Натрий-кальциевый обменник - Sodium-calcium exchanger - Wikipedia

семейство носителей растворенных веществ 8 (обменник натрия / кальция), член 1
Идентификаторы
СимволSLC8A1
Альт. символыNCX1
Ген NCBI6546
HGNC11068
OMIM182305
RefSeqNM_021097
UniProtP32418
Прочие данные
LocusChr. 2 p23-p21
семейство носителей растворенных веществ 8 (натрий-кальциевый обменник), член 2
Идентификаторы
СимволSLC8A2
Ген NCBI6543
HGNC11069
OMIM601901
RefSeqNM_015063
UniProtQ9UPR5
Прочие данные
LocusChr. 19 q13.2
семейство носителей растворенных веществ 8 (натрий-кальциевый обменник), член 3
Идентификаторы
СимволSLC8A3
Ген NCBI6547
HGNC11070
OMIM607991
RefSeqNM_033262
UniProtP57103
Прочие данные
LocusChr. 14 q24.1
"Ncx" перенаправляется сюда. Для NCX см. NCX (значения).

В натрий-кальциевый обменник (часто обозначается Na+/ Ca2+ обменник, обменный белок, или же NCX) является антипортер мембранный белок это удаляет кальций из ячеек. Он использует энергию, которая хранится в электрохимический градиент натрия (Na+), позволяя Na+ течь по его градиенту через плазматическая мембрана в обмен на встречный транспорт кальций ионы (Ca2+). Один ион кальция экспортируется за импорт трех ионов натрия.[1] Обменник существует во многих различных типах клеток и видах животных.[2] NCX считается одним из наиболее важных клеточных механизмов удаления Ca2+.[2]

Обменник обычно находится в плазматических мембранах, митохондриях и эндоплазматический ретикулум возбудимых клеток.[3][4]

Функция

Обменник натрия-кальция - только одна из систем, с помощью которых цитоплазматическая концентрация ионов кальция в клетке поддерживается низкой. Обменник не очень прочно связывается с Ca2+ (имеет низкое сродство), но может транспортировать ионы быстро (имеет большую емкость), транспортируя до пяти тысяч Са2+ ионов в секунду.[5] Следовательно, для этого требуются большие концентрации Ca2+ быть эффективным, но полезно для избавления клетки от большого количества Ca2+ в короткие сроки, как это необходимо в нейрон после потенциал действия. Таким образом, обменник также, вероятно, играет важную роль в восстановлении нормальной концентрации кальция в клетке после эксайтотоксический оскорблять.[3] Такой первичный переносчик ионов кальция присутствует в плазматической мембране большинства клеток животных. Другой, более распространенный трансмембранный насос который экспортирует кальций из клетка это плазматическая мембрана Ca2+ АТФаза (PMCA), который имеет гораздо более высокое сродство, но гораздо меньшую емкость. Поскольку PMCA способен эффективно связываться с Ca2+ даже когда его концентрации довольно низкие, он лучше подходит для задачи поддержания очень низких концентраций кальция, которые обычно присутствуют в клетке.[6] Затем+/ Ca2+ обменник дополняет высокое сродство, низкую емкость Ca2+-ATPase и вместе они участвуют во множестве клеточных функций, включая:

Обменник также участвует в нарушении сердечной электрической проводимости, известном как с задержкой после деполяризации.[7] Считается, что внутриклеточное накопление Са2+ вызывает активацию Na+/ Ca2+ обменник. Результатом является кратковременный приток чистого положительного заряда (вспомните 3 Na+ дюйм, 1 Ca2+ out), вызывая клеточную деполяризацию.[7] Эта аномальная клеточная деполяризация может привести к сердечной аритмии.

Обратимость

Поскольку транспорт является электрогенным (изменяет мембранный потенциал), деполяризация мембраны может изменить направление обменника, если клетка достаточно деполяризована, что может происходить в эксайтотоксичность.[1] Кроме того, как и в случае с другими транспортными белками, количество и направление транспорта зависят от градиентов трансмембранного субстрата.[1] Этот факт может быть защитным, потому что увеличение внутриклеточного Ca2+ концентрации, которые возникают при эксайтотоксичности, могут активировать обменник в прямом направлении даже в присутствии пониженного внеклеточного Na+ концентрация.[1] Однако это также означает, что когда внутриклеточные уровни Na+ поднимается выше критической точки, NCX начинает импортировать Ca2+.[1][8][9] NCX может работать как в прямом, так и в обратном направлении одновременно в разных областях ячейки, в зависимости от комбинированного воздействия Na.+ и Ca2+ градиенты.[1] Этот эффект может продлевать переходные процессы кальция после всплесков нейрональной активности, тем самым влияя на обработку нейрональной информации.[10][11]

Na+/ Ca2+ обменник в сердечном потенциале действия

Способность Na+/ Ca2+ обменник на обратное направление потока проявляется во время потенциал сердечного действия. Из-за деликатной роли, которую Ca2+ играет в сокращении сердечных мышц, клеточная концентрация Са2+ тщательно контролируется. В состоянии покоя Na+/ Ca2+ обменник использует преимущества большого внеклеточного градиента концентрации Na +, чтобы помочь перекачивать Ca2+ из клетки.[12] Фактически, Na+/ Ca2+ обменник находится в Ca2+ положение оттока большую часть времени. Однако во время подъема потенциал сердечного действия есть большой приток Na+ ионы. Это деполяризует клетку и сдвигает мембранный потенциал в положительном направлении. Результатом является значительное увеличение внутриклеточного [Na+]. Это вызывает инверсию Na+/ Ca2+ теплообменник к насосу Na+ ионы из клетки и Ca2+ ионы в клетку.[12] Однако это изменение направления обменника длится лишь кратковременно из-за внутреннего повышения [Ca2+] в результате притока Са2+ сквозь Кальциевый канал L-типа, и теплообменник возвращается в прямое направление потока, откачивая Ca2+ из клетки.[12]

Пока обменник нормально работает в Ca2+ положение отвода (за исключением раннего в потенциале действия), определенные условия могут ненормально переключить теплообменник на обратное (Ca2+ приток, Na+ отток) положение. Ниже перечислены некоторые клеточные и фармацевтические условия, при которых это происходит.[12]

  • Внутренний [Na+] выше, чем обычно (например, когда препараты гликозида наперстянки блокируют Na+/ К+ -ATPase насос.)
  • В саркоплазматический ретикулум выпуск Ca2+ заблокирован.
  • Другой Ca2+ каналы притока заблокированы.
  • Если продолжительность потенциала действия продлена.

Структура

На основе вторичная структура и прогнозы гидрофобности, Первоначально предполагалось, что NCX будет иметь 9 трансмембранные спирали.[13] Считается, что семья возникла из дупликация гена событие из-за очевидной псевдосимметрии внутри первичной последовательности трансмембранного домена.[14] Между псевдосимметричными половинками вставлена ​​цитоплазматическая петля, содержащая регуляторные домены.[15] Эти регуляторные домены имеют C2 домен подобные структуры и отвечают за регулирование кальция.[16][17] В последнее время структура архей Ортолог NCX был решен Рентгеновская кристаллография.[18] Это наглядно демонстрирует димерный транспортер 10 трансмембранных спиралей с ромбовидным сайтом для связывания субстрата. На основе структуры и структурной симметрии была предложена модель чередования доступа с ионной конкуренцией на активном центре. Структуры трех родственных протон-кальциевых обменников (CAX) были решены из дрожжи и бактерии. Будучи структурно и функционально гомологичными, эти структуры иллюстрируют новые олигомерный структуры, соединение субстратов и регулирование.[19][20][21]

История

В 1968 г. Х. Рейтер и Н. Зейтц опубликовали данные о том, что когда На+ удаляется из среды, окружающей клетку, отток Са2+ ингибируется, и они предположили, что может существовать механизм обмена двумя ионами.[2][22] В 1969 году группа под руководством П.Ф. Бейкера экспериментировала с использованием аксоны кальмаров опубликовал открытие, предполагающее, что существует средство Na+ выход из ячеек, кроме натриево-калиевый насос.[2][23]Наперстянка, более известная как наперстянка, как известно, сильно влияет на Na / K-АТФазу, в конечном итоге вызывая более сильное сокращение сердца. Растение содержит соединения, которые подавляют натрий-калиевый насос, который снижает электрохимический градиент натрия. Это делает выкачивание кальция из клетки менее эффективным, что приводит к более сильному сокращению сердца. Людям со слабым сердцем иногда предлагают перекачивать сердце с большей сократительной силой. Однако он также может вызвать гипертонию, поскольку увеличивает сократительную силу сердца.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж Ю. С., Чой Д. В. (июнь 1997 г.). «Обменные токи Na (+) - Ca2 + в корковых нейронах: одновременное прямое и обратное действие и действие глутамата». Европейский журнал нейробиологии. 9 (6): 1273–81. Дои:10.1111 / j.1460-9568.1997.tb01482.x. PMID  9215711. S2CID  23146698.
  2. ^ а б c d DiPolo R, Beaugé L (январь 2006 г.). «Обменник натрия / кальция: влияние регуляции метаболизма на взаимодействия ионных переносчиков». Физиологические обзоры. 86 (1): 155–203. Дои:10.1152 / физрев.00018.2005. PMID  16371597.
  3. ^ а б Kiedrowski L, Brooker G, Costa E, Wroblewski JT (февраль 1994 г.). «Глутамат ухудшает экструзию кальция в нейронах, уменьшая градиент натрия». Нейрон. 12 (2): 295–300. Дои:10.1016/0896-6273(94)90272-0. PMID  7906528. S2CID  38199890.
  4. ^ Паттерсон М., Снейд Дж., Фрил Д.Д. (январь 2007 г.). «Вызванные деполяризацией кальциевые реакции в симпатических нейронах: относительные вклады от входа Ca2 +, экструзии, поглощения и высвобождения Ca2 + в ER / митохондриях и буферизации Ca2 +». Журнал общей физиологии. 129 (1): 29–56. Дои:10.1085 / jgp.200609660. ЧВК  2151609. PMID  17190902.
  5. ^ Карафоли Е., Сантелла Л., Бранка Д., Брини М. (апрель 2001 г.). «Генерация, контроль и обработка сигналов клеточного кальция». Критические обзоры в биохимии и молекулярной биологии. 36 (2): 107–260. Дои:10.1080/20014091074183. PMID  11370791. S2CID  43050133.
  6. ^ Siegel, GJ; Agranoff, BW; Альберс, RW; Фишер, СК; Uhler, MD, редакторы (1999). Основы нейрохимии: молекулярные, клеточные и медицинские аспекты (6-е изд.). Филадельфия: Липпинкотт, Уильямс и Уилкинс. ISBN  0-7817-0104-X.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  7. ^ а б Lilly, L: «Патофизиология сердечных заболеваний», глава 11: «Механизмы сердечных аритмий», Lippencott, Williams and Wilkens, 2007
  8. ^ Биндокас В.П., Миллер Р.Дж. (ноябрь 1995 г.). «Эксайтотоксическая дегенерация инициируется в неслучайных участках культивированных нейронов мозжечка крыс». Журнал неврологии. 15 (11): 6999–7011. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.15-11-06999.1995. ЧВК  6578035. PMID  7472456. S2CID  25625938.
  9. ^ Вольф Дж.А., Стис П.К., Лусарди Т., Мини Д., Смит Д.Х. (март 2001 г.). «Травматическое повреждение аксонов вызывает приток кальция, регулируемый чувствительными к тетродотоксину натриевыми каналами». Журнал неврологии. 21 (6): 1923–30. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.21-06-01923.2001. ЧВК  6762603. PMID  11245677. S2CID  13912728.
  10. ^ Зильберталь, Асаф; Кахан, Анат; Бен-Шауль, Йорам; Яром, Йосеф; Вагнер, Шломо (2015-12-16). «Длительная внутриклеточная динамика Na + регулирует электрическую активность в митральных клетках дополнительных обонятельных луковиц». PLOS Биология. 13 (12): e1002319. Дои:10.1371 / journal.pbio.1002319. ISSN  1545-7885. ЧВК  4684409. PMID  26674618.
  11. ^ Шойс, Фолькер; Ясуда, Рёхей; Собчик, Александр; Свобода, Карел (02.08.2006). «Нелинейная передача сигналов [Ca2 +] в дендритах и ​​шипах, вызванная зависимой от активности депрессией экструзии Ca2 +». Журнал неврологии. 26 (31): 8183–8194. Дои:10.1523 / JNEUROSCI.1962-06.2006. ISSN  0270-6474. ЧВК  6673787. PMID  16885232.
  12. ^ а б c d Bers DM (январь 2002 г.). «Связь возбуждения-сокращения сердца». Природа. 415 (6868): 198–205. Bibcode:2002Натура.415..198Б. Дои:10.1038 / 415198a. PMID  11805843. S2CID  4337201.
  13. ^ Николл Д.А., Оттолия М., Филипсон К.Д. (ноябрь 2002 г.). «К топологической модели обменника NCX1». Летопись Нью-Йоркской академии наук. 976 (1): 11–8. Bibcode:2002НЯСА.976 ... 11Н. Дои:10.1111 / j.1749-6632.2002.tb04709.x. PMID  12502529. S2CID  21425718.
  14. ^ Cai X, Lytton J (сентябрь 2004 г.). «Надсемейство катионов / Са (2+) обменников: филогенетический анализ и структурные последствия». Молекулярная биология и эволюция. 21 (9): 1692–703. Дои:10.1093 / молбев / мш177. PMID  15163769.
  15. ^ Мацуока С., Николл Д.А., Рейли Р.Ф., Хильгеманн Д.В., Филипсон К.Д. (май 1993 г.). «Первоначальная локализация регуляторных областей Na (+) - Ca2 + обменника сердечной сарколеммы». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 90 (9): 3870–4. Bibcode:1993ПНАС ... 90.3870М. Дои:10.1073 / пнас.90.9.3870. ЧВК  46407. PMID  8483905.
  16. ^ Бессерер Г.М., Оттолия М., Николл Д.А., Чапталь V, Кашио Д., Филипсон К.Д., Абрамсон Дж. (Ноябрь 2007 г.). «Второй Са2 + -связывающий домен обменника Na + Ca2 + необходим для регуляции: кристаллических структур и мутационного анализа». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 104 (47): 18467–72. Bibcode:2007PNAS..10418467B. Дои:10.1073 / pnas.0707417104. ЧВК  2141800. PMID  17962412.
  17. ^ Николл Д.А., Савая М.Р., Квон С., Кашио Д., Филипсон К.Д., Абрамсон Дж. (Август 2006 г.). «Кристаллическая структура первичного сенсора Ca2 + обменника Na + / Ca2 + выявляет новый мотив связывания Ca2 +». Журнал биологической химии. 281 (31): 21577–81. Дои:10.1074 / jbc.C600117200. PMID  16774926.
  18. ^ Ляо Дж., Ли Х., Цзэн В., Зауэр Д.Б., Белмарес Р., Цзян Ю. (февраль 2012 г.). «Структурное понимание механизма ионного обмена в обменнике натрия / кальция». Наука. 335 (6069): 686–90. Bibcode:2012Sci ... 335..686L. Дои:10.1126 / science.1215759. PMID  22323814. S2CID  206538351.
  19. ^ Уэйт А.Б., Педерсен Б.П., Шлессинджер А., Бономи М., Чау Б.Х., Роу-Цурц З., Рисенмей А.Дж., Сали А., Страуд Р.М. (июль 2013 г.). «Структурная основа для попеременного доступа кальций / протонного обменника эукариот». Природа. 499 (7456): 107–10. Bibcode:2013Натура.499..107Вт. Дои:10.1038 / природа12233. ЧВК  3702627. PMID  23685453.
  20. ^ Нисидзава Т., Кита С., Матурана А.Д., Фуруя Н., Хирата К., Касуя Г., Огасавара С., Дохмае Н., Ивамото Т., Иситани Р., Нуреки О. (июль 2013 г.). «Структурная основа механизма встречного транспорта обменника H + / Ca2 +». Наука. 341 (6142): 168–72. Bibcode:2013Наука ... 341..168N. Дои:10.1126 / science.1239002. PMID  23704374. S2CID  206549290.
  21. ^ Ву М., Тонг С., Вальтерспергер С., Дидерикс К., Ван М., Чжэн Л. (июль 2013 г.). «Кристаллическая структура Ca2 + / H + антипортерного белка YfkE раскрывает механизмы оттока Ca2 + и его регуляцию pH». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 110 (28): 11367–72. Bibcode:2013PNAS..11011367W. Дои:10.1073 / пнас.1302515110. ЧВК  3710832. PMID  23798403.
  22. ^ Reuter H, Seitz N (март 1968 г.). «Зависимость оттока кальция из сердечной мышцы от температуры и внешнего ионного состава». Журнал физиологии. 195 (2): 451–70. Дои:10.1113 / jphysiol.1968.sp008467. ЧВК  1351672. PMID  5647333.
  23. ^ Бейкер П.Ф., Блаустейн М.П., ​​Ходжкин А.Л., Стейнхардт Р.А. (февраль 1969 г.). «Влияние кальция на отток натрия в аксонах кальмаров». Журнал физиологии. 200 (2): 431–58. Дои:10.1113 / jphysiol.1969.sp008702. ЧВК  1350476. PMID  5764407.

внешняя ссылка