Wymiennik sodowo-wapniowy

rodzina nośników substancji rozpuszczonych 8 (wymiennik sodowo-wapniowy), członek 1
Identyfikatory
Symbol	SLC8A1
Alt. symbolika	NCX1
gen NCBI	6546
HGNC	11068
OMIM	182305
RefSeq	NM_021097
UniProt	P32418
Inne dane
Umiejscowienie	Chr. 2 s23-s21
Szukaj Struktury Model szwajcarski Domeny InterPro

rodzina nośników substancji rozpuszczonych 8 (wymiennik sodowo-wapniowy), członek 2
Identyfikatory
Symbol	SLC8A2
gen NCBI	6543
HGNC	11069
OMIM	601901
RefSeq	NM_015063
UniProt	Q9UPR5
Inne dane
Umiejscowienie	Chr. 19 q13.2
Szukaj Struktury Model szwajcarski Domeny InterPro

rodzina nośników substancji rozpuszczonych 8 (wymiennik sodowo-wapniowy), członek 3
Identyfikatory
Symbol	SLC8A3
gen NCBI	6547
HGNC	11070
OMIM	607991
RefSeq	NM_033262
UniProt	P57103
Inne dane
Umiejscowienie	Chr. 14 q24.1
Szukaj Struktury Model szwajcarski Domeny InterPro

„Ncx” przekierowuje tutaj. W przypadku NCX patrz NCX (ujednoznacznienie) .

Wymiennik sodowo-wapniowy (często określany jako wymiennik Na ⁺ /Ca2 ⁺ , białko wymienne lub NCX ) jest białkiem błony antyporterowej , które usuwa wapń z komórek. Wykorzystuje energię zmagazynowaną w elektrochemicznym gradiencie sodu (Na ⁺ ), pozwalając Na ⁺ płynąć w dół jego gradientu przez błonę plazmatyczną w zamian za przeciwtransport jonów wapnia (Ca ²⁺ ). Pojedynczy jon wapnia jest eksportowany do importu trzech jonów sodu. Wymiennik występuje w wielu różnych typach komórek i gatunkach zwierząt. NCX jest uważany za jeden z najważniejszych komórkowych mechanizmów usuwania Ca ²⁺ .

Wymiennik znajduje się zwykle w błonach plazmatycznych oraz mitochondriach i retikulum endoplazmatycznym komórek pobudliwych.

Funkcjonować

Wymieniacz sodowo-wapniowy jest tylko jednym z układów, dzięki którym cytoplazmatyczne stężenie jonów wapnia w komórce jest utrzymywane na niskim poziomie. Wymieniacz nie wiąże się bardzo mocno z Ca ²⁺ (ma niskie powinowactwo), ale może szybko transportować jony (ma dużą wydajność), transportując do pięciu tysięcy jonów Ca ²⁺ na sekundę. Dlatego wymaga dużych stężeń Ca ²⁺ , aby był skuteczny, ale jest przydatny do pozbycia się z komórki dużych ilości Ca ²⁺ w krótkim czasie, tak jak jest to potrzebne w neuronie po potencjale czynnościowym . Zatem wymiennik prawdopodobnie odgrywa również ważną rolę w przywracaniu normalnego stężenia wapnia w komórce po ekscytotoksycznym . Taki podstawowy transporter jonów wapnia jest obecny w błonie plazmatycznej większości komórek zwierzęcych. Inną, bardziej wszechobecną pompą przezbłonową , która eksportuje wapń z komórki , jest ATPaza Ca ²⁺ błony komórkowej (PMCA), która ma znacznie większe powinowactwo, ale znacznie mniejszą pojemność. Ponieważ PMCA jest w stanie skutecznie wiązać się z Ca2 ⁺ nawet jeśli jego stężenia są dość niskie, lepiej nadaje się do utrzymywania bardzo niskich stężeń wapnia, które normalnie występują w komórce. Wymiennik Na ⁺ /Ca ^{2+ uzupełnia Ca 2+ -ATPazę} o wysokim powinowactwie i niskiej pojemności i razem biorą udział w różnych funkcjach komórkowych, w tym:

• kontrola neurosekrecji
• aktywność komórek fotoreceptorowych
• rozluźnienie mięśnia sercowego
• utrzymanie stężenia Ca ²⁺ w siateczce sarkoplazmatycznej w komórkach serca
• utrzymanie stężenia Ca ²⁺ w retikulum endoplazmatycznym zarówno komórek pobudliwych, jak i niepobudzalnych
• sprzężenie wzbudzenie-skurcz
• utrzymanie niskiego stężenia Ca ²⁺ w mitochondriach

Wymiennik jest również zaangażowany w zaburzenia przewodzenia elektrycznego serca, znane jako opóźniona depolaryzacja następcza . Uważa się, że wewnątrzkomórkowa akumulacja Ca ²⁺ powoduje aktywację wymiennika Na ⁺ /Ca ²⁺ . Rezultatem jest krótki napływ dodatniego ładunku netto (pamiętaj 3 Na ⁺ na wejściu, 1 Ca ²⁺ na zewnątrz), powodując w ten sposób depolaryzację komórki. Ta nieprawidłowa depolaryzacja komórkowa może prowadzić do zaburzeń rytmu serca.

Odwracalność

Ponieważ transport jest elektrogeniczny (zmienia potencjał błony), depolaryzacja błony może odwrócić kierunek wymiennika, jeśli komórka jest wystarczająco zdepolaryzowana, co może wystąpić w ekscytotoksyczności . Ponadto, podobnie jak w przypadku innych białek transportowych, ilość i kierunek transportu zależy od transbłonowych gradientów substratu. Fakt ten może działać ochronnie, ponieważ wzrost wewnątrzkomórkowego stężenia Ca ²⁺ , który występuje w ekscytotoksyczności, może aktywować wymiennik w kierunku do przodu, nawet w obecności obniżonego zewnątrzkomórkowego Na ⁺ stężenie. Jednak oznacza to również, że gdy wewnątrzkomórkowe poziomy Na ⁺ wzrosną powyżej punktu krytycznego, NCX zaczyna importować Ca ²⁺ . NCX może działać jednocześnie w obu kierunkach do przodu i do tyłu w różnych obszarach komórki, w zależności od połączonych efektów gradientów Na ⁺ i Ca ²⁺ . Efekt ten może przedłużać stany przejściowe wapnia po wybuchach aktywności neuronalnej, wpływając w ten sposób na neuronalne przetwarzanie informacji.

Na ⁺ /Ca ²⁺ w potencjale czynnościowym serca

Zdolność wymiennika Na ⁺ /Ca ²⁺ do odwrócenia kierunku przepływu przejawia się podczas potencjału czynnościowego serca . Ze względu na delikatną rolę, jaką Ca ²⁺ odgrywa w skurczu mięśnia sercowego, stężenie Ca ^{2+ w komórkach} jest dokładnie kontrolowane. Podczas potencjału spoczynkowego wymiennik Na ⁺ /Ca ²⁺ wykorzystuje duży zewnątrzkomórkowy gradient stężenia Na+, aby pomóc wypompować Ca ²⁺ z komórki. W rzeczywistości Na ⁺ /Ca ²⁺ wymiennik znajduje się przez większość czasu w pozycji wypływu Ca ^{2+ .} Jednak podczas skoku potencjału czynnościowego serca następuje duży napływ jonów Na ⁺ . Powoduje to depolaryzację komórki i przesuwa potencjał błony w kierunku dodatnim. Rezultatem jest duży wzrost wewnątrzkomórkowego [Na ⁺ ]. Powoduje to odwrócenie działania wymiennika Na ⁺ /Ca ²⁺ w celu wypompowania jonów Na ⁺ z komórki i Ca ²⁺ jony do komórki. Jednak to odwrócenie działania wymiennika trwa tylko chwilowo z powodu wewnętrznego wzrostu [Ca ²⁺ ] w wyniku dopływu Ca ²⁺ przez kanał wapniowy typu L i wymiennik powraca do swojego przedniego kierunku przepływu, wypompowywanie Ca ²⁺ z komórki.

Podczas gdy wymiennik normalnie pracuje w pozycji wypływu Ca ²⁺ (z wyjątkiem wczesnej fazy potencjału czynnościowego), pewne warunki mogą nienormalnie przełączyć wymiennik w pozycję odwrotną (dopływ Ca ²⁺ , wypływ Na ^{+ ).} Poniżej wymieniono kilka warunków komórkowych i farmaceutycznych, w których to się dzieje.

• Wewnętrzny [Na ⁺ ] jest wyższy niż zwykle (jak wtedy, gdy digoksyna i inne glikozydy nasercowe blokują pompę Na ⁺ /K ⁺ -ATPazy ).
• Uwalnianie Ca ^{2+ z} retikulum sarkoplazmatycznego jest zahamowane.
• Inne kanały napływu Ca ^{2+ są hamowane.}
• Jeśli czas trwania potencjału czynnościowego jest przedłużony.

Struktura

W oparciu o przewidywania dotyczące struktury drugorzędowej i hydrofobowości , początkowo przewidywano , że NCX ma 9 helis przezbłonowych . Uważa się, że rodzina powstała w wyniku duplikacji genu , z powodu widocznej pseudosymetrii w obrębie pierwszorzędowej sekwencji domeny transbłonowej. Pomiędzy pseudosymetrycznymi połówkami wstawiona jest pętla cytoplazmatyczna zawierająca domeny regulatorowe. Te domeny regulatorowe mają domeny C2 i są odpowiedzialne za regulację wapnia. Ostatnio struktura archaeala Ortolog NCX został rozwiązany za pomocą krystalografii rentgenowskiej . To wyraźnie ilustruje dimeryczny transporter 10 transbłonowych helis, z miejscem w kształcie rombu do wiązania substratu. W oparciu o strukturę i symetrię strukturalną zaproponowano model naprzemiennego dostępu z konkurencją jonową w miejscu aktywnym. Struktury trzech powiązanych wymienników protonowo-wapniowych (CAX) zostały rozwiązane z drożdży i bakterii . Chociaż strukturalnie i funkcjonalnie homologiczne, struktury te ilustrują nowe struktury oligomeryczne , sprzęganie substratów i regulację.

Historia

W 1968 r. H. Reuter i N. Seitz opublikowali odkrycia, że ​​usunięcie Na ⁺ z pożywki otaczającej komórkę powoduje zahamowanie wypływu Ca ²⁺ i zaproponowali, że może istnieć mechanizm wymiany tych dwóch jonów. W 1969 roku grupa kierowana przez PF Bakera, która eksperymentowała z wykorzystaniem aksonów kałamarnicy, opublikowała odkrycie sugerujące, że istnieje sposób na wyjście Na ⁺ z komórek inny niż pompa sodowo-potasowa . Wiadomo, że naparstnica, bardziej znana jako naparstnica, ma duży wpływ na ATPazę Na/K, ostatecznie powodując silniejsze skurcze serca. Roślina zawiera związki hamujące pompę sodowo-potasową, która obniża gradient elektrochemiczny sodu. To sprawia, że ​​wypompowywanie wapnia z komórki jest mniej wydajne, co prowadzi do silniejszego skurczu serca. W przypadku osób ze słabym sercem czasami zapewnia się pompowanie serca z większą siłą skurczu. Jednak może również powodować nadciśnienie, ponieważ zwiększa siłę skurczu serca.

Zobacz też

• Transport aktywny
• Potencjał czynnościowy serca
• Zależny od potasu wymiennik sodowo-wapniowy

Linki zewnętrzne

• Wymiennik sodowo-wapniowy + w National Library of Medicine w USA Nagłówki przedmiotów medycznych (MeSH)
• Schemat na cvphysiology.com
• Klabunde, RE. 2007. Koncepcje fizjologii układu sercowo-naczyniowego: wymiana wapnia.