Роль, распределение и миграция кальция в клетке презентация

Роль кальция в организме
КАЛЬЦИЙ
Основной строительный материал для твёрдых минерализованных тканей
(входит в состав гидроксиапатита
Ca10(PO4)6(OH)2)
Участник формирования возбуждения в клетке (формирует фазу роста потенциала действия в нейронах, определяет возбудимость клеточной мембраны)
Участник процесса свертывания крови
(IV фактор свёртывания, активирует протромбиназу, превращение протромбина в тромбин, ингибирует фибринолиз)
Участник мышечного сокращения
(связывание с тропонином,
активация каталитических центров для расщепления АТФ на головках миозина)
Посредник
в передаче гормонального сигнала
(выполняет роль вторичного и третичного мессенджера)
Аллостерический модулятор активности
более 300 ферментов (активирует АТФазу, киназу фосфорилазы, фосфодиэстеразу, ингибирует енолазу, дипептидазы)

Распределение кальция
I пул
– экстрацеллюлярный кальций
(кальций внеклеточного пространства).
II пул
– интрацеллюлярный кальций
(внутриклеточный кальций).
III пул
– кальций внутриклеточного пространства
(кальций митохондрий и ЭПР)

Кальцийсвязывающие белки
Кальцийсвязывающие
белки
Каналообразующие белки
(Са2+-АТФаза)
Функциональные
белки
(тропонин С, кальмодулин)
Депонирующие
белки
(кальсеквестрин, кальрегулин, кальретикулин)

Миграция кальция
1. Медленные потенциалозависимые кальциевые каналы сарколеммы L-типа
2. Кальциевые каналы саркоплазматического ретикулума, связанные с рианодиновым рецептором
3. Ca2+-АТФаза сарколеммы
4. Ca2+-АТФаза саркоплазматического ретикулума
5. Na+/Ca2+-обменник
2
4
1
3
5
K+
Na+
Ca2+
Na+-K+-АТФ-аза
Na+

Потенциалозависимые кальциевые каналы
Состав:
Входные ворота
Пора
Виды:
L-типа
N-типа
P-типа
T-типа
Цитоплазматическая петля, формирующая ножку, которая является сенсором напряжения, взаимодействующим с рианодиновым рецептором
Потенциалозависимый кальциевый канал L- типа носит название дигидропиридинового рецептора,
т.к. чувствителен к действию дигидропиридинов.

Рианодиновый рецептор
Рианодиновые рецепторы (RyR) -
особый тип хемоактивируемых Са2+-каналов,
имеющихся в мембране саркоплазматического ретикулума.
Выполняют важнейшую функцию
сопряжения потенциала действия с мышечным сокращением.
RyR активируется:
Са2+ (в микромолярных концентрациях),
АТФ,
кофеином,
жирными кислотами,
рианодином (в низкой концентрации).
RyR инактивируется:
Са2+ (в миллимолярных концентрациях),
рианодином (в высокой концентрации).
Изоформы рецепторов, кодируемые разными генами.
RyR1 – в скелетной мускулатуре,
RyR2 – в миокарде,
RyR3 – в головном мозге и диафрагме.
В скелетных мышцах рианодиновые рецепторы активируются
посредством специализированного механизма прямого электромеханического сопряжения,
а сокращение сердечной мышцы запускается по механизму
Са2+-индуцированного выброса Са2+ .
Ryania speciosa
Рианодин – алкалоид растительного происхождения

Рианодиновый рецептор

Рианодиновый рецептор
Механизм высвобождения Ca2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума.
А - рецептор рианодина в мембране цистерны связан с Са2+-каналом. Работу канала контролируют рецепторы дигидропиридина плазмолеммы, в ответ на деполяризацию активирующие рецепторы рианодина, что и приводит к высвобождению Ca2+ (скелетные мышцы);
Б - рецептор рианодина в мембране цистерны непосредственно не связан с белками плазмолеммы, но активируется Ca2+ при незначительном повышении концентрации этого катиона в цитозоле за счёт поступления в клетку через потенциалозависимые Ca2+-каналы (миокард);
В - Ca2+ освобождается из цистерн при активации рецепторов ИТФ. Этот второй посредник образуется при участии фосфолипазы C в ответ на взаимодействие агониста со своим рецептором в плазмолемме (гладкие мышцы)
А Б В

Рианодиновый рецептор
Механизм высвобождения Ca2+ из цистерн саркоплазматического ретикулума.
А - рецептор рианодина в мембране цистерны связан с Са2+-каналом. Работу канала контролируют рецепторы дигидропиридина плазмолеммы, в ответ на деполяризацию активирующие рецепторы рианодина, что и приводит к высвобождению Ca2+ (скелетные мышцы);
Б - рецептор рианодина в мембране цистерны непосредственно не связан с белками плазмолеммы, но активируется Ca2+ при незначительном повышении концентрации этого катиона в цитозоле за счёт поступления в клетку через потенциалозависимые Ca2+-каналы (миокард);
В - Ca2+ освобождается из цистерн при активации рецепторов ИТФ. Этот второй посредник образуется при участии фосфолипазы C в ответ на взаимодействие агониста со своим рецептором в плазмолемме (гладкие мышцы)
А
Б
В

Ca2+-АТФаза
Механизм работы Са2+-АТФазы.
(1) - Когда протеин находится в исходной конформации, два иона Ca2+ по очереди связываются с высокоаффинными участками поверхности протеина, обращенной в сторону цитозоля. Затем АТФ связывается с другим определенным участком поверхности протеина, обращенной в сторону цитозоля.
(2) - Одновременное присутствие ионов Ca2+ и Mg2+-АТФ запускает гидролиз АТФ.
(3) - Освобожденный фосфат (концевая фосфатная группа в АТФ) переносится от АТФ к карбоксильной группе остатка аспарагиновой кислоты протеина (фосфорилирование белка по карбоксильной группе аспарагиновой кислоты), формируя высокоэнергетическую ацилфосфатную связь.
(4) - Происходит образование фосфорилированного протеина (или ферментфосфатного комплекса). Это изменение конформации протеина ведет к одновременному проталкиванию двух ионов Ca2+ на другую сторону протеина и соответственно мембраны.

Na+/Ca2+-обменник
Натрий-кальциевый обменник -
трансмембранный белок цитоплазматической мембраны, транспортирующий ионы кальция из клетки в обмен на ионы натрия, которые поступают в клетку (механизм антипорта).
Обменник использует энергию, накопленную в электрохимическом градиенте натрия,
пропуская три иона Na+ в клетку по градиенту концентрации
и выводя один ион Ca2+ из клетки против градиента концентрации (вторично-активный транспорт).
Эта система работает обратимо: при искусственном понижении внеклеточной концентрации Na+ либо при повышении концентрации этого иона в цитоплазме может происходить вход Са2+ снаружи в обмен на внутриклеточный натрий. Поскольку этот процесс является электрогенным, он в большой степени зависит от мембранного потенциала: деполяризация мембраны наряду с уменьшением трансмембранного градиента ионов натрия также способствует входу Са2+ в клетку.

Тропомиозин и тропонин в отсутствие ионов кальция блокируют связывание миозина с актином.
При связывании ионов кальция конформация тропонин-тропомиозинового комплекса изменяется, что позволяет миозину связываться с актином.
Механизм сокращения

Сокращение кардиомиоцита

Расслабление кардиомиоцита
Активация обмена ионами на сарколемме:
ионы Са2+ выходят из клетки, а ионы Na+ входят в саркоплазму. Поддержание концентрационного градиента осуществляется за счёт Na+,К+-АТФазы.

Механизм сокращения
В общем объёме кальция, обеспечивающего сокращение,
на долю межклеточного кальция приходится 20%,
на долю саркоплазматического кальция – 80%.
80% кальция возвращаются в полость саркоплазматического ретикулума,
15% выходят из клетки за счёт работы Na+/Ca2+-обменника,
5% - за счёт работы Са2+-АТФазы.