De esta manera, la ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) es efectiva en el enlace con el calcio (Ca2+) aun cuando las concentraciones intracelulares de este sean muy bajas, por lo que en condiciones normales puede mantener las concentraciones de calcio (Ca2+) a valores muy bajos. [38] El calcio es un importante segundo mensajero, por ello sus concentraciones deben mantenerse bajas en la célula para prevenir trastornos y mantener una señalización apropiada. [7] La NCX es más apropiada para desplazar rápidamente grandes cantidades de calcio (Ca2+), por ejemplo en las neuronas después del potencial de acción. De esta manera las actividades de los dos tipos de bombas se complementan una a la otra.

La ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) funciona de manera similar a otros tipos de bombas de iones tipo p. [37] El ATP transfiere un fosfato a la ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA), la cual forma un intermediario fosforilado. [3]

La Ca2+/calmodulina se une a la ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) y la activa ulteriormente, aumentando la afinidad del sitio de unión del calcio (Ca2+) unas 20 a 30 veces. [6] La calmodulina también aumenta la velocidad con la que la bomba extrae el calcio (Ca2+), posiblemente hasta diez veces. [37]

En el caso del cerebro, se ha planteado que ciertos tipos de ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) son importantes para regular la actividad de la sinapsis, pues la ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) participa en la regulación de la cantidad de calcio dentro de la célula en la sinapsis,[5] y el calcio (Ca2+) participa en la liberación de las vesículas sinápticas.

2 Estructura

La estructura de la ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) es similar a la de la bomba SERCA de calcio, la cual es responsable de transportar el calcio desde el citoplasma hacia el lumen del retículo sarcoplásmico. [37]

3 Isoformas

Hay cuatro isoformas de ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA), nombradas PMCA 1 a 4. [38]

ATP2B1 - PMCA1
ATP2B2 - PMCA2
ATP2B3 - PMCA3
ATP2B4 - PMCA4

Cada isoforma es codificada por un gen diferente y se expresa en diferentes áreas del organismo. [38]

Tres de las isoformas, PMCA1, PMCA2, y PMCA3, se expresan en el cerebro en distribuciones diferentes. [6] La PMCA1 es ubicua, en el hombre, y en su ausencia el embrión no sobrevive. [4] la carencia de PMCA4, la cual es muy común en muchos tejidos, no es fatal, pero produce infertilidad en el hombre. [4] Los tipos ATP asa Ca2+ de la membrana plasmática (PMCA) 2 y 3 se activan más rápido y son, por tanto, mejor adaptadas a los tejidos excitables tales como el nervioso y el muscular, los cuales experimentan grandes flujos de calcio (Ca2+) cuando se excitan. [39] Las PMCA tipos 1, 2, y 4 se han encontrado en las células gliales llamadas astrocitos en mamíferos, aunque inicialmente se había pensado que solo NCX estaba presente en la glía. [40] los astrocitos ayudan a mantener el balance iónico en el espacio extracelular en el cerebro.

La PMCA4 se presenta en las caveolas. [40] La isoforma PMCA4b interactúa con la oxido nítrico sintasa y reduce la síntesis de oxido nítrico por esa enzima. [40]

II. Canales de calcio dependiente de voltaje

En la translocación de calcio también intervienen canales específicos para el mismo. Los canales de calcio dependientes de voltaje son un grupo de canales iónicos con puerta de voltaje que se encuentran en tejidos excitables (e.g., músculo, células gliales, neuronas, etc.) permeables al ion calcio (Ca2+). [39][40]

A valores de potencial fisiológico o en el reposo estos canales están cerrados. Estos se activan con la despolarización. La activación de los canales permite la entrada de a la célula de calcio (Ca2+), lo que permite la contracción muscular, la excitación de las neuronas, la regulación de la expresión de genes o la liberación de hormonas o neurotransmisores.

1 Estructura de los canales de calcio

Se ha comprobado que los canales de calcio dependientes de voltaje están constituidos por un complejo de varias subunidades diferentes: alfa1, alfa2δ, beta1-4, y γ. La subunidad alfa1 forma el poro conductor de iones mientras las subunidades asociadas tienen diferentes funciones incluyendo la regulación de la apertura del canal.

2 Función de los canales en la fisiología del músculo

En el caso del músculo liso, cuando la célula se despolariza, se abren los canales de calcio dependientes voltaje o tipo L. [41][42] .

La despolarización puede ocurrir por varios estímulos, entre ellos la estimulación por el sistema nervioso autónomo. La apertura del canal tipo L provoca un flujo de calcio (Ca2+) extracelular, que se une con la calmodulina. La calmodulina activa a la quinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCQ), la cual fosforila la miosina en los filamentos gruesos. La miosina fosforilada es capaz de formar puentes cruzados con la actina de los filamentos finos, y la fibra del músculo liso (i.e., la célula) se contrae por el mecanismo de deslizamiento.

Los canales de calcio de tipo L son abundantes también en los túbulos T de las células del músculo estriado, i.e., esquelético y cardiaco. La apertura de los canales en el músculo esquelético, los cuales están mecánicamente relacionados con un canal de liberación de calcio (conocido como receptor de ryanodina, o RYR) en el retículo sarcoplásmico, provoca la apertura de RYR. En el músculo cardiaco, la apertura del canal de tipo L permite un flujo de calcio al interior de la célula, donde este se une a los canales de liberación de calcio (RYRs) permitiendo su apertura; este fenómeno ahora se conoce como liberación de calcio inducida por el calcio o LCIC. Cualquiera sea la forma en que RYR se abre, el calcio (Ca2+) es liberado del retículo y es capaz de unirse a la troponina C de los filamentos de actina. Entonces se produce la contracción por medio del deslizamiento.

III La liberación de calcio inducida por calcio

Este constituye uno de los procesos en los cuales se han experimentado grandes avances en los últimos años. Se trata de un mecanismo donde el calcio puede desencadenar su propia liberación ulterior desde el retículo sarcoplásmico [39]. Se propuso originalmente que tenía lugar en el músculo esquelético, pero investigaciones más recientes han revelado que es más intenso en el músculo cardiaco. Ahora es obvio que la liberación de calcio es un proceso de señalización de amplia distribución celular, aún en células no musculares, por ejemplo en la secreción de insulina por la célula beta pancreática.

La membrana de la célula muscular presenta muchos receptores de iones. Uno de ellos es el canal de iones con puerta de voltaje llamado receptor de dihidroperidina, que permite la entrada de iones calcio en el citosol – esta es la parte del proceso inducida por el calcio. El retículo sarcoplásmico almacena iones calcio. En este retículo existe un receptor llamado receptor de ryanodina, que es sensible a la presencia de calcio en el citosol. El receptor de ryanodina actúa como un canal de liberación de calcio desde las cisternas del retículo sarcoplásmico.

El mecanismo tiene la función de liberar cantidades de calcio significativas hacia el citosol. Los iones calcio eventualmente se unen a una proteína accesoria localizada en los filamentos de actina, que estimula la contracción.

1 Liberación de calcio inducida por calcio (LCIC) en el acoplamiento de los procesos de excitación contracción

El mecanismo que acopla la excitación con la contracción es sin duda el aumento de la concentración de calcio en citosol. Cuando el ion calcio aumenta, se combinas con una proteína reguladora, la troponina, lo que desencadena la formación de puentes cruzados entre la actina y la miosina.

Otros receptores que interactúan con el calcio

El receptor NMDA

El receptor NMDA (N metil D aspartato) (NMDAR), es un receptor de glutamato, que es el ensamble molecular predominante para controlar la plasticidad sináptica y la función de la memoria. [43]

El NMDAR es un tipo específico de receptor de glutamato inotrópico. NMDA (N-metil D-aspartato) es el nombre de un agonista selectivo que se une a estos receptores pero no a otros receptores de glutamato. La activación de los receptores NMDA provoca la apertura de un canal de iones no selectivo a los cationes. Una propiedad única en el receptor NMDA es sus activación dependiente de voltaje, un resultado de bloquear el canal de iones por los iones Mg2+ extracelulares. Esto permite un flujo de Na+ dependiente y que pequeñas cantidades de iones calcio (Ca2+) entren a la célula mientras que otras cantidades de K+ salen. [44] [46] [47].