Кафедра биохимии РОЛЬ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И МИГРАЦИЯ КАЛЬЦИЯ В КЛЕТКЕ
Роль кальция в организме Основной строительный материал для твёрдых минерализованных тканей (входит в состав гидроксиапатита Ca 10(PO 4)6(OH)2) Участник мышечного сокращения (связывание с тропонином, активация каталитических центров для расщепления АТФ на головках миозина) Участник процесса свертывания крови (IV фактор свёртывания, активирует протромбиназу, превращение протромбина в тромбин, ингибирует фибринолиз) КАЛЬЦИЙ Участник формирования возбуждения в клетке (формирует фазу роста потенциала действия в нейронах, определяет возбудимость клеточной мембраны) Посредник в передаче гормонального сигнала (выполняет роль вторичного и третичного мессенджера) Аллостерический модулятор активности более 300 ферментов (активирует АТФазу, киназу фосфорилазы, фосфодиэстеразу, ингибирует енолазу, дипептидазы)
Распределение кальция I пул – экстрацеллюлярный кальций (кальций внеклеточного пространства). II пул – интрацеллюлярный кальций (внутриклеточный кальций). III пул – кальций внутриклеточного пространства (кальций митохондрий и ЭПР)
Кальцийсвязывающие белки Депонирующие белки (кальсеквестрин, кальрегулин, кальретикулин) Каналообразующие белки (Са 2+-АТФаза) Функциональные белки (тропонин С, кальмодулин)
Миграция кальция 1. Медленные потенциалозависимые кальциевые каналы сарколеммы L-типа 2 4 Na+-K+-АТФ-аза Na+ 3. Ca 2+-АТФаза сарколеммы Ca 2+ 1 3 5 2. Кальциевые каналы саркоплазматического ретикулума, связанные с рианодиновым рецептором K+ Na+ 4. Ca 2+-АТФаза саркоплазматического ретикулума 5. Na+/Ca 2+-обменник
Потенциалозависимые кальциевые каналы Состав: o Входные ворота o Пора o o Виды: L-типа N-типа P-типа T-типа Потенциалозависимый кальциевый канал L- типа носит название дигидропиридинового рецептора, т. к. чувствителен к действию дигидропиридинов. Цитоплазматическая петля, формирующая ножку, которая является сенсором напряжения, взаимодействующим с рианодиновым рецептором
Рианодиновый рецептор Рианодиновые рецепторы (Ry. R) особый тип хемоактивируемых Са 2+-каналов, имеющихся в мембране саркоплазматического ретикулума. Выполняют важнейшую функцию сопряжения потенциала действия с мышечным сокращением. Ry. R активируется: Са 2+ (в микромолярных концентрациях), АТФ, кофеином, жирными кислотами, рианодином (в низкой концентрации). Ryania speciosa Рианодин – алкалоид растительного происхождения Ry. R инактивируется: Са 2+ (в миллимолярных концентрациях), рианодином (в высокой концентрации). Изоформы рецепторов, кодируемые разными генами. Ry. R 1 – в скелетной мускулатуре, Ry. R 2 – в миокарде, Ry. R 3 – в головном мозге и диафрагме. В скелетных мышцах рианодиновые рецепторы активируются посредством специализированного механизма прямого электромеханического сопряжения, а сокращение сердечной мышцы запускается по механизму Са 2+-индуцированного выброса Са 2+.
Рианодиновый рецептор Трехмерная модель рианодинового рецептора, построенная по данным электронной микроскопии Цитоплазматический домен Вид сбоку Гидрофобная часть, погруженная в мембрану СПР Центральный ионопроводящий канал Вид со стороны цитоплазмы Радиальный ионопроводящий канал Базальная платформа Вид со стороны мембраны
Рианодиновый рецептор А Б Ca 2+ В Механизм высвобождения из цистерн саркоплазматического ретикулума. А - рецептор рианодина в мембране цистерны связан с Са 2+-каналом. Работу канала контролируют рецепторы дигидропиридина плазмолеммы, в ответ на деполяризацию активирующие рецепторы рианодина, что и приводит к высвобождению Ca 2+ (скелетные мышцы); Б - рецептор рианодина в мембране цистерны непосредственно не связан с белками плазмолеммы, но активируется Ca 2+ при незначительном повышении концентрации этого катиона в цитозоле за счёт поступления в клетку через потенциалозависимые Ca 2+-каналы (миокард); В - Ca 2+ освобождается из цистерн при активации рецепторов ИТФ. Этот второй посредник образуется при участии фосфолипазы C в ответ на взаимодействие агониста со своим рецептором в плазмолемме (гладкие мышцы)
Рианодиновый рецептор А Б В Механизм высвобождения Ca 2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума. А - рецептор рианодина в мембране цистерны связан с Са 2+-каналом. Работу канала контролируют рецепторы дигидропиридина плазмолеммы, в ответ на деполяризацию активирующие рецепторы рианодина, что и приводит к высвобождению Ca 2+ (скелетные мышцы); Б - рецептор рианодина в мембране цистерны непосредственно не связан с белками плазмолеммы, но активируется Ca 2+ при незначительном повышении концентрации этого катиона в цитозоле за счёт поступления в клетку через потенциалозависимые Ca 2+-каналы (миокард); В - Ca 2+ освобождается из цистерн при активации рецепторов ИТФ. Этот второй посредник образуется при участии фосфолипазы C в ответ на взаимодействие агониста со своим рецептором в плазмолемме (гладкие мышцы)
Ca 2+-АТФаза Механизм работы Са 2+-АТФазы. (1) - Когда протеин находится в исходной конформации, два иона Ca 2+ по очереди связываются с высокоаффинными участками поверхности протеина, обращенной в сторону цитозоля. Затем АТФ связывается с другим определенным участком поверхности протеина, обращенной в сторону цитозоля. (2) - Одновременное присутствие ионов Ca 2+ и Mg 2+-АТФ запускает гидролиз АТФ. (3) - Освобожденный фосфат (концевая фосфатная группа в АТФ) переносится от АТФ к карбоксильной группе остатка аспарагиновой кислоты протеина (фосфорилирование белка по карбоксильной группе аспарагиновой кислоты), формируя высокоэнергетическую ацилфосфатную связь. (4) - Происходит образование фосфорилированного протеина (или ферментфосфатного комплекса). Это изменение конформации протеина ведет к одновременному проталкиванию двух ионов Ca 2+ на другую сторону протеина и соответственно мембраны.
Na+/Ca 2+-обменник Натрий-кальциевый обменник трансмембранный белок цитоплазматической мембраны, транспортирующий ионы кальция из клетки в обмен на ионы натрия, которые поступают в клетку (механизм антипорта). Обменник использует энергию, накопленную в электрохимическом градиенте натрия, пропуская три иона Na+ в клетку по градиенту концентрации и выводя один ион Ca 2+ из клетки против градиента концентрации (вторично-активный транспорт). Эта система работает обратимо: при искусственном понижении внеклеточной концентрации Na+ либо при повышении концентрации этого иона в цитоплазме может происходить вход Са 2+ снаружи в обмен на внутриклеточный натрий. Поскольку этот процесс является электрогенным, он в большой степени зависит от мембранного потенциала: деполяризация мембраны наряду с уменьшением трансмембранного градиента ионов натрия также способствует входу Са 2+ в клетку.
Механизм сокращения Тропомиозин и тропонин в отсутствие ионов кальция блокируют связывание миозина с актином. При связывании ионов кальция конформация тропонинтропомиозинового комплекса изменяется, что позволяет миозину связываться с актином.
Сокращение кардиомиоцита Изменение заряда мембраны Открытие потенциалозависимых каналов сарколеммы Поступление «внешних» ионов кальция в саркоплазму Активация рианодинового рецептора СПР Выход ионов кальция из СПР Увеличение содержания ионов кальция в саркоплазме Взаимодействие кальция с тропонином Снятие блокирующего действия тропонина Сокращение кардиомиоцита
Расслабление кардиомиоцита Увеличение содержания кальция в цитозоле Торможение процесса освобождения ионов кальция Активация обратного захвата кальция в СПР Сокращение Активация обмена ионами на сарколемме: 2+ выходят из клетки, а ионы Са ионы Na+ входят в саркоплазму. Поддержание концентрационного градиента осуществляется за счёт Na+, К+АТФазы. Уменьшение концентрации кальция в цитозоле Диссоциация комплекса «кальций-тропомиозин» Тропомиозин подавляет сцепление актина и миозина Расслабление кардиомиоцита
Механизм сокращения В общем объёме кальция, обеспечивающего сокращение, на долю межклеточного кальция приходится 20%, на долю саркоплазматического кальция – 80% кальция возвращаются в полость саркоплазматического ретикулума, 15% выходят из клетки за счёт работы Na+/Ca 2+-обменника, 5% - за счёт работы Са 2+-АТФазы.
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
Скачать презентацию Кафедра биохимии РОЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И МИГРАЦИЯ КАЛЬЦИЯ В
РОЛЬ, РАСПРЕДЕЛЕНИЕ.ppt