सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर

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solute carrier family 8 (sodium/calcium exchanger), member 1
Identifiers
SymbolSLC8A1
Alt. symbolsNCX1
NCBI gene6546
HGNC11068
OMIM182305
RefSeqNM_021097
UniProtP32418
Other data
LocusChr. 2 p23-p21
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solute carrier family 8 (sodium-calcium exchanger), member 2
Identifiers
SymbolSLC8A2
NCBI gene6543
HGNC11069
OMIM601901
RefSeqNM_015063
UniProtQ9UPR5
Other data
LocusChr. 19 q13.2
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solute carrier family 8 (sodium-calcium exchanger), member 3
Identifiers
SymbolSLC8A3
NCBI gene6547
HGNC11070
OMIM607991
RefSeqNM_033262
UniProtP57103
Other data
LocusChr. 14 q24.1
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सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर (अधिकांशतः Na+/Ca2+ एक्सचेंजर, रूपांतरण प्रोटीन, या एनसीएक्स चिह्नित किया जाता है) एंटीपॉर्टर झिल्ली प्रोटीन है जो कोशिकाओं से कैल्शियम को निकालता है। यह उस ऊर्जा का उपयोग करता है जो सोडियम (Na+) Na+ को अनुमति देकर जीव विज्ञान आयनों (Ca2+)तीन सोडियम आयनों के आयात के लिए एकल कैल्शियम आयन का निर्यात किया जाता है।[1] एक्सचेंजर कई अलग-अलग प्रकार की कोशिकाओं और जानवरों की प्रजातियों में उपस्थित है।[2] Ca2+ को हटाने के लिए एनसीएक्स को सबसे महत्वपूर्ण सेलुलर तंत्रों में से माना जाता है।[2]

एक्सचेंजर सामान्यतः प्लाज्मा झिल्ली और उत्तेजनीय कोशिकाओं के माइटोकॉन्ड्रिया और अन्तः प्रदव्ययी जलिका में पाया जाता है।[3][4]

फंक्शन

सोडियम-कैल्शियम एक्सचेंजर केवल उन प्रणालियों में से एक है जिसके द्वारा सेल में कैल्शियम आयनों की साइटोप्लाज्मिक एकाग्रता को कम रखा जाता है। एक्सचेंजर Ca2+ को बहुत कसकर बांधता नहीं है (कम आत्मीयता है), लेकिन यह आयन को तेजी से परिवहन कर सकता है (उच्च क्षमता है), पांच हजार Ca2+ आयन प्रति सेकंड तक परिवहन होता है[5] इसलिए, इसे Ca2+ की बड़ी सांद्रता की आवश्यकता होती है प्रभावी होने के लिए, लेकिन बड़ी मात्रा में Ca2+ से सेल को छुटकारा दिलाने के लिए उपयोगी है । थोड़े समय में, जैसा कि क्रिया क्षमता के बाद न्यूरॉन में आवश्यक होता है। इस प्रकार, एक्साइटोटॉक्सिसिटी अपमान के बाद सेल के सामान्य कैल्शियम सांद्रता को पुनः प्राप्त करने में एक्सचेंजर भी महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।[3] अधिकांश पशु कोशिकाओं के प्लाज्मा झिल्ली में कैल्शियम आयनों का ऐसा प्राथमिक परिवाहक उपस्थित होता है। एक और, अधिक सर्वव्यापी ट्रांसमेम्ब्रेन पंप जो कोशिका (जीव विज्ञान) से कैल्शियम का निर्यात करता है, वह है प्लाज्मा झिल्ली Ca2+ एटीपेस (पीएमसीए) जिसकी बहुत अधिक आत्मीयता है लेकिन बहुत कम क्षमता है। चूँकि पीएमसीए Ca2+ के लिए प्रभावी रूप से बाध्य करने में सक्षम है भले ही इसकी सांद्रता काफी कम हो, यह कैल्शियम की बहुत कम सांद्रता को बनाए रखने के कार्य के लिए अच्छा अनुकूल है जो सामान्य रूप से कोशिका के अन्दर होता है।[6] फिर Ca2+ एक्सचेंजर उच्च आत्मीयता, कम धारिता Ca2+ का पूरक है एटीपेस और एक साथ, वे विभिन्न सेलुलर कार्यों में सम्मिलित हैं जिनमें निम्न सम्मिलित हैं:

  • हृदय उत्तेजना-संकुचन युग्मन
  • Ca2+का रखरखाव कार्डियक कोशिकाओं में सर्कोप्लास्मिक जालिका में एकाग्रता
  • Ca2+ का रखरखाव उत्तेजनीय और गैर-उत्तेजक कोशिकाओं दोनों के एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में एकाग्रता
  • रोमांचन - केद्रन जोड़ा
  • कम का रखरखाव Ca2+ माइटोकॉन्ड्रिया में एकाग्रता

एक्सचेंजर को कार्डियक विद्युत चालन असामान्यता में भी फंसाया जाता है जिसे बाद में विध्रुवण के रूप में जाना जाता है।[7] ऐसा माना जाता है कि Ca2+ का इंट्रासेल्युलर संचय Na+ की सक्रियता का कारण बनता है Ca2+ के सक्रियण का कारण बनता है।। परिणाम शुद्ध सकारात्मक चार्ज का संक्षिप्त प्रवाह है याद रखें (3Na+,Ca2+ बाहर है), जिससे कोशिकीय विध्रुवण होता है।[7] यह असामान्य सेलुलर विध्रुवण कार्डियक अतालता का कारण बन सकता है।

प्रतिवर्तीता

चूंकि परिवहन इलेक्ट्रोजेनिक है (झिल्ली की क्षमता को बदल देता है), झिल्ली का विध्रुवण एक्सचेंजर की दिशा को उलट सकता है यदि सेल पर्याप्त रूप से विध्रुवित है, जैसा कि एक्साइटोटॉक्सिसिटी में हो सकता है।[1] इसके अतिरिक्त, अन्य परिवहन प्रोटीनों की तरह, परिवहन की मात्रा और दिशा ट्रांसमेम्ब्रेन सब्सट्रेट ग्रेडिएंट्स पर निर्भर करती है।[1] यह तथ्य सुरक्षात्मक हो सकता है क्योंकि इंट्रासेल्युलर ,Ca2+ में वृद्धि होती है एकाग्रता जो एक्साइटोटॉक्सिसिटी में होती है, एक्सचेंजर को आगे की दिशा में सक्रिय कर सकती है, यहां तक ​​कि कम बाह्य कोशिकीय Na+ की उपस्थिति में भी एकाग्रता होती है।[1] चुकी, इसका अर्थ यह भी है कि, जब Na+ का इंट्रासेल्युलर स्तर महत्वपूर्ण बिंदु से आगे बढ़ जाता है एनसीएक्स Ca2+ का आयात करना शुरू कर देता है.[1][8][9] Na+ के संयुक्त प्रभावों के आधार पर, एनसीएक्स सेल के विभिन्न क्षेत्रों में एक साथ Ca2+ ग्रेडिएंट्स आगे और पीछे दोनों दिशाओं में काम कर सकता है [1] यह प्रभाव न्यूरोनल गतिविधि के फटने के बाद कैल्शियम के संक्रमण को लम्बा खींच सकता है, इस प्रकार न्यूरोनल सूचना प्रसंस्करण को प्रभावित करता है।[10][11]

कार्डिएक ऐक्शन पोटेंशिअल में Na+/Ca2+ एक्सचेंजर

प्रवाह की विपरीत दिशा में Na+/Ca2+ एक्सचेंजर कार्डियक एक्शन पोटेंशिअल के समय प्रकट होता है। नाजुक भूमिका के कारण कि Ca2+ हृदय की मांसपेशियों के संकुचन में भूमिका निभाता है, Ca2+ की कोशिकीय सांद्रता सावधानी से नियंत्रित किया जाता है। आराम करने की क्षमता के समय, Na+/Ca2+ एक्सचेंजर Ca2+ को पंप करने में सहायता करने के लिए बड़े बाह्य Na+ सेल से बाहर सांद्रता प्रवणता का लाभ उठाता है [12] वास्तव में, ना Ca2+ एक्सचेंजर Ca2+ में है अधिकांश समय Ca2+ प्रवाह स्थिति में है। चुकी, कार्डियक एक्शन पोटेंशिअल के अपस्ट्रोक के समय Na+ का बड़ा प्रवाह होता है यह कोशिका का विध्रुवण करता है और झिल्ली क्षमता को सकारात्मक दिशा में स्थानांतरित करता है। क्या परिणाम इंट्रासेल्युलर में बड़ी वृद्धि है। यह Na+ के उत्क्रमण का कारण बनता है Ca2+ Na+ पंप करने के लिए एक्सचेंजर आयन कोशिका से बाहर निकलते हैं और Ca2+ सेल में आयन होते है।[12] चुकी, एक्सचेंजर का यह उत्क्रमण Ca2+ में आंतरिक वृद्धि के कारण केवल क्षण भर के लिए रहता है Ca2+ की आमद के परिणामस्वरूप एल-टाइप कैल्शियम चैनल के माध्यम से, और एक्सचेंजर Ca2+ पंप करते हुए प्रवाह की अपनी आगे की दिशा में सेल से बाहर लौटता है[12]

जबकि एक्सचेंजर सामान्य रूप से Ca2+ में काम करता है इफ्लक्स स्थिति (एक्शन पोटेंशिअल में जल्दी के अपवाद के साथ), कुछ स्थितियां असामान्य रूप से एक्सचेंजर को रिवर्स में बदल सकती हैं ( Ca2+ प्रवाह, Na+ प्रवाह) स्थिति। नीचे सूचीबद्ध कई सेलुलर और फार्मास्युटिकल स्थितियां हैं जिनमें ऐसा होता है।[12] आंतरिक Na+ सामान्य से अधिक है (जैसे यह तब होता है जब डायजोक्सिन और अन्य कार्डियक ग्लाइकोसाइड दवाएं सोडियम-पोटेशियम पंप को ब्लॉक कर देती हैं |

  • Ca2+ का सारकोप्लाज्मिक रेटिकुलम रिलीज बाधित है।
  • अन्य Ca2+ प्रवाह चैनल बाधित हैं।
  • यदि कार्रवाई संभावित अवधि लंबी है।

संरचना

प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी माध्यमिक संरचना और हाइड्रोफोबिसिटी स्केल विमली-व्हाइट पूरे अवशेष हाइड्रोफोबिसिटी स्केल के आधार पर, एनसीएक्स को शुरू में 9 ट्रांसमेम्ब्रेन डोमेन होने की भविष्यवाणी की गई थी।[13] ऐसा माना जाता है कि ट्रांसमेम्ब्रेन डोमेन के प्राथमिक अनुक्रम के अन्दर स्पष्ट छद्म-समरूपता के कारण, जीन दोहराव घटना से परिवार उत्पन्न हुआ है।[14] छद्म-सममित भागों के बीच डाला गया साइटोप्लाज्मिक लूप है जिसमें विनियामक डोमेन होते हैं।[15] इन विनियामक डोमेन में Ca2+ डोमेन जैसी संरचनाएं हैं और कैल्शियम विनियमन के लिए जिम्मेदार हैं।[16][17] हाल ही में, एक्स - रे क्रिस्टलोग्राफी द्वारा पुरातन एनसीएक्स ऑर्थोलॉग की संरचना को हल किया गया है।[18] यह सब्सट्रेट बाइंडिंग के लिए हीरे के आकार की साइट के साथ 10 ट्रांसमेम्ब्रेन हेलिकॉप्टर के प्रोटीन डिमर परिवाहक को स्पष्ट रूप से दिखाता है। संरचना और संरचनात्मक समरूपता के आधार पर, सक्रिय स्थल पर आयन प्रतियोगिता के साथ वैकल्पिक पहुंच के लिए मॉडल प्रस्तावित किया गया था। सैक्रोमाइसेस सेरेविसिया और जीवाणु से तीन संबंधित प्रोटॉन-कैल्शियम एक्सचेंजर्स (सीएएक्स) की संरचनाओं को हल किया गया है। जबकि संरचनात्मक और कार्यात्मक रूप से सजातीय, ये संरचनाएं उपन्यास प्रोटीन चतुर्धातुक संरचना संरचनाओं, सब्सट्रेट युग्मन और विनियमन का वर्णन करती हैं।[19][20][21]

इतिहास

1968 में, एच रेउटर और एन सेट्ज़ ने निष्कर्ष प्रकाशित किए कि, जब Na+ सेल के आसपास के माध्यम से हटा दिया जाता है, Ca2+ का प्रवाह2+ संधार्भित है, और उन्होंने प्रस्तावित किया कि दो आयनों के आदान-प्रदान के लिए तंत्र हो सकता है।[2][22] 1969 में, पीएफ बेकर के नेतृत्व में समूह जो स्क्वीड अक्षतंतु का उपयोग कर प्रयोग कर रहा था, ने निष्कर्ष प्रकाशित किया जिसमें प्रस्तावित किया गया कि Na+ का साधन उपस्थित है। सोडियम-पोटेशियम पंप के अतिरिक्त अन्य कोशिकाओं से बाहर निकलें।[2][23]

डिजिटलिस, जिसे सामान्यतः फॉक्सग्लोव के रूप में जाना जाता है, को Na/K एटीपेस पर बड़ा प्रभाव डालने के लिए जाना जाता है, जो अंतत: हृदय के अधिक शक्तिशाली संकुचन का कारण बनता है। पौधे में यौगिक होते हैं जो सोडियम पोटेशियम पंप को रोकते हैं जो सोडियम इलेक्ट्रोकेमिकल ढाल को कम करता है। यह सेल से कैल्शियम को पंप करने में कम कुशल बनाता है, जिससे हृदय का अधिक बलपूर्वक संकुचन होता है। कमजोर दिल वाले व्यक्तियों के लिए, कभी-कभी दिल को भारी संकुचन बल के साथ पंप करने के लिए प्रदान किया जाता है। चुकी, यह उच्च रक्तचाप का कारण भी बन सकता है क्योंकि यह हृदय की सिकुड़न शक्ति को बढ़ाता है।

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 Yu SP, Choi DW (Jun 1997). "Na(+)-Ca2+ exchange currents in cortical neurons: concomitant forward and reverse operation and effect of glutamate". The European Journal of Neuroscience. 9 (6): 1273–81. doi:10.1111/j.1460-9568.1997.tb01482.x. PMID 9215711. S2CID 23146698.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 DiPolo R, Beaugé L (Jan 2006). "Sodium/calcium exchanger: influence of metabolic regulation on ion carrier interactions". Physiological Reviews. 86 (1): 155–203. doi:10.1152/physrev.00018.2005. PMID 16371597.
  3. ↑ 3.0 3.1 Kiedrowski L, Brooker G, Costa E, Wroblewski JT (Feb 1994). "Glutamate impairs neuronal calcium extrusion while reducing sodium gradient". Neuron. 12 (2): 295–300. doi:10.1016/0896-6273(94)90272-0. PMID 7906528. S2CID 38199890.
  4. ↑ Patterson M, Sneyd J, Friel DD (Jan 2007). "Depolarization-induced calcium responses in sympathetic neurons: relative contributions from Ca2+ entry, extrusion, ER/mitochondrial Ca2+ uptake and release, and Ca2+ buffering". The Journal of General Physiology. 129 (1): 29–56. doi:10.1085/jgp.200609660. PMC 2151609. PMID 17190902.
  5. ↑ Carafoli E, Santella L, Branca D, Brini M (Apr 2001). "Generation, control, and processing of cellular calcium signals". Critical Reviews in Biochemistry and Molecular Biology. 36 (2): 107–260. doi:10.1080/20014091074183. PMID 11370791. S2CID 43050133.
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  7. ↑ 7.0 7.1 Lilly, L: "Pathophysiology of Heart Disease", chapter 11: "Mechanisms of Cardiac Arrhythmias", Lippencott, Williams and Wilkens, 2007
  8. ↑ Bindokas VP, Miller RJ (Nov 1995). "Excitotoxic degeneration is initiated at non-random sites in cultured rat cerebellar neurons". The Journal of Neuroscience. 15 (11): 6999–7011. doi:10.1523/JNEUROSCI.15-11-06999.1995. PMC 6578035. PMID 7472456. S2CID 25625938.
  9. ↑ Wolf JA, Stys PK, Lusardi T, Meaney D, Smith DH (Mar 2001). "Traumatic axonal injury induces calcium influx modulated by tetrodotoxin-sensitive sodium channels". The Journal of Neuroscience. 21 (6): 1923–30. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-06-01923.2001. PMC 6762603. PMID 11245677. S2CID 13912728.
  10. ↑ Zylbertal, Asaph; Kahan, Anat; Ben-Shaul, Yoram; Yarom, Yosef; Wagner, Shlomo (2015-12-16). "Prolonged Intracellular Na+ Dynamics Govern Electrical Activity in Accessory Olfactory Bulb Mitral Cells". PLOS Biology. 13 (12): e1002319. doi:10.1371/journal.pbio.1002319. ISSN 1545-7885. PMC 4684409. PMID 26674618.
  11. ↑ Scheuss, Volker; Yasuda, Ryohei; Sobczyk, Aleksander; Svoboda, Karel (2006-08-02). "Nonlinear [Ca2+] Signaling in Dendrites and Spines Caused by Activity-Dependent Depression of Ca2+ Extrusion". Journal of Neuroscience (in English). 26 (31): 8183–8194. doi:10.1523/JNEUROSCI.1962-06.2006. ISSN 0270-6474. PMC 6673787. PMID 16885232.
  12. ↑ 12.0 12.1 12.2 12.3 Bers DM (Jan 2002). "Cardiac excitation-contraction coupling". Nature. 415 (6868): 198–205. Bibcode:2002Natur.415..198B. doi:10.1038/415198a. PMID 11805843. S2CID 4337201.
  13. ↑ Nicoll DA, Ottolia M, Philipson KD (Nov 2002). "Toward a topological model of the NCX1 exchanger". Annals of the New York Academy of Sciences. 976 (1): 11–8. Bibcode:2002NYASA.976...11N. doi:10.1111/j.1749-6632.2002.tb04709.x. PMID 12502529. S2CID 21425718.
  14. ↑ Cai X, Lytton J (Sep 2004). "The cation/Ca(2+) exchanger superfamily: phylogenetic analysis and structural implications". Molecular Biology and Evolution. 21 (9): 1692–703. doi:10.1093/molbev/msh177. PMID 15163769.
  15. ↑ Matsuoka S, Nicoll DA, Reilly RF, Hilgemann DW, Philipson KD (May 1993). "Initial localization of regulatory regions of the cardiac sarcolemmal Na(+)-Ca2+ exchanger". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 90 (9): 3870–4. Bibcode:1993PNAS...90.3870M. doi:10.1073/pnas.90.9.3870. PMC 46407. PMID 8483905.
  16. ↑ Besserer GM, Ottolia M, Nicoll DA, Chaptal V, Cascio D, Philipson KD, Abramson J (Nov 2007). "The second Ca2+-binding domain of the Na+ Ca2+ exchanger is essential for regulation: crystal structures and mutational analysis". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (47): 18467–72. Bibcode:2007PNAS..10418467B. doi:10.1073/pnas.0707417104. PMC 2141800. PMID 17962412.
  17. ↑ Nicoll DA, Sawaya MR, Kwon S, Cascio D, Philipson KD, Abramson J (Aug 2006). "The crystal structure of the primary Ca2+ sensor of the Na+/Ca2+ exchanger reveals a novel Ca2+ binding motif". The Journal of Biological Chemistry. 281 (31): 21577–81. doi:10.1074/jbc.C600117200. PMID 16774926.
  18. ↑ Liao J, Li H, Zeng W, Sauer DB, Belmares R, Jiang Y (Feb 2012). "Structural insight into the ion-exchange mechanism of the sodium/calcium exchanger". Science. 335 (6069): 686–90. Bibcode:2012Sci...335..686L. doi:10.1126/science.1215759. PMID 22323814. S2CID 206538351.
  19. ↑ Waight AB, Pedersen BP, Schlessinger A, Bonomi M, Chau BH, Roe-Zurz Z, Risenmay AJ, Sali A, Stroud RM (Jul 2013). "Structural basis for alternating access of a eukaryotic calcium/proton exchanger". Nature. 499 (7456): 107–10. Bibcode:2013Natur.499..107W. doi:10.1038/nature12233. PMC 3702627. PMID 23685453.
  20. ↑ Nishizawa T, Kita S, Maturana AD, Furuya N, Hirata K, Kasuya G, Ogasawara S, Dohmae N, Iwamoto T, Ishitani R, Nureki O (Jul 2013). "Structural basis for the counter-transport mechanism of a H+/Ca2+ exchanger". Science. 341 (6142): 168–72. Bibcode:2013Sci...341..168N. doi:10.1126/science.1239002. PMID 23704374. S2CID 206549290.
  21. ↑ Wu M, Tong S, Waltersperger S, Diederichs K, Wang M, Zheng L (Jul 2013). "Crystal structure of Ca2+/H+ antiporter protein YfkE reveals the mechanisms of Ca2+ efflux and its pH regulation". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 110 (28): 11367–72. Bibcode:2013PNAS..11011367W. doi:10.1073/pnas.1302515110. PMC 3710832. PMID 23798403.
  22. ↑ Reuter H, Seitz N (Mar 1968). "The dependence of calcium efflux from cardiac muscle on temperature and external ion composition". The Journal of Physiology. 195 (2): 451–70. doi:10.1113/jphysiol.1968.sp008467. PMC 1351672. PMID 5647333.
  23. ↑ Baker PF, Blaustein MP, Hodgkin AL, Steinhardt RA (Feb 1969). "The influence of calcium on sodium efflux in squid axons". The Journal of Physiology. 200 (2): 431–58. doi:10.1113/jphysiol.1969.sp008702. PMC 1350476. PMID 5764407.


बाहरी संबंध

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