Строение и свойства кальциевых каналов Эукариотические клетки

Строение и свойства кальциевых каналов

Эукариотические клетки содержат системы транспорта кальция: • В плазматической мембране • В митохондриях • В эндоплазматическом ретикулуме Плазматическая мембрана содержит три системы: • Са 2+-каналы. • Специфичная АТФ-аза • Na+-Сa 2+ обменник.

Кальциевые каналы Осуществляется вход Сa 2+по градиенту концентрации. Повышение концентрации кальция в цитоплазме происходит при открывании кальциевых каналов и входе Сa 2+ в клетку. При активации каналы образуют мгновенные ионоселективные поры, через которые ионы кальция проникают внутрь клетки.

Типы кальциевых каналов, классифицированные на основе их регуляторного механизма • Потенциал-управляемые (VOC или VGCC) • Рецептор-управляемые (ROC) • Управляемые опустошением ретикулярных кальциевых депо (SOC)

Потенциал-управляемые каналы (VOC) При потенциале покоя (-70 -80 - м. В) находятся в неактивном состоянии, а их активация происходит при сдвиге потенциала в положительную сторону, т. е. при деполяризации мембраны.

Типа VOC, различающиеся по чувствительности к мембр. потенциалу и фармак. веществам, а также по проводимости • • L – тип (long-lasting) T – тип (transient) N – тип (neuron) P – тип (нейроны Пуркинье)

Каналы L-типа, будучи активированы, сохраняют это состояние довольно долго. Их повторяющиеся открывание обеспечивают длительный кальциевый ток через мембрану. Характерным признаком кальциевых каналов L-типа является их чувствительность к дигидропиридинам и другим кальциевым антагонистам.

Каналы Т-типа открываются при существенно более отрицательном по сравнению с каналами L-типа мембранном потенциале и быстро инактивируются. Для активации каналов Т-типа также требуется кратковременная гиперполяризация, необходимая для того, чтобы снять эффект инактивации. Через каналы Т-типа в клетки поступает быстрая составляющая кальциевого тока. Эти два типа кальциевых каналов осуществляют вход Са 2+ в клетки сердца.

N-каналы (найдены в нейронах) активируются при переходе от очень отрицательных значений мембранного потенциала к сильной деполяризации и регулируют секрецию нейромедиаторов. Ток кальция через такие каналы в пресинаптических окончаниях ингибируется норадреналином через альфаадренорецепторы.

Каналы P-типа выявленные первоначально в нейронах Пуркинье (от чего и происходит их название), присутствуют в гранулярных клетках и в гигантских аксонах кальмара. Повидимому, эти каналы также регулируют секрецию нейромедиаторов.

Структура VOC скелетных мышц состоит из пяти субъединиц: α 1, α 2, β, γ и δ, которые связаны друг с другом нековалентными связями, а α 2 и δ еще и дисульфидными мостиками. Субъединица α 1 образует проводящий канал, несет сенсор потенциала и участок связывающий дигидропиридин.

Механизм перехода Ca 2+ через канал 1. Катион связывается с отрицательно заряженными остатками Glu в устье канала. 2. Катион проходит по порообразующей структуре канала. При деполяризации мембраны происходит сдвиг чувствительного сенсора, вызывающий конформационное изменение и открывание канала.

Блокаторы VOC • • Производные 1, 4 -дигидропиридинов Фенилалкиламины Кальцисептонин Лантаноиды Эффективность блокирования зависит от радиуса катиона: чем меньше радиус, тем эффективнее блокирование.

Регуляция VOC • G-белки, сопряженные с пуринорецепторами (каналы N- и P-типа) • Жирорастворимые вторичные мессенджеры (липоксигеназные метаболиты арахидоновой кислоты). • Протеинкиназы (каналы L-типа)

Рецептор-управляемые каналы (ROC) Различают три подгруппы рецепторуправляемых ионных каналов, участвующих в транспорте Са 2+: 1. Истинные рецептор-управляемые каналы. 2. Каналы, активируемые вторичными посредниками. 3. Каналы, регулируемые высвобождением Са 2+ из внутренних депо.

Истинные рецептор-управляемые каналы Каналы, в которых рецептор либо сам выполняет функцию канала, либо непосредственно взаимодействует с канальной структурой. Примером такого канала является никотиновый холинорецептор, который представляет собой неселективный катионный канал. Канал проницаем для Са 2+, однако в физиологических условиях он транспортирует преимущественно Na+ и K+.

К числу истинных рецепторуправляемых каналов относятся: • Каналы, активируемые глютаминовой кислотой (NMDA-рецепторы). Условия открытия канала - связывание глутамата с рецептором и деполяризация мембраны, приводящая к удалению Mg 2+ • Каналы, активируемые адениновыми нуклеотидами (Р 2 -пуринорецепторы).

Са 2+-каналы, активируемые вторичными посредниками. Са 2+ каналы, сопряжение которых с рецепторами происходит при участии вторичных посредников. В качестве активаторов Са 2+транспортирующих каналов плазматической мембраны могут выступать инозитол-1, 4, 5 трисфосфат, инозитол-1, 3, 4, 5 -тетракисфосфат, ионы Са 2+ и циклические нуклеотиды (c. GMP и c. AMP).

c. GMP/c. AMP-чувствительные каналы Представляют собой низкоселективные катионные каналы, активируемые циклическими нуклеотидами с внутренней стороны мембраны. Относятся к типу лиганд-активируемых каналов. Они открываются при непосредственном связывании с ними циклических нуклеотидов - c. GMP и c. AMP/c. GMP без участия протеинкиназ.

Са 2+-каналы, регулируемые высвобождением Са 2+ из внутренних депо Кальций входит сначала в цитозоль, а потом закачивается во внутриклеточный пул, повышение концентрации Ca 2+ в котором приводит к прекращению входа. Каким образом может осуществляться сопряжение между входом Са 2+ и внутриклеточными резервуарами, совершенно неясно. Неизвестен также механизм транспорта Са 2+ через плазматическую мембрану.

Ca-АТФаза Поддерживает разницу концентраций цитоплазматического и внеклеточного кальция. Удаляют из клетки кальций после «исполнения приказа» . Это группа кальциевых АТФаз, различающихся по локализации, строению, способу регуляции. Все они переносят Са 2+ за счёт энергии гидролиза АТФ. Мономерные белки, различающиеся по молекул. массе.

Ca-АТФаза саркоплазматического ретикулума ПП мышц. ЭНЕРГЕТИКА При гидролизе одной молекулы АТФ Ca. АТФаза переносит 2 иона кальция из окружающей среды внутрь везикул. Перенос ионов сопровождается переносом электрических зарядов, но разность потенциала на мембране не удерживается, потому что мембрана СР хорошо проницаема для других ионов.

Изменение свободной энергии при переносе двух молей Са 2+ равно при 37 градусах 47, 5 к. Дж/моль, что приблизительно равно энергии гидролиза макроэргической связи АТФ при физиологических концентрациях АТФ, АДФ и ортофосфата. Следовательно, транспорт кальция осуществляется с высоким КПД, почти без потерь энергии.

Механизм переноса ионов кальция 1. 2. 3. 4. 5. 6. Связывание двух ионов кальция на поверхности АТФазы, обращённой в цитоплазму Связывание там же АТФ Фосфорилирование белка, высвобождение АДФ Высвобождение кальция с внутр. поверхности АТФазы Гидролиз фосфатной связи, отщепление магния Переход фермента в исходное состояние

Строение кальциевой АТФазы

Различают АТФазы цитоплазматических мембран и эндоплазматического ретикулума. Активность АТФазы саркоплазматического ретикулума регулируется особым белком – фосфоламбаном. Активность АТФазы цитоплазматической мембраны регулируется белком кальмодулином.

Кальциевые буферы Менее 1% ионов кальция, проникшего в цитозоль, остаётся в несвязанном состоянии. Кальций связывают: • Кальмодулин • Парвальбумин • Кальретенин Буферы способствуют диффузии ионов кальция в ЦП и распространению сигнала по клетке.