BOMBA DE CÁLCIO: FUNÇÕES, TIPOS, ESTRUTURA E OPERAÇÃO - BIOLOGIA - 2025

A bomba de cálcio é uma estrutura de natureza protéica responsável pelo transporte do cálcio através das membranas celulares. Essa estrutura é dependente de ATP e é considerada uma proteína semelhante à ATPase, também chamada de Ca ²⁺ -ATPase.

A Ca ²⁺ -ATPase é encontrada em todas as células de organismos eucarióticos e é essencial para a homeostase do cálcio na célula. Essa proteína realiza o transporte ativo primário, pois o movimento das moléculas de cálcio vai de encontro ao seu gradiente de concentração.

Estrutura cristalográfica da SERCA.

Fonte: Wcnsaffo

Funções da bomba de cálcio

O Ca ²⁺ desempenha papéis importantes na célula, portanto sua regulação dentro delas é essencial para seu funcionamento adequado. Freqüentemente, atua como um segundo mensageiro.

Nos espaços extracelulares, a concentração de Ca ²⁺ é aproximadamente 10.000 vezes maior do que dentro das células. Um aumento da concentração desse íon no citoplasma da célula desencadeia várias respostas, como contrações musculares, liberação de neurotransmissores e quebra de glicogênio.

Existem várias formas de transferência desses íons das células: transporte passivo (saída inespecífica), canais iônicos (movimento a favor de seu gradiente eletroquímico), transporte ativo secundário do tipo anti-suporte (Na / Ca) e transporte ativo primário com bomba. Dependente de ATP.

Ao contrário dos outros mecanismos de deslocamento de Ca ²⁺, a bomba opera na forma vetorial. Ou seja, o íon se move em apenas uma direção, de modo que só funciona expulsando-os.

A célula é extremamente sensível a mudanças na concentração de Ca ²⁺. Por apresentar uma diferença tão marcante com sua concentração extracelular, é tão importante restaurar de forma eficiente seus níveis citosólicos normais.

Tipos

Três tipos de Ca ²⁺ -ATPases foram descritos em células animais, de acordo com sua localização nas células; bombas localizadas na membrana plasmática (PMCA), aquelas localizadas no retículo endoplasmático e membrana nuclear (SERCA) e aquelas localizadas na membrana do aparelho de Golgi (SPCA).

As bombas SPCA também transportam íons Mn ²⁺ que são cofatores de várias enzimas na matriz do aparelho de Golgi.

As células de levedura, outros organismos eucarióticos e células vegetais apresentam outros tipos de Ca ²⁺ -ATPases muito particulares.

Estrutura

Bomba PMCA

Na membrana plasmática encontramos o transporte ativo antipórtico Na / Ca, que é responsável pelo deslocamento de uma quantidade significativa de Ca ²⁺ nas células em repouso e em atividade. Na maioria das células em estado de repouso, a bomba PMCA é responsável pelo transporte de cálcio para o exterior.

Essas proteínas são compostas por cerca de 1.200 aminoácidos e têm 10 segmentos transmembrana. Existem 4 unidades principais no citosol. A primeira unidade contém o grupo amino terminal. O segundo tem características básicas, permitindo que se ligue a fosfolipídios ácidos ativadores.

Na terceira unidade existe um ácido aspártico com função catalítica, e "a jusante" deste uma banda de ligação de isotocianato de fluoresceína, no domínio de ligação de ATP.

Na quarta unidade está o domínio de ligação à calmodulina, os locais de reconhecimento de certas quinases (A e C) e as bandas de ligação de Ca ²⁺ alostéricas.

Bomba SERCA

As bombas SERCA são encontradas em grandes quantidades no retículo sarcoplasmático das células musculares e sua atividade está relacionada à contração e relaxamento no ciclo de movimento muscular. Sua função é transportar Ca ²⁺ do citosol celular para a matriz do retículo.

Essas proteínas consistem em uma única cadeia polipeptídica com 10 domínios transmembranares. Sua estrutura é basicamente a mesma das proteínas PMCA, mas difere por apresentarem apenas três unidades no citoplasma, estando o sítio ativo na terceira unidade.

O funcionamento dessa proteína requer um equilíbrio de cargas durante o transporte de íons. Dois Ca ²⁺ (por ATP hidrolisado) são deslocados do citosol para a matriz do retículo, contra um gradiente de concentração muito alto.

Esse transporte ocorre de forma antiportal, pois ao mesmo tempo dois H ⁺ são direcionados para o citosol a partir da matriz.

Mecanismo de operação

Bombas SERCA

O mecanismo de transporte é dividido em dois estados E1 e E2. Em E1, os sítios de ligação que têm alta afinidade para Ca ²⁺ são direcionados para o citosol. No E2, os sítios de ligação são direcionados para o lúmen do retículo, apresentando baixa afinidade para o Ca ²⁺. Os dois íons Ca ²⁺ se ligam após a transferência.

Durante a ligação e transferência de Ca ²⁺, ocorrem mudanças conformacionais, incluindo a abertura do domínio M da proteína, que se dirige ao citosol. Os íons então se ligam mais facilmente aos dois locais de ligação do referido domínio.

A união dos dois íons Ca ²⁺ promove uma série de mudanças estruturais na proteína. Dentre eles, a rotação de determinados domínios (domínio A) que reorganiza as unidades da bomba, possibilitando a abertura em direção à matriz do retículo para liberação dos íons, que são desacoplados graças à diminuição da afinidade nos sítios de ligação.

Os prótons H ⁺ e as moléculas de água estabilizam o sítio de ligação do Ca ²⁺, fazendo com que o domínio A gire de volta ao seu estado original, fechando o acesso ao retículo endoplasmático.

Bombas PMCA

Este tipo de bomba é encontrada em todas as células eucarióticas e é responsável pela expulsão de Ca ²⁺ para o espaço extracelular, a fim de manter sua concentração estável dentro das células.

Nesta proteína, um íon Ca ²⁺ é transportado pelo ATP hidrolisado. O transporte é regulado pelos níveis da proteína calmodulina no citoplasma.

Ao aumentar a concentração de Ca ²⁺ citosólico, aumentam os níveis de calmodulina, que se liga aos íons de cálcio. O complexo Ca ²⁺ -calmodulina então se reúne no local de ligação da bomba PMCA. Uma mudança conformacional ocorre na bomba que permite que a abertura seja exposta ao espaço extracelular.

Os íons de cálcio são liberados, restaurando os níveis normais dentro da célula. Conseqüentemente, o complexo Ca ²⁺ -calmodulina se desmonta, retornando a conformação da bomba ao seu estado original.

Referências

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