Ученые выяснили механизм переключения насоса кальция в биологических клетках

Источник: phys.org

Когда животные и растения подвергаются внешним воздействиям — таким, как бактериальные атаки, холод или неприятный запах — поток ионов кальция устремляется внутрь клеток. Ионы сигнализируют клеткам о том, что происходит снаружи. Но высокая концентрация кальция опасна для клеток. Поэтому при избытке ионов они должны быстро откачиваться наружу при помощи особой «биологической помпы». Этот механизм имеет решающее значение для здоровья и выживания клетки. Исследователи из Университета Копенгагена и Университета Аархуса (оба находятся в Дании) выяснили, как регулируется скорость насоса кальция в наружной мембране клетки. Как заявляют участники проекта постдоки Хеннинг Тидоу и Лизбет Росагер Поульсен, «помпа» способна измерять содержание кальция в клетке. Когда оно низкое, насос неактивен. Но когда количество ионов кальция растет, работа насоса запускается в ступенчатом режиме.

В предыдущих исследованиях было доказано, что в клетках животных и растений работа насоса связана с белком кальмодулином. При избытке ионов кальция некоторые из них связываются с протеином, эта реакция и включает откачку. В новом эксперименте ученые очистили ту часть насоса, которая взаимодействует с кальмодулином, и им удалось определить кристаллическую структуру белкового комплекса. При этом обнаружилось, что кальциевая помпа связывает два белка кальмодулина, а не один, как предполагалось ранее. Такая организация позволяет насосу работать в одном из трех режимов. Первый режим — неактивный (низкий уровень ионов кальция).

Второй режим — средняя скорость откачки. Он включается, когда ионов кальция много, но их концентрация еще далека от критической (поэтому связывается только один из белков кальмодулина). Третий режим — быстрая откачка ионов, он запускается при связывании обоих белков кальмодулина. Как отмечает г-жа Поульсен, наличие такой «коробки передач» неслучайно. Процесс откачки кальция из клеток требует большого количества энергии. Два домена для связи с белком — переключателем позволяют экономить ресурсы. В то же время, в случае опасной концентрации ионов, клетка может быстро от них избавиться. Остается добавить, что в качестве модели ученые использовали классическое лабораторное растение — арбидопсис (Arabidopsis thaliana). Но аналогичный механизм регулирования существует в клетках животных и человека.