Kalziumpumpen

Kalziumpumpen sind Membranproteine, die Kalziumionen (Ca2+) aktiv über Membranen transportieren. Sie gehören zur Gruppe der Primär-aktiven Transporter und nutzen die Energie der ATP-Hydrolyse, um Ca2+ gegen sein Konzentrationsgefälle zu bewegen. Dadurch tragen Kalziumpumpen wesentlich zur Calcium-Homöostase in Zellen bei.

Die wichtigsten Familien sind SERCA-Pumpen (sarkoplasmatisches/ Endoplasmatisches Retikulum Ca2+-ATPase) in Membranen des ER/SR, die Ca2+ in Speicherorgane pumpen; PMCA-Pumpen (Plasma-Membran Ca2+-ATPase), die Ca2+ aus der Zelle transportieren; und SPCA-Pumpen (Secretory Pathway Ca2+-ATPase), die Ca2+ in Golgi- und sekretorische Kompartimente pumpen.

Mechanistisch gehören sie zur Klasse der P-Type-ATPasen. Bei ATP-Hydrolyse wird ein Phosphor-Derivat auf die P-Domäne übertragen und die Pumpe wechselt zwischen den E1- und E2-Konformationen, wodurch Calcium gebunden, durchs Membran transportiert und freigesetzt wird. Durch diesen Prozess wird der Cytosol-Ca2+-Spiegel niedrig gehalten und Ca2+-Speicher in ER/SR aufgefüllt.

Funktionell sind Kalziumpumpen zentral für die Muskelentspannung, die neuronale Signalisierung und sekretorische Prozesse. Ihre Aktivität wird reguliert, zum Beispiel PMCA durch Calmodulin oder SERCA-Transporter durch regulatorische Untereinheiten wie Phospholamban in Muskelzellen. Erkrankungen aus gestörter Ca2+-Homöostase können durch Mutationen in ATP2A2 (SERCA2) bzw. ATP2C1 (SPCA1) bedingt sein, etwa Darier-Krankheit bzw. Hailey-Hailey-Krankheit; gestörte Calciumhomöostase wird auch mit neurologischen Erkrankungen in Verbindung gebracht.