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Lexikon der Biologie: Ca2+-ATPase

Ca2+-ATPase w, membranständige ATPase (Adenosintriphosphatasen) bei Eukaryoten, die Calciumionen (Ca2+, Calcium) aus dem Cytosol auch gegen einen Konzentrationsgradienten durch die Plasmamembran, in das Lumen des endoplasmatischen Reticulums oder in Mitochondrien transportiert. Dies dient zur Aufrechterhaltung oder Wiederherstellung der cytoplasmatischen Ca2+-Konzentration von unter 0,1 mM und damit zur Begrenzung von durch Calcium vermittelten Signalen. In Muskelzellen werden Ca2+-Ionen durch sich in der Membran des sarkoplasmatischen Reticulums befindende Ca2+-ATPasen ins Lumen dieser speziellen Form des endoplasmatischen Reticulums transportiert (Calcium-Pumpe). Durch die Arbeit der Ca2+-ATPase wird die intrazelluläre Konzentration des second messengers Ca2+ niedrig gehalten. Die Ca2+-ATPase besteht aus nur einer Polypeptidkette mit der relativen Molekülmasse 100 000. Für den Transport von zwei Ca2+-Ionen wird die Energie, die durch Spaltung eines ATPMoleküls freigesetzt wird, verbraucht. Für ihre Aktivität benötigt die Ca2+-ATPase Mg2+-Ionen (Magnesium). Die Affinität der Ca2+-ATPase zu Ca2+-Ionen ist sehr hoch (Dissoziationskonstante KM = 10–7 M), wodurch ein effizienter Transport gewährleistet wird. Der Wirkmechanismus der in der Membran des sarkoplasmatischen Reticulums lokalisierten Ca2+-ATPase ist weitgehend geklärt. Mit hoher Affinität werden auf der cytoplasmatischen Seite zwei Ca2+-Ionen gebunden. Dadurch wird ebenfalls auf der cytoplasmatischen Seite die Bindungsstelle für ATP (Adenosintriphosphat) aktiviert und ein Molekül ATP gebunden. Anschließend wird das ATP hydrolytisch gespalten. Dadurch kommt es zu einer Konformationsänderung der Ca2+-ATPase, wobei die Ca2+-Ionen durch einen Kanal durch die Membran geschleust und mit niedriger Affinität auf der extraplasmatischen Seite des Ca2+-ATPase-Moleküls gebunden werden. Nach Abgabe der Ca2+-Ionen in das Lumen des sarkoplasmatischen Reticulums wird in einem weiteren Schritt der Phosphatrest vom Translokator abgespalten, wodurch dieser wieder in seine Ausgangskonformation überführt wird. Die Transportgeschwindigkeit der Ca2+-ATPase wird durch die cytoplasmatische Ca2+-Ionen-Konzentration reguliert. Die Ca2+-ATPase des sarkoplasmatischen Reticulums besitzt vermutlich 10 Durchgänge durch die Membran, die den eigentlichen Ca2+-Kanal (Calciumkanäle) bilden. Der auf der cytoplasmatischen Seite gelegene Proteinanteil besteht aus globulären Domänen, die an der Bindung von Ca2+, der Bindung und Spaltung von ATP sowie an der Energieübertragung beteiligt sind.

S.G.

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