Bomba de calcio

Qué es la bomba de calcio

El nombre «bomba» se aplica en fisiología a cualquier proteína que mueva un ion en contra de su gradiente electroquímico utilizando energía metabólica. El calcio citosólico se mantiene en concentraciones extraordinariamente bajas (del orden de 100 nanomoles por litro) frente a los 1-2 milimoles del medio extracelular o del interior del retículo endoplásmico. Esa diferencia de concentración, de unas diez mil veces, es la que confiere al calcio su papel como señal intracelular: basta abrir brevemente un canal para que el calcio inunde el citoplasma y active cascadas de señalización. Pero para que la señal funcione tiene que ser transitoria, y devolver el calcio a sus compartimentos de almacenamiento es precisamente la tarea de las bombas.

El término ATPasa de tipo P indica que la bomba forma un intermediario fosforilado (de ahí la P) durante cada ciclo de transporte. Lo mismo hacen la bomba de sodio-potasio y la bomba de protones gástrica. La estructura tridimensional de la SERCA fue resuelta por cristalografía de rayos X en el año 2000 por el grupo de Chikashi Toyoshima en Tokio, un trabajo que proporcionó la primera imagen atómica de una ATPasa de tipo P completa.

Las dos familias principales

SERCA (Sarco/Endoplasmic Reticulum Ca2+-ATPase). Se localiza en la membrana del retículo sarcoplásmico de las células musculares y en el retículo endoplásmico de las células no musculares. Transporta dos iones Ca2+ desde el citoplasma al interior del retículo por cada molécula de ATP hidrolizada. En el músculo, SERCA es la responsable directa de la relajación: al retirar el calcio del citoplasma tras la contracción, permite que las fibras de actina y miosina se desacoplen. El corazón expresa la isoforma SERCA2a, regulada por una pequeña proteína llamada fosfolambano; cuando el fosfolambano se fosforila (por acción de la proteincinasa A, estimulada a su vez por la adrenalina), SERCA2a se acelera y la relajación del miocardio se vuelve más rápida. Esa es una de las razones por las que el corazón late con más fuerza y más deprisa durante el ejercicio.

PMCA (Plasma Membrane Ca2+-ATPase). Expulsa calcio desde el citoplasma hacia el medio extracelular. Su afinidad por el Ca2+ es muy alta, pero su capacidad de transporte es menor que la de SERCA. Funciona como un mecanismo de ajuste fino que mantiene el calcio citosólico basal en el rango nanomolar. En las neuronas, la PMCA contribuye a la terminación de la señal sináptica al retirar el calcio que entró durante la despolarización.

Existe una tercera familia menos conocida, la SPCA (Secretory Pathway Ca2+-ATPase), que transporta calcio al interior del aparato de Golgi y participa en la maduración de ciertas proteínas secretadas.

El ciclo de transporte

Cada ciclo de la bomba de calcio consta de varios pasos. Primero, la bomba expone sus sitios de unión al calcio hacia el citoplasma y captura dos iones Ca2+. A continuación, el ATP cede un grupo fosfato a un residuo de ácido aspártico de la proteína (fosforilación), lo que provoca un cambio conformacional que cierra los sitios de unión por el lado citoplásmico y los abre hacia la luz del retículo (en el caso de SERCA) o hacia el espacio extracelular (en el caso de PMCA). Los iones Ca2+ se liberan y la proteína se desfosforila para regresar a su conformación inicial.

El proceso dura unos pocos milisegundos. Una sola molécula de SERCA puede completar entre diez y cien ciclos por segundo, lo que le permite vaciar el citoplasma de calcio con rapidez suficiente para que un músculo esquelético se relaje entre dos contracciones sucesivas. El consumo energético no es menor: se estima que la actividad de las bombas de calcio puede representar hasta un 10 % del gasto total de ATP en una célula muscular en reposo.

Preguntas frecuentes

¿Es lo mismo la bomba de calcio que un canal de calcio?

No. El canal deja pasar el calcio a favor de su gradiente, sin gasto de energía: se abre y el calcio fluye. La bomba mueve el calcio en contra de su gradiente, consumiendo ATP. Uno deja entrar; la otra saca.

¿Qué relación tiene con la contracción muscular?

La contracción se inicia cuando el calcio sale del retículo sarcoplásmico al citoplasma (a través de los receptores de rianodina). La relajación requiere que SERCA devuelva ese calcio al retículo. Sin SERCA funcional, el músculo permanecería contraído.

¿La bomba de calcio tiene algo que ver con la bomba de sodio-potasio?

Ambas pertenecen a la misma superfamilia de ATPasas de tipo P y comparten un mecanismo catalítico basado en la fosforilación de un residuo de aspartato. La diferencia está en los iones que transportan y en las membranas donde se ubican. Jens Christian Skou recibió el Nobel de Química en 1997 por el descubrimiento de la bomba de sodio-potasio, y la estructura de SERCA se resolvió poco después siguiendo la misma lógica bioquímica.

Referencias

1. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Calcio en la dieta. MedlinePlus, enciclopedia médica en español.
2. Manual MSD, versión para profesionales. Hipocalcemia.
3. Real Academia Española. Calcio. Diccionario de la lengua española.
4. Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos. Calcio. MedlinePlus en español.