КАЛМОДУЛИН: СТРУКТУРА, ФУНКЦИЈЕ И МЕХАНИЗАМ ДЕЛОВАЊА - БИОЛОГИЈА - 2025

Калмодулин је термин који значи "протеин који је модулисан калцијумом" и односи се на мали унутарћелијски протеин који се има својство везивања за јон калцијума (Ца ++) и посредује у многим његовим ћелијама. Порекло речи потиче од комбинације "калцијума 'енглеских речи," модулисан "и" протеин "који, када се ставе заједно, извиру Девице ЦАЛ циум Модул намирен Проте У .

Међу минералним елементима који постају састав животињских организама, калцијум, а затим и фосфор, далеко је најзаступљенији, јер кост настаје таложењем у својој матрици велике количине минералних соли формирана из овог јона.

Схема калмодулина и његових места за везивање калцијума (Извор: ПДБ преко Викимедиа Цоммонс)

Наравно, ове минералне соли калцијума су неопходне за конституцију и конформацију коштаног система кичмењака, али јонизовани облик калцијума (Ца ++) у раствору у телесним течностима добија релевантну физиолошку важност за животиње. организми.

Овај катион, са два вишка позитивних електричних наелектрисања у својој структури, може деловати као преносник струје кретањем кроз ћелијску мембрану и модификовањем нивоа његовог електричног потенцијала у многим ћелијама узбудљивих тела, углавном у срчаном мишићу.

Али од веће физиолошке важности је чињеница да су многе ћелијске регулаторне реакције потакнуте спољашњим стимулусима, попут неуротрансмитера, хормона или других физичких или биохемијских фактора врста метаболичких каскада у којима учествује више протеина, од којих су неки ензими који захтевају калцијум за њихову активацију или инактивацију.

Тада се каже да у тим случајевима калцијум делује као други гласник у метаболичкој каскади којој је предодређено да има коначни резултат који би био попут ћелијског одговора неопходног да би се задовољила потреба откривена на различитом нивоу од саме ћелије, и да то захтева њен специфичан одговор.

Калцијум може директно деловати на свој биохемијски циљ да утиче на његову активност, али често захтева учешће протеина са којим мора да се веже како би извршио свој утицај на протеин (и) који ће бити модификован. Калмодулин је један од тих посредничких протеина.

Структура

Калмодулин, који је веома свеприсутан, будући да се изражава у готово свим типовима ћелија у еукариотским организмима, је мали кисели протеин молекулске тежине од око 17 кДа, чија је структура изузетно очувана међу врстама.

То је мономерни протеин, то јест, састоји се од једног полипептидног ланца који на својим крајњим крајевима има облик глобуларних домена спојених алфа-хеликсом. Сваки глобуларни домен има два мотива позната као ЕФ рука (ЕФ ханд) која су типична за протеине који везују калцијум.

Калмодулин везан за четири јона калцијума (Извор: Вебридге виа Викимедиа Цоммонс)

Ови тополошки мотиви "ЕФ руке" представљају неку врсту суперсекундарних структура; Повезани су једно са другим, у свакој глобуларној домени, регионом велике флексибилности и у сваком од њих постоји место везања за Ца ++, које даје укупно 4 места за сваки молекул калмодулина.

Везивање позитивно набијених јона калцијума омогућено је присуством аминокиселинских остатака са негативно наелектрисаним бочним ланцима на местима калудулина која везују калцијум. Ови остаци су три аспартата и један глутамат.

Функције калмодулина

Све досад познате функције калмодулина уоквирене су у групу акција које потичу повећање цитосолног калцијума произведено уласком из ванћелијског простора или изласком из унутарћелијских наслага: митохондрије и ендоплазматски ретикулум.

Многе акције калцијума врши овај јон који делује директно на његове циљне протеине, који могу бити различитих врста и функција. На неке од ових протеина не може директно утицати, али за њих је потребан калцијум да се веже на калмодулин и управо тај комплекс делује на протеин под утицајем јона.

За ове циљне протеине се каже да зависе од калцијума и калмодулина и укључују на десетине ензима, као што су протеин киназе, протеинске фосфатазе, нуклеотидне циклазе и фосфодиестеразе; сви они укључени у безброј физиолошких функција које укључују:

- Метаболизам

- Транспорт честица

- Висцерална покретљивост

- Излучивање супстанци

- Гнојидба овула

- Генетски израз

- Ћелијска пролиферација

- Структурни интегритет ћелија

- Међућелијска комуникација итд.

Међу протеинским киназама зависним од калмодулина, поменуте су: миозин киназа лаког ланца (МЛЦК), фосфорилаза киназа и Ца ++ / калмодулин киназе И, ИИ и ИИИ.

Према томе, информације кодиране калцијумовим сигналима (повећање или смањење његове унутарћелијске концентрације) се „декодирају“ овим и другим протеинима који везују калцијум, а који претварају сигнале у биохемијске промене; другим речима, калмодулин је посредни протеин у сигналним процесима који зависе од калцијума.

Механизам дејства

Калмодулин је веома свестран протеин, јер су његови „циљни“ протеини знатно разноврсни по облику, редоследу, величини и функцији. Будући да је протеин који делује као "сензор" за калцијумове јоне, његов механизам деловања зависи од промена изазваних у његовој структури и / или конформацији након што се веже за четири од ових јона.

Његови механизми деловања могу се примерити кратким прегледом његовог учешћа у неколико физиолошких процеса, као што су контракција висцералног глатког мишића и прилагођавање мириса који трпе ћелије длаке олфакторне мукозе у носу.

Калмодулин и контракција глатких мишића

Структура крижних мостова миозина 1А и калмодулина у актинским сноповима микровиллија. Извор: Јеффреи В. Бровн, Ц. Јамес МцКнигхт

Контракција скелетног и срчаног мишића се покреће када пораст цитосолне Ца ++ достигне ниво изнад 10-6 мол / л, а овај јон се веже за тропонин Ц, који подвргава алостеричним променама које утичу на тропомиозин. Заузврат, тропомиозин се креће, излажући своја места за везање миозина актину, изазивајући контрактилни процес.

Тропонин Ц не постоји у глатким мишићима, а повећање Ца ++ изнад назначеног нивоа поспешује његово везивање са калмодулином. Ца-калмодулин комплекс активира миозинску киназу лаког ланца (МЛЦК), која заузврат фосфорилира овај лаки ланац, активира миозин и покреће контрактилни процес.

Повећање Ца ++ настаје уласком споља или изласком из саркоплазматског ретикулума деловањем инозитол трифосфата (ИП3) који се ослобађа фосфолипазом Ц у каскади активираној рецепторима повезаним са протеинима Гк. Опуштање настаје када се Ца ++, дејством транспортера, уклони из цитосола и врати на своја места порекла.

Важна разлика између обе врсте контракције је да у пругастим мишићима (срчаним и скелетним) Ца ++ индукује алостеричне промене везањем са својим протеином, тропонином, док су у глатким мишићима промене које ствара Ца-калмодулин ковалентне и укључују фосфорилација миозина.

Стога, након завршетка деловања Ца ++, потребно је учешће другог ензима за уклањање фосфата који је додала киназа. Овај нови ензим је фосфатаза лаког ланца миозина (МЛЦП), чија активност не зависи од калмодулина, већ је регулисана другим путевима.

У стварности, контрактилни процес глатких мишића не престаје у потпуности, али степен контракције остаје на средњем нивоу као резултат равнотеже деловања оба ензима, МЛЦК под контролом Ца ++ и калмодулина, и МЛЦП подвргнутог другим регулаторним контролама.

Прилагодба у њушним сензорима

Мирисни осећај се покреће када се активирају ионички рецептори смјештени у цилијама ћелија смјештених на површини њушне слузнице.

Ови рецептори су спојени са хетеротримерним Г протеином познатим као "Голф" (олфакторни Г протеин), који има три подјединице: "αолф", "ß" и "γ".

Када се олфакторни рецептори активирају као одговор на мирис, подјединице овог протеинског дисоцијата и „аолф“ подјединица активира ензим аденил циклазу, стварајући циклични аденозин монофосфат (цАМП).

ЦАМП активира ЦНГ-сличне канале (активирани цикличним нуклеотидима) за калцијум и натријум. Ови јони улазе у ћелију, деполаришу је и изазивају покретање акционих потенцијала чија ће учесталост одредити интензитет мириса.

Калцијум који улази, а који тежи деполаризацији ћелије, има антагонистички ефекат негативних повратних информација, нешто касније, везањем на калмодулин и између затварања канала и елиминисања деполаризационог подражаја, иако мирисни стимулус и даље постоји . То се назива подударање сензора.

Калмодулин у биљкама

Биљке такође реагују на разлике у интрацелуларној концентрацији јона калцијума помоћу протеина калмодулина. У тим организмима калмодулини деле много структурних и функционалних карактеристика са својим колегама животињским и квасцима, мада се разликују у неким функционалним аспектима.

На пример, калмодулин у биљкама се везује за кратке пептидне секвенце унутар њихових циљних протеина, индукујући структурне промене које мењају њихову активност као одговор на унутрашње варијације калцијума.

У којој мери калмодулин контролише процесе аналогне онима који се дешавају код животиња у биљкама, још увек је тема дискусије.

Референце

1. Бреннер Б: Мускулатура, у: Пхисиологие, 6. изд; Р Клинке и др. (Ур.). Стуттгарт, Георг Тхиеме Верлаг, 2010.
2. Ганонг ВФ: Ћелијска и молекуларна основа медицинске физиологије, у: Преглед медицинске физиологије, 25. изд. Нев Иорк, МцГрав-Хилл Едуцатион, 2016.
3. Гуитон АЦ, Халл ЈЕ: Увод у ендокринологију, у: Уџбеник медицинске физиологије, 13. изд., АЦ Гуитон, ЈЕ Халл (ур.). Пхиладелпхиа, Елсевиер Инц., 2016.
4. Кауп УБ, Муллер Ф: Олфацторисцхес Систем, У: Пхисиологие, 4. изд; П Деетјен и др. (Ур.). Мунцхен, Елсевиер ГмбХ, Урбан & Фисцхер, 2005.
5. Корбмацхер Ц, Грегер Р, Бреннер Б, Силбернагл С: Дие Зелле алс Грундбаустеин, у: Пхисиологие, 6. изд; Р Клинке и др. (Ур.). Стуттгарт, Георг Тхиеме Верлаг, 2010.
6. Зиелински, РЕ (1998). Калмодулин и протеини који везују калмодулин у биљкама. Годишњи преглед биљне биологије, 49 (1), 697-725.