem apenas três unidades no citoplasma, sendo o local ativo na terceira unidade.

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

Esse transporte ocorre de maneira antipórtica, pois ao mesmo tempo dois H + são direcionados para o citosol a partir da matriz.

Mecanismo de operação

Bombas SERCA

O mecanismo de transporte é dividido em dois estados E1 e E2. Em E1, os locais de ligação que possuem alta afinidade por Ca2 + são direcionados para o citosol. Em E2, os locais de ligação são direcionados para o lúmen do retículo, apresentando baixa afinidade por Ca 2+ . Os dois íons Ca 2+ se ligam após a transferência.

Durante a ligação e transferência de Ca 2+ , ocorrem alterações conformacionais, incluindo a abertura do domínio M da proteína, que é voltado para o citosol. Os íons se ligam mais facilmente aos dois locais de ligação do referido domínio.

A união dos dois íons Ca 2+ promove uma série de mudanças estruturais na proteína. Entre eles, a rotação de certos domínios (domínio A) que reorganiza as unidades de bomba, permitindo a abertura em direção à matriz do retículo para liberar os íons, que são dissociados graças à diminuição da afinidade nos locais de ligação.

Os prótons H + e as moléculas de água estabilizam o local de ligação ao Ca 2+ , fazendo com que o domínio A gire de volta ao seu estado original, fechando o acesso ao retículo endoplasmático.

Bombas PMCA

Esses tipos de bombas são encontrados em todas as células eucarióticas e são responsáveis ​​pela expulsão de Ca 2+ para o espaço extracelular, a fim de manter sua concentração estável dentro das células.

Nesta proteína, um íon Ca2 + é transportado pelo ATP hidrolisado. O transporte é regulado pelos níveis de proteína calmodulina no citoplasma.

Ao aumentar a concentração de Ca 2+ citosólico, os níveis de calmodulina aumentam, os quais se ligam aos íons cálcio. O complexo Ca2 + -calmodulina é então montado no local de junção da bomba PMCA. Há uma alteração conformacional 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 desmontado, retornando a conformação da bomba ao seu estado original.

Referências

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