مبادل الصوديوم والكالسيوم

مبادل الصوديوم -الكالسيوم (يُشار إليه غالبًا بمبادل Na ⁺ /Ca2 ⁺ ، أو بروتين التبادل ، أو NCX ) هو بروتين غشائي مضاد للنقل ، يعمل على إزالة الكالسيوم من الخلايا. يستخدم هذا المبادل الطاقة المخزنة في التدرج الكهروكيميائي للصوديوم (Na ⁺ ) عن طريق السماح لأيونات Na ⁺ بالتدفق وفقًا لتدرجها عبر غشاء البلازما ، مقابل النقل المعاكس لأيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺ ). يتم تصدير أيون كالسيوم واحد مقابل استيراد ثلاثة أيونات صوديوم. ^{[ 1 ]} يوجد هذا المبادل في العديد من أنواع الخلايا والحيوانات المختلفة. ^{[ 2 ]} يُعتبر NCX أحد أهم الآليات الخلوية لإزالة Ca2 ⁺ . ^{[ 2 ]}

يوجد هذا المبادل عادةً في الأغشية البلازمية والميتوكوندريا والشبكة الإندوبلازمية للخلايا القابلة للاستثارة. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

يُعدّ مُبادل الصوديوم-الكالسيوم أحد الأنظمة التي تُحافظ على انخفاض تركيز أيونات الكالسيوم في سيتوبلازم الخلية. لا يرتبط هذا المُبادل بأيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ بقوة (له ألفة منخفضة)، ولكنه قادر على نقلها بسرعة (له سعة عالية)، حيث ينقل ما يصل إلى خمسة آلاف أيون كالسيوم ^في الثانية. ^{[ 5 ]} ولذلك، يتطلب تركيزات عالية من الكالسيوم ^{ليكون فعالاً، ولكنه مفيد في التخلص من كميات كبيرة من الكالسيوم} في الخلية خلال فترة قصيرة، كما هو مطلوب في العصبون بعد جهد الفعل . وبالتالي، من المرجح أن يلعب هذا المُبادل دورًا هامًا في استعادة تركيز الكالسيوم الطبيعي في الخلية بعد التعرض لسمية عصبية . ^{[ 3 ]} يوجد هذا الناقل الأساسي لأيونات الكالسيوم في الغشاء البلازمي لمعظم الخلايا الحيوانية. وهناك مضخة غشائية أخرى أكثر انتشارًا تُصدّر الكالسيوم من الخلية ، وهي مضخة ^{الكالسيوم} في الغشاء البلازمي (PMCA)، والتي تتميز بألفة أعلى بكثير ولكن بسعة أقل بكثير. بما أن مضخة الكالسيوم في غشاء الخلية (PMCA) قادرة على الارتباط بفعالية بأيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ حتى عندما تكون تركيزاتها منخفضة للغاية، فإنها تُعدّ الأنسب لمهمة الحفاظ على تركيزات الكالسيوم المنخفضة جدًا الموجودة عادةً داخل الخلية. ^{[ 6 ]} يُكمّل مُبادل الصوديوم/الكالسيوم (Na ⁺ /Ca2 ^{+) مضخة الكالسيوم (Ca2 +} -ATPase ) ذات الألفة العالية والسعة المنخفضة، ويشاركان معًا في مجموعة متنوعة من الوظائف الخلوية، بما في ذلك:

• التحكم في الإفراز العصبي
• نشاط الخلايا المستقبلة للضوء
• استرخاء عضلة القلب
• الحفاظ على تركيز أيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ في الشبكة الساركوبلازمية في خلايا القلب
• الحفاظ على تركيز أيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ في الشبكة الإندوبلازمية للخلايا القابلة للاستثارة وغير القابلة للاستثارة
• اقتران الإثارة والانقباض
• الحفاظ على تركيز منخفض لأيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ في الميتوكوندريا

يُعتقد أن هذا المُبادل يلعب دورًا في اضطراب التوصيل الكهربائي للقلب المعروف باسم تأخر إزالة الاستقطاب . ^{[ 7 ]} ويُعتقد أن تراكم أيونات الكالسيوم (Ca2 ⁺⁾ داخل الخلايا يُحفز مُبادل الصوديوم/الكالسيوم (Na ⁺ /Ca2 ⁺⁾ . والنتيجة هي تدفق قصير لشحنة موجبة صافية (تذكر: 3 أيونات صوديوم ^داخل الخلية، و1 أيون كالسيوم ^خارجها )، مما يُسبب إزالة استقطاب الخلية. ^{[ 7 ]} وقد يؤدي هذا الاستقطاب الخلوي غير الطبيعي إلى اضطراب في نظم القلب.

بما أن النقل كهروكيميائي (يُغير جهد الغشاء)، فإن إزالة استقطاب الغشاء قد تعكس اتجاه عمل المُبادل إذا كانت الخلية مُزالة الاستقطاب بدرجة كافية، كما قد يحدث في حالة التسمم الاستثاري . ^{[ 1 ]} إضافةً إلى ذلك، وكما هو الحال مع بروتينات النقل الأخرى، فإن كمية النقل واتجاهه يعتمدان على تدرجات تركيز الركيزة عبر الغشاء. ^{[ 1 ]} قد تكون هذه الحقيقة وقائية لأن الزيادات في تركيز الكالسيوم داخل الخلايا ^التي تحدث في حالة التسمم الاستثاري قد تُنشط المُبادل في الاتجاه الأمامي حتى في وجود تركيز منخفض للصوديوم خارج الخلايا ^. [ ^{1 ] ومع} ذلك، فهذا يعني أيضًا أنه عندما ترتفع مستويات الصوديوم داخل الخلايا ^إلى ما بعد نقطة حرجة، يبدأ مُبادل الصوديوم-الكالسيوم (NCX) في استيراد الكالسيوم ^{. [} 1 ^{] [ 8 ] [ 9 ] قد يعمل} مُبادل الصوديوم-الكالسيوم في الاتجاهين الأمامي والعكسي في وقت واحد في مناطق مختلفة من الخلية، اعتمادًا على التأثيرات المُجتمعة لتدرجات ^{الصوديوم} والكالسيوم . ^{[ 1 ]} قد يؤدي هذا التأثير إلى إطالة فترات ارتفاع الكالسيوم التي تعقب نوبات النشاط العصبي، مما يؤثر بالتالي على معالجة المعلومات العصبية. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

استنادًا إلى تنبؤات البنية الثانوية والخاصية الكارهة للماء ، تم التنبؤ مبدئيًا بأن بروتين NCX يحتوي على 9 حلزونات عبر الغشاء . ^{[ 13 ]} يُعتقد أن هذه العائلة نشأت من حدث تضاعف جيني ، نظرًا للتناظر الظاهري ضمن التسلسل الأولي للنطاق عبر الغشاء. ^{[ 14 ]} تتخلل النصفين المتناظرين حلقة سيتوبلازمية تحتوي على نطاقات تنظيمية. ^{[ 15 ]} تتميز هذه النطاقات التنظيمية ببنية شبيهة بنطاق C2 ، وهي مسؤولة عن تنظيم الكالسيوم. ^{[ 16 ] [ 17 ]} مؤخرًا، تم تحديد بنية نظير NCX في العتائق باستخدام تقنية علم البلورات بالأشعة السينية . ^{[ 18 ]} يوضح هذا بوضوح ناقلًا ثنائيًا مكونًا من 10 حلزونات عبر الغشاء، مع موقع على شكل ماسة لربط الركيزة. بناءً على البنية والتناظر البنيوي، تم اقتراح نموذج للوصول المتناوب مع تنافس الأيونات في الموقع النشط. تم تحديد بنية ثلاثة مبادلات بروتون-كالسيوم (CAX) متشابهة من الخميرة والبكتيريا . وعلى الرغم من تشابهها البنيوي والوظيفي، فإن هذه البنى تُظهر هياكل قليلة الوحدات جديدة ، واقتران الركائز، والتنظيم. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

في عام 1968، نشر هـ. رويتر ون. سيتز نتائج تُشير إلى أنه عند إزالة أيونات الصوديوم (Na ^{+) من الوسط المحيط بالخلية، يتم تثبيط تدفق أيونات الكالسيوم (Ca2 +)} إلى الخارج، واقترحا وجود آلية لتبادل هذين الأيونين. ^{[ 2 ] [ 22 ]} وفي عام 1969، نشرت مجموعة بقيادة ب. ف. بيكر، كانت تُجري تجارب باستخدام محاور عصبية للحبار، نتائج تُشير إلى وجود وسيلة أخرى لخروج أيونات الصوديوم (Na ⁺⁾ من الخلايا غير مضخة الصوديوم والبوتاسيوم . ^{[ 2 ] [ 23 ]} يُعرف نبات الديجيتاليس، المعروف باسم قفاز الثعلب، بتأثيره الكبير على مضخة الصوديوم والبوتاسيوم (Na/K ATPase)، مما يؤدي في النهاية إلى انقباض أقوى للقلب. يحتوي النبات على مركبات تُثبط مضخة الصوديوم والبوتاسيوم، مما يُقلل من التدرج الكهروكيميائي للصوديوم. هذا يجعل ضخ الكالسيوم خارج الخلية أقل كفاءة، مما يؤدي إلى انقباض أقوى للقلب. بالنسبة للأفراد الذين يعانون من ضعف في القلب، يُستخدم هذا النبات أحيانًا لضخ القلب بقوة انقباضية أكبر. ومع ذلك، يمكن أن يسبب ارتفاع ضغط الدم أيضاً لأنه يزيد من قوة انقباض القلب.

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

• مبادل الصوديوم والكالسيوم في رؤوس الموضوعات الطبية (MeSH) التابعة للمكتبة الوطنية الأمريكية للطب
• الرسم التوضيحي موجود على موقع cvphysiology.com
• كلابوند، ر. إي. 2007. مفاهيم فسيولوجيا القلب والأوعية الدموية: تبادل الكالسيوم.