Учёные открыли «турбо-режим» кальциевого насоса в клетках

Когда животные и растения подвергаются воздействию бактерий, запахов или холода, ионы кальция поступают в клетки. Кальций сигнализирует клетке о внешних изменениях, но поскольку высокие концентрации кальция токсичны, его необходимо быстро выкачивать. Исследователи из центра PUMPkin при Копенгагенском и Орхусском университетах показали, что кальциевые насосы в наружной мембране клетки очень точно регулируют скорость работы в зависимости от концентрации кальция. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Как работает регуляция

Кальциевый насос взаимодействует с белком кальмодулином. Когда ионов кальция в клетке много, они связываются с кальмодулином, который, в свою очередь, активирует насос.

«Мы очистили часть кальциевого насоса, которая взаимодействует с активированным кальцием кальмодулином, и кристаллизовали белковый комплекс. К нашему удивлению, мы обнаружили, что насос связывает два белка кальмодулина, а не один, как всегда предполагалось», — объясняет постдок Хеннинг Тидов.

Три ступени активности

Наличие двух кальмодулинов означает, что насос имеет три ступени работы:

• Выключен, когда не связан ни один активированный кальмодулин.
• Средняя скорость, когда связан один кальмодулин.
• Максимальная скорость («турбо-режим»), когда связаны оба кальмодулина.

«Кальциевым насосам требуется много энергии. Поэтому важно, чтобы они активировались только при необходимости. Два кальмодулин-связывающих домена позволяют клетке точно регулировать транспорт, экономя энергию, но быстро снижая концентрацию ионов до безопасного уровня, если она приближается к токсичной», — заключает постдок Лисбет Росагер Поульсен.

Математическое моделирование и пороги

Используя математическое моделирование, учёные выяснили, что клетка реагирует на входящий кальций только при превышении определённых пороговых значений концентрации.

«Это может быть важно для определения клеткой своего состояния, например, в циркадных ритмах или во время деления», — отмечает доктор Тидов.

Исследование началось с кальциевого насоса растения резуховидки Таля (Arabidopsis thaliana), но открытый механизм регуляции применим и к аналогичным насосам у животных и человека.