钙泵：功能，类型，结构和操作 - 生物学 - 2025

的钙泵是蛋白质性质，是负责钙通过细胞膜的输送的结构。此结构取决于ATP，被认为是ATPase样蛋白，也称为Ca ²⁺ -ATPase。

Ca ²⁺ -ATPase存在于真核生物的所有细胞中，并且对于细胞中的钙稳态至关重要。由于钙分子的运动与其浓度梯度相反，因此该蛋白执行主要的主动转运。

SERCA晶体结构。

资料来源：Wcnsaffo

钙泵的功能

Ca ²⁺在细胞中起重要作用，因此在其中的调节对其正常运作至关重要。通常充当第二使者。

在细胞外空间中，Ca ²⁺浓度比细胞内浓度高约10,000倍。这种离子在细胞质中浓度的增加会触发各种反应，例如肌肉收缩，神经递质的释放和糖原的分解。

有几种从细胞中转移这些离子的方法：被动传输（非特异性出口），离子通道（有利于其电化学梯度的移动），抗支持类型的二次主动传输（Na / Ca）和泵的一次主动传输。依赖ATP。

与其他Ca ²⁺置换机制不同，该泵以矢量形式运行。也就是说，离子仅在一个方向上移动，因此只能通过将其排出来起作用。

该细胞对Ca ²⁺浓度的变化极为敏感。通过表现出它们细胞外浓度的显着差异，因此有效地恢复其正常细胞溶质水平非常重要。

种类

根据动物细胞中的位置，已经描述了三种类型的Ca ²⁺ -ATPases。位于质膜（PMCA）的泵，位于内质网和核膜的泵（SERCA）以及位于高尔基体膜（SPCA）的泵。

SPCA泵还运输高尔基体矩阵中各种酶的辅助因子Mn ²⁺离子。

酵母细胞，其他真核生物和植物细胞呈现出其他类型的非常特殊的Ca ²⁺ -ATPase。

结构体

PMCA泵

在质膜中，我们发现有活性的反门户Na / Ca转运，这是造成静止和活动细胞中大量Ca ²⁺置换的原因。在大多数处于静止状态的细胞中，PMCA泵负责将钙运输到外部。

这些蛋白质由大约1200个氨基酸组成，并具有10个跨膜区段。胞质溶胶中有4个主要单位。第一个单元包含末端氨基。第二个具有基本特性，使其能够与酸性酸性磷脂结合。

在第三个单元中，有一个具有催化功能的天冬氨酸，其“下游”是荧光素异氰酸酯结合带，位于ATP结合域中。

第四单元是钙调蛋白结合结构域，某些激酶（A和C）的识别位点和变构Ca ²⁺结合带。

SERCA泵

SERCA泵在肌肉细胞的肌质网中大量存在，其活动与肌肉运动周期中的收缩和松弛有关。它的功能是将Ca ²⁺从细胞溶质运输到网状基质。

这些蛋白质由具有10个跨膜结构域的一条多肽链组成。它的结构与PMCA蛋白基本相同，但不同之处在于它们在胞质中仅具有三个单元，活性位点位于第三单元。

这种蛋白质的功能需要在离子运输过程中保持电荷平衡。相对于非常高的浓度梯度，两个Ca ²⁺（通过水解的ATP）从胞质溶胶迁移至网状基质。

这种运输以反门户方式发生，因为同时有两个H ⁺从基质直接导入细胞质。

运行机制

SERCA泵

传输机制分为两个状态E1和E2。在E1中，对Ca ²⁺具有高亲和力的结合位点指向细胞质。在E2中，结合位点指向网状腔，对Ca ^2+的亲和力低。转移后，两个Ca ²⁺离子键合。

在Ca ²⁺的结合和转移过程中，发生构象变化，包括蛋白质M结构域的开放，该结构域朝向细胞质。然后，离子更容易结合至所述结构域的两个结合位点。

两个Ca ²⁺离子的结合促进了蛋白质的一系列结构变化。其中，某些域的旋转（域A）重新组织了泵的单元，从而使得朝向网状基质的开口能够释放离子，由于结合位点亲和力的降低，这些离子是未耦合的。

H ⁺质子和水分子稳定了Ca ^2+的结合位点，导致A结构域旋转回到其原始状态，从而封闭了进入内质网的通道。

PMCA泵

这种类型的泵存在于所有真核细胞中，并负责将Ca ²⁺向细胞外空间排出，以保持其在细胞内的浓度稳定。

在这种蛋白质中，Ca ²⁺离子通过水解的ATP 转运。转运受细胞质中钙调蛋白蛋白水平的调节。

通过增加胞质Ca ²⁺的浓度，钙调蛋白的水平会增加，并与钙离子结合。然后，Ca 2 ^+-钙调蛋白复合物组装至PMCA泵的结合位点。泵中发生构象变化，使开口暴露于细胞外空间。

钙离子被释放，恢复细胞内部的正常水平。因此，Ca 2 ^+-钙调蛋白复合物分解，使泵的构型返回其原始状态。

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