Sodík-vápník výměník - Sodium-calcium exchanger - Wikipedia

The výměník sodíku a vápníku (často označováno Na⁺/ Ca²⁺ výměník, vyměnit proteinnebo NCX) je antiporter membránový protein který odstraní vápník z buněk. Využívá energii, která je uložena v elektrochemický gradient sodíku (Na⁺) povolením Na⁺ stékat po jeho gradientu přes plazmatická membrána výměnou za protistranu vápník ionty (Ca²⁺). Jediný iont vápníku se vyváží pro dovoz tří iontů sodíku.^[1] Výměník existuje v mnoha různých typech buněk a živočišných druzích.^[2] NCX je považován za jeden z nejdůležitějších buněčných mechanismů pro odstraňování Ca²⁺.^[2]

Výměník se obvykle nachází v plazmatických membránách a mitochondriích a endoplazmatické retikulum vzrušivých buněk.^[3][4]

Funkce

Výměník sodíku a vápníku je pouze jedním ze systémů, kterými se udržuje nízká cytoplazmatická koncentrace iontů vápníku v buňce. Výměník se neváže příliš těsně na Ca²⁺ (má nízkou afinitu), ale může transportovat ionty rychle (má vysokou kapacitu), přepravující až pět tisíc Ca²⁺ ionty za sekundu.^[5] Proto vyžaduje velké koncentrace Ca²⁺ aby byla účinná, ale je užitečná pro zbavení buňky velkého množství Ca²⁺ v krátké době, jak je potřeba v a neuron po akční potenciál. Výměník tedy pravděpodobně také hraje důležitou roli při opětovném získání normální koncentrace vápníku v buňce po excitotoxický urazit.^[3] Takový primární transportér iontů vápníku je přítomen v plazmatické membráně většiny živočišných buněk. Další, všudypřítomnější transmembránové čerpadlo který vyváží vápník z buňka je plazmatická membrána Ca²⁺ ATPáza (PMCA), který má mnohem vyšší afinitu, ale mnohem nižší kapacitu. Protože PMCA je schopen účinně se vázat na Ca²⁺ i když jsou jeho koncentrace poměrně nízké, lépe vyhovuje úkolu udržovat velmi nízké koncentrace vápníku, které jsou normálně v buňce.^[6] Pak⁺/ Ca²⁺ výměník doplňuje vysokou afinitu, nízkou kapacitu Ca²⁺-ATPase a společně se účastní různých buněčných funkcí, včetně:

• ovládání neurosekrece
• činnost fotoreceptorové buňky
• relaxace srdečního svalu
• údržba Ca²⁺ koncentrace v sarkoplazmatické retikulum v srdečních buňkách
• údržba Ca²⁺ koncentrace v endoplazmatickém retikulu excitabilních i neproduktivních buněk
• vazba excitace-kontrakce
• udržování nízké Ca²⁺ koncentrace v mitochondriích

Výměník je také zapojen do abnormality srdečního elektrického vedení známého jako opožděná depolarizace.^[7] Předpokládá se, že intracelulární akumulace Ca²⁺ způsobí aktivaci Na⁺/ Ca²⁺ výměník. Výsledkem je krátký příliv čistého kladného náboje (pamatujte na 3 Na⁺ v 1 Ca²⁺ out), což způsobuje buněčnou depolarizaci.^[7] Tato abnormální buněčná depolarizace může vést k srdeční arytmii.

Reverzibilita

Vzhledem k tomu, že transport je elektrogenní (mění membránový potenciál), může depolarizace membrány obrátit směr výměníku, pokud je článek dostatečně depolarizován, což se může stát v excitotoxicita.^[1] Kromě toho, stejně jako u jiných transportních proteinů, závisí množství a směr transportu na transmembránových gradientech substrátu.^[1] Tato skutečnost může být ochranná, protože zvýšení intracelulárního Ca²⁺ Koncentrace, které se vyskytují v excitotoxicitě, mohou aktivovat výměník v dopředném směru i v přítomnosti sníženého extracelulárního Na⁺ koncentrace.^[1] To však také znamená, že když jsou intracelulární hladiny Na⁺ překročí kritický bod, NCX začne importovat Ca²⁺.^[1][8][9] NCX může pracovat v obou směrech vpřed a vzad současně v různých oblastech buňky, v závislosti na kombinovaných účincích Na⁺ a Ca²⁺ přechody.^[1] Tento účinek může prodloužit přechodné přechody vápníku po výbuchech aktivity neuronů, a tím ovlivnit zpracování neuronových informací.^[10][11]

Na⁺/ Ca²⁺ výměník v srdečním akčním potenciálu

Schopnost Na⁺/ Ca²⁺ výměník v opačném směru proudění se projevuje během srdeční akční potenciál. Vzhledem k delikátní roli, kterou Ca²⁺ hraje v kontrakci srdečních svalů, buněčné koncentraci Ca²⁺ je pečlivě kontrolováno. Během klidového potenciálu Na⁺/ Ca²⁺ výměník využívá velkého extracelulárního koncentračního gradientu Na +, který pomáhá pumpovat Ca²⁺ z buňky.^[12] Ve skutečnosti Na⁺/ Ca²⁺ výměník je v Ca²⁺ efluxní pozice po většinu času. Během zdvihu srdeční akční potenciál dochází k velkému přílivu Na⁺ ionty. To depolarizuje buňku a posune membránový potenciál v pozitivním směru. Výsledkem je velké zvýšení intracelulárního [Na⁺]. To způsobí obrácení Na⁺/ Ca²⁺ výměník k čerpání Na⁺ ionty z buňky a Ca²⁺ ionty do buňky.^[12] Toto obrácení výměníku však trvá jen na okamžik kvůli vnitřnímu vzestupu [Ca²⁺] v důsledku přílivu Ca²⁺ skrz Kalciový kanál typu L., a výměník se vrací do svého předního směru toku a čerpá Ca²⁺ z buňky.^[12]

Zatímco výměník normálně pracuje v Ca²⁺ efluxní poloha (s výjimkou počátečního akčního potenciálu), určité podmínky mohou abnormálně přepnout výměník zpětně (Ca²⁺ příliv, Na⁺ odtok). Níže je uvedeno několik buněčných a farmaceutických podmínek, ve kterých k tomu dochází.^[12]

• Vnitřní [Na⁺] je vyšší než obvykle (jako je tomu, když léky na glykosidy digitalisu blokují Na⁺/ K.⁺ -ATPase čerpadlo.)
• The sarkoplazmatické retikulum uvolňování Ca²⁺ je potlačen.
• Ostatní Ca²⁺ kanály přílivu jsou potlačeny.
• Pokud je doba trvání akčního potenciálu prodloužena.

Struktura

Na základě sekundární struktura a předpovědi hydrofobicity, Původně se předpokládalo, že NCX bude mít 9 transmembránové šroubovice.^[13] Předpokládá se, že rodina pocházela z genová duplikace událost v důsledku zjevné pseudosymetrie v primární sekvenci transmembránové domény.^[14] Mezi pseudosymetrické poloviny je vložena cytoplazmatická smyčka obsahující regulační domény.^[15] Tyto regulační domény mají Doména C2 jako struktury a jsou odpovědné za regulaci vápníku.^[16][17] V poslední době se struktura archaeal NCX ortholog byl vyřešen Rentgenová krystalografie.^[18] To jasně ilustruje a dimerní transportér 10 transmembránových šroubovic s místem ve tvaru kosočtverce pro vazbu substrátu. Na základě struktury a strukturní symetrie byl navržen model střídavého přístupu s iontovou konkurencí v aktivním místě. Struktury tří souvisejících proton-kalciových výměníků (CAX) byly vyřešeny z droždí a bakterie. Zatímco strukturně a funkčně homologní, tyto struktury ilustrují nové oligomerní struktury, vazba substrátu a regulace.^[19][20][21]

Dějiny

V roce 1968 publikovali H Reuter a N Seitz zjištění, že když Na⁺ je odstraněn z média obklopujícího buňku, odtok Ca²⁺ je inhibována a navrhli, že by mohl existovat mechanismus pro výměnu těchto dvou iontů.^[2][22] V roce 1969 skupina vedená PF Bakerem experimentovala s použitím chobotnice axony zveřejnil nález, který navrhl, že existuje prostředek Na⁺ výstup z jiných buněk než sodno-draselné čerpadlo.^[2][23]Digitalis, více obyčejně známý jako náprstník, je známo, že má velký účinek na Na / K ATPázu, v konečném důsledku způsobuje silnější kontrakci srdce. Rostlina obsahuje sloučeniny, které inhibují sodíkové draselné čerpadlo, což snižuje elektrochemický gradient sodíku. Díky tomu je odčerpávání vápníku z buňky méně účinné, což vede k silnější kontrakci srdce. U jedinců se slabým srdcem se někdy poskytuje pumpování srdce silnější kontraktilní silou. Může však také způsobit hypertenzi, protože zvyšuje kontraktilní sílu srdce.

Viz také

• Aktivní transport
• Srdeční akční potenciál
• Draslík-závislý výměník sodíku a vápníku

Reference

externí odkazy

• Sodík-vápník + výměník v americké národní lékařské knihovně Lékařské předměty (Pletivo)
• Schéma na cvphysiology.com
• Klabunde, RE. 2007. Koncepty kardiovaskulární fyziologie: Výměna vápníku.