Natrium -kalciumväxlare - Sodium-calcium exchanger

löst bärarfamilj 8 (natrium/kalciumväxlare), medlem 1
Identifierare
Symbol	SLC8A1
Alt. symboler	NCX1
NCBI -gen	6546
HGNC	11068
OMIM	182305
RefSeq	NM_021097
UniProt	P32418
Annan data
Ställe	Chr. 2 p23-p21
Söka efter Strukturer Schweizisk modell Domäner InterPro

löst bärarfamilj 8 (natrium-kalciumväxlare), medlem 2
Identifierare
Symbol	SLC8A2
NCBI -gen	6543
HGNC	11069
OMIM	601901
RefSeq	NM_015063
UniProt	Q9UPR5
Annan data
Ställe	Chr. 19 q13.2
Söka efter Strukturer Schweizisk modell Domäner InterPro

löst bärarfamilj 8 (natrium-kalciumväxlare), medlem 3
Identifierare
Symbol	SLC8A3
NCBI -gen	6547
HGNC	11070
OMIM	607991
RefSeq	NM_033262
UniProt	P57103
Annan data
Ställe	Chr. 14 q24.1
Söka efter Strukturer Schweizisk modell Domäner InterPro

Den natrium-kalciumväxlar (ofta betecknad Na ⁺ / Ca ^{2 +} växlare , utbyte protein , eller NCX ) är en antiporten membranprotein som avlägsnar kalcium från celler. Den använder energin som lagras i den elektrokemiska gradienten av natrium (Na ⁺ ) genom att låta Na ⁺ flöda ner sin gradient över plasmamembranet i utbyte mot mottransport av kalciumjoner (Ca ²⁺ ). En enda kalciumjon exporteras för import av tre natriumjoner. Växlaren finns i många olika celltyper och djurarter. NCX anses vara en av de viktigaste cellulära mekanismerna för att ta bort Ca ²⁺ .

Växlaren finns vanligtvis i plasmamembranen och mitokondrier och endoplasmatisk retikulum av exciterbara celler.

Fungera

Natrium -kalciumbytaren är bara ett av de system genom vilka den cytoplasmatiska koncentrationen av kalciumjoner i cellen hålls låg. Växlaren binder inte särskilt hårt till Ca ²⁺ (har låg affinitet), men den kan transportera jonerna snabbt (har hög kapacitet) och transportera upp till fem tusen Ca ²⁺ joner per sekund. Därför kräver det stora koncentrationer av Ca ^{2+ för} att vara effektiva, men är användbart för att befria cellen från stora mängder Ca ²⁺ på kort tid, vilket behövs i en neuron efter en åtgärdspotential . Således spelar växlaren sannolikt också en viktig roll för att återfå cellens normala kalciumkoncentrationer efter en excitotoxisk förolämpning. En sådan primär transportör av kalciumjoner finns i plasmamembranet hos de flesta djurceller. En annan, mer allestädes närvarande transmembranpump som exporterar kalcium från cellen är plasmamembranet Ca ²⁺ ATPase (PMCA), som har en mycket högre affinitet men en mycket lägre kapacitet. Eftersom PMCA effektivt kan binda till Ca ²⁺ även när dess koncentrationer är ganska låga, är det bättre lämpad för uppgiften att bibehålla de mycket låga halterna av kalcium som normalt finns i en cell. Na ⁺ /Ca ²⁺ -bytaren kompletterar hög affinitet, låg kapacitans Ca ²⁺ -ATPas och tillsammans är de involverade i en mängd olika cellulära funktioner inklusive:

• kontroll av neurosekretion
• aktivitet av fotoreceptorceller
• hjärtmuskelavslappning
• bibehållande av Ca ²⁺ -koncentrationen i det sarkoplasmatiska nätet i hjärtceller
• bibehållande av Ca ²⁺ -koncentrationen i det endoplasmatiska retikulumet av både exciterbara och icke -spännande celler
• excitation-kontraktionskoppling
• bibehållande av låg Ca ²⁺ -koncentration i mitokondrier

Växlaren är också inblandad i hjärtelektrisk ledningsavvikelse som kallas fördröjd efterdepolarisering . Man tror att intracellulär ackumulering av Ca ²⁺ orsakar aktivering av Na ⁺ /Ca ²⁺ -bytaren. Resultatet är en kort tillströmning av en positiv nettoladdning (kom ihåg 3 Na ⁺ in, 1 Ca ²⁺ ut), vilket orsakar cellulär depolarisering. Denna onormala cellulära depolarisering kan leda till hjärtarytmi.

Reversibilitet

Eftersom transporten är elektrogen (förändrar membranpotentialen) kan depolarisering av membranet vända växlarens riktning om cellen depolariseras tillräckligt, vilket kan uppstå vid excitotoxicitet . Dessutom, liksom med andra transportproteiner, beror mängden och transportriktningen på transmembransubstratgradienter. Detta faktum kan vara skyddande eftersom ökningar i intracellulär Ca2 ⁺ -koncentration som uppträder vid excitotoxicitet kan aktivera växlaren i riktning framåt även i närvaro av en sänkt extracellulär Na ⁺ -koncentration. Men det betyder också att när intracellulära nivåer av Na ⁺ stiger utöver en kritisk punkt, börjar NCX importera Ca ²⁺ . NCX kan arbeta i både framåt och bakåtriktningar samtidigt i olika områden av cellen, beroende på de kombinerade effekterna av Na ⁺ och Ca ²⁺ gradienter. Denna effekt kan förlänga kalciumtransienter efter utbrott av neuronal aktivitet, vilket påverkar neuronal informationsbehandling.

Na ⁺ /Ca ²⁺ växlare i hjärtaktionspotentialen

Möjligheten för Na ⁺ /Ca ²⁺ växlaren att vända flödesriktning manifesterar sig under hjärtaktionspotentialen . På grund av den känsliga roll som Ca ²⁺ spelar vid sammandragning av hjärtmuskler kontrolleras cellkoncentrationen av Ca ²⁺ noggrant. Under vilopotentialen utnyttjar Na ⁺ /Ca ²⁺ -bytaren den stora extracellulära Na+ -koncentrationsgradienten för att hjälpa till att pumpa Ca ²⁺ ur cellen. Faktum är att Na ⁺ /Ca ²⁺ -bytaren befinner sig i Ca ²⁺ -flödesläget för det mesta. Under uppsträckningen av hjärtaktionspotentialen finns det dock en stor tillströmning av Na ⁺ -joner. Detta depolariserar cellen och förskjuter membranpotentialen i positiv riktning. Vad som resulterar är en stor ökning av intracellulärt [Na ⁺ ]. Detta orsakar att reversering av Na ⁺ /Ca ²⁺ -bytaren pumpar Na ⁺ joner ur cellen och Ca 2 ⁺ joner in i cellen. Denna vändning av växlaren varar dock bara en stund på grund av den inre ökningen i [Ca ²⁺ ] som ett resultat av tillströmningen av Ca ²⁺ genom kalciumkanalen av L-typ , och växlaren återgår till sin framåtriktade flödesriktning, pumpar ut Ca ²⁺ ur cellen.

Medan växlaren normalt arbetar i Ca ²⁺ -flödesläget (med undantag för tidigt i åtgärdspotentialen), kan vissa förhållanden onormalt växla växlaren till omvänd (Ca ²⁺ tillströmning, Na ⁺ efflux) -läge. Nedan listas flera cellulära och farmaceutiska tillstånd där detta händer.

• Den interna [Na ⁺ ] är högre än vanligt (som när digitalisglykosidläkemedel blockerar Na ⁺ /K ⁺ -ATPas -pumpen.)
• Den sarkoplasmatiska retikulumfrisättningen av Ca ²⁺ hämmas.
• Andra Ca ²⁺ tillströmningskanaler inhiberas.
• Om åtgärdspotentialens längd förlängs.

Strukturera

Baserat på sekundära strukturer och hydrofobicitetsprognoser förutspåddes initialt NCX att ha 9 transmembranhelikar . Familjen antas ha uppstått från en genduplikering , på grund av skenbar pseudosymmetri inom den primära sekvensen för transmembrandomänen. Insatt mellan de pseudosymmetriska halvorna är en cytoplasmatisk slinga som innehåller regleringsdomäner. Dessa reglerande domäner har C2 -domänliknande strukturer och är ansvariga för kalciumreglering. Nyligen har strukturen för en archaeal NCX-ortolog lösts med röntgenkristallografi . Detta illustrerar tydligt en dimer transportör av 10 transmembran spiraler, med en diamantformad plats för substratbindning. Baserat på strukturen och struktursymmetrin föreslogs en modell för alternerande åtkomst med jontävling på den aktiva platsen. Strukturerna hos tre relaterade proton-kalciumbytare (CAX) har lösts från jäst och bakterier . Även om de är strukturellt och funktionellt homologa, illustrerar dessa strukturer nya oligomera strukturer, substratkoppling och reglering.

Historia

År 1968 publicerade H Reuter och N Seitz fynd att när Na ⁺ avlägsnas från mediet som omger en cell, hämmar utflödet av Ca ²⁺ , och de föreslog att det kan finnas en mekanism för utbyte av de två jonerna. År 1969 publicerade en grupp under ledning av PF Baker som experimenterade med bläckfiskaxoner ett fynd som föreslog att det finns ett sätt för Na ⁺ utträde från andra celler än natriumkaliumpumpen . Digitalis, mer allmänt känt som rävhandske, är känt för att ha stor effekt på Na/K ATPas, vilket i slutändan orsakar en kraftigare sammandragning av hjärtat. Växten innehåller föreningar som hämmar natriumkaliumpumpen som sänker den elektrokemiska gradienten av natrium. Detta gör pumpning av kalcium ur cellen mindre effektiv, vilket leder till en kraftigare sammandragning av hjärtat. För individer med svaga hjärtan är det ibland möjligt att pumpa hjärtat med tyngre kontraktil kraft. Men det kan också orsaka högt blodtryck eftersom det ökar hjärtats kontraktila kraft.

Se även

• Aktiv transport
• Hjärtaktionspotential
• Kaliumberoende natrium-kalciumväxlare

Referenser

externa länkar

• Natrium-kalcium+växlare vid US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)
• Diagram på cvphysiology.com
• Klabunde, RE. 2007. Cardiovascular Physiology Concepts: Calcium Exchange.