Procesele celulare și fiziologice complexe din organismele vii necesită o reglare fină la nivel molecular pentru a asigura adaptabilitatea, de exemplu, a unui animal sau a unei plante la habitatul său. În acest scop, numeroase molecule există care intervin în procese precum comunicarea celulară, metabolismul sau diviziunea celulară. Una dintre acestea molecule este proteina calmodulină, care, cu ajutorul calciu, influențează funcția multor altor activi biologici proteine.
Ce este calmodulina?
Calmodulina este o proteină reglatoare intracelulară care se leagă calciu ioni. Pe baza structurii sale, aparține grupului de mâini EF proteine. Forma calmodulinei, care este formată din 148 aminoacizi și are o lungime de 6.5 nm, seamănă cu o halteră. Molecularul masa din această moleculă proteică este de aproximativ 17 kDa. Datorită funcției sale biologice în transducția semnalului în interiorul celulelor, calmodulina poate fi clasificată și ca un al doilea mesager, adică un mesager secundar care nu este el însuși activ enzimatic. În cele două domenii sferice ale proteinei, există două motive helix-loop-helix fiecare la o distanță de 1.1 nm, la care un total de patru calciu ionii pot fi legați. Această structură este denumită mână EF. Structurile de mână EF sunt conectate prin hidrogen legături între foile beta antiparalele ale calmodulinei.
Funcția, acțiunea și rolurile
Calmodulina necesită trei până la patru ioni de calciu legați per moleculă pentru a fi activă. Când este activat, complexul de calciu-calmodulină format este implicat în reglarea unei varietăți de receptori, enzimeși canale ionice cu o gamă largă de funcții. Printre enzime reglementate sunt calcineurina fosfatazică, care joacă un rol important în reglarea răspunsului imun, iar endoteliul oxid de azot sintaza (eNOS), care produce NO, care, printre altele, este responsabil pentru relaxare de muschi neted si astfel pentru dilatarea sânge nave. În plus, la concentrații scăzute de calciu se activează adenilat ciclaza (AC), în timp ce la concentrații mari de calciu se activează omologul său enzimatic, fosfodiesteraza (PDE). Astfel, se realizează o secvență temporală a mecanismelor de reglare: inițial, AC inițiază o cale de semnalizare prin producția de AMP ciclic (AMPc); mai târziu, această cale este oprită din nou de către omologul său PDE prin degradarea AMPc. Cu toate acestea, efectul reglator al calmodulinei asupra protein kinazelor, cum ar fi CaM kinaza II sau miozina kinază cu lanț ușor (MLCK), este deosebit de bine cunoscut și va fi discutat în detaliu mai jos. CAMKII poate lega un fosfat reziduuri la diverse proteine și astfel influențează metabolismul energetic, permeabilitatea la ioni și eliberarea de neurotransmițători din celule. CAMKII este prezent în concentrații deosebit de mari în creier, unde se crede că joacă un rol important în plasticitatea neuronală, adică în toate învăţare procese. Dar calmodulina este indispensabilă și pentru procesele de mișcare. În starea de repaus, concentrare de ioni de calciu dintr-o celulă musculară este foarte scăzută și, prin urmare, calmodulina este inactivă. Cu toate acestea, atunci când celula musculară este excitată, calciul curge în plasma celulei și ocupă cele patru locuri de legare de pe calmodulină ca cofactor. Aceasta poate activa acum kinaza lanțului ușor miozinic, rezultând o schimbare a fibrelor contractile din celulă, permițând astfel contracția musculară. Altele mai puțin cunoscute enzime sub influența calmodulinei includ guanilat ciclaza, Ca-Mg-ATPaza și fosfolipază A2.
Formare, apariție, proprietăți și niveluri optime
Calmodulina se găsește în toate eucariotele, care includ toate plantele, animalele, ciupercile și grupul de organisme amoeboide. Deoarece molecula de calmodulină din aceste organisme are de obicei o structură relativ similară, se poate presupune că este o proteină străveche din punct de vedere al dezvoltării care a apărut la începutul evoluției. De regulă, calmodulina este prezentă în cantități relativ mari în plasma unei celule. În citosolul celulelor nervoase, de exemplu, cel obișnuit concentrare este de aproximativ 30-50 μM, sau 0.03-0.05 mol / L. Proteina se formează în contextul transcrierii și traducerii prin intermediul CALM genă, dintre care există trei alele cunoscute până în prezent, desemnate CALM-1, CALM-2 și CALM-3.
Boli și tulburări
Există unele substanțe chimice care pot exercita un efect inhibitor asupra calmodulinei și, prin urmare, sunt cunoscuți sub numele de inhibitori ai calmodulinei. apoi prezent doar într-o stare inactivă. Aceste substanțe inhibitoare includ, de exemplu, W-7. În plus, unele fenotiazine medicamente psihotrope inhibă calmodulina. Pe cât de largi sunt funcțiile de reglare ale calmodulinei, la fel de diverse sunt defectele și tulburările de conceput atunci când proteina nu mai poate fi activată de cofactor de calciu și astfel enzimele țintă reglementate sunt la rândul lor mai puțin active. Activarea deficitară a CAMKII, de exemplu, poate duce la o restricție a plasticității neuronale, care stă la baza învăţare procese. Activarea scăzută a MLCK afectează contracția musculară, care poate conduce la tulburări de mișcare. Activarea mai scăzută a enzimei calcineurină din cauza deficitului de calmodulină ar afecta răspunsul imun al organismului și o activare mai mică a eNO conduce pentru a reduce concentrațiile de NO. Acesta din urmă provoacă probleme mai ales unde oxid de azot altfel ar trebui să prevină nedorite sânge coagularea și dilatarea nave în scopul unui flux sanguin mai bun. Totuși, ar trebui menționat și în acest moment că, în anumite condiții, senzorul de calciu frequenin poate prelua funcțiile biologice ale calmodulinei și astfel poate înlocui molecula.
