SERCA

SERCA (Abk. für englisch Sarcoplasmic/endoplasmic reticulum calcium ATPase, deutsch Calcium-ATPase des sarkoplasmatischen und endoplasmatischen Retikulums) heißen Proteine in der Membran bestimmter Zellbestandteile, die Calciumionen unter Verbrauch von ATP aus dem Cytosol in das sarkoplasmatische Retikulum pumpen. Sie gehören zu den Calciumpumpen und kommen bei allen Chordatieren vor. Drei Gene codieren für zehn SERCA-Isoformen beim Menschen, wobei Isoformen 1A und 2A nur in den Muskeln vorkommen, wo sie bis zu 90 Prozent des Proteins ausmachen können. Mutationen in den Genen können zu Krankheiten wie die Brody-Krankheit, Acrokeratosis verruciformis (Morbus Hopf) und Morbus Darier führen. Fehlerhafte Ablesung von ATP2A1 aufgrund von Mutationen am Gen der Kinase DMPK resultiert in einer defekten Isoform SERCA1, die wiederum die Ursache für myotone Dystrophie Typ 1 ist.[1][2]

SERCA
Masse/Länge Primärstruktur 1000–1043 Aminosäuren
Sekundär- bis Quartärstruktur multipass Membranprotein
Kofaktor Magnesium
Isoformen 1neonatal, 1adult, 2A, 2B, 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F
Bezeichner
Gen-Name(n) ATP2A1, ATP2A2, ATP2A3
Transporter-Klassifikation
TCDB 3.A.3.2.7
Bezeichnung P-ATPase
Enzymklassifikation
EC, Kategorie 3.6.3.8, ATPase
Reaktionsart Hydrolyse
Substrat ATP + H2O + Ca2+ (out)
Produkte ADP + Phosphat + Ca2+ (in)
Vorkommen
Übergeordnetes Taxon Chordatiere

Funktion

Zur Koordinierung der Trillionen Myosinmotoren bei einer Muskelbewegung werden Calciumionen in das Sarkoplasma freigesetzt. Die Kontraktion hört erst auf, wenn das Calcium wieder zurück ins sarkoplasmatische Retikulum zurückgepumpt wird. Zu diesem Zweck sind in der Membran dieser Kompartimente SERCA-Transporter installiert. Aber auch in anderen Geweben wird Calcium als second messenger verwendet, nur nicht so konzentriert wie in Muskeln.

Die Transportgleichung lautet:[3][4]

ATP + H2O + H+ (sr/er) + Ca2+ (cyt) ⇒ ADP + Phosphat + Ca2+ (sr/er) + H+ (cyt)

Es handelt sich also um einen Ca2+:H+-Antiport.

Außerhalb des Calciumtransports scheint SERCA1 in bestimmten Adipozyten Wärme zu generieren. Die erzeugte Wärmemenge im Muskel kann gemessen werden.[5][6]

Regulation

Die Expression von SERCA1 in bestimmten Muskelzellen ist bei Kaninchen abhängig von Schilddrüsenhormonen.[7] Auch in Rattenmyokard wird die SERCA-Expression von Schilddrüsenhormonen hochreguliert[8][9]. Dieser Effekt könnte zur proarrhythmogenen Wirkung einer Thyreotoxikose beitragen[10].

Siehe auch

Einzelnachweise
  1. UniProt P16615, UniProt O14983, UniProt Q93084
  2. Hino S, Kondo S, Sekiya H, et al: Molecular mechanisms responsible for aberrant splicing of SERCA1 in myotonic dystrophy type 1. In: Hum. Mol. Genet. 16. Jahrgang, Nr. 23, Dezember 2007, S. 2834–43, doi:10.1093/hmg/ddm239, PMID 17728322.
  3. TCDB: 3.A.3.2.7
  4. Karjalainen EL, Hauser K, Barth A: Proton paths in the sarcoplasmic reticulum Ca(2+) -ATPase. In: Biochim. Biophys. Acta. 1767. Jahrgang, Nr. 11, November 2007, S. 1310–8, doi:10.1016/j.bbabio.2007.07.010, PMID 17904096.
  5. de Meis L, Oliveira GM, Arruda AP, Santos R, Costa RM, Benchimol M: The thermogenic activity of rat brown adipose tissue and rabbit white muscle Ca2+-ATPase. In: IUBMB Life. 57. Jahrgang, Nr. 4–5, 2005, S. 337–45, doi:10.1080/15216540500092534, PMID 16036618.
  6. Arruda AP, Nigro M, Oliveira GM, de Meis L: Thermogenic activity of Ca2+-ATPase from skeletal muscle heavy sarcoplasmic reticulum: the role of ryanodine Ca2+ channel. In: Biochim. Biophys. Acta. 1768. Jahrgang, Nr. 6, Juni 2007, S. 1498–505, doi:10.1016/j.bbamem.2007.03.016, PMID 17466935.
  7. Arruda AP, Oliveira GM, Carvalho DP, De Meis L: Thyroid hormones differentially regulate the distribution of rabbit skeletal muscle Ca(2+)-ATPase (SERCA) isoforms in light and heavy sarcoplasmic reticulum. In: Mol. Membr. Biol. 22. Jahrgang, Nr. 6, 2005, S. 529–37, doi:10.1080/09687860500412257, PMID 16373324.
  8. KC Chang, VM Figueredo, JH Schreur, K Kariya, MW Weiner, PC Simpson, SA Camacho: Thyroid hormone improves function and Ca2+ handling in pressure overload hypertrophy. Association with increased sarcoplasmic reticulum Ca2+-ATPase and alpha-myosin heavy chain in rat hearts. In: The Journal of clinical investigation. 100. Jahrgang, Nr. 7, 1. Oktober 1997, S. 1742-9, doi:10.1172/JCI119699, PMID 9312172.
  9. Allen Kaasik, Ave Minajeva, Kalju Paju, Margus Eimre, Enn K. Seppet: Thyroid hormones differentially affect sarcoplasmic reticulum function in rat atria and ventricles. In: Molecular and Cellular Biochemistry. 176. Jahrgang, Nr. 1/2, 1997, S. 119–126, doi:10.1023/A:1006887231150.
  10. Patrick Müller, Melvin Khee-Shing Leow, Johannes W. Dietrich: Minor perturbations of thyroid homeostasis and major cardiovascular endpoints—Physiological mechanisms and clinical evidence. In: Frontiers in Cardiovascular Medicine. 9. Jahrgang, 15. August 2022, S. 942971, doi:10.3389/fcvm.2022.942971, PMID 36046184.
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