кальмодулин

Сложные клеточные и физиологические процессы в живых существах требуют тонкой регуляции на молекулярном уровне, чтобы обеспечить приспособляемость, например, животного или растения к среде обитания. Для этого существует множество молекул, которые вмешиваются в такие процессы, как межклеточная коммуникация, метаболизм или деление клеток. Одна из этих молекул - белок кальмодулинкоторый с помощью кальция влияет на функцию многих других биологически активных белков.

Что такое кальмодулин?

Кальмодулин - это внутриклеточный регуляторный белок, связывающий ионы кальция. По своей структуре он принадлежит к группе белков EF-hand. Форма кальмодулина, который состоит из 148 аминокислот и имеет длину 6,5 нм, напоминает гантель. Молекулярная масса этой белковой молекулы составляет около 17 кДа.

Благодаря своей биологической функции в передаче сигналов внутри клеток, кальмодулин также можно классифицировать как вторичный мессенджер, то есть вторичный мессенджер, который, однако, сам по себе не является ферментативно активным. В двух сферических доменах белка есть два мотива спираль-петля-спираль на расстоянии 1,1 нм, с которыми могут быть связаны всего четыре иона кальция. Эта структура известна как рука EF. Структуры EF-руки связаны водородными связями между антипараллельными бета-слоями кальмодулина.

Функция, эффект и задачи

Чтобы кальмодулин был активным, необходимо от трех до четырех связанных ионов кальция на молекулу. В активированном состоянии образованный комплекс кальций-кальмодулин участвует в регуляции большого количества рецепторов, ферментов и ионных каналов с широким спектром функций. Регулируемые ферменты включают фосфатазу кальциневрин, которая играет важную роль в регулировании иммунного ответа, и эндотелиальную синтазу оксида азота (eNOS), которая продуцирует NO, которая, среди прочего, используется для расслабления гладких мышц и, таким образом, для увеличения Кровеносный сосуд.

При низких концентрациях кальция также активируется аденилатциклаза (AC), при высоких концентрациях кальция, с другой стороны, активируется ферментативный аналог, фосфодиэстераза (PDE). Таким образом достигается хронологическая последовательность регуляторных механизмов: сначала AC приводит в движение сигнальный путь посредством выработки циклического АМФ (цАМФ), позже он снова отключается оппонентом PDE через деградацию цАМФ. Однако особенно известен регулирующий эффект кальмодулина на протеинкиназы, такие как CaM-киназа II или киназа легкой цепи миозина (MLCK), который будет более подробно объяснен ниже.

CAMKII может связывать фосфатный остаток с различными белками и тем самым влиять на энергетический метаболизм, проницаемость для ионов и высвобождение нейротрансмиттеров из клеток. CAMKII обнаруживается в особенно высоких концентрациях в головном мозге, где он играет важную роль в пластичности нейронов, т.е. все учебные процессы. Но незаменим кальмодулин и для двигательных процессов. В состоянии покоя концентрация ионов кальция в мышечной клетке очень низкая, поэтому кальмодулин неактивен. Однако, если мышечная клетка возбуждена, кальций течет в плазму клетки и в качестве кофактора занимает четыре места связывания кальмодулина.

Теперь это может активировать киназу легкой цепи миозина, которая сдвигает сократительные волокна в клетке и, таким образом, обеспечивает сокращение мышц. Другими менее известными ферментами, которые находятся под влиянием кальмодулина, являются гуанилатциклаза, Ca-Mg-ATPase и фосфолипаза A2.

Образование, возникновение, свойства и оптимальные значения

Кальмодулин встречается у всех эукариот, включая все растения, животных, грибы и группу амебоидных существ. Поскольку молекула кальмодулина у этих организмов обычно имеет относительно похожую структуру, можно предположить, что это эволюционно очень старый белок, появившийся на ранней стадии.

Как правило, кальмодулин присутствует в плазме клетки в относительно больших количествах. Например, в цитозоле нервных клеток обычная концентрация составляет около 30-50 мкМ, т.е. 0,03-0,05 моль / л. Белок образуется во время транскрипции и трансляции с использованием гена CALM, из которого на сегодняшний день известны три аллеля, которые называются CALM-1, CALM-2 и CALM-3.

Заболевания и расстройства

Есть некоторые химические вещества, которые могут оказывать ингибирующее действие на кальмодулин и поэтому известны как ингибиторы кальмодулина. В большинстве случаев их ингибирующий эффект основан на том факте, что они транспортируют кальций из клетки и, таким образом, удаляют его из кальмодулина, который в этом случае присутствует только в неактивном состоянии.

Эти ингибирующие вещества включают, например, W-7. Кроме того, некоторые психотропные препараты фенотиазина ингибируют кальмодулин. Насколько широки регуляторные функции кальмодулина, настолько разнообразны мыслимые дефекты и нарушения, когда белок больше не может активироваться кофактором кальция, а регулируемые целевые ферменты сами по себе менее активны. Неадекватная активация CAMKII, например, может привести к ограничению нейронной пластичности, которая составляет основу для процессов обучения.

Снижение активации КЛЦМ нарушает сокращение мышц, что может привести к двигательным нарушениям. Меньшая активация фермента кальциневрина из-за дефицита кальмодулина повлияет на иммунный ответ организма, а меньшая активация eNO приведет к более низким концентрациям NO. Последнее в основном вызывает проблемы, поскольку в противном случае оксид азота должен предотвращать нежелательное свертывание крови и расширять сосуды с целью улучшения кровообращения. Однако здесь также следует упомянуть, что сенсор кальция Frequenin может принимать на себя биологические функции кальмодулина при определенных условиях и, таким образом, заменять молекулу.