カルシウムポンプ

カルシウムポンプは、すべての動物細胞の細胞膜に見られるイオン輸送体ファミリーです。細胞膜を横切る急峻なCa ²⁺電気化学的勾配を維持するために、カルシウムを細胞外に能動輸送する役割を担っています。カルシウムポンプは、細胞内カルシウム濃度を細胞外濃度の約10,000倍低く保つことで、適切な細胞シグナル伝達に重要な役割を果たします。 ^{[1]これが機能しないことが、筋肉の}けいれんの原因の1つです。

細胞膜Ca2 ⁺ ATPaseとナトリウム-カルシウム交換輸送体は、細胞質Ca2 ⁺濃度の主な調節因子である。^[2]

生物学的役割

Ca ^{2+ は}細胞内メッセンジャーとして多くの重要な役割を果たしている。多量の遊離 Ca ^{2+が放出されると、}受精卵の発達、骨格筋細胞の収縮、分泌細胞による分泌、カルモジュリンなどの Ca ²⁺応答性タンパク質との相互作用が引き起こされる。^[3]細胞質内の遊離 Ca 2+ の濃度を低く維持するために、細胞は骨格筋の筋小胞体の膜にあるカルシウム ATPase などの膜ポンプを使用する。これらのポンプは、刺激信号が膜内の Ca 2+ チャネルを開いたときに、Ca 2+ が細胞質に流れ込むこと^を^可能にする急峻な電気化学的勾配を提供するために必要である。ポンプはまた、 Ca ²⁺^{を細胞質から}能動的にポンプで送り出し、細胞を信号前の状態に戻すためにも必要である。^[3]

カルシウムポンプの結晶構造解析

骨格筋の筋小胞体に存在するカルシウムポンプの構造は、2000年に豊島らによって管状結晶と3D微結晶の顕微鏡検査によって解明された。このポンプは分子量110,000 amuで、3つの十分に離れた細胞質ドメインと、10個のαヘリックスからなる膜貫通ドメイン、および2つの膜貫通Ca ²⁺ 結合部位を持つ。^[4]

機構

P型ATPaseの能動輸送の古典的理論 ^[5]

豊島近による結晶構造研究のデータを上記のサイクルに適用した^[6]^[7]

参考文献

^ Carafoli E (1991年1月). 「細胞膜のカルシウムポンプ」. Physiol. Rev. 71 ( 1): 129–53. doi :10.1152/physrev.1991.71.1.129. PMID 1986387.
^ Strehler EE、Zacharias DA (2001 年 1 月)。「選択的スプライシングが細胞膜カルシウムポンプのアイソフォーム多様性を生み出す役割」。Physiol . Rev. 81 ( 1 ): 21–50。doi :10.1152/physrev.2001.81.1.21。PMID 11152753。S2CID 9062253。
^ ab アルバーツ、ブルース; ブレイ、デニス; ホプキン、カレン; ジョンソン、アレクサンダー D; ルイス、ジュリアン; ラフ、マーティン; ロバーツ、キース; ウォルター、ピーター (2009)。Essential Cell Biology (第 3 版)。ニューヨーク: ガーランドサイエンス。pp. 552–554。ISBN 978-0815341291。
^ 豊島、チカシ;中迫正義；野村裕美;小川治夫 (2000 年 6 月 8 日) 「2.6 Åの分解能での筋小胞体のカルシウムポンプの結晶構造」。自然。405 (6787): 647–655。Bibcode :2000Natur.405..647T。土井：10.1038/35015017。PMID 10864315。S2CID 4316039 。
^ 豊島千賀志; 乗松義之; 岩沢志保; 津田健夫; 小川治夫 (2007 年 12 月 5 日). 「アスパルチルリン酸の処理はカルシウムポンプのイオン経路の内腔ゲーティングにどのように連動しているか」。米国科学アカデミー紀要。104 ( 50): 19831–19836。Bibcode :2007PNAS..10419831T。doi : 10.1073 / pnas.0709978104。PMC 2148383。PMID 18077416。
^ 豊島千佳志、野村宏美 (2002 年 8 月 8 日)。「カルシウムの解離に伴うカルシウムポンプの構造変化」。Nature . 418 ( 6898 ): 605–611。Bibcode : 2002Natur.418..605T。doi : 10.1038/nature00944。PMID 12167852。S2CID 1441673 。
^ 豊島千佳志; 水谷達明 (2004 年 6 月 30 日). 「結合した ATP 類似体を持つカルシウムポンプの結晶構造」. Nature . 430 (6999): 529–535. Bibcode :2004Natur.430..529T. doi :10.1038/nature02680. PMID 15229613. S2CID 4331138.

[Carafoli-1] Carafoli E (1991年1月). 「細胞膜のカルシウムポンプ」. Physiol. Rev. 71 ( 1): 129–53. doi :10.1152/physrev.1991.71.1.129. PMID 1986387.

[Strehler-2] ^ Strehler EE、Zacharias DA (2001 年 1 月)。「選択的スプライシングが細胞膜カルシウムポンプのアイソフォーム多様性を生み出す役割」。Physiol . Rev. 81 ( 1 ): 21–50。doi :10.1152/physrev.2001.81.1.21。PMID 11152753。S2CID 9062253。

[Alberts-3] アルバーツ、ブルース; ブレイ、デニス; ホプキン、カレン; ジョンソン、アレクサンダー D; ルイス、ジュリアン; ラフ、マーティン; ロバーツ、キース; ウォルター、ピーター (2009)。Essential Cell Biology (第 3 版)。ニューヨーク: ガーランドサイエンス。pp. 552–554。ISBN 978-0815341291。

[4] 豊島、チカシ;中迫正義；野村裕美;小川治夫 (2000 年 6 月 8 日) 「2.6 Åの分解能での筋小胞体のカルシウムポンプの結晶構造」。自然。405 (6787): 647–655。Bibcode :2000Natur.405..647T。土井：10.1038/35015017。PMID 10864315。S2CID 4316039 。

[5] 豊島千賀志; 乗松義之; 岩沢志保; 津田健夫; 小川治夫 (2007 年 12 月 5 日). 「アスパルチルリン酸の処理はカルシウムポンプのイオン経路の内腔ゲーティングにどのように連動しているか」。米国科学アカデミー紀要。104 ( 50): 19831–19836。Bibcode :2007PNAS..10419831T。doi : 10.1073 / pnas.0709978104。PMC 2148383。PMID 18077416。

[6] 豊島千佳志、野村宏美 (2002 年 8 月 8 日)。「カルシウムの解離に伴うカルシウムポンプの構造変化」。Nature . 418 ( 6898 ): 605–611。Bibcode : 2002Natur.418..605T。doi : 10.1038/nature00944。PMID 12167852。S2CID 1441673 。

[7] 豊島千佳志; 水谷達明 (2004 年 6 月 30 日). 「結合した ATP 類似体を持つカルシウムポンプの結晶構造」. Nature . 430 (6999): 529–535. Bibcode :2004Natur.430..529T. doi :10.1038/nature02680. PMID 15229613. S2CID 4331138.