POMPE À CALCIUM: FONCTIONS, TYPES, STRUCTURE ET FONCTIONNEMENT - LA BIOLOGIE - 2025

La pompe à calcium est une structure de nature protéique responsable du transport du calcium à travers les membranes cellulaires. Cette structure dépend de l'ATP et est considérée comme une protéine de type ATPase, également appelée Ca ²⁺ -ATPase.

La Ca ²⁺ -ATPase se trouve dans toutes les cellules des organismes eucaryotes et est essentielle à l'homéostasie du calcium dans la cellule. Cette protéine effectue le transport actif primaire, car le mouvement des molécules de calcium va à l'encontre de leur gradient de concentration.

Structure cristallographique SERCA.

Source: Wcnsaffo

Fonctions de la pompe à calcium

Le Ca ²⁺ joue un rôle important dans la cellule, sa régulation en son sein est donc essentielle à son bon fonctionnement. Agit souvent comme un second messager.

Dans les espaces extracellulaires, la concentration de Ca ²⁺ est environ 10 000 fois plus élevée que dans les cellules. Une concentration accrue de cet ion dans le cytoplasme cellulaire déclenche diverses réponses, telles que des contractions musculaires, la libération de neurotransmetteurs et la dégradation du glycogène.

Il existe plusieurs façons de transférer ces ions depuis les cellules: le transport passif (sortie non spécifique), les canaux ioniques (mouvement en faveur de leur gradient électrochimique), le transport actif secondaire de type anti-support (Na / Ca), et le transport actif primaire avec la pompe. Dépendant de l'ATP.

Contrairement aux autres mécanismes de déplacement de Ca ²⁺, la pompe fonctionne sous forme vectorielle. Autrement dit, l'ion se déplace dans une seule direction, de sorte qu'il ne fonctionne qu'en les expulsant.

La cellule est extrêmement sensible aux changements de concentration de Ca ²⁺. En présentant une telle différence marquée avec leur concentration extracellulaire, il est donc si important de restaurer efficacement leurs niveaux cytosoliques normaux.

Les types

Trois types de Ca ²⁺ -ATPases ont été décrits dans des cellules animales, en fonction de leur emplacement dans les cellules; les pompes situées dans la membrane plasmique (PMCA), celles situées dans le réticulum endoplasmique et la membrane nucléaire (SERCA), et celles trouvées dans la membrane de l'appareil de Golgi (SPCA).

Les pompes SPCA transportent également des ions Mn ²⁺ qui sont des cofacteurs de diverses enzymes dans la matrice de l'appareil de Golgi.

Les cellules de levure, d'autres organismes eucaryotes et les cellules végétales présentent d'autres types de Ca ²⁺ -ATPases très particulières.

Structure

Pompe PMCA

Dans la membrane plasmique, nous trouvons le transport actif antiportique Na / Ca, qui est responsable du déplacement d'une quantité importante de Ca ²⁺ dans les cellules au repos et en activité. Dans la plupart des cellules au repos, la pompe PMCA est responsable du transport du calcium vers l'extérieur.

Ces protéines sont constituées d'environ 1 200 acides aminés et ont 10 segments transmembranaires. Il y a 4 unités principales dans le cytosol. La première unité contient le groupe amino terminal. Le second a des caractéristiques de base, lui permettant de se lier aux phospholipides acides activateurs.

Dans la troisième unité, il y a un acide aspartique avec une fonction catalytique, et "en aval" de celui-ci une bande de liaison à l'isotocyanate de fluorescéine, dans le domaine de liaison à l'ATP.

Dans la quatrième unité se trouvent le domaine de liaison de la calmoduline, les sites de reconnaissance de certaines kinases (A et C) et les bandes de liaison allostériques de Ca ²⁺.

Pompe SERCA

Les pompes SERCA se trouvent en grande quantité dans le réticulum sarcoplasmique des cellules musculaires et leur activité est liée à la contraction et à la relaxation dans le cycle de mouvement musculaire. Sa fonction est de transporter le Ca ²⁺ du cytosol cellulaire vers la matrice du réticulum.

Ces protéines sont constituées d'une seule chaîne polypeptidique avec 10 domaines transmembranaires. Sa structure est fondamentalement la même que celle des protéines PMCA, mais elle diffère en ce qu'elles n'ont que trois unités dans le cytoplasme, le site actif étant dans la troisième unité.

Le fonctionnement de cette protéine nécessite un équilibre des charges lors du transport des ions. Deux Ca ²⁺ (par ATP hydrolysé) sont déplacés du cytosol vers la matrice du réticulum, contre un gradient de concentration très élevé.

Ce transport se produit de manière antiportale, car en même temps deux H ⁺ sont dirigés vers le cytosol à partir de la matrice.

Mécanisme de fonctionnement

Pompes SERCA

Le mécanisme de transport est divisé en deux états E1 et E2. Dans E1, les sites de liaison qui ont une forte affinité pour le Ca ²⁺ sont dirigés vers le cytosol. Dans E2, les sites de liaison sont dirigés vers la lumière du réticulum, présentant une faible affinité pour le Ca ²⁺. Les deux ions Ca ²⁺ se lient après le transfert.

Lors de la liaison et du transfert de Ca ²⁺, des changements conformationnels se produisent, y compris l'ouverture du domaine M de la protéine, qui est vers le cytosol. Les ions se lient alors plus facilement aux deux sites de liaison dudit domaine.

L'union des deux ions Ca ²⁺ favorise une série de changements structurels dans la protéine. Parmi eux, la rotation de certains domaines (domaine A) qui réorganise les unités de la pompe, permettant l'ouverture vers la matrice du réticulum pour libérer les ions, découplés grâce à la diminution de l'affinité aux sites de liaison.

Les protons H ⁺ et les molécules d'eau stabilisent le site de liaison du Ca ²⁺, provoquant la rotation du domaine A vers son état d'origine, fermant l'accès au réticulum endoplasmique.

Pompes PMCA

Ce type de pompe se retrouve dans toutes les cellules eucaryotes et est responsable de l'expulsion du Ca ²⁺ vers l'espace extracellulaire afin de maintenir sa concentration stable au sein des cellules.

Dans cette protéine, un ion Ca ²⁺ est transporté par l'ATP hydrolysé. Le transport est régulé par les niveaux de la protéine calmoduline dans le cytoplasme.

En augmentant la concentration de Ca ²⁺ cytosolique, les niveaux de calmoduline augmentent, qui se lie aux ions calcium. Le complexe Ca ²⁺ -calmoduline s'assemble ensuite au site de liaison de la pompe PMCA. Un changement de conformation se produit dans la pompe qui permet à l'ouverture d'être exposée à l'espace extracellulaire.

Des ions calcium sont libérés, rétablissant les niveaux normaux à l'intérieur de la cellule. Par conséquent, le complexe Ca ²⁺ -calmoduline se désassemble, ramenant la conformation de la pompe à son état d'origine.

Références

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