مبادل الصوديوم والكالسيوم

عائلة حاملات المذاب 8 (مبادل الصوديوم/الكالسيوم)، العضو 1
المعرفات
رمز	SLC8A1
الرموز البديلة	NCX1
جين NCBI	6546
اتش جي ان سي	11068
أوميم	182305
مرجعية	ن م_021097
يونيبروت	ص32418
بيانات أخرى
مكان	الفصل 2 ص23-ص21
بحث عن الهياكل النموذج السويسري المجالات انتربرو

عائلة حاملات المذاب 8 (مبادل الصوديوم والكالسيوم)، العضو 2
المعرفات
رمز	SLC8A2
جين NCBI	6543
اتش جي ان سي	11069
أوميم	601901
مرجعية	ن م_015063
يونيبروت	س9يو بي آر 5
بيانات أخرى
مكان	الفصل 19 س13.2
بحث عن الهياكل النموذج السويسري المجالات انتربرو

عائلة حاملات المذاب 8 (مبادل الصوديوم والكالسيوم)، العضو 3
المعرفات
رمز	SLC8A3
جين NCBI	6547
اتش جي ان سي	11070
أوميم	607991
مرجعية	ن م_033262
يونيبروت	ب57103
بيانات أخرى
مكان	الفصل 14 س24.1
بحث عن الهياكل النموذج السويسري المجالات انتربرو

مبادل الصوديوم والكالسيوم (يُشار إليه غالبًا باسم مبادل Na ⁺ / Ca ²⁺ أو بروتين التبادل أو NCX ) هو بروتين غشائي مضاد للناقل يزيل الكالسيوم من الخلايا. يستخدم الطاقة المخزنة في التدرج الكهروكيميائي للصوديوم (Na ⁺ ) من خلال السماح لـ Na ⁺ بالتدفق إلى أسفل تدرجه عبر الغشاء البلازمي في مقابل النقل المضاد لأيونات الكالسيوم (Ca ²⁺ ). يتم تصدير أيون كالسيوم واحد لاستيراد ثلاثة أيونات صوديوم. ^[1] يوجد المبادل في العديد من أنواع الخلايا المختلفة وأنواع الحيوانات. ^[2] يُعتبر NCX أحد أهم الآليات الخلوية لإزالة Ca ²⁺ . ^[2]

يوجد المبادل عادة في الأغشية البلازمية والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية للخلايا القابلة للإثارة. ^{[3] [4]}

المبادل الصوديوم-الكالسيوم هو أحد الأنظمة التي يتم من خلالها الحفاظ على تركيز أيونات الكالسيوم السيتوبلازمية في الخلية منخفضًا. لا يرتبط المبادل بإحكام شديد بـ Ca2 ⁺ (له ألفة منخفضة)، لكنه يمكنه نقل الأيونات بسرعة (له سعة عالية)، حيث ينقل ما يصل إلى خمسة آلاف أيون Ca2 ^{+ في الثانية. [5]} لذلك، فإنه يتطلب تركيزات كبيرة من Ca2 ⁺ ليكون فعالاً، ولكنه مفيد في تخليص الخلية من كميات كبيرة من Ca2 ⁺ في وقت قصير، كما هو مطلوب في الخلايا العصبية بعد جهد الفعل . وبالتالي، من المحتمل أيضًا أن يلعب المبادل دورًا مهمًا في استعادة تركيزات الكالسيوم الطبيعية في الخلية بعد إصابة سامة للإثارة . ^[3] يوجد مثل هذا الناقل الأساسي لأيونات الكالسيوم في الغشاء البلازمي لمعظم الخلايا الحيوانية. مضخة أخرى أكثر انتشارًا عبر الغشاء تصدر الكالسيوم من الخلية هي مضخة Ca2 ⁺ ATPase في الغشاء البلازمي (PMCA)، والتي لها ألفة أعلى بكثير ولكن سعة أقل بكثير. نظرًا لأن PMCA قادر على الارتباط بشكل فعال بـ Ca ²⁺ حتى عندما تكون تركيزاته منخفضة جدًا، فهو أكثر ملاءمة لمهمة الحفاظ على تركيزات الكالسيوم المنخفضة جدًا الموجودة عادةً داخل الخلية. ^[6] يكمل مبادل Na ⁺ / Ca ^{2+ إنزيم Ca 2+} -ATPase عالي الألفة ومنخفض السعة ، ويشاركان معًا في مجموعة متنوعة من الوظائف الخلوية بما في ذلك:

• السيطرة على الإفرازات العصبية
• نشاط الخلايا المستقبلة للضوء
• استرخاء عضلة القلب
• الحفاظ على تركيز Ca2 ⁺ في الشبكة الساركوبلازمية في الخلايا القلبية
• الحفاظ على تركيز Ca2 ⁺ في الشبكة الإندوبلازمية لكل من الخلايا القابلة للإثارة وغير القابلة للإثارة
• اقتران الإثارة والانكماش
• الحفاظ على تركيز منخفض من أيون الكالسيوم ^في الميتوكوندريا

كما أن المبادل متورط في خلل التوصيل الكهربائي للقلب المعروف باسم الاستقطاب المتأخر . ^[7] يُعتقد أن التراكم داخل الخلايا لـ Ca2 ⁺ يسبب تنشيط مبادل Na ⁺ /Ca2 ⁺ . والنتيجة هي تدفق قصير لشحنة موجبة صافية (تذكر 3 Na ⁺ داخل و1 Ca2 ⁺ خارج)، مما يتسبب في استقطاب الخلايا. ^[7] يمكن أن يؤدي هذا الاستقطاب الخلوي غير الطبيعي إلى عدم انتظام ضربات القلب.

نظرًا لأن النقل كهربائي (يغير جهد الغشاء)، فإن استقطاب الغشاء يمكن أن يعكس اتجاه المبادل إذا تم استقطاب الخلية بدرجة كافية، كما قد يحدث في السمية الإثارية . ^[1] بالإضافة إلى ذلك، كما هو الحال مع بروتينات النقل الأخرى، تعتمد كمية واتجاه النقل على تدرجات الركيزة عبر الغشاء. ^[1] يمكن أن تكون هذه الحقيقة وقائية لأن الزيادات في تركيز Ca ²⁺ داخل الخلايا التي تحدث في السمية الإثارية قد تنشط المبادل في الاتجاه الأمامي حتى في وجود تركيز Na ⁺ منخفض خارج الخلية . ^[1] ومع ذلك، فهذا يعني أيضًا أنه عندما ترتفع مستويات Na ⁺ داخل الخلايا إلى ما بعد نقطة حرجة، يبدأ NCX في استيراد Ca ²⁺ . ^{[1] [8] [9]} قد يعمل NCX في الاتجاهين الأمامي والعكسي في وقت واحد في مناطق مختلفة من الخلية، اعتمادًا على التأثيرات المجمعة لتدرجات Na ⁺ و Ca ²⁺ . ^[1] قد يؤدي هذا التأثير إلى إطالة فترات الكالسيوم العابرة بعد نوبات النشاط العصبي، وبالتالي التأثير على معالجة المعلومات العصبية. ^{[10] [11]}

تتجلى قدرة مبادل Na ⁺ / Ca ^{2 + على عكس اتجاه التدفق أثناء} جهد الفعل القلبي . نظرًا للدور الدقيق الذي يلعبه Ca ^{2 +} في انقباض عضلات القلب، يتم التحكم بعناية في تركيز Ca ^{2 + الخلوي. أثناء} جهد الراحة ، يستفيد مبادل Na ⁺ / Ca ^{2 +} من تدرج تركيز Na + الكبير خارج الخلية للمساعدة في ضخ Ca ^{2 +} خارج الخلية. ^[12] في الواقع، يكون مبادل Na ⁺ / Ca ^{2 +} في وضع تدفق Ca ^{2 +} معظم الوقت. ومع ذلك، أثناء الارتفاع لأعلى جهد الفعل القلبي ، يكون هناك تدفق كبير لأيونات Na ⁺ . يؤدي هذا إلى إزالة استقطاب الخلية وتحويل جهد الغشاء في الاتجاه الإيجابي. ما ينتج عنه هو زيادة كبيرة في [Na ⁺ ] داخل الخلايا. يتسبب هذا في عكس مبادل Na ⁺ / Ca ^{2 +} لضخ أيونات Na ⁺ خارج الخلية وأيونات Ca ^{2 +} إلى الخلية. ^[12] ومع ذلك، فإن هذا الانعكاس للمبادل لا يستمر إلا مؤقتًا بسبب الارتفاع الداخلي في [Ca ²⁺ ] نتيجة لتدفق Ca ²⁺ عبر قناة الكالسيوم من النوع L ، ويعود المبادل إلى اتجاه تدفقه الأمامي، ويضخ Ca ²⁺ خارج الخلية. ^[12]

في حين يعمل المبادل عادة في وضع تدفق Ca ²⁺ (باستثناء وقت مبكر من جهد الفعل)، يمكن لظروف معينة أن تحول المبادل بشكل غير طبيعي إلى الوضع العكسي (تدفق Ca ²⁺ ، وتدفق Na ⁺ ). فيما يلي العديد من الحالات الخلوية والصيدلانية التي يحدث فيها هذا. ^[12]

• ^{يكون تركيز [Na +} ] الداخلي أعلى من المعتاد (كما هو الحال عندما يعمل الديجوكسين وغيره من أدوية الجليكوسيد القلبي على منع مضخة Na ⁺ /K ⁺ -ATPase ).
• يتم تثبيط إطلاق Ca2 ^{+ في} الشبكة الساركوبلازمية .
• يتم تثبيط قنوات تدفق Ca2 ⁺ الأخرى .
• إذا تم إطالة مدة جهد الفعل.

بناءً على تنبؤات البنية الثانوية وكراهية الماء ، تم التنبؤ في البداية بأن NCX يحتوي على 9 حلزونات غشائية . ^[13] يُعتقد أن العائلة نشأت من حدث مضاعفة للجين ، بسبب التناظر الزائف الواضح داخل التسلسل الأساسي للمجال الغشائي. ^[14] يوجد بين النصفين شبه المتماثلين حلقة سيتوبلازمية تحتوي على مجالات تنظيمية. ^[15] تحتوي هذه المجالات التنظيمية على هياكل تشبه مجال C2 وهي مسؤولة عن تنظيم الكالسيوم. ^{[16] [17]} مؤخرًا، تم حل بنية نظير NCX العتيق بواسطة علم البلورات بالأشعة السينية . ^[18] يوضح هذا بوضوح ناقلًا ثنائي الترابط لعشرة حلزونات غشائية، مع موقع على شكل ماسي لربط الركيزة. بناءً على البنية والتناظر البنيوي، تم اقتراح نموذج للوصول المتبادل مع منافسة الأيونات في الموقع النشط. تم حل هياكل ثلاثة مبادلات بروتون-كالسيوم ذات صلة (CAX) من الخميرة والبكتيريا . وبينما تتشابه هذه الهياكل من الناحية البنيوية والوظيفية، فإنها توضح هياكل أوليجوميرية جديدة ، وربط الركيزة، والتنظيم. ^{[19] [20] [21]}

في عام 1968، نشر هاير رويتر و إن سيتز نتائج مفادها أنه عند إزالة أيون الصوديوم ^من الوسط المحيط بالخلية، يتم تثبيط تدفق أيون الكالسيوم ^، واقترحوا أنه قد تكون هناك آلية لتبادل الأيونين. ^{[2] [22]} في عام 1969، نشرت مجموعة بقيادة بي إف بيكر كانت تجري تجارب باستخدام محاور الحبار نتائج اقترحت وجود وسيلة لخروج أيون الصوديوم ^من الخلايا بخلاف مضخة الصوديوم والبوتاسيوم . ^{[2] [23]} من المعروف أن نبات الديجيتاليس، المعروف باسم قفاز الثعلب، له تأثير كبير على مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، مما يؤدي في النهاية إلى تقلص أقوى للقلب. يحتوي النبات على مركبات تمنع مضخة الصوديوم والبوتاسيوم مما يقلل من التدرج الكهروكيميائي للصوديوم. هذا يجعل ضخ الكالسيوم خارج الخلية أقل كفاءة، مما يؤدي إلى تقلص أقوى للقلب. بالنسبة للأفراد ذوي القلوب الضعيفة، يتم توفيره أحيانًا لضخ القلب بقوة تقلص أثقل. ومع ذلك، فإنه يمكن أيضا أن يسبب ارتفاع ضغط الدم لأنه يزيد من قوة انقباض القلب.

• مضخة الصوديوم والبوتاسيوم
• النقل النشط
• جهد الفعل القلبي
• مبادل الصوديوم والكالسيوم المعتمد على البوتاسيوم

• مبادل الصوديوم والكالسيوم في المكتبة الوطنية الأمريكية للطب (MeSH)
• الرسم البياني في cvphysiology.com
• كلابوند، ر. إ. 2007. مفاهيم فيزيولوجيا القلب والأوعية الدموية: تبادل الكالسيوم.