Natrium -kalsiumveksler - Sodium-calcium exchanger

oppløste bærerfamilie 8 (natrium/kalsiumveksler), medlem 1
Identifikatorer
Symbol	SLC8A1
Alt. symboler	NCX1
NCBI -gen	6546
HGNC	11068
OMIM	182305
RefSeq	NM_021097
UniProt	P32418
Andre data
Lokus	Chr. 2 p23-p21
Søk etter Strukturer Sveitsisk modell Domener InterPro

oppløste bærerfamilie 8 (natrium-kalsiumveksler), medlem 2
Identifikatorer
Symbol	SLC8A2
NCBI -gen	6543
HGNC	11069
OMIM	601901
RefSeq	NM_015063
UniProt	Q9UPR5
Andre data
Lokus	Chr. 19 q13.2
Søk etter Strukturer Sveitsisk modell Domener InterPro

oppløste bærerfamilie 8 (natrium-kalsiumveksler), medlem 3
Identifikatorer
Symbol	SLC8A3
NCBI -gen	6547
HGNC	11070
OMIM	607991
RefSeq	NM_033262
UniProt	P57103
Andre data
Lokus	Chr. 14 q24.1
Søk etter Strukturer Sveitsisk modell Domener InterPro

Den natrium-kalsium-veksleren (ofte betegnet Na ⁺ / Ca ²⁺ veksleren , utveksling protein , eller NCX ) er et antiportmembranprotein som fjerner kalsium fra celler. Den bruker energien som er lagret i den elektrokjemiske gradienten av natrium (Na ⁺ ) ved å la Na ⁺ strømme nedover sin gradient over plasmamembranen i bytte mot mottransport av kalsiumioner (Ca ²⁺ ). Et enkelt kalsiumion eksporteres for import av tre natriumioner. Veksleren eksisterer i mange forskjellige celletyper og dyrearter. NCX regnes som en av de viktigste cellulære mekanismene for fjerning av Ca ²⁺ .

Utveksleren finnes vanligvis i plasmamembranene og mitokondriene og endoplasmatisk retikulum av eksiterbare celler.

Funksjon

Natrium -kalsiumveksleren er bare ett av systemene der den cytoplasmiske konsentrasjonen av kalsiumioner i cellen holdes lav. Veksler bytter ikke veldig tett til Ca ²⁺ (har lav affinitet), men den kan transportere ionene raskt (har høy kapasitet) og transportere opptil fem tusen Ca ²⁺ ioner per sekund. Derfor krever det store konsentrasjoner av Ca ^{2+ for} å være effektive, men er nyttig for å kvitte cellen med store mengder Ca ²⁺ på kort tid, slik det er nødvendig i et nevron etter et handlingspotensial . Dermed spiller veksleren sannsynligvis også en viktig rolle i å gjenvinne cellens normale kalsiumkonsentrasjoner etter en eksitotoksisk fornærmelse. En slik primær transportør av kalsiumioner er tilstede i plasmamembranen til de fleste dyreceller. En annen, mer allestedsnærværende transmembranpumpe som eksporterer kalsium fra cellen, er plasmamembranen Ca ²⁺ ATPase (PMCA), som har en mye høyere affinitet, men en mye lavere kapasitet. Siden PMCA effektivt er i stand til å binde seg til Ca ^2+, selv når konsentrasjonene er ganske lave, er det bedre egnet til oppgaven med å opprettholde de meget lave konsentrasjonene av kalsium som normalt er i en celle. Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren utfyller høy affinitet, lav kapasitans Ca ²⁺ -ATPase og sammen er de involvert i en rekke mobilfunksjoner, inkludert:

• kontroll av nevrosekresjon
• aktivitet av fotoreseptorceller
• hjertemuskelavslapping
• opprettholdelse av Ca ²⁺ konsentrasjon i det sarkoplasmatiske retikulum i hjerteceller
• opprettholdelse av Ca ²⁺ konsentrasjon i det endoplasmatiske retikulum av både eksiterende og ikke -eksitable celler
• eksitasjon-sammentrekningskobling
• opprettholdelse av lav Ca ²⁺ konsentrasjon i mitokondriene

Utveksleren er også involvert i den elektriske ledningsavviket i hjertet, kjent som forsinket etterdepolarisering . Det antas at intracellulær akkumulering av Ca ²⁺ forårsaker aktivering av Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren. Resultatet er en kort tilstrømning av en netto positiv ladning (husk 3 Na ⁺ inn, 1 Ca ²⁺ ut), og forårsaker derved cellulær depolarisering. Denne unormale cellulære depolarisasjonen kan føre til hjertearytmi.

Reversibilitet

Siden transporten er elektrogent (endrer membranpotensialet), kan depolarisering av membranen reversere vekslerretningen hvis cellen depolariseres nok, som kan oppstå ved eksitotoksisitet . I tillegg, som med andre transportproteiner, er mengden og transportretningen avhengig av transmembransubstratgradienter. Dette faktum kan være beskyttende fordi økninger i intracellulær Ca ²⁺ konsentrasjon som oppstår i eksitotoksisitet kan aktivere veksleren i fremoverretningen selv i nærvær av en senket ekstracellulær Na ⁺ konsentrasjon. Imidlertid betyr det også at når intracellulære nivåer av Na ⁺ stiger utover et kritisk punkt, begynner NCX å importere Ca ²⁺ . NCX kan operere både forover og bakover samtidig i forskjellige områder av cellen, avhengig av de kombinerte effektene av Na ⁺ og Ca ²⁺ gradienter. Denne effekten kan forlenge kalsiumtransienter etter utbrudd av neuronal aktivitet, og dermed påvirke nevronal informasjonsbehandling.

Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksler i hjertevirkningspotensialet

Evnen til Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren til å reversere strømningsretningen manifesterer seg under hjerteaksjonspotensialet . På grunn av den delikate rollen som Ca ²⁺ spiller for sammentrekning av hjertemuskler, blir cellekonsentrasjonen av Ca ²⁺ nøye kontrollert. Under hvilepotensialet drar Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren fordel av den store ekstracellulære Na+ -konsentrasjonsgradienten for å hjelpe pumpe Ca ²⁺ ut av cellen. Faktisk er Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren i Ca ²⁺ utstrømningsposisjonen mesteparten av tiden. Imidlertid er det en stor tilstrømning av Na ⁺ -ioner under oppstigningen av potensialet for hjertevirkning . Dette depolariserer cellen og flytter membranpotensialet i positiv retning. Det som resulterer er en stor økning i intracellulær [Na ⁺ ]. Dette får reversering av Na ⁺ /Ca ²⁺ -veksleren til å pumpe Na ⁺ -ioner ut av cellen og Ca ²⁺ -ioner inn i cellen. Imidlertid varer denne reverseringen av veksleren bare et øyeblikk på grunn av den interne økningen i [Ca ²⁺ ] som et resultat av tilstrømningen av Ca ²⁺ gjennom kalsiumkanalen av L-typen , og veksleren går tilbake til sin fremoverstrømningsretning, pumpe Ca ²⁺ ut av cellen.

Mens veksleren normalt fungerer i Ca ²⁺ utstrømningsposisjon (med unntak av tidlig i handlingspotensialet), kan visse forhold unormalt bytte veksleren til omvendt (Ca ²⁺ tilstrømning, Na ⁺ utstrømning) posisjon. Nedenfor er oppført flere cellulære og farmasøytiske tilstander der dette skjer.

• Den interne [Na ⁺ ] er høyere enn vanlig (som når digitalis glykosidmedisiner blokkerer Na ⁺ /K ⁺ -ATPase -pumpen.)
• Den sarkoplasmatiske retikulumfrigivelsen av Ca ²⁺ hemmes.
• Andre Ca ²⁺ tilstrømningskanaler er hemmet.
• Hvis handlingspotensialets varighet forlenges.

Struktur

Basert på sekundærstruktur og hydrofobisitetsspådommer , ble NCX opprinnelig spådd å ha 9 transmembrane spiraler . Familien antas å ha oppstått fra en genteknisk hendelse på grunn av tilsynelatende pseudosymmetri i primærsekvensen til transmembrandomenet. Innsatt mellom de pseudosymmetriske halvdelene er en cytoplasmatisk sløyfe som inneholder regulatoriske domener. Disse regulatoriske domenene har strukturer som ligner på C2 og er ansvarlige for kalsiumregulering. Nylig har strukturen til en arkeologisk NCX-ortolog blitt løst ved røntgenkrystallografi . Dette illustrerer tydelig en dimer transportør av 10 transmembrane spiraler, med et diamantformet sted for substratbinding. Basert på strukturen og strukturell symmetri ble det foreslått en modell for vekslende tilgang med ionekonkurranse på det aktive stedet. Strukturene til tre relaterte proton-kalsiumbyttere (CAX) er løst fra gjær og bakterier . Mens strukturelt og funksjonelt homologus, illustrerer disse strukturene nye oligomere strukturer, substratkobling og regulering.

Historie

I 1968 publiserte H Reuter og N Seitz funn at når Na ⁺ fjernes fra mediet som omgir en celle, hemmes utstrømningen av Ca ²⁺ , og de foreslo at det kan være en mekanisme for utveksling av de to ionene. I 1969 publiserte en gruppe ledet av PF Baker som eksperimenterte med å bruke blekksprutaksoner et funn som antydet at det eksisterer et middel for Na ⁺ -utgang fra andre celler enn natrium-kaliumpumpen . Digitalis, mer kjent som foxglove, er kjent for å ha stor effekt på Na/K ATPase, og til slutt forårsake en mer kraftig sammentrekning av hjertet. Anlegget inneholder forbindelser som hemmer natriumkaliumpumpen som senker den natriumelektrokjemiske gradienten. Dette gjør pumpingen av kalsium ut av cellen mindre effektiv, noe som fører til en kraftigere sammentrekning av hjertet. For personer med svake hjerter, er det noen ganger gitt å pumpe hjertet med tyngre kontraktil kraft. Imidlertid kan det også forårsake hypertensjon fordi det øker hjertets kontraktile kraft.

Se også

• Aktiv transport
• Hjertevirkningspotensial
• Kaliumavhengig natriumkalsiumveksler

Referanser

Eksterne linker

• Natriumkalsium+veksler ved US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Diagram på cvphysiology.com
• Klabunde, RE. 2007. Kardiovaskulære fysiologiske konsepter: Kalsiumutveksling.