나트륨-칼슘 교환기

Sodium-calcium exchanger
용액 캐리어 패밀리 8(식당/식당 교환기), 멤버 1
식별자
기호SLC8A1
Alt. 기호NCX1
엔씨비유전자6546
HGNC11068
오밈182305
RefSeqNM_021097
유니프로트P32418
기타자료
로커스2번 씨 p23-p21
솔류트 캐리어 패밀리 8(식당-식당 교환기), 멤버 2
식별자
기호SLC8A2
엔씨비유전자6543
HGNC11069
오밈601901
RefSeqNM_015063
유니프로트Q9UPR5
기타자료
로커스19번 씨 Q13.2
솔류트 캐리어 패밀리 8(솔루트 캐리어 교환기), 멤버 3
식별자
기호SLC8A3
엔씨비유전자6547
HGNC11070
오밈607991
RefSeqNM_033262
유니프로트P57103
기타자료
로커스14번 씨 Q24.1
"NCx"는 여기서 리디렉션된다. NCX의 경우 NCX(동음이의)를 참조하십시오.

나트륨-칼슘 교환기(Na+/Ca2+ 교환기, 교환 단백질, NCX로 표기되는 경우가 많다)는 세포에서 칼슘을 제거하는 항정신병 막 단백질이다. 나트륨+(Na)의 전기화학적 경사로에 저장된 에너지를 칼슘 이온(Ca2+)의 역트랜스포트 교환으로 플라즈마 막을 가로질러 흐르게 하여 나트륨(Na+)의 전기화학적 경사로에 저장된 에너지를 사용한다. 3개의 나트륨 이온을 수입하기 위해 하나의 칼슘 이온을 수출한다.[1] 이 교환기는 많은 다른 종류의 세포와 동물 종에 존재한다.[2] NCX는 Ca를2+ 제거하는 가장 중요한 세포 메커니즘 중 하나로 간주된다.[2]

이 교환기는 보통 흥분성 세포의 플라즈마 막과 미토콘드리아 및 내소성 망막에서 발견된다.[3][4]

함수

나트륨-칼슘 교환기는 세포 내 칼슘 이온의 세포질 농도가 낮게 유지되는 시스템 중 하나일 뿐이다. 이 교환기는 Ca에2+ 매우 단단하게 결합되지 않지만(비호감도 낮음) 이온을 빠르게 운반할 수 있으며(용량이 높음) 초당 최대 5,000Ca2+ 이온을 운반할 수 있다.[5] 따라서 많은 양의 Ca를2+ 필요로 하지만, 작용 전위 후 뉴런에서 필요로 하는 것처럼 단기간에 많은 양의 Ca의2+ 세포를 제거하는 데 유용하다. 따라서, 이 교환기는 또한 흥분성 모독 후에 세포의 정상적인 칼슘 농도를 회복하는 데 중요한 역할을 할 가능성이 있다.[3] 칼슘 이온의 1차 전달체는 대부분의 동물 세포의 혈장막에 존재한다. 세포에서 칼슘을 수출하는 또 다른 보편적인 트랜섬브레인 펌프는 혈장막 Ca2+ ATPase(PMCA)로 친화력은 훨씬 높지만 용량은 훨씬 낮다. PMCA는 농도가 상당히 낮더라도 Ca와2+ 효과적으로 결합할 수 있기 때문에 세포 내에 있는 칼슘의 매우 낮은 농도를 유지하는 작업에 더 적합하다.[6] Na+/Ca2+ 교환기는 높은 친화력, 낮은 캐패시턴스 Ca-ATPase를2+ 보완하며 다음과 같은 다양한 셀룰러 기능을 수행한다.

또한 이 교환기는 지연된 탈분극으로 알려진 심장 전기 전도 이상에 관련되어 있다.[7] Ca의2+ 세포내 축적은 Na+/Ca2+ 교환기의 활성화를 유발한다고 생각된다. 그 결과 순 양전하가 잠깐 유입되어(3 Na+ in, 1 Ca2+ out) 셀룰러 탈분극화가 발생한다.[7] 이러한 비정상적인 세포 탈극은 심장 부정맥으로 이어질 수 있다.

가역성

이송은 전기유전성이므로(막전위를 변경) 세포가 충분히 탈극화되면 세포의 탈극화는 흥분독성에서 일어날 수 있는 것처럼 교환기의 방향을 역전시킬 수 있다.[1] 또한 다른 이송 단백질과 마찬가지로 이송량과 방향은 투과성 기질 그라데이션에 따라 달라진다.[1] 이 사실은 세포내 Ca2+ 농도의 증가가 세포외+ Na 농도의 감소에도 불구하고 전방 방향의 교환기를 활성화시킬 수 있기 때문에 보호될 수 있다.[1] 다만, 세포내 Na의+ 수치가 임계점을 넘어서면 NCX가 Ca를2+ 수입하기 시작한다는 의미도 있다.[1][8][9] NCX는 Na와+ Ca2+ 그라데이션의 결합 효과에 따라 셀의 서로 다른 영역에서 동시에 전진 및 후진 양방향으로 작동할 수 있다.[1] 이러한 영향은 신경활동의 폭발에 따른 칼슘 과도현상을 연장시켜 신경 정보처리에 영향을 미칠 수 있다.[10][11]

심장 작용 전위 내 Na+/Ca2+ 교환기

Na+/Ca2+ 교환기가 흐름의 방향을 반대로 바꿀 수 있는 능력은 심장 작용 전위 중에 나타난다. 심장근육의 수축에서2+ ca가 하는 섬세한 역할 때문에2+ ca의 세포농도는 세심하게 조절된다. Na+/Ca2+ 교환기는 휴식 전위 동안 세포외 Na+ 농도 구배를 이용하여 Ca를2+ 세포 밖으로 펌핑하는 것을 돕는다.[12] 실제로 Na+/Ca2+ 교환기는 대부분 Ca2+ efflux 위치에 있다. 그러나, 심장 작용 전위의 상승기에는 Na+ 이온이 많이 유입된다. 이것은 세포를 탈극화하고 막 전위를 양방향으로 이동시킨다. 결과는 세포내[Na+]의 큰 증가다. 이것은 Na+/Ca2+ 교환기의 역전을 유발하여 Na+ 이온을 세포 밖으로, Ca2+ 이온을 세포 안으로 펌프한다.[12] 그러나 이러한 교환기의 역전은 L형 칼슘 채널을 통해 Ca가2+ 유입된 결과 [Ca2+]의 내부 상승으로 잠시 지속되며, 교환기는 Ca를2+ 세포 밖으로 펌핑하여 흐름의 전진방향으로 되돌아간다.[12]

일반적으로 교환기는 Ca2+ efflux 위치에서 작동하지만(작용 전위의 초기 단계는 제외), 특정 조건은 교환기를 역방향(Ca2+ 유입, Na+ efflux) 위치로 비정상적으로 전환할 수 있다. 아래에는 이러한 현상이 발생하는 몇 가지 세포 및 제약 조건이 열거되어 있다.[12]

  • 내부 [Na+]는 평소보다 높다(Digitalis glycoside 약물이 Na+/K+ - ATPase 펌프를 차단할 때와 마찬가지로).
  • Ca의2+ Sarcoplasmic reticulum 해제는 억제된다.
  • 다른 Ca2+ 유입 채널은 금지된다.
  • 조치 전위 지속시간이 길어지는 경우.

구조

NCX는 2차 구조와 친수성 예측에 기초해 당초 9개의 투과성 나선형으로 예측됐다.[13] 그 가족은 유전자 복제 사건에서 발생한 것으로 생각되는데, 이는 트랜스엠브레인 영역의 1차적 순서 내에서 명백한 의사대칭 때문이다.[14] 사이비대칭 반쪽 사이에 삽입된 것은 규제 영역을 포함하는 세포질 루프다.[15] 이러한 규제 영역은 구조물과 같은 C2 도메인을 가지고 있으며 칼슘 규제를 담당한다.[16][17] 최근 고고학 NCX 맞춤법의 구조가 X선 결정학에 의해 해결되고 있다.[18] 이것은 기질 결합을 위한 다이아몬드 모양의 부지를 가진 10개의 투과성 나선형의 조광 트랜스포터를 명확하게 보여준다. 구조와 구조 대칭성을 바탕으로 활성 현장에서 이온 경쟁과 교대 접속하는 모델이 제안되었다. 세 개의 관련 양성자-칼슘 교환기(CAX)의 구조는 효모와 박테리아로부터 해결되었다. 구조적으로 그리고 기능적으로 호몰로고우스인 반면, 이러한 구조들은 새로운 과점 구조, 기질 결합, 그리고 규제를 보여준다.[19][20][21]

역사

1968년, H 로이터와 N 세이츠는 Na가+ 셀을 둘러싸고 있는 매질에서 제거되면 Ca의2+ 유출을 억제한다는 연구 결과를 발표하면서, 두 이온을 교환하는 메커니즘이 있을 수 있다고 제안했다.[2][22] 1969년, 오징어 액손 실험을 하던 PF 베이커(PF Baker)가 이끄는 연구팀이 나트륨-칼륨 펌프 이외의 세포에서 Na가+ 빠져나갈 수 있는 수단이 존재한다는 연구 결과를 발표했다.[2][23] 흔히 폭스글로브라고 불리는 디지탈리스는 Na/K ATPase에 큰 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 궁극적으로는 심장의 더 강력한 수축 작용을 일으킨다. 이 공장에는 나트륨 전기화학적 경사를 낮추는 나트륨 칼륨 펌프를 억제하는 화합물이 들어 있다. 이것은 세포에서 칼슘을 펌핑하는 것을 덜 효율적이게 하고, 이것은 심장의 더 강력한 수축으로 이끈다. 심장이 약한 개인에게는 더 무거운 수축력으로 심장을 펌프질하는 것이 제공되기도 한다. 그러나 심장의 수축력을 증가시키기 때문에 고혈압을 일으킬 수도 있다.

참고 항목

참조

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외부 링크