kalmoduliini

Elävien olentojen monimutkaiset solu- ja fysiologiset prosessit vaativat hienosäädetyn säätelyn molekyylitasolla, jotta voidaan varmistaa esimerkiksi eläimen tai kasvin mukautuvuus elinympäristöön. Tätä tarkoitusta varten on olemassa lukuisia molekyylejä, jotka puuttuvat prosesseihin, kuten solujen kommunikaatioon, aineenvaihduntaan tai solunjakoon. Yksi näistä molekyyleistä on proteiini kalmoduliinijoka vaikuttaa kalsiumin avulla monien muiden biologisesti aktiivisten proteiinien toimintaan.

Mikä on kalmoduliini?

Kalmoduliini on solunsisäinen säätelyproteiini, joka sitoo kalsiumioneja. Rakenteensa vuoksi se kuuluu EF-käsiproteiinien ryhmään. 148 aminohaposta koostuvan ja 6,5 ​​nm: n pituisen kalmoduliinin muoto muistuttaa käsipainoa. Tämän proteiinimolekyylin molekyylimassa on noin 17 kDa.

Biologisen funktionsa vuoksi signaalien välityksessä soluissa, kalmoduliini voidaan myös luokitella toiseksi lähettiaineeksi, toisin sanoen sekundaariseksi lähettiaineeksi, joka ei kuitenkaan itse ole entsymaattisesti aktiivinen. Proteiinin kahdessa pallomaisessa domeenissa on kaksi helix-loop-helix-motiivia 1,1 nm: n etäisyydellä, joihin voidaan sitoutua yhteensä neljä kalsiumionia. Tätä rakennetta kutsutaan EF-kädeksi. EF-käden rakenteet yhdistetään vety sidoksilla, jotka sisältävät kaloduliinin antiparalleeliset beetalevyt.

Toiminto, vaikutukset ja tehtävät

Kalmoduliini tarvitsee kolmesta neljään sitoutuneita kalsiumioneja molekyyliä kohti ollakseen aktiivisia. Aktivoidussa tilassa muodostunut kalsium-kalmoduliinikompleksi osallistuu suuren määrän reseptoreiden, entsyymien ja ionikanavien säätelyyn, jolla on monenlaisia ​​toimintoja. Säänneltyihin entsyymeihin kuuluvat fosfataasikalsineuriini, jolla on tärkeä rooli immuunivasteen säätelyssä, ja endoteelinen typpioksidisyntaasi (eNOS), joka tuottaa NO: ta, jota käytetään muun muassa sileiden lihasten rentoutumiseen ja siten keuhkojen laajenemiseen. Verisuonet.

Pienillä kalsiumkonsentraatioilla aktivoituu myös adenylaattisyklaasi (AC), korkeilla kalsiumpitoisuuksilla taas entsymaattinen vastine, fosfodiesteraasi (PDE). Tällä tavalla saadaan aikaan säätelymekanismien kronologinen sekvenssi: aluksi AC asettaa signaalipolun liikkeelle syklisen AMP: n (cAMP) tuottamisen kautta, myöhemmin vastustaja PDE kytkee sen pois uudelleen cAMP-hajoamisen avulla. Kalloduliinin säätelevä vaikutus proteiinikinaaseihin, kuten CaM-kinaasi II tai myosiinin kevytketju-kinaasi (MLCK), jota selitetään yksityiskohtaisemmin jäljempänä, on kuitenkin erityisen tunnettu.

CAMKII voi sitoa fosfaattijäännöksen moniin proteiineihin ja vaikuttaa siten energian metaboliaan, ionien läpäisevyyteen ja välittäjäaineiden vapautumiseen soluista. CAMKII: ta esiintyy erityisen suurina pitoisuuksina aivoissa, missä sillä on tärkeä rooli hermosolujen plastisuudessa, ts. kaikki oppimisprosessit. Mutta kalmoduliini on myös välttämätöntä liikeprosesseissa. Levossa kalsiumionien pitoisuus lihassolussa on hyvin alhainen, ja siten kalmoduliini on passiivinen. Jos lihassolu on kuitenkin innoissaan, kalsium virtaa soluplasmaan ja kofaktorina miehittää neljä kaloduliinin sitoutumiskohtaa.

Tämä voi nyt aktivoida myosiinin kevytketjukinaasin, joka siirtää supistuvia kuituja solussa ja mahdollistaa siten lihasten supistumisen. Muita, vähemmän tunnettuja entsyymejä, jotka ovat kalmoduliinin vaikutuksen alaisia, ovat guanylaattisyklaasi, Ca-Mg-ATPaasi ja fosfolipaasi A2.

Koulutus, esiintyminen, ominaisuudet ja optimaaliset arvot

Kalmoduliinia esiintyy kaikissa eukaryooteissa, joihin kuuluvat kaikki kasvit, eläimet, sienet ja amoeboidisten olentojen ryhmä. Koska näissä organismeissa oleva kalmoduliinimolekyyli on yleensä rakenteeltaan suhteellisen samankaltainen, voidaan olettaa, että se on evoluutiossa hyvin vanha proteiini, joka syntyi varhaisessa vaiheessa.

Yleensä kaloduliinia on suhteellisen suurina määrinä solun plasmassa. Esimerkiksi hermosolujen sytosolissa tavanomainen pitoisuus on noin 30-50 uM, ts. 0,03-0,05 mol / L. Proteiini muodostetaan transkription ja translaation aikana käyttämällä CALM-geeniä, josta on tähän mennessä tiedossa kolme alleelia, joille viitataan nimellä CALM-1, CALM-2 ja CALM-3.

Sairaudet ja häiriöt

Jotkut kemikaalit, joilla voi olla estävä vaikutus kalmoduliiniin, tunnetaan siksi kalmoduliinin estäjinä. Useimmissa tapauksissa niiden estävä vaikutus perustuu siihen tosiseikkaan, että ne kuljettavat kalsiumia solusta ja poistavat siten sen kalmoduliinista, jota on sitten vain inaktiivisessa tilassa.

Nämä estävät aineet sisältävät esimerkiksi W-7. Lisäksi jotkut psykotrooppiset fenotiatsiinilääkkeet estävät kalmoduliinia. Niinkin laajat kuin kalmoduliinin säätelevät toiminnot, niin monimuotoiset ovat ajateltavissa olevat viat ja häiriöt, kun kofaktorikalsium ei enää voi aktivoida proteiinia ja säädellyt kohde-entsyymit ovat itse vähemmän aktiivisia. Esimerkiksi CAMKII: n riittämätön aktivointi voi johtaa hermoston plastisuuden rajoittumiseen, joka muodostaa perustan oppimisprosesseille.

MLCK: n aktivoinnin vähentyminen heikentää lihaksen supistumista, mikä voi johtaa liikuntahäiriöihin. Kalsineuriini-entsyymin vähemmän aktivoituminen kalmoduliinivajeesta johtuen vaikuttaisi kehon immuunivasteeseen ja eNO: ien vähemmän aktivointi johtaisi pienempiin NO-pitoisuuksiin. Jälkimmäinen aiheuttaa pääasiassa ongelmia, joissa muuten typpioksidin on tarkoitus estää ei-toivottua veren hyytymistä ja laajentaa verisuonia paremman verenkiertoa varten. Tässä vaiheessa on kuitenkin myös mainittava, että kalsiumanturi Frequenin voi tietyissä olosuhteissa ottaa kalmoduliinin biologiset toiminnot ja korvata siten molekyylin.