Kalmodulinas

Sudėtingiems ląstelių ir fiziologiniams procesams gyvose būtybėse reikalingas tiksliai suderintas reguliavimas molekuliniame lygmenyje, kad būtų užtikrintas, pavyzdžiui, gyvūno ar augalo prisitaikymas prie buveinės. Šiuo tikslu yra daugybė molekulių, kurios įsikiša į tokius procesus kaip ląstelių komunikacija, metabolizmas ar ląstelių dalijimasis. Viena iš šių molekulių yra baltymai Kalmodulinaskuris, naudodamas kalcį, daro įtaką daugelio kitų biologiškai aktyvių baltymų funkcijai.

Kas yra kalmodulinas?

Kalmodulinas yra tarpląstelinis reguliavimo baltymas, jungiantis kalcio jonus. Dėl savo struktūros jis priklauso EF rankų baltymų grupei. Kalmodulino forma, kurią sudaro 148 aminorūgštys ir yra 6,5 ​​nm ilgio, primena hantelį. Šios baltymo molekulės molekulinė masė yra apie 17 kDa.

Dėl savo biologinės funkcijos perduodant signalus ląstelėse, kalmodulinas taip pat gali būti klasifikuojamas kaip antrasis pasiuntinys, t. Y. Antrinė pasiuntinio medžiaga, kuri pati savaime nėra fermentiškai aktyvi. Dviejuose sferiniuose baltymo domenuose yra du spiralės-kilpos-spiralės motyvai 1,1 nm atstumu, prie kurių gali būti surišti keturi kalcio jonai. Ši struktūra yra žinoma kaip EF ranka. EF rankos struktūros yra sujungtos vandenilio ryšiais tarp antiparalelinių kalmodulino beta lakštų.

Funkcija, poveikis ir užduotys

Kad kalmodulinas būtų aktyvus, reikia nuo trijų iki keturių surištų kalcio jonų kiekvienoje molekulėje. Aktyvuotoje būsenoje susidaręs kalcio-kalmodulino kompleksas yra susijęs su daugybės receptorių, fermentų ir jonų kanalų, turinčių daugybę skirtingų funkcijų, reguliavimu. Reguliuojami fermentai apima fosfatazės kalcineuriną, kuris vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant imuninį atsaką, ir endotelio azoto oksido sintazę (eNOS), kuri gamina NO, kuris, be kita ko, yra naudojamas lygiesiems raumenims atpalaiduoti ir tokiu būdu išplėsti raumenų raumenis. Kraujagyslės.

Esant mažoms kalcio koncentracijoms, taip pat suaktyvėja adenilato ciklazė (AC), esant didelei kalcio koncentracijai - fermento ekvivalentas fosfodiesterazė (PDE). Tokiu būdu pasiekiama chronologinė reguliavimo mechanizmų seka: iš pradžių kintamasis nustato signalo kelią, sukurdamas ciklinį AMP (cAMP), vėliau jį vėl išjungia priešininkas PDE, skaidydamasis cAMP. Tačiau ypač žinomas kalmodulino reguliuojamasis poveikis baltymų kinazėms, tokioms kaip CaM kinazė II arba miozino lengvosios grandinės kinazė (MLCK), kurios bus išsamiau paaiškintos žemiau.

CAMKII gali surišti fosfato liekanas su įvairiais baltymais ir taip paveikti energijos apykaitą, jonų pralaidumą ir neurotransmiterių išsiskyrimą iš ląstelių. CAMKII randamas ypač didelėmis koncentracijomis smegenyse, kur jis vaidina svarbų vaidmenį neuronų plastiškume, t. visi mokymosi procesai. Bet kalmodulinas taip pat yra būtinas judėjimo procesams. Poilsio metu kalcio jonų koncentracija raumenų ląstelėje yra labai maža, todėl kalmodulinas yra neaktyvus. Tačiau jei raumenų ląstelė jaudina, kalcis patenka į ląstelės plazmą ir, kaip kofaktorius, užima keturias kalmodulino jungimosi vietas.

Tai dabar gali suaktyvinti miozino lengvosios grandinės kinazę, kuri ląstelėje pasislenka susitraukiančias skaidulas ir taip įgalina raumenis susitraukti. Kiti, mažiau žinomi fermentai, veikiami kalmodulino, yra guanilato ciklazė, Ca-Mg-ATPazė ir fosfolipazė A2.

Išsilavinimas, atsiradimas, savybės ir optimalios vertės

Kalmodulinas būna visuose eukariotuose, į kuriuos įeina visi augalai, gyvūnai, grybeliai ir amoeboidinių būtybių grupė. Kadangi šių organizmų kalmodulino molekulė paprastai būna struktūriškai panaši, galima manyti, kad tai evoliuciškai labai senas baltymas, atsiradęs ankstyvoje stadijoje.

Paprastai ląstelėje plazmoje yra gana daug kalmodulino. Pvz., Nervinių ląstelių citozolyje įprasta koncentracija yra maždaug 30–50 µM, t. 0,03–0,05 mol / L. Baltymas formuojamas transkripcijos ir transliacijos metu naudojant CALM geną, iš kurio iki šiol yra žinomi trys aleliai, kurie vadinami CALM-1, CALM-2 ir CALM-3.

Ligos ir sutrikimai

Kai kurios cheminės medžiagos gali slopinti kalmodulino poveikį, todėl yra žinomos kaip kalmodulino inhibitoriai. Daugeliu atvejų jų slopinamasis poveikis grindžiamas tuo, kad jie perneša kalcį iš ląstelės ir tokiu būdu pašalina jį iš kalmodulino, kuris tada būna tik neaktyviame būsenoje.

Šios slopinančios medžiagos apima, pavyzdžiui, W-7. Be to, kai kurie psichotropiniai fenotiazino vaistai slopina kalmoduliną. Tiek plačios, kiek reguliuojančios kalmodulino funkcijos, tokios įvairios yra įsivaizduojami defektai ir sutrikimai, kai baltymas nebeįmanoma suaktyvinti kofaktoriaus kalcio, o patys reguliuojami fermentai yra mažiau aktyvūs. Pvz., Netinkamas CAMKII aktyvinimas gali apriboti nervų plastiškumą, kuris sudaro mokymosi procesų pagrindą.

Mažėjant MLCK aktyvacijai, susitraukia raumenys, o tai gali sukelti judėjimo sutrikimus. Dėl fermento kalcineurino mažiau aktyvavimo dėl kalmodulino trūkumo turėtų įtakos organizmo imuninis atsakas, o dėl mažesnio eNO aktyvavimo sumažėtų NO koncentracija. Pastaroji daugiausia sukelia problemų, kai priešingu atveju tariama, kad azoto oksidas apsaugo nuo nepageidaujamo kraujo krešėjimo ir plečia kraujagysles, siekdamas geresnės kraujotakos. Tačiau šioje vietoje taip pat reikėtų paminėti, kad kalcio jutiklis Frequenin tam tikromis sąlygomis gali perimti biologines kalmodulino funkcijas ir taip pakeisti molekulę.