POMPA KALSIUM: FUNGSI, JENIS, STRUKTUR DAN OPERASI - BIOLOGI - 2025

The pompa kalsium adalah struktur yang bersifat protein yang bertanggung jawab untuk pengangkutan kalsium melalui membran sel. Struktur ini bergantung pada ATP dan dianggap sebagai protein mirip ATPase, juga disebut Ca ²⁺ -ATPase.

Ca ²⁺ -ATPase ditemukan di semua sel organisme eukariotik dan penting untuk homeostasis kalsium di dalam sel. Protein ini melakukan transpor aktif primer, karena pergerakan molekul kalsium berlawanan dengan gradien konsentrasinya.

Struktur kristalografi SERCA.
Sumber: Wcnsaffo

Fungsi pompa kalsium

Ca ²⁺ memainkan peran penting dalam sel, jadi pengaturannya di dalamnya sangat penting untuk berfungsi dengan baik. Sering bertindak sebagai utusan kedua.

Di ruang ekstraseluler, konsentrasi Ca ²⁺ kira-kira 10.000 kali lebih tinggi daripada di dalam sel. Peningkatan konsentrasi ion ini dalam sitoplasma sel memicu berbagai respons, seperti kontraksi otot, pelepasan neurotransmiter, dan pemecahan glikogen.

Ada beberapa cara untuk mentransfer ion-ion ini dari sel: transpor pasif (keluar nonspesifik), saluran ion (pergerakan yang mendukung gradien elektrokimia), transpor aktif sekunder dari tipe anti-pendukung (Na / Ca), dan transpor aktif primer dengan pompa. Tergantung ATP.

Berbeda dengan mekanisme perpindahan Ca ²⁺ lainnya , pompa beroperasi dalam bentuk vektor. Artinya, ion bergerak hanya dalam satu arah sehingga hanya bekerja dengan mengeluarkannya.

Sel sangat sensitif terhadap perubahan konsentrasi Ca ²⁺ . Dengan menunjukkan perbedaan yang mencolok dengan konsentrasi ekstraselulernya, sangat penting untuk secara efisien mengembalikan level sitosol normalnya.

Jenis

Tiga jenis Ca ²⁺ -ATPases telah dijelaskan dalam sel hewan, menurut lokasinya di dalam sel; pompa yang terletak di membran plasma (PMCA), yang terletak di retikulum endoplasma dan membran inti (SERCA), dan yang ditemukan di membran aparatus Golgi (SPCA).

Pompa SPCA juga mengangkut ion Mn ²⁺ yang merupakan kofaktor berbagai enzim dalam matriks aparatus Golgi.

Sel ragi, organisme eukariotik lain, dan sel tumbuhan menyajikan jenis Ca ²⁺ -ATPase yang sangat khusus.

Struktur

Pompa PMCA

Dalam membran plasma kita menemukan transpor aktif Na / Ca antiportik, yang bertanggung jawab atas perpindahan sejumlah besar Ca ²⁺ dalam sel saat istirahat dan aktivitas. Di sebagian besar sel dalam keadaan istirahat, pompa PMCA bertanggung jawab untuk mengangkut kalsium ke luar.

Protein ini terdiri dari sekitar 1.200 asam amino, dan memiliki 10 segmen transmembran. Ada 4 unit utama di dalam sitosol. Unit pertama berisi gugus amino terminal. Yang kedua memiliki karakteristik dasar, memungkinkannya untuk mengikat fosfolipid asam yang diaktifkan.

Pada unit ketiga terdapat asam aspartat dengan fungsi katalitik, dan "hilir" dari pita pengikat isotosianat fluorescein ini, dalam domain pengikatan ATP.

Di unit keempat adalah domain pengikatan kalmodulin, situs pengenalan kinase tertentu (A dan C) dan pita pengikat Ca ²⁺ alosterik.

Pompa SERCA

Pompa SERCA ditemukan dalam jumlah besar di retikulum sarkoplasma sel otot dan aktivitasnya terkait dengan kontraksi dan relaksasi dalam siklus pergerakan otot. Fungsinya untuk mengangkut Ca ²⁺ dari sitosol sel ke matriks retikulum.

Protein ini terdiri dari satu rantai polipeptida dengan 10 domain transmembran. Strukturnya pada dasarnya sama dengan protein PMCA, tetapi berbeda karena mereka hanya memiliki tiga unit di dalam sitoplasma, situs aktif berada di unit ketiga.

Fungsi protein ini membutuhkan keseimbangan muatan selama pengangkutan ion. Dua Ca ²⁺ (oleh ATP terhidrolisis) dipindahkan dari sitosol ke matriks retikulum, melawan gradien konsentrasi yang sangat tinggi.

Transpor ini terjadi secara antiportal, karena pada saat yang sama dua H ⁺ diarahkan ke sitosol dari matriks.

Mekanisme operasi

Pompa SERCA

Mekanisme transpor dibagi menjadi dua status E1 dan E2. Di E1 situs pengikatan yang memiliki afinitas tinggi untuk Ca ²⁺ diarahkan ke sitosol. Di E2, tempat pengikatan diarahkan ke lumen retikulum, menunjukkan afinitas rendah untuk Ca ²⁺ . Dua ion Ca ²⁺ berikatan setelah transfer.

Selama pengikatan dan pemindahan Ca ²⁺ , terjadi perubahan konformasi, termasuk terbukanya domain M dari protein, menuju ke sitosol. Ion-ion tersebut kemudian mengikat lebih mudah ke dua situs pengikatan domain tersebut.

Penyatuan dua ion Ca ²⁺ mendorong serangkaian perubahan struktural pada protein. Diantaranya rotasi domain tertentu (domain A) yang mengatur ulang unit pompa, memungkinkan pembukaan menuju matriks retikulum untuk melepaskan ion, yang terlepas berkat penurunan afinitas di situs pengikatan.

Proton H ⁺ dan molekul air menstabilkan tempat pengikatan Ca ²⁺ , menyebabkan domain A berputar kembali ke keadaan semula, menutup akses ke retikulum endoplasma.

Pompa PMCA

Pompa jenis ini ditemukan di semua sel eukariotik dan bertanggung jawab untuk pengusiran Ca ²⁺ menuju ruang ekstraseluler untuk menjaga konsentrasinya tetap stabil di dalam sel.

Dalam protein ini, ion Ca ²⁺ diangkut oleh ATP terhidrolisis. Pengangkutan diatur oleh tingkat protein kalmodulin di sitoplasma.

Dengan meningkatkan konsentrasi Ca ²⁺ sitosol, kadar kalmodulin meningkat, yang berikatan dengan ion kalsium. Kompleks Ca ²⁺ -calmodulin kemudian berkumpul ke tempat pengikatan pompa PMCA. Terjadi perubahan konformasi pada pompa yang memungkinkan bukaan terbuka ke ruang ekstraseluler.

Ion kalsium dilepaskan, memulihkan tingkat normal di dalam sel. Akibatnya kompleks Ca ²⁺ -calmodulin terurai, mengembalikan konformasi pompa ke keadaan semula.

Referensi

1. Brini, M., & Carafoli, E. (2009). Pompa kalsium dalam kesehatan dan penyakit. Ulasan fisiologis, 89 (4), 1341-1378.
2. Carafoli, E., & Brini, M. (2000). Pompa kalsium: dasar struktural dan mekanisme transportasi transmembran kalsium. Pendapat saat ini dalam biologi kimia, 4 (2), 152-161.
3. Devlin, TM (1992). Buku teks biokimia: dengan korelasi klinis.
4. Latorre, R. (Ed.). (seribu sembilan ratus sembilan puluh enam). Biofisika dan fisiologi sel. Universitas Sevilla.
5. Lodish, H., Darnell, JE, Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, & Matsudaira, P. (2008). Biologi sel molekuler. Macmillan.
6. Pocock, G., & Richards, CD (2005). Fisiologi manusia: dasar pengobatan. Elsevier Spanyol.
7. Voet, D., & Voet, JG (2006). Biokimia. Panamerican Medical Ed.