Характеристика Mg2+ -залежної Сa2+-активованої ATPази плазматичних менбран

ПЛАН.

Вступ: функціональна роль Ca2+, Mg 2+- ATPази плазматичних мембран.

Іони кальцію контролюють багато важливих фізіологічних функцій клітини, таких, як електрохімічне спряження при м’язевому скороченні, проникність мембран для іонів натрію та калію, впливають на роботу іонних насосів, регулюють роботу ферментів. Внутрішньоклітинна концентрація кальцію на чотири порядки нижча від зовнішньоклітинної; такий високий градієнт концентрації досягається завдяки функціонуванню АТР- залежних кальцієвих помп.

Результати досліджень енергозалежних Са2+-транспортуючих систем вказують на існування двох типів Са2+-помп: це Са2+ - помпи ендоплазматичного ретикулуму та плазматичних мембран. Ці системи характеризуються високою спорідненістю до Са2+, що відповідає концентрації цього катіона в клітині в незбудженому стані.

Для м’язів з добре розвиненим ендоплазматичним ретикулумом (серцевий, скелетні, гладенькі м’язи великих судин, подвздошної кишки) значну роль в регуляції цитоплазматичної концентрації іонів Са2+ може виконувати Са2+-помпа саме саркоплазматичного ретикулуму. Але в клітинах гладеньких м’язів ендоплазматичний ретикулум розвинений набагато гірше, ніж в скелетних та серцевих, і для більшості таких клітин величина поверхні ендоплазматичного ретикулуму складає 10 % від поверхні плазматичної мембрани. Тому є підстави вважати, що більш суттєва роль в регуляції внутрішньоклітинної концентрації іонів Са2+ в гладеньком’язовій клітині належить саме Са2+-транспортуючій системі плазматичної мембрани.

Тонічне скорочення міометрію визначається базальним потоком іонів Са2+, який входить в незбуджені міоцити за фізіологічних умов, і цей вхід компенсується кальцієвою помпою сарколеми.

Таким чином, Са2+-помпа плазматичних мембран не тільки контролює процес розслаблення гладенького м’язу, але і забезпечує довготривалий трансмембранний обмін Са2+, підтримуючи стаціонарне значення концентрації іонів Са2+ в міоцитах на рівні 10-7- 10-6 М, компенсуючи повільне базальне дифузійне надходження цього катіону в цитоплазму із зовнішньоклітинного простору і регулюючи міогенний тонус м‘язу.

Структура Ca2+, Mg2+ - ATPази плазматичних мембран.

Са2+-залежна АТР-гідролазна активність вперше була знайдена в плазматичних мембранах еритроцитів Дангемом та Глінном в 1961 році. Через 5 років було продемонстровано Шацманном, що виведення Са2+ з еритроцитів супроводжується процесом гідролізу АТР всередині клітини та може відбуватися проти штучно створеного високого градієнта концентрації. Але довгий час після відкриття Са2+, Mg2+- АТРази еритроцитів проблема Mg2+, АТР - залежного транспорту Са2+ залишалась мало розробленою, оскільки велись широкі дослідження іншого механізму трансмембранного переносу іонів Са2+,- Na+-Са2+обмінник.

Уявлення про вузьке розповсюдження Са2+, Mg2+- АТРази були спростовані лише в 1978 році, коли Ді Поло та його співробітники описали АТР-залежний транспорт Са2+ крізь плазматичні мембрани типових збудливих клітин - гігантських аксонів кальмара. За короткий час присутність Са2+, Mg2+- АТРази була доведена для плазматичних мембран багатьох клітин – скелетних, гладеньких м’язів та серцевих м’язів, клітин залозистих тканин, мозку та клітин. За сучасними даними Са2+, Mg2+- АТРаза плазматичних мембран відноситься до числа найбільш широко розповсюджених ферментних систем та є невід’ємним білковим компонентом плазматичної мембрани клітин еукаріот.

Перші найбільш загальні відомості про будову та функції Са2+, Mg2+- АТРази плазматичних мембран були отримані при дослідженні ферменту у складі нативної мембрани еритроцитів. Однією з найважливіших характеристик АТР-гідролазної системи є механізм гідролізу АТР. За цією ознакою всі відомі АТРази розділяють на два основних типи. АТРази першого типу (F та V-АТРази) здійснюють реакцію гідролізу АТР шляхом прямого переносу γ-фосфату молекули АТР на молекулу води. Ферменти другого типу – Р-АТРази або Е1-Е2-АТРази - під час гідролізу АТР утворюють проміжну фосфорильовану форму ферменту. Вони переносять γ-фосфат молекули АТР на фермент з утворенням ковалентного ацилфосфатного зв’язку з бічною карбоксильною групою амінокислотного залишку білку, а потім шляхом гідролізу цього зв’язку на молекулу води.

Дослідження функціональних властивостей Са2+, Mg2+- АТРази плазматичних мембран продемонстрували її приналежність до ферментів Е1-Е2 типу. При підвищенні концентрації іонів Са2+ в цитоплазмі відбувається зв’язування катіонів з ферментом, який знаходиться у формі Е1-конформації, що характеризується високою спорідненістю до Са2+. Відбувається Са2+-залежний перенос γ-фосфату молекули АТР на молекулу ферменту та утворення фосфорильованого продукту Е1-Р. На стадії фосфорильованого ферменту відбувається конформаційна перебудова білка у форму Е2-Р. На стадії конформеру Е2-Р спорідненість Са2+, Mg2+- АТРази до іонів Са2+ падає на декілька порядків. Результатом такого конформаційного переходу є вивільнення Са2+ у зовнішньоклітинний простір. Завершується реакційний цикл Mg2+-залежним дефосфорилюванням Са2+, Mg2+- АТРази та перетворенням ферменту у форму Е1 (Рис.1).

Рисунок 1.

Схема реакційного циклу Са2+, Mg2+- АТРази плазматичних мембран.

Са2+

АТР + Е1 Е1 - Р + АDР

Рі + Е2 Е2 - Р

Са2+

де Е1, Е2 - конформаційні форми ферменту,

Рі - неорганічний фосфат.

Дослідження Са2+, Mg2+- АТРази у складі нативної плазматичної мембрани дозволило отримати лише найбільш загальні відомості про її структуру та функції. Для більш детального дослідження цих характеристик треба отримувати солюбілізовану форму ферменту.