kalmodulina

Složeni stanični i fiziološki procesi u živim bićima zahtijevaju fino podešenu regulaciju na molekularnoj razini kako bi se osigurala prilagodljivost životinje ili biljke, na primjer, staništu. U tu svrhu postoje brojne molekule koje interveniraju u procesima kao što su stanična komunikacija, metabolizam ili dioba stanica. Jedna od tih molekula je protein kalmodulinakoji uz pomoć kalcija utječu na rad mnogih drugih biološki aktivnih proteina.

Što je kalmodulin?

Kalmodulin je unutarćelijski regulatorni protein koji veže ione kalcija. Zbog svoje strukture spada u skupinu proteina EF-ruke. Oblik kalmodulina, koji se sastoji od 148 aminokiselina i dugačak je 6,5 nm, nalikuje bučici. Molekularna masa ove proteinske molekule je oko 17 kDa.

Zbog svoje biološke funkcije u prijenosu signala unutar stanica, kalmodulin se također može klasificirati kao drugi glasnik, tj. Sekundarna glasnička supstanca koja, međutim, sama po sebi nije enzimski aktivna. U dvije sferne domene proteina nalaze se dva motiva spirale-helix na udaljenosti od 1,1 nm, na koje se mogu vezati ukupno četiri kalcijeva iona. Ova je struktura poznata kao EF ruka. EF-ručne strukture povezane su vodikovim vezama između antiparalelnih beta listova kalmodulina.

Funkcija, efekt i zadaće

Kalmodulinu trebaju tri do četiri vezana kalcijeva iona po molekuli da bi bili aktivni. U aktiviranom stanju, formirani kalcijev-kalmodulinski kompleks uključen je u regulaciju velikog broja receptora, enzima i ionskih kanala sa širokim rasponom funkcija. Regulirani enzimi uključuju fosfatazu kalcineurin, koji igra važnu ulogu u regulaciji imunološkog odgovora, i endotelnu sintazu dušičnog oksida (eNOS), koja proizvodi NO, a koja se između ostalog koristi za opuštanje glatkih mišića i time za širenje Krvne žile.

U niskim koncentracijama kalcija aktivira se i adenylat ciklaza (AC), a s visokim koncentracijama kalcija, s druge strane, enzimski pandan fosfodiesteraza (PDE). Na taj se način postiže hronološki slijed regulatornih mehanizama: u početku izmjenični sustav pokreće signalnu putanju stvaranjem cikličkog AMP (cAMP), kasnije ga protivnički PDE ponovno isključuje degradacijom cAMP-a. Međutim, posebno je poznat regulatorni učinak kalmodulina na proteinske kinaze, poput CaM kinaze II ili miozinske kinaze lakog lanca (MLCK), koji će biti detaljnije objašnjeni u nastavku.

CAMKII može vezati ostatak fosfata na različite proteine ​​i na taj način utjecati na energetski metabolizam, propusnost za ione i oslobađanje neurotransmitera iz stanica. CAMKII se nalazi u posebno visokim koncentracijama u mozgu, gdje igra važnu ulogu u plastičnosti neurona, tj. svi procesi učenja. Ali kalmodulin je također neophodan za procese pokreta. U mirovanju je koncentracija kalcijevih iona u mišićnoj stanici vrlo niska i kalmodulin je stoga neaktivan. Međutim, ako je mišićna stanica pobuđena, kalcij se uliva u staničnu plazmu i, kao kofaktor, zauzima četiri mjesta vezivanja na kalmodulinu.

Ovo sada može aktivirati kinazu lakog lanca miozina koja pomiče kontraktilna vlakna u stanici i na taj način omogućava kontrakciju mišića. Ostali, manje poznati enzimi koji su pod utjecajem kalmodulina su gvanilat ciklaza, Ca-Mg-ATPaza i fosfolipaza A2.

Obrazovanje, pojava, svojstva i optimalne vrijednosti

Kalmodulin se javlja u svim eukariotama, koji uključuju sve biljke, životinje, gljivice i skupinu ameboidnih bića. Budući da je molekula kalmodulina u tim organizmima obično strukturirana na relativno sličan način, može se pretpostaviti da se radi o evolucijski vrlo starom proteinu koji je nastao u ranoj fazi.

U pravilu, kalmodulin je prisutan u relativno velikim količinama u plazmi stanice. Na primjer, u citosolu živčanih stanica uobičajena koncentracija je oko 30-50 uM, tj. 0,03-0,05 mol / L. Protein nastaje tijekom transkripcije i prevođenja pomoću CALM gena, od kojih su dosad poznata tri alela, koja se nazivaju CALM-1, CALM-2 i CALM-3.

Bolesti i poremećaji

Postoje neke kemikalije koje mogu imati inhibitorni učinak na kalmodulin i zbog toga su poznate kao inhibitori kalmodulina. U većini slučajeva njihov se inhibitorni učinak temelji na činjenici da oni prebacuju kalcij iz stanice i na taj način ga uklanjaju iz kalmodulina koji je tada prisutan samo u neaktivnom stanju.

Te inhibicijske tvari uključuju, na primjer, W-7. Uz to, neki psihotropni lijekovi fenotiazina inhibiraju kalmodulin. Koliko su široke regulatorne funkcije kalmodulina, toliko su raznolike zamislive oštećenja i poremećaji kada protein ne može više aktivirati kofaktorni kalcij, a regulirani ciljni enzimi su također manje aktivni. Primjerice, neadekvatna aktivacija CAMKII može dovesti do ograničenja neuronske plastičnosti, što je osnova za procese učenja.

Smanjena aktivacija MLCK-a smanjuje kontrakciju mišića, što može dovesti do poremećaja u kretanju. Manja aktivacija enzima kalcineurin zbog nedostatka kalmodulina utjecala bi na imunološki odgovor tijela, a manje aktiviranje eNO-a dovelo bi do nižih koncentracija NO. Ovo posljednje uglavnom uzrokuje probleme u kojima bi inače dušični oksid trebao spriječiti neželjeno zgrušavanje krvi i proširiti žile radi bolje cirkulacije krvi. Međutim, u ovom trenutku treba spomenuti i da kalcijev senzor Frequenin pod određenim uvjetima može preuzeti biološke funkcije kalmodulina i tako zamijeniti molekulu.