calmodulină

Procesele celulare și fiziologice complexe la ființele vii necesită o reglare fină la nivel molecular pentru a asigura adaptabilitatea unui animal sau a unei plante, de exemplu, la habitat. În acest scop, există numeroase molecule care intervin în procese precum comunicarea celulară, metabolismul sau diviziunea celulară. Una dintre aceste molecule este proteina calmodulinăcare, cu ajutorul calciului, influențează funcția multor alte proteine ​​biologic active.

Ce este calmodulina?

Calmodulina este o proteină de reglare intracelulară care leagă ionii de calciu. Datorită structurii sale, aparține grupului de proteine ​​EF-hand. Forma calmodulinei, care constă din 148 aminoacizi și are o lungime de 6,5 nm, seamănă cu o haltera. Masa moleculară a acestei molecule de proteine ​​este de aproximativ 17 kDa.

Datorită funcției sale biologice în transmiterea semnalului în celule, calmodulina poate fi, de asemenea, clasificată ca un al doilea mesager, adică o substanță de mesagerie secundară care, totuși, nu este ea însăși activă enzimatic. În cele două domenii sferice ale proteinei există două motive helix-buclă-helix la o distanță de 1,1 nm, la care se pot lega un total de patru ioni de calciu. Această structură este cunoscută sub numele de mâna EF. Structurile mâinii EF sunt conectate prin legături de hidrogen între foile beta antiparalele ale calmodulinei.

Funcție, efect și sarcini

Calmodulina are nevoie de trei până la patru ioni de calciu legați pentru fiecare moleculă pentru a fi activă. În starea activată, complexul de calciu-calmodulină format este implicat în reglarea unui număr mare de receptori, enzime și canale ionice cu o mare varietate de funcții. Enzimele reglementate includ fosfatază calcineurină, care joacă un rol important în reglarea răspunsului imun, și endotelial oxid nitric sintaza (eNOS), care produce NO, care, printre altele, este utilizat pentru relaxarea mușchilor netezi și, astfel, pentru o extindere a Vase de sânge.

La concentrații scăzute de calciu, adenilat ciclază (AC) este de asemenea activat, la concentrații mari de calciu, pe de altă parte, contrapartida enzimatică, fosfodiesteraza (PDE). În acest fel, se realizează o secvență cronologică a mecanismelor de reglementare: inițial, AC inițiază o cale de semnal în mișcare prin producția de AMP ciclic (cAMP), ulterior aceasta este dezactivată din nou de PDE-ul advers prin degradarea cAMP. Cu toate acestea, efectul reglator al calmodulinei asupra proteinelor kinazelor precum CaM kinază II sau a miosinei catenei ușoare (MLCK), care va fi explicat mai detaliat mai jos, este cunoscut în special.

CAMKII poate lega un reziduu de fosfat la diverse proteine ​​și, astfel, influențează metabolismul energetic, permeabilitatea ionilor și eliberarea de neurotransmițători din celule. CAMKII se găsește în concentrații deosebit de mari în creier, unde joacă un rol important în plasticitatea neuronală, adică. toate procesele de învățare. Dar calmodulina este indispensabilă și în procesele de mișcare. În repaus, concentrația ionilor de calciu într-o celulă musculară este foarte scăzută și, prin urmare, calmodulina este inactivă. Dacă celula musculară este excitată, totuși, calciul curge în plasma celulei și, în calitate de cofactor, ocupă cele patru site-uri de legare ale calmodulinei.

Aceasta poate acum să activeze catenaza ușoară a miozinei, care schimbă fibrele contractile din celulă și permite contracția musculară. Alte enzime, mai puțin cunoscute, care sunt sub influența calmodulinei sunt guanilate ciclază, Ca-Mg-ATPază și fosfolipază A2.

Educație, apariție, proprietăți și valori optime

Calmodulina apare la toate eucariotele, care includ toate plantele, animalele, ciupercile și grupul de creaturi amoeboide. Deoarece molecula de calmodulină din aceste organisme este de obicei structurată într-un mod relativ similar, se poate presupune că este o proteină evolutiv foarte veche care a apărut într-un stadiu incipient.

De regulă, calmodulina este prezentă în cantități relativ mari în plasma unei celule. În citosolul celulelor nervoase, de exemplu, concentrația obișnuită este în jur de 30-50 pM, adică. 0,03-0,05 mol / L. Proteina este formată în timpul transcrierii și traducerii folosind gena CALM, dintre care există trei alele cunoscute până în prezent, care sunt denumite CALM-1, CALM-2 și CALM-3.

Boli și tulburări

Există unele substanțe chimice care pot avea un efect inhibitor asupra calmodulinei și sunt, prin urmare, cunoscuți ca inhibitori ai calmodulinei. În cele mai multe cazuri, efectul lor inhibitor se bazează pe faptul că transportă calciul din celulă și astfel îl elimină din calmodulină, care este prezentă doar în stare inactivă.

Aceste substanțe inhibitoare includ, de exemplu, W-7. În plus, unele medicamente psihotrope fenotiazine inhibă calmodulina. La fel de ample ca funcțiile de reglare a calmodulinei, atât de diverse sunt defectele și tulburările de conceput atunci când proteina nu mai poate fi activată de calciu cofactor și enzimele țintă reglementate sunt ele însele mai puțin active. Activarea inadecvată a CAMKII, de exemplu, poate duce la limitarea plasticității neuronale, care constituie baza proceselor de învățare.

Scăderea activării MLCK afectează contracția mușchilor, ceea ce poate duce la tulburări de mișcare. Activarea mai mică a enzimei calcineurin din cauza unei deficiențe de calmodulină ar influența răspunsul imunitar al organismului și o mai mică activare a eNO-urilor ar duce la scăderea concentrațiilor de NO. Acesta din urmă cauzează în principal probleme în care altfel oxidul nitric se presupune că împiedică coagularea nedorită și dilată vasele în scopul unei mai bune circulații a sângelui. Cu toate acestea, trebuie menționat și în acest moment că senzorul de calciu Frequenin poate prelua funcțiile biologice ale calmodulinei în anumite condiții și înlocuind astfel molecula.