калмодулин

Сложните клетъчни и физиологични процеси в живите същества изискват фино настроена регулация на молекулно ниво, за да се гарантира приспособимостта на животно или растение, например към местообитанието. За тази цел има многобройни молекули, които се намесват в процеси като клетъчна комуникация, метаболизъм или клетъчно деление. Една от тези молекули е протеин калмодулинкойто с помощта на калций влияе върху функцията на много други биологично активни протеини.

Какво е калмодулин?

Калмодулинът е вътреклетъчен регулаторен протеин, който свързва калциевите йони. Поради структурата си, той принадлежи към групата на протеините на EF-ръка. Формата на калмодулина, който се състои от 148 аминокиселини и е дълга 6,5 nm, наподобява дъмбел. Молекулната маса на тази протеинова молекула е около 17 kDa.

Поради своята биологична функция при предаване на сигнал в клетките, калмодулинът може също да бъде класифициран като втори пратеник, т.е. вторично вещество, което само по себе си не е ензимно активно. В двата сферични домена на протеина има два мотива на спирала-спирала-спирала на разстояние 1,1 nm, към които могат да се свържат общо четири калциеви йона. Тази структура е известна като ръка на EF. Структурите на ръка на EF са свързани с водородни връзки между антипаралелните бета-листове на калмодулин.

Функция, ефект и задачи

Калмодулинът се нуждае от три до четири свързани калциеви йони на молекула, за да е активен. В активирано състояние образуваният калциево-калмодулинов комплекс участва в регулирането на голям брой рецептори, ензими и йонни канали с голямо разнообразие от функции. Регулираните ензими включват фосфатазата калциневрин, която играе важна роля за регулиране на имунния отговор, и ендотелната азотна оксидна синтаза (eNOS), която произвежда NO, който освен всичко друго се използва за релаксация на гладката мускулатура Кръвоносни съдове.

При ниски концентрации на калций, аденилатциклазата (АС) също се активира, при високи концентрации на калций, от друга страна, ензимният аналог, фосфодиестераза (PDE). По този начин се постига хронологична последователност на регулаторните механизми: първоначално AC задвижва сигналния път чрез производството на циклично AMP (cAMP), по-късно това се изключва отново от PDE на противника чрез деградация на cAMP. Регулаторният ефект на калмодулин върху протеин кинази като СаМ киназа II или миозинова киназа с лека верига (MLCK), който ще бъде обяснен по-подробно по-долу, е особено известен.

CAMKII може да свърже фосфатен остатък с различни протеини и по този начин да повлияе на енергийния метаболизъм, пропускливостта за йони и освобождаването на невротрансмитери от клетките. CAMKII се намира в особено високи концентрации в мозъка, където той играе важна роля в невроналната пластичност, т.е. всички процеси на обучение. Но калмодулинът също е незаменим за процесите на движение. В покой концентрацията на калциеви йони в мускулна клетка е много ниска и следователно калмодулинът е неактивен. Ако мускулната клетка се възбуди обаче, калцият постъпва в клетъчната плазма и като кофактор заема четирите места на свързване на калмодулин.

Това вече може да активира миозиновата лека верига киназа, която измества контрактилните влакна в клетката и по този начин дава възможност за свиване на мускулите. Други, по-малко известни ензими, които са под въздействието на калмодулин, са гуанилат циклаза, Са-Mg-АТФаза и фосфолипаза А2.

Образование, възникване, свойства и оптимални стойности

Калмодулинът се среща във всички еукариоти, които включват всички растения, животни, гъби и групата на амебоидите. Тъй като молекулата на калмодулин в тези организми обикновено е структурирана по сравнително подобен начин, може да се предположи, че това е еволюционно много стар протеин, който се е появил на ранен етап.

По правило калмодулинът присъства в сравнително големи количества в плазмата на клетката. Например в цитозола на нервните клетки обичайната концентрация е около 30-50 цМ, т.е. 0,03-0,05 мол / л. Протеинът се образува по време на транскрипция и транслация, използвайки CALM гена, от които има три известни до този момент алели, които се наричат ​​CALM-1, CALM-2 и CALM-3.

Болести и разстройства

Има някои химикали, които могат да имат инхибиращ ефект върху калмодулин и затова са известни като калмодулинови инхибитори. В повечето случаи инхибиторният им ефект се основава на факта, че транспортират калций от клетката и по този начин го отстраняват от калмодулина, който след това присъства само в неактивно състояние.

Тези инхибиращи вещества включват например W-7. В допълнение, някои психотропни фенотиазинови лекарства инхибират калмодулин. Колкото са широки регулаторните функции на калмодулин, толкова разнообразни са възможните дефекти и нарушения, когато протеинът вече не може да се активира от кофакторния калций и регулираните целеви ензими също са по-малко активни. Неадекватното активиране на CAMKII например може да доведе до ограничаване на невралната пластичност, което е основа за учебни процеси.

Намаляването на активирането на MLCK нарушава свиването на мускулите, което може да доведе до нарушения в движението. По-малкото активиране на ензима калциневрин поради дефицит на калмодулин би повлияло на имунния отговор на организма и по-малкото активиране на eNOs би довело до по-ниски концентрации на NO. Последното основно причинява проблеми, когато в противен случай се предполага, че азотният оксид предотвратява нежеланото съсирване на кръвта и разширява съдовете с цел по-добро кръвообращение. На този етап обаче трябва да се спомене, че калциевият сензор Frequenin може да поеме биологичните функции на калмодулин при определени условия и по този начин да замести молекулата.