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Domänenbewegung bei Proteinen: Scher- und Scharnierbewegungen

Die Calcium-ATPase

Die Ca2+-ATPase ist eine Calcium-Pumpe, die Calcium-Ionen aus dem Cytosol in das Lumen des sarkoplasmatischen Retikulums (SR) oder des endoplasmatischen Retikulums (ER) eukaryontischer Zellen pumpt. In einer cyclischen Folge von Konformationsänderungen transportiert sie jeweils zwei Ca2+-Ionen gegen das Konzentrationsgefälle durch die Membran. Die Energie für den Transportprozess stammt aus der Hydrolyse von ATP.

Struktur

Das Kopfstück des Proteins liegt im Cytoplasma und besteht aus drei Domänen:

  • A (Aktivierungs- oder β-Faltblatt-Domäne
  • N (Nucleotid-bindende Domäne)
  • und P (Phosphorylierungsdomäne)

Diese drei Domänen sind mit zehn transmembranen Helices verbunden, von denen nur ein kleines Stück und einige kurze Schleifen in das Lumen des SR hineinragen. Zwischen den Helices M4, M5, M6 und M8 werden zwei Ca2+-Ionen über koordinative Bindungen zwischen sieben Sauerstoff-Atomen gebunden.

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Abb.1
Lage der beiden Calcium-Ionen (gelb)
Abb.2
Struktur der Calcium ATPase
Abb.3
Abb.4

Links: die sarkoplasmatische Ca2+-ATPase in der Ca2+-gebundenen Konformation E1 (PDB-Code: 1EUL). Rechts: die Calcium-freie Konformation E2. In dieser Form wurde es durch Thapsigargin, einen Inhibitor, fixiert. Thapsigargin ist in der Darstellung ausgeblendet (PDB-Code: 1IWO).

Mechanismus

Der Pumpmechanismus der Ca2+-ATPase erfolgt durch den Wechsel zwischen zwei Konformationen, die entweder zum Cytoplasma oder zum Lumen des sarkoplasmatischen Retikulums hin geöffnet sind. Dabei ändert sich die Affinität der Calcium-Bindungsstellen. Die Phosphorylierung erfolgt an der Asparaginsäure (D 351) in der E1-Konformation. Nach dem Wechsel in die E2-Konformation und dem Freisetzen der Ca2+-Ionen wird die Phosphat-Gruppe am Enzym hydrolysiert.

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Abb.5

Literatur

Lee, A. G.; East, J. M. (2001): What the structure of a calcium pump tells us about its mechanism. In: Biochem. J.. 356 , 665-683

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