13.6
المضخات من النوع P هي عائلة كبيرة من ناقلات الأغشية المتكاملة ATPases. وهي مقسمة إلى خمسة أنواع رئيسية على أساس خصوصية الركيزة، من I إلى V.
تحتوي المض…
المضخات من النوع P أو ATPases من النوع P هي نوع من ناقلات الأغشية التي يحركها ATP.
أحد الأمثلة الأكثر شيوعا للمضخات من النوع P هو الشبكة الساركو / الإندوبلازمية Ca-ATPase أو SERCA الموجودة على الشبكة الساركوبلازمية أو غشاء SR في عضلات الهيكل العظمي.
تحتوي المضخة على مجال غشاء وغطاء رأس سيتوبلازمي يتكون من ثلاثة مجالات: N ، وربط النيوكليوتيدات ، و P ، والفسفرة ، و A ، المشغل.
يرتبط ATP بالمجال N للمضخة. بعد ذلك ، يرتبط اثنان من أيونات الكالسيوم من الجانب العصاري الخلوي بموقع ربط الكالسيوم الموجود داخل المجال الممتد للغشاء.
ثم يتم تحلل ATP إلى ADP والفوسفات غير العضوي. يرتبط الفوسفات غير العضوي بالمجال P.
ينفصل ADP ، متبوعا بربط جزيء ATP جديد يؤدي إلى تغيير توافقي في المضخة التي تفتح الممر إلى تجويف SR وتطلق أيونات الكالسيوم. يرتبط اثنان من أيونات الهيدروجين من تجويف SR بمواقع ربط الكالسيوم الفارغة التي تغلق الممر المؤدي إلى التجويف.
بعد ذلك ، ينفصل الفوسفات غير العضوي من المجال P. يتم إطلاق أيونات الهيدروجين المرتبطة مؤقتا بمواقع ربط الكالسيوم ، وتعود المضخة إلى شكلها الأولي.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What are the three main cytoplasmic domains found in P-type pumps?
P-type pumps contain three cytoplasmic domains: the nucleotide-binding (N) domain where ATP binds, the phosphorylation (P) domain where an aspartic acid residue is reversibly phosphorylated, and the actuator (A) domain that allows association of the N and P domains. These domains work together to enable proper pump functioning and solute translocation across the membrane.
Q2: How does the SERCA pump transport calcium ions across the sarcoplasmic reticulum membrane?
The SERCA pump binds two calcium ions from the cytosol at calcium-binding sites within its membrane-spanning domain. ATP hydrolysis provides energy, triggering a conformational change that opens a passageway to the sarcoplasmic reticulum lumen and releases the calcium ions. Hydrogen ions then bind to the empty sites, and the pump returns to its initial conformation, completing the cycle.
Q3: Why is maintaining low cytoplasmic calcium concentration important for muscle function?
Calcium pumps maintain cytoplasmic calcium concentration roughly 10,000 times lower than extracellular concentration, which is essential for cell signaling and muscle function. Failure to maintain this concentration gradient is one of the causes of muscle cramps. Calcium pumps account for about 80% of sarcoplasmic reticulum membrane protein in skeletal muscles, highlighting their critical role.
Q4: What is the role of phosphorylation in the P-type pump catalytic cycle?
During the catalytic cycle, inorganic phosphate attaches to the P-domain after ATP hydrolysis, forming a covalent phosphoenzyme intermediate. This phosphorylation at a highly conserved aspartic acid residue leads to conformational changes in the pump's transmembrane segments, enabling the pump to open its passageway and translocate solutes across the membrane.
Q5: Where are different types of calcium pumps located in cells?
Calcium pumps are found in multiple cellular locations. SERCA pumps are located on the sarcoplasmic and endoplasmic reticulum membranes in skeletal and heart muscles. PMCA pumps are expressed on the plasma membrane in various tissues including the brain. SPCA pumps are found on Golgi membranes. All these pumps are P-type ATPases that regulate intracellular calcium concentration.
Q6: How many ATP molecules are required for the SERCA pump to transport calcium ions?
The SERCA pump hydrolyzes one ATP molecule to transport two calcium ions into the sarcoplasmic reticulum against their concentration gradient. This stoichiometry of 2:1 (calcium to ATP) makes the pump highly efficient at maintaining the steep calcium concentration gradient necessary for primary active transport and cellular homeostasis.
Q7: What structural features connect the cytoplasmic domains to the membrane-spanning helices in P-type pumps?
The three cytoplasmic domains—nucleotide-binding, phosphorylation, and actuator domains—are connected to the membrane-spanning helices by short amino acid segments. This structural arrangement allows the domains to coordinate ATP hydrolysis and covalent phosphoenzyme intermediate formation, which are crucial parts of the catalytic cycle for solute translocation.