Widok Podwójne oblicze Ca2+-ATPazy.

K

_{PROBLEMY NAUK BIOLO G ICZNYCH .}

osm os

Tom 46, 1997

Numer 4 (237)

Strony 507-514

Polskie Towarzystwo Przyrodników im. Kopernika

Sł a w o m ir Pi k u ł a Zakład Biochemii Komórki

Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN Pasteura 3, Warszawa

E-mail: slawek@nencki.gov.pl

PODWÓJNE OBLICZE Ca2+-ATPazy

UDZIAŁ Ca -ATPaz W HOMEOSTAZIE WAPNIA W KOMORCE Jony wapnia pełnią w komórce funkcję

pierwotnych i wtórnych przekaźników infor­ macji w takich procesach, jak skurcz komórki mięśniowej i wydzielanie przekaźników nerwo­ wych w synapsach ( G r o v e r i K h a n 1992, B e r - r i d g e 1995, B a r a ń s k a 1997). Zjawisko przeka­ zywania informacji osiąga najwyższy stopień komplikacji w komórkach nerwowych, w których jon y wapnia biorą także udział w kon­ troli pobudliwości komórkowej i w transporcie aksonalnym ( B e n n e t t 1997, G o d a i S u d h o f

1997). Dlatego zmiany wewnątrzkomórkowego stężenia Ca i ich precyzyjna kontrola, szcze­ gólnie w komórkach nerwowych, są bardzo ważne dla podtrzymania procesów życiowych organizmu. W homeostazie wapnia biorą udział cztery grupy białek: kanały wapniowe, białka wiążące Ca , wymieniacze jonowe oraz Ca -ATPazy, enzymy nazywane również pom­ pami jonowymi (M 0 L L E R i współaut. 1996), transportujące Ca kosztem energii powstają­ cej w wyniku reakcji hydrolizy ATP (rys. 1, tab. 1). Wymienione grupy białek charakteryzują się określoną, specyficzną lokalizacją w ko­ mórce, dzięki czemu białka te mogą wpływać na lokalne zmiany stężenia Ca + ( N i c h o l l s i współaut. 1992, A n g e r i współaut. 1994, Fo-

l e t t i i współaut. 1995, Wu i współaut. 1995,

C a r a f o l i i współaut. 1996, S t a u f f e r i współ­

aut. 1997).

Jony wapnia, napływające do cytoplazmy przez kanały wapniowe, zlokalizowane w bło­ nie plazmatycznej, są usuwane na zewnątrz dzidki aktywności zależnej od kalmoduliny

Ca -ATPazy i wymieniacza Na /Ca lub są

kumulowane w wyspecjalizowanych przedzia­ łach błon retikulum endo(sarko)plazmatycz-

nego (ER/SR) w wyniku działania Ca2+-ATPa-

zy, niezależnej od kalmoduliny. Enzym ten transportuje jony wapnia, działa wbrew gra­ dientowi stężeń Ca2+ i powoduje kumulację kationu w błonach ER, tak że stężenie Ca we

wnętrzu tych błon może wzrosnąć 10 000-

krotnie ( C a r a f o l i 1994, M a r t o n o s i 1995, 1996, S t o k e s 1997). Inne organelle komórko­

we: jądro, endosomy, lizosomy, mitochondria i błony aparatu Golgiego są również zdolne do magazynowania Ca , ale ich udział w regula­ cji homeostazy wapnia w komórce jest niewiel­ ki. Jony wapnia są uwalniane z wewnątrzko­ mórkowych magazynów, takich ja k błony ER(SR), przez inny rodzaj kanałów wapnio­ wych niż te, zlokalizowane w błonie plazma­ tycznej. Dzięki kanałom błon ER(SR) dochodzi do powstawania gwałtownych wyrzutów Ca

do cytoplazmy, oscylacji i fal wapniowych (M a

2+

Tabela 1. Typy białek błonowych biorących udział w transporcie jonów

Typ Funkcje Reakcje chemiczne

I — kanały transport jonów (egzoergiczny) nie występują

II — enzymy (faza wodna) transport jonów (endoergiczny) hydroliza ATP, dekarboksylacja, transhydrogenacj a

III — kompleksy transportu transport ładunków, powiązanie redukcja QH2-c,

elektronów procesów oksydoredukcyjnych fotoredukcja H20-Q i c-Q IV — systemy foto/redoks transport jonów, powiązanie redukcja NADH-Q,

508

zlokalizowane w błonach przedziałów w e­ wnątrzkomórkowych oraz w błonie plazma- tycznej, przywracają następnie niski spoczyn­ kowy poziom Ca w cytoplazmie komórek. W stanie normy enzymy te są niezawodne, o czym świadczy fakt, że wzrost stężenia Ca w cytosolu jest sygnałem programowanej śmier­ ci komórek, uruchamiającym mechanizmy apoptozy (Stau ffer i współaut. 1997).

Ca -ATPazy zlokalizowane w błonie pla- zmatycznej, są kodowane przez cztery geny:

PMCA1, PMCA2, PMCA3 i PMCA4, a w błonach

wewnątrzkomórkowych przez trzy: SERCA1,

SERCA2 i SERCA3 (Groveri Khan 1992, Wu i

współaut. 1995). Proces różnicowego składa­ nia (ang. alternative splicing) RNA prowadzi dodatkowo do zwiększenia liczby izoform enzy­ mu (Gro ver i Kh an 1992, Carafoli 1994, Ca­

rafoli i Stau ffe r 1994). W przypadku ATPaz PMCA zjawisko różnicowego składania pier­ wotnego transkryptu zachodzi w trzech róż­

nych miejscach (Carafoli 1994).

Wszystkie Ca -ATPazy oscylują między dwoma podstawowymi stanami

konformacyj-nymi, różniącymi się powinowactwem do jo ­ nów wapnia, a także zdolnością do autofosfo- iylacji, dzięki czemu w cyklu katalitycznym enzymu powstaje tak zwany ufosforylowany pośrednik czyli ufosfoiylowana forma białka. Zmiany konformacyjne są niezbędne w proce­ sie transportu Ca2+ przez błonę plazmatyczną

i błony organelli wewnątrzkomórkowych (Piku-

ł a 1997). ATPazy są enzymami specyficznie wiążącymi określone formy jonowe ATP. W wa­ runkach fizjologicznych w komórce występują różne jonowe formy nukleotydu, związane z jo ­ nami magnezu lub nie. Większość enzymów przetwarzających energię wykorzystuje kom­ pleks Mg-ATP ( P e d e r s e n 1995) (iys. 1). W sy­ stemie zamkniętym entropia układu wzrasta, na przykład w przypadku, kiedy stężenie sub­ stancji ulega wyrównaniu pomiędzy dwoma przedziałami komórkowymi oddzielonymi od siebie błoną. By odtworzyć gradient stężeń tej substancji i obniżyć entropię systemu, musi być dostarczona energia. ATPazy transportu­ jące jony działają właśnie na tej zasadzie. W

czasie aktywnego transportu wykorzystują energię pochodzącą z hydrolizy ATP, by

wytwo-Rys. 1. Enzymy wykorzystujące ATP jako źródło energii.

Kluczową rolę w komórce spełnia F-ATPaza czyli mitochondrialna ATPaza typu F0Fi, która synte­ tyzuje adenozynotrójfosforan. ATP jest wykorzy­ stywany przez P-ATPazy, takie ja k Na+,K+-ATPa- za, H+,K+-ATPaza, Ca2+-ATPaza i Mg2+-ATPaza, które utrzymują homeostazę jonów w cytopla­ zmie, V-ATPazy czyli ATPazy wakuolarne, MDR, MRP i CFTR czyli aktywne transportery orga­ nicznych anionów, leków i ksenobiotyków (Xe), C-ATPazy, czyli enzymy takie ja k miozyna i dy- neina, zaangażowane w cyklu skurczowo-roz- kurczowym mięśni, N-ATPazy, np. rec A, zlokali­ zowane w jądrze komórkowym, HSP czyli białka szoku cieplnego oraz E-ATPaza czyli ektoATPaza regulująca stężenie ATP na zewnątrz komórki.

Podwójne oblicze C a +-ATPazy

509

rzyć gradient stężeń jonów w poprzek błony. W procesie odwrotnym wzrost entropii, związany ze spadkiem gradientu stężeń jonu jest wyko­ rzystywany do syntezy ATP. Ca2+-ATPazy mogą syntetyzować ATP nie tylko kiedy zanika

gra-2+

dient stężeń Ca w poprzek błony, ale także gradient stężeń H , lub maleje różnica tempe­ ratur pomiędzy środowiskami po obu stronach błony (d e Meis 1993, d e Meis i współaut.

1997).

Ca2+-ATPazy Z BŁONY PLAZMATYCZNEJ (PMCA)

2+

Ca -ATPazy z błony plazmatycznej są in­ tegralnymi białkami błony o masie cząsteczko­ wej 140 kDa ( C a r a f o l i 1994, C a r a f o l i i

S t a u f f e r 1994, C a r a f o l i i współaut. 1996). Aktywność enzymów podlega subtelnej regula­

cji przez białko wiążące Ca2+, kalmodulinę, a także występujące w błonie plazmatycznej fos­ folipidy anionowe. Ważną rolę w regulacji ak­ tywności ATPaz odgrywa także fosforylacja en­ zymu przez kinazy białkowe oraz zjawisko oli- gom eryzacji cząsteczek białka ( C a r a f o l i

1994). C-końcowy rejon cząsteczki ATPaz, w którym znajduje się domena wiążąca zarówno kalmodulinę, jak i fosfolipidy anionowe, od­ działując z domemą położoną w pobliżu cen­ trum aktywnego enzymu, obniża aktywność ATPaz (rys. 2) ( C a r a f o l i i S t a u f f e r 1994, J a ­ m e s i współaut. 1995). Pierwszym odkrytym przedstawicielem Ca2+-ATPaz był enzym z bło­ ny plazmatycznej erytrocytów (S c h a t z m a n

1966), a następnie Ca -ATPazy zidenty­ fikowano we wszystkich zbadanych dotąd ty­ pach komórek. Izoformy Ca -ATPazy PMCA różnią się między sobą powinowactwem do Ca i do kalmoduliny oraz podatnością na

fo-sforylację przez kinazę białkową zależną od cy­ klicznych nukleotydów. Badania rozmieszcze­ nia tkankowego produktów czterech genów kodujących Ca -ATPazy z błony plazmatycz­ nej , z zastosowaniem technik biologii moleku­ larnej i odpowiednich przeciwciał wykazały, że izoformy PMCA1 i PMCA4 występują praktycz­ nie we wszystkich komórkach, podczas gdy izoformy PMCA2 i PMCA3 przede wszystkim w tkance nerwowej; na przykład izoform a PMCA2 znajduje się tylko w błonie plazma­ tycznej komórek Purkinjego ( S t a u f f e r i współ­

aut. 1997). Zróżnicowana ekspresja izoform Ca2+-ATPazy PMCA jest regulowana między in­ nymi przez białkową kinazę C, cAMP i Ca2+ (Kuo i współaut. 1997). Z zastosowaniem me­ tod mutacji punktowej i ekspresji zmutowa­ nych izoform enzymu w komórkach COS-7 wykazano, że zamiana reszty Glu423 w dome­ nie transbłonowej M4, reszt Asp883 i Asn879

w domenie transbłonowej M6 oraz reszty

Glu971 w domenie M8 na inne reszty amino-

kwasowe (ryc. 2), prowadzi do utraty przez

Ca -ATPazy PMCA zdolności do transportu jo ­ nów wapnia i tworzenia ufosforylowanego po­

Rys. 2. Budowa i organizacja do­ men funkcjonalnych w cząsteczce

2+

Ca -ATPazy z błony plazmatycznej erytrocytów (PMCA4), której aktyw­ ność jest stymulowana przez kal­ modulinę.

~P, reszta treoniny w cząsteczce enzy­ mu, która jest fosfoiylowana przez biał­ kową kinazę C, M1-M10, domeny trans- błonowe.

510

1996).

2+

Z cząsteczką Ca -ATPazy z błony erytrocy­ tów są związane niekowalencyjnie dwa biopoli­ mery zbudowany z reszt fosforanowych polifos­ foran (polyP) i poly3-hydroksymaślan z reszt kwasu R-3-hydroksymasłowego. Oba biopoli­ mery są w stanie tworzyć kanały jonowe w bło­ nach sztucznych i naturalnych. W dodatku polyP jest wymieniaczem jonowym i bogatym źródłem reszt fosforanowych dla różnorodnych

reakcji fosforylacji. Na tej podstawie wysunięto przypuszczenie, że Ca +-ATPaza PMCA może funkcjonować w komórce jako kinaza katalizu­ jąca reakcję fosforylacji ADP do ATP, w podob­ ny sposób w jaki działa kinaza polifosforanowa w komórkach bakterii. Odkrycie to rzuca nowe światło na mechanizm transportu Ca + przez błony, gdyż cząsteczki polifosforanów mogą sta­ nowić dodatkowe miejsca specyficznego wiąza­ nia kationu (Re u s c h i współaut. 1997)

Ca2+-ATPazy Z BŁON RETIKULUM ENDO(SARKO)PRYZMATYCZNEGO (SERCA)

2+

Ca -ATPazy z błon ER(SR) są enzymami o ma­ sie cząsteczkowej monomeru 110 kDa. W ich cząsteczkach istnieje, jak we wszystkich Ca +- ATPazach, związek funkcjonalny pomiędzy do­

meną katalityczną enzymu (miejsce autofosfo- rylacji), a miejscami wiązania Ca . Związek ten stanowi mechanistyczną podstawę proce­ su translokacji Ca przez błonę (Ma r t o n o s i

1996). Specyficznym inhibitorem Ca -ATPaz typu SERCA, w odróżnieniu od ATPaz typu PMCA, jest tapsigargina (Ma r t o n o s i 1996).

Ca2+-ATPaza Z BŁON RETIKULUM SARKOPLAZMATYCZNEGO KOMÓREK MIĘŚNI

SZKIELETOWYCH (SERCA 1)

Ca2+-ATPaza z błon SR jest przykładem białka, które wykorzystuje przemianę różnych form energii, w tym cieplnej, do aktywnego transportu Ca2+ wbrew gradientowi stężeń tego kationu (d e Me is i współaut. 1997). Monomer

ATPazy jest jednocześnie jednostką funkcjo­ nalną białka, choć enzym jest zdolny do two­

rzenia w pełni funkcjonalnych dimerów (Na k a­

m u r a i Ta j im a 1997). Hydroliza ATP katalizowa­

na przez enzym jest związana z ukierunkowa­ nym transportem kationów i tworzeniem się, w wyniku autofosfoiylacji reszty Asp351, ufosfo- rylowanego pośrednika (In e s i 1994). Pośrednik

ten występuje w dwóch stanach konformacyj-

nych EiP i E2P, które ulegają wzajemnym prze­

mianom, co stanowi istotę wykorzystania przez enzym energii zgromadzonej w ATP (Ha r t u n g i

współaut. 1997). Izoforma z mięśni szkieleto­ wych SERCA 1 została sklonowana i poddana funkcjonalnej ekspresji w komórkach COS-1 (An d e r s e n i Só r e n s e n 1996, Mó l l e r i współ­

aut. 1996) i w komórkach drożdży (Ce n t e n o i

współaut. 1997). Synteza Ca +-ATPazy, w trak­ cie rozwoju osobniczego i w odpowiedzi na zróżnicowaną aktywność mięśni, jest regulo­ wana przez jony wapnia i cAMP oraz zależy od

stanu metabolicznego komórek i od fazy cyklu komórkowego (Ma r t o n o s i 1996, Ch e n g i

współaut. 1997, Gr e e n i współaut. 1997).

Analiza struktury białka z zastosowaniem techniki mutacji punktowej i chemicznego zna­ kowania Ca -ATPazy pomogła określić, że re­ jon wiązania Ca znajduje się w części trans-

błonowej enzymu, zaś centrum katalityczne i miejsce wiązania ATP, są zlokalizowane w do­ menie cytoplazmatycznej białka, w odległości 4-5 nm od miejsc wiązania Ca + (Ma r t o n o s i i

współaut. 1991, To y o s h im a i współaut. 1993, St o k e s i współaut. 1994, An d e r s e n i So r e n s e n

1996, Ma r t o n o s i 1996). Musi zatem istnieć ro­

dzaj komunikacji pomiędzy częścią cytopla- zmatyczną i błonową białka, prawdopodobnie dzięki wewnątrzcząsteczkowym zmianom kon- formacyjnym, co przypomina związek pomię­ dzy podjednostką F! (aktywność ATPazowa) a

podjednostką F0 (kanał jonowy) w ATPazach ty­

pu F0Fi (F-ATPazy) (Nic h o l l s i współaut.

1992). Ca -ATPazy można zatem porównać do kanałów wyposażonych w mechanizm otwiera­ jący (d e Me is 1993, In e s i 1994, An d e r s e n i

Só r e n s e n 1996). Właściwości kinetyczne Ca2+-

ATPazy są w dużym stopniu determinowane przez fizykochemiczne właściwości błon SR. Przywrócenie aktywności enzymu po rekonsty- tucji białka do błon zbudowanych z różnych klas fosfolipidów, kwasów tłuszczowych i de­ tergentów, świadczy o tym, że oddziaływania enzymu ze składnikami lipidowymi błony nie są specyficzne (Pi k u ł a i współaut. 1994).

W cząsteczce Ca -ATPazy z błon SR ko­ mórek mięśni szkieletowych od strony cytopla­ zmatycznej błony występują miejsca wiążące Ca z wysokim powinowactwem (KD = 1 0 M), które są zlokalizowane w części transbłonowej białka (Ma r t o n o s i 1996). Wiązanie dwóch ka­

tionów w tych miejscach jest sekwencyjne i kooperatywne. Autofosforylacja enzymu w re­

Podwójne oblicze Ca + -ATPazy

511

akcji z ATP powoduje, że oba kationy nie mo­

gą się wymieniać z pulą Ca w cytoplazmie.

Zaobserwowano, że nie ma różnic pomiędzy poziomem autofosforylacji enzymu w pęche­

rzykach SR wypełnionych Ca i pustych. Na

tej podstawie wyciągnięto wniosek, że w czą­ steczce Ca -ATPazy istnieją niezależne miej­ sca wiązania Ca , położone w części białka eksponowanej po stronie ekstracytoplazma- tycznej błon SR (J e n c k s 1995). Dwa jony wap­ nia wiążą się zatem po stronie cytojDlazmatycz- nej błony do miejsc w cząsteczce Ca -ATPazy o wysokim powinowactwie do tego kationu. Po autofosforylacji enzymu kationy są przenoszne na stronę wewnętrzną w kanale wewnętrznym w cząsteczce białka, a następnie wiążą się do miejsc o niskim powinowactwie do Ca , skąd są uwalniane do światła kanalika SR (J e n c k s

1995, M a r t o n o s i 1996). Jaka jest struktura kanału w cząsteczce białka? Przewiduje się, że

to domeny transbłonowe M4, M5, M6, M8 two­

rzą kanał hydrofilowy w cząsteczce ATPazy, do­ mena M l jest częścią miejsca wiążącego katio­ ny z wysokim powinowactwem, a w domenie M3 jest zlokalizowane miejsce wiążące tapsi- garginę (ryc. 3). W oparciu o strukturę

krysta-folamban, który bierze tym samym udział w skurczu mięśnia sercowego, określa odpo­ wiedź mięśnia na wysiłek i reguluje funkcję mięśni w stanach patologicznych ( V e r b o o m e n

i współaut. 1995, M a c L e n n a n i współaut. 1997). Fosfolamban nie oddziałuje z Ca +-ATP- azami PMCA. W badaniach in vitro i in vivo z

zastosowaniem zwierząt transgenicznych

stwierdzono, że fosfolamban może regulować również aktywność ATPazy SERCA 1 ( S l a c k i współaut. 1997).

Fosfolamban jest niewielkim integralnym białkiem błonowym zbudowanym z 52 reszt aminokwasowych. W stanie spoczynku, fosfo­ lamban hamuje transport Ca , prawdopodob­ nie oddziałując bezpośrednio z domeną wiążą­ cą to białko w cząsteczce Ca -ATPazy (rys. 4). W wyniku stymulacji receptorów (3-adrener­ gicznych w błonie plazmatycznej komórek mięśnia sercowego następuje aktywacja zależ­ nej od cAMP kinazy białkowej (kinaza białko­ wa A), która fosforyluje fosfolamban, dzięki czemu oddziaływanie tego białka z ATPazą ulega zaburzeniu. Aktywność Ca -ATPazy nie jest już dłużej hamowana przez fosfolamban i

2+

Ca może gromadzić się we wnętrzu błon SR,

Rys. 3. Ca -ATPaza z błon retiku- lum sarkoplazmatycznego komórek mięśni szkieletowych (SERCA1). M1- M1 0, domeny transbłonowe.

liczną enzymu zaproponowano, jako alternaty­ wę, istnienie dwóch kanałów hydrofilowych w cząsteczce enzymu (d e M e is i współaut. 1996,

M a r t o n o s i 1996, Y o u n g i współaut. 1997).

Ca2+-ATPaza Z BŁON SR KOMÓREK MIĘŚNIA SERCOWEGO (SERCA2)

Białkiem regulującym aktywność ATPazy z błon SR komórek mięśnia sercowego jest

fos-co nie tylko przyspiesza relaksację mięśnia, ale przygotowuje mięsień sercowy do kolej­ nych skurczów (Kiss i współaut. 1997, N a r a y ­ a n a n i Xu 1997). Specyfika oddziaływań po­ między fosfolambanem i Ca +-ATPazą nie jest do końca poznana. Transbłonowa domena fos- folambanu obejmuje reszty aminokwasów od 25/26 do 52 i ma strukturę a-helisy (20-22 reszt aminokwasowych); domena ta jest na­

512

2+

Rys. 4. Ca -ATPaza z błon retikulum sarkoplazmatycznego komórek mięśnia sercowego (SERCA2a). Aktywność enzymu jest hamowana przez fosfolamban. W wyniku fosforylacji fosfolambanu białko oddyso- cjowuje od miejsca wiążącego w cząsteczce ATPazy, która w ten sposób ulega aktywacji.

~P — reszta seryny w cząsteczce ATPazy ulegająca fosforylacji, M1-M10 — domeny transbłonowe.

chylona pod kątem 18-27° do osi przechodzą­ cej w poprzek błony. Domena cytoplazmatycz- na fosfolambanu ma również strukturę oc-he- lisy (13-18 reszt aminowasowych na 26). Fos­ forylacja reszty Ser 16 przez kinazę białkową A wywołuje zmianę konformacyjną fosfolamba­ nu, charakteryzującą się spadkiem zawartości struktury a-helisy w cząsteczce białka. Fosfo­ lamban tworzy stabilne pentamery, co do których istnieje podejrzenie, że mogą tworzyć kanały jonowe w błonach SR (A r k in i współ­ aut. 1994, C o r n e a i współaut. 1997, S t o k e s

1997, V e r b o o m e n i współaut. 1997). Istnieją dane przeczące jednak temu przypuszczeniu

( A u t r y i J o n e s 1995).

MacLennan i jego współpracownicy (K im u r a

i współaut. 1997, M a c L e n n a n i współaut. 1997)

po zastosowaniu metody mutacji punktowej stwierdzili, że w stabilizacji pentameru fosfo­ lambanu odgrywa rolę transbłonowa domena białka, która jednocześnie jest odpowiedzialna za oddziaływanie z Ca -ATPazą. Badacze ci za­ obserwowali, że w cząsteczce Ca -ATPazy w po­ bliżu miejsca autofosforylacji znajduje się do­ mena Lys-Asp-Lys-Pro-Val402, w której zacho­ dzi oddziaływanie z fosfolambanem (w pobliżu reszty Lys3). Można zatem stwierdzić, że pomię­ dzy fosfolambanem, a Ca -ATPazą zachodzą oddziaływania zarówno w części transbłonowej obu białek, jak i w części eksponowanej do cy­ toplazmy ( S t o k e s 1997).

A DOUBLE FACE OF CALCIUM TRANSPORT ATPase S u m m a r y

Calcium serves as a signal in a great variety o f cellu­ lar functions, from muscle contraction to synaptic trans­ mission. Therefore, calcium homeostasis seems to be cru­ cial for appropriate sustaining o f these functions and even survival o f organism. An important role in these pro­ cesses is played by calcium transport ATPases, called al­

so calcium pumps. These enzymes are ubiquitous and be­ long to a multigene family of proteins localized in plasma and intracellular membranes. This review highlights re­ cent progress in the research on the structure and me­ chanism o f regulation and expression o f diverse isoforms of Ca2+-ATPases.

2+

Podwójne oblicze Ca -ATPazy

513

LITERATURA

An d e r s e n J. P., So r e n s e n T., 1996. Site-directed mutage­

nesis studies o f energy coupling in the sarcoplasmic re­ ticulum C a * -ATPase. Biochim. Biophys. Acta 1275,

118-122.

An g e r M ., Sa m u e l J . L., Ma r o t t e F., Wu y t a c k F., Ra p p a-p o r t L ., Lo m p r e A . M., 1994. In situ mRNA distribution

2+

o f sarco(endo)plasmic reticulum Ca -ATPase isoforms during ontogeny in the rat. J. Mol. Cell. Cardiol. 26,

539-550.

Ar k in I. T ., Ad a m s P. D., Ma c k e n z ie K .R ., Le m m o n M . A ., Br u n g e r A . T., En g e l m a n D. M ., 1994. Structural

organization o f the pentameric transmembrane alpha- helices o f phospholamban, a cardiac ion channel. E M -

BO J. 13, 4757-4764.

Au t r y J. M., Jo n e s L. R., 1997. Functional co-expression

2+

o f the canine cardiac Ca pump and phospholamban in Spodopterafrugiperda (Sf21) cells reveals new insi­ ghts on ATPase regulation. J. Biol. Chem. 272,

15872-15880.

Ba r a ń s k a J., 1997. Wapń ja k o pierwotny i wtórny

przeka-2 +

źnik inform acji Udział Ca w cyklu komórkowym, se-łcrecji i adhezji. Kosmos 46, 33-44.

2+

Be n n e t t M. K . 1997. Ca and the regulation o f neurotran­

smitter secretion. Curr. Opin. Neurobiol. 7, 316-322. Be r r id g e M. J., 1995. Calcium signalling and cell prolife­

ration? BioEssays 17, 491-500.

Ca r a f o l i E ., 1994. The plasma membrane calcium ATPa­ se: fifteen years o f work on the purified enzyme. FA - S E B J . 8, 9 9 3 -1 0 0 2 .

Ca r a f o l i E ., St a u f f e r T ., 1994. The plasma membrane

calcium pump: functional domains, regulation o f the activity and tissue specificity o f isoform expression. J.

Neurobiol. 25, 312-324.

Ca r a f o l i E., Ga r c ia-Ma r t in E., Gu e r in i D., 1996. The pla­

sma membrane calcium pump: recent developments and fu tu re perspectives. Experientia 52, 1091-1100. Ce n t e n o F., De s c h a m p s S ., Lo m p r e A .-M ., An g e r M ., Mo-

u t in M.-J., Du p o n t Y ., Pa l m g r e n M . G ., Vil l a l b a J.

M ., M0LLER J . V ., Fa l s o n P., Le Ma ir e M ., 1994.

2 +

Expression o f the sarcoplasmic reticulum Ca -ATPase in yeast. FEBS Lett. 354, 117-122.

Ch e n g G ., Liu B. F., Yu Y., Dig l io C., Ku o T. H ., 1996. The

exit fro m G(0) into the cell cycle requires and is control-2+

led by sarcojendojplasmic reticulum Ca pump. Arch.

Biochem. Biophys. 329, 65-72.

Co r n e a R. L., Jo n e s L. R ., Au t r y J . M ., Th o m a s D. D., 1997. Mutation and phosphorylation change the oligo­

meric structure o f phospholamban in lipid bilayers.

Biochemistry 36, 2960-2967.

d e Me is L ., 1993. The concept o f energy-rich phosphate

compounds: water, transport ATPases, and entropie energy. Arch. Biochem. Biophys. 306, 287-296. d e Me is L., Bia n c o n i M . L., Su z a n o V. A ., 1997. Control o f

2+ energy fluxes by the sarcoplasmic reticulum Ca -ATP­ ase: ATP hydrolysis A TP syntesis and heat production.

FEBS Lett. 406, 201-204.

d e Me is L., Wo l o s k e r H., En g e l e n d e r S., 1996.

Regula-2+

tion o f the channel Junction o f Ca -ATPase. Biochim.

Biophys. Acta 1275, 105-110.

Fo l e t t i D., Gu e r in i D., Ca r a f o l i E., 1995. Subcellular tar­

geting o f the endoplasmic reticulum and plasma mem-2 +

brane Ca pumps: a study using recombinant chime­ ras. FASEB J. 9, 670-680.

Go d a Y., Su d h o f T. C., 1997. Calcium regulation o f neuro­

transmitter release: reliably unreliable? Curr. Opin.

Cell Biol. 9, 513-518.

Gr e e n H. J., McKe e N. H., Ca r v a l h o A. J., Ph il l ip s S. M.,

2+

1997. Reduction in sarcoplasmic reticulum Ca -ATPa­

se activity in rat skeletal muscles o f different fib re com­ position with ischemia and reperfusion. Can. J. Phy­

siol. Pharmacol. 75, 78-82.

Gr o v e r A. K., Kh a n I., 1992. Calcium pump isoforms: diver­

sity, selectivity and plasticity. Cell Calcium 13, 9-17. Gu e r in i D., Fo l e t h D., Ve l l a n i F., Ca r a f o l i E., 1996. Mu­

tation o f conserved residues in transmembrane

doma-2+

ins 4, 6 and 8 causes loss o f Ca transport by the pla-2+

sma membrane Ca pump. Biochem istry 35,

3290-3296.

Ha r t u n g K., Fr o e h l ic h J. P., Fe n d e r K., 1997. Time-reso­

lved charge translocation by the Ca-ATPase fro m sar­ coplasmic reticulum after an A TP concentration jum p.

Biophys. J. 72, 2503-2514.

In e s i G., 1994. Teaching active transport at the turn o f the

twenty-first century: resent discoveries and conceptual changes. Biophys. J. 6 6, 554-560.

Ja m e s P., Vo r h e r rT ., Ca r a f o l i E., 1995. Calmodulin-bin­

ding domains: ju s t two fa ced or multi-faceted? Trends

Biochem. Sci. 20. 38^12.

Je n c k s W. P., 1995. The mechanism o f coupling chemical

and physical reactions by the calcium ATPase o f sarco­ plasmic reticulum and other coupled vectorial systems.

Biosci. Rep. 15, 283-287.

Kim u r a Y., Ku r z y d l o w s k i K., Ta d a M., Ma cLe n n a n D. H., 1997. Phospholamban inhibitory function is activated

by depolymerization. J. Biol. Chem. 272,

15061-15064.

Kis s E., Ed e s I., Sa t o Y., Lu o W., Lig g e t t S. B., Kr a n ia s

E., 1997. p-Adrenergic regulation o f cAMP and protein

phosphorylation in phospholamban-knockout mouse hearts. Am. J. Physiol. 272, H785-H790.

Kuo T. H., Liu B.-F., Yu Y., Wu y t a c k F., Ra e y m a e k e r s L.,

Ts a n gW ., 1997. Co-ordinated regulation o f the plasma

membrane calcium pump and the sarco(endo)plasmic

2+ reticular calcium pump gene expression by Ca . Cell

Calcium 21, 399-408.

Ma cLe n n a n D. H., To y o f u k u T., Kim u r a T., 1997. Sites o f

regulatory interaction between calcium ATPases and phospholamban. Basic Res. Cardiol. 92, 11-15. Ma k o w s k aA., Du s z y ń s k i J., 1996. Oscylacje ifa le wapnio­

we w komórce. Post. Biochem. 42, 146-153.

Ma r t o n o s i A., 1995. The structure and interactions o f

Ca*-ATPase. Biosci. Rep. 15, 263-281.

M a r t o n o s i A., 1996. Structure-function relationships in the 2+

Ca -ATPase o f sarcoplasmic reticulum: facts, specula­ tions and questions f o r the future. Biochim. Biophys.

Acta 1275, 111-117.

Ma r t o n o s i A., Ta y l o r K. A., Pik u l a S., 1991. The crystal­

lization o f the Ca -ATPase o f sarcoplasmic reticulum.

[W:] H. Mic h e l (red.), Crystallization o f Membrane Pro­

teins. CRC Press, Boca Raton, Ann Arbor, Boston,

167-182.

M0LLER J. V., Ju u l B., Le Ma ir e M ., 1996. Structural orga­

nization, ion transport, and energy transduction o f P-type ATPases. Biochim. Biophys. Acta 1286, 1-51. Na k a m u r a J., Ta j im a G., 1997. Independence o f two

con-2+

mo-514

model o f the ATPase structural unit. J. Biol. Chem..

272, 19290-19294.

Na r a y a n a n N., Xu A., 1997. Phosphorylation and

regula-2+

tion o f the Ca -pumping ATPase in cardiac sarcopla­ smic reticulum by calcium/ calmodulin-dependent pro­ tein kinase. Basic Res. Cardiol. 92, 25-35.

N ic h o lls P., Rand R. P., F u lle r N., Butko P., 1992. Water,

ions and membrane proteins: How would Darwin look at cytochromes and channels? Biochem. Soc. Trans.

20, 58-589.

Pikuła S., 1997. ATPaza z bton sarkoplazmatycznego reti-

kulum, transportująca jo n y wapnia. Kosmos 46,

105-114.

Pik u ł a S., Ep s t e in L., Ma r t o n o s i A., 1994. The

relation-2 +

ship between phospholipid content and Ca ATPase activity in the sarcoplasmic reticulum. Biochim. Bio­

phys. Acta 1196, 1-13.

Pe d e r s e n P. L., 1995. Multidrug resistance — a fascina­

ting, clinically relevant problem in bioenergetics. J.

Bioenerg. Biomembr. 27, 3-5.

Re u s c h R., Hu a n g R., Ko s k-Ko s ic k a D., 1997. Novel com­

ponents and enzymatic activities o f the human eryth­ rocyte plasma membrane calcium pump. FEBS Lett.

412, 592-596.

Sc h a t z m a n n H. J ., 1966. ATP-dependent Ca ' extrusion

fro m human red blood cells. Experientia 22, 364-368. Sl a c k J. P., Gr u p p I. L., Fe r g u s o n D. G., Ro s e n t h a l N.,

Kr a n ia s E., 1997. Ectopic expression o f

phospholam-ban in fast-tw itch skeletal muscle alters sarcoplasmic 2+

reticulum Ca transport and muscle relaxation. J.

Biol. Chem. 272, 18862-18868.

St a u f f e rT. P., Gu e r in i D., Ce l io M. R., Ca r a f o l i E., 1997.

2+

Immunolocalization o f the plasma membrane Ca pump isoforms in the rat brain. Brain Res. 748, 21-29. St o k e s D. L., 1997. Keeping calcium in its place: C a +-AT­

Pase and phospholamban. Curr. Opin. Struct. Biol. 7,

550-556.

St o k e s D. L., Ta y l o rW. R., Gr e e n N. M., 1994. Structure,

transmembrane topology and helix packing o f P-type ion pumps. FEBS Lett. 346, 32-38.

To y o s h im a C., Sa s a b e H., St o k e s D. L., 1993. Three-di­

mensional cryo-electron microscopy o f the calcium ion pump in the sarcoplasmic reticulum membrane. Natu­

re 362, 469-471

Ve r b o o m e n H., Me r t e n s L., Eg g e r m o n t J., Wu y t a c k F.,

Va n d e n b o s c h L., 1995. Modulation o f SERCA2 activi­

ty: regulated splicing and interaction with phospho­ lamban. Biosci. Rep. 15, 307-315.

W u K. D ., Le e W . S., We y J ., Bu n g a r d D ., Ly t t o n J ., 1995. Localization and quantification o f endoplasmic

reticu-2+

lum Ca -ATPase isoform transcripts. Am. J. Physiol.

269, C775-784.

Yo u n g H. S., Rig a u d J. L., La c a p e r e J . J , Re d d y L. G „ St o k e s D. L., 1997. How to make tubular crystals by

2+

reconstitution o f detergent-solubilized Ca -ATPase.