Trocador sódio-cálcio - Sodium-calcium exchanger

família de transportadores de soluto 8 (trocador de sódio / cálcio), membro 1
Identificadores
Símbolo SLC8A1
Alt. símbolos NCX1
Gene NCBI 6546
HGNC 11068
OMIM 182305
RefSeq NM_021097
UniProt P32418
Outros dados
Locus Chr. 2 p23-p21
família de transportadores de soluto 8 (trocador de sódio-cálcio), membro 2
Identificadores
Símbolo SLC8A2
Gene NCBI 6543
HGNC 11069
OMIM 601901
RefSeq NM_015063
UniProt Q9UPR5
Outros dados
Locus Chr. 19 q13.2
família de transportadores de soluto 8 (trocador de sódio-cálcio), membro 3
Identificadores
Símbolo SLC8A3
Gene NCBI 6547
HGNC 11070
OMIM 607991
RefSeq NM_033262
UniProt P57103
Outros dados
Locus Chr. 14 q24.1

O permutador de sódio-cálcio (muitas vezes designado de Na + / Ca 2+ permutador , proteína de troca , ou NCX ) é um antiportador proteína de membrana que remove de cálcio a partir de células. Ele usa a energia que é armazenada no gradiente eletroquímico de sódio (Na + ), permitindo que o Na + flua para baixo em seu gradiente através da membrana plasmática em troca do contra-transporte de íons de cálcio (Ca 2+ ). Um único íon de cálcio é exportado para a importação de três íons de sódio. O trocador existe em muitos tipos diferentes de células e espécies animais. O NCX é considerado um dos mecanismos celulares mais importantes para a remoção de Ca 2+ .

O trocador é geralmente encontrado nas membranas plasmáticas e nas mitocôndrias e retículo endoplasmático das células excitáveis.

Função

O trocador sódio-cálcio é apenas um dos sistemas pelos quais a concentração citoplasmática de íons cálcio na célula é mantida baixa. O trocador não se liga muito fortemente ao Ca 2+ (tem uma baixa afinidade), mas pode transportar os íons rapidamente (tem uma alta capacidade), transportando até cinco mil íons de Ca 2+ por segundo. Portanto, ele requer grandes concentrações de Ca 2+ para ser eficaz, mas é útil para livrar a célula de grandes quantidades de Ca 2+ em um curto espaço de tempo, como é necessário em um neurônio após um potencial de ação . Assim, o trocador provavelmente também desempenha um papel importante na recuperação das concentrações normais de cálcio da célula após um insulto excitotóxico . Esse transportador primário de íons de cálcio está presente na membrana plasmática da maioria das células animais. Outra bomba transmembrana mais onipresente que exporta cálcio da célula é a membrana plasmática Ca 2+ ATPase (PMCA), que tem uma afinidade muito maior, mas uma capacidade muito menor. Uma vez que o PMCA é capaz de se ligar efetivamente ao Ca 2+ mesmo quando suas concentrações são bastante baixas, ele é mais adequado para a tarefa de manter as concentrações muito baixas de cálcio que normalmente estão dentro de uma célula. O trocador Na + / Ca 2+ complementa a alta afinidade e baixa capacitância Ca 2+ -ATPase e, juntos, eles estão envolvidos em uma variedade de funções celulares, incluindo:

O trocador também está implicado na anormalidade da condução elétrica cardíaca conhecida como pós-despolarização retardada . Acredita-se que o acúmulo intracelular de Ca 2+ cause a ativação do trocador Na + / Ca 2+ . O resultado é um breve influxo de uma carga positiva líquida (lembre-se de 3 Na + de entrada, 1 de Ca 2+ de saída), causando assim a despolarização celular. Essa despolarização celular anormal pode levar a uma arritmia cardíaca.

Reversibilidade

Como o transporte é eletrogênico (altera o potencial de membrana), a despolarização da membrana pode reverter a direção do trocador se a célula estiver suficientemente despolarizada, como pode ocorrer na excitotoxicidade . Além disso, como com outras proteínas de transporte, a quantidade e a direção do transporte dependem dos gradientes do substrato transmembrana. Esse fato pode ser protetor, pois os aumentos na concentração intracelular de Ca 2+ que ocorrem na excitotoxicidade podem ativar o trocador na direção direta, mesmo na presença de uma concentração extracelular de Na + reduzida . No entanto, também significa que, quando os níveis intracelulares de Na + sobem além de um ponto crítico, o NCX começa a importar Ca 2+ . O NCX pode operar nas direções direta e reversa simultaneamente em diferentes áreas da célula, dependendo dos efeitos combinados dos gradientes de Na + e Ca 2+ . Este efeito pode prolongar os transientes de cálcio após surtos de atividade neuronal, influenciando assim o processamento de informações neuronais.

Trocador Na + / Ca 2+ no potencial de ação cardíaco

A capacidade do trocador Na + / Ca 2+ de reverter a direção do fluxo se manifesta durante o potencial de ação cardíaco . Devido ao delicado papel que o Ca 2+ desempenha na contração dos músculos do coração, a concentração celular de Ca 2+ é cuidadosamente controlada. Durante o potencial de repouso, o trocador Na + / Ca 2+ aproveita o grande gradiente de concentração extracelular de Na + para ajudar a bombear o Ca 2+ para fora da célula. Na verdade, o trocador Na + / Ca 2+ está na posição de efluxo de Ca 2+ na maior parte do tempo. No entanto, durante o movimento ascendente do potencial de ação cardíaco, há um grande influxo de íons Na + . Isso despolariza a célula e muda o potencial de membrana na direção positiva. O que resulta é um grande aumento na [Na + ] intracelular . Isso causa a reversão do trocador Na + / Ca 2+ para bombear os íons Na + para fora da célula e os íons Ca 2+ para dentro da célula. No entanto, esta reversão do trocador dura apenas momentaneamente devido ao aumento interno em [Ca 2+ ] como resultado do influxo de Ca 2+ através do canal de cálcio do tipo L , e o trocador retorna à sua direção de fluxo para frente, bombeando Ca 2+ para fora da célula.

Embora o trocador funcione normalmente na posição de efluxo de Ca 2+ (com exceção do início do potencial de ação), certas condições podem mudar anormalmente o trocador para a posição reversa ( influxo de Ca 2+ , efluxo de Na + ). Listadas abaixo estão várias condições celulares e farmacêuticas em que isso acontece.

  • O [Na + ] interno é maior do que o normal (como é quando os medicamentos glicosídeos digitálicos bloqueiam a bomba Na + / K + -ATPase.)
  • A liberação do retículo sarcoplasmático de Ca 2+ é inibida.
  • Outros canais de influxo de Ca 2+ são inibidos.
  • Se a duração do potencial de ação for prolongada.

Estrutura

Com base na estrutura secundária e previsões de hidrofobicidade , NCX foi inicialmente previsto para ter 9 hélices transmembrana . Acredita-se que a família tenha surgido de um evento de duplicação gênica , devido à aparente pseudo-simetria dentro da sequência primária do domínio transmembrana. Inserido entre as metades pseudo-simétricas está uma alça citoplasmática contendo domínios regulatórios. Esses domínios regulatórios têm estruturas semelhantes ao domínio C2 e são responsáveis ​​pela regulação do cálcio. Recentemente, a estrutura de um archaeal NCX ortholog foi resolvido por cristalografia de raios-X . Isso ilustra claramente um transportador dimérico de 10 hélices transmembrana, com um local em forma de diamante para a ligação do substrato. Com base na estrutura e na simetria estrutural, foi proposto um modelo para acesso alternado com competição iônica no sítio ativo. As estruturas de três trocadores próton-cálcio relacionados (CAX) foram resolvidas a partir de leveduras e bactérias . Embora estrutural e funcionalmente homólogas, essas estruturas ilustram novas estruturas oligoméricas , acoplamento de substrato e regulação.

História

Em 1968, H Reuter e N Seitz publicaram descobertas de que, quando o Na + é removido do meio ao redor da célula, o efluxo de Ca 2+ é inibido, e eles propuseram que poderia haver um mecanismo para a troca dos dois íons. Em 1969, um grupo liderado por PF Baker que fazia experiências com axônios de lula publicou uma descoberta que propunha que existe um meio de saída de Na + das células além da bomba de sódio-potássio . A digitalis, mais comumente conhecida como dedaleira, é conhecida por ter um grande efeito sobre a Na / K ATPase, causando uma contração mais forte do coração. A planta contém compostos que inibem a bomba de potássio de sódio que diminui o gradiente eletroquímico de sódio. Isso torna o bombeamento de cálcio para fora da célula menos eficiente, o que leva a uma contração mais vigorosa do coração. Para indivíduos com coração fraco, às vezes é fornecido para bombear o coração com força contrátil mais pesada. No entanto, também pode causar hipertensão porque aumenta a força contrátil do coração.

Veja também

Referências

links externos