Kalmoduliin

Elusolendite keerulised rakulised ja füsioloogilised protsessid vajavad molekulaarsel tasemel peenhäälestatud reguleerimist, et tagada näiteks looma või taime kohanemisvõime elupaigaga. Sel eesmärgil on arvukalt molekule, mis sekkuvad sellistesse protsessidesse nagu rakkude kommunikatsioon, metabolism või rakkude jagunemine. Üks neist molekulidest on valk Kalmoduliinmis mõjutab kaltsiumi abil paljude teiste bioloogiliselt aktiivsete valkude funktsiooni.

Mis on kalmoduliin?

Kalmoduliin on rakusisene regulatiivne valk, mis seob kaltsiumi ioone. Oma struktuuri tõttu kuulub see EF-käte valkude rühma. 148 aminohappest koosneva ja 6,5 ​​nm pikkuse kalmoduliini kuju sarnaneb hantliga. Selle valgu molekuli molekulmass on umbes 17 kDa.

Tänu oma bioloogilisele funktsioonile signaaliülekandes rakkudes võib kalodululiini klassifitseerida ka teiseks messengeri, s.o sekundaarseks messenger-aineks, mis ise pole siiski ensümaatiliselt aktiivne. Valgu kahes sfäärilises domeenis on 1,1 nm kaugusel kaks heeliks-silmus-heeliks-motiivi, millega saab siduda kokku neli kaltsiumiiooni. Seda struktuuri nimetatakse EF-käeks. EF-käe struktuurid on ühendatud vesiniksidemetega kalodululiini antiparalleelsete beetalehtede vahel.

Funktsioon, mõju ja ülesanded

Kalmoduliin vajab aktiivsuseks kolme kuni nelja seotud kaltsiumi iooni molekuli kohta. Aktiveeritud olekus osaleb moodustunud kaltsium-kalmodululiini kompleks suure hulga erinevate funktsioonidega retseptorite, ensüümide ja ioonikanalite reguleerimises. Reguleeritud ensüümide hulka kuuluvad fosfataaskaltsineuriin, millel on oluline roll immuunvastuse reguleerimisel, ja endoteeli lämmastikoksiidi süntaas (eNOS), mis tekitab NO, mida muu hulgas kasutatakse silelihaste lõdvestamiseks ja seega ka lihaste laiendamiseks. Veresooned.

Madala kaltsiumikontsentratsiooni korral aktiveeritakse ka adenülaattsüklaas (AC), kõrge kaltsiumi kontsentratsiooni korral aga ensümaatiline vastaspool, fosfodiesteraas (PDE). Sel viisil saavutatakse regulatoorsete mehhanismide kronoloogiline järjestus: algselt seab AC signaalitee liikuma tsüklilise AMP (cAMP) saamise teel, hiljem lülitab vastane PDE selle uuesti välja cAMP lagunemise kaudu. Siiski on eriti tuntud kalmoduliini regulatiivne toime proteiinkinaasidele nagu CaM kinaas II või müosiini kerge ahela kinaas (MLCK), mida selgitatakse allpool detailsemalt.

CAMKII võib siduda fosfaatjäägi erinevate valkudega ja mõjutada seeläbi energia metabolismi, ioonide läbilaskvust ja neurotransmitterite vabanemist rakkudest. CAMKII leidub eriti kõrgetes kontsentratsioonides ajus, kus see mängib olulist rolli neuronite plastilisuses, s.o. kõik õppeprotsessid. Kuid ka rahuloduliin on liikumisprotsessides hädavajalik. Puhkeseisundis on kaltsiumiioonide kontsentratsioon lihasrakus väga madal ja seetõttu on kaldululiin passiivne. Kui lihasrakk on erutatud, voolab kaltsium raku plasmasse ja kofaktorina hõivab kalmoduliini neli seondumiskohta.

See võib nüüd aktiveerida müosiini kerge ahela kinaasi, mis nihutab raku kontraktiilset kiudu ja võimaldab seega lihaste kontraktsiooni. Muud vähem tuntud ensüümid, mis on kaldululiini mõjul, on guanülaattsüklaas, Ca-Mg-ATPaas ja fosfolipaas A2.

Haridus, esinemine, omadused ja optimaalsed väärtused

Kalmoduliini leidub kõigis eukarüootides, mis hõlmavad kõiki taimi, loomi, seeni ja amoeboidsete olendite rühma. Kuna nendes organismides paiknev kaloduliini molekul on tavaliselt üles ehitatud suhteliselt sarnaselt, võib eeldada, et see on evolutsiooniliselt väga vana valk, mis tekkis varases staadiumis.

Reeglina on raku plasmas kaldoduliini suhteliselt palju. Näiteks närvirakkude tsütosoolis on tavaline kontsentratsioon umbes 30-50 uM, s.o. 0,03–0,05 mol / L. Valk moodustatakse transkriptsiooni ja translatsiooni ajal, kasutades geeni CALM, millest tänaseks on teada kolm alleeli, millele viidatakse kui CALM-1, CALM-2 ja CALM-3.

Haigused ja häired

On mõned kemikaalid, millel võib olla kaldululiini pärssiv toime, ja seetõttu on neid nimetatud kaldoduliini inhibiitoriteks. Enamasti põhineb nende pärssiv toime asjaolul, et nad transpordivad kaltsiumi rakust välja ja eemaldavad selle seega kalmoduliinist, mis on siis alles inaktiivses olekus.

Nende inhibeerivate ainete hulka kuuluvad näiteks W-7. Lisaks sellele pärsivad mõned psühhotroopsed fenotiasiinravimid kalloduliini. Nii laiaulatuslikud kui kalmoduliini regulatiivsed funktsioonid, on nii mitmekesised ettekujutatavad vead ja häired, kui kofaktorkaltsium ei saa valku enam aktiveerida ja ka reguleeritud sihtensüümid on vähem aktiivsed. Näiteks CAMKII ebapiisav aktiveerimine võib põhjustada närviplastilisuse piiramist, mis on õppeprotsesside aluseks.

MLCK aktiveerimise vähenemine kahjustab lihaste kokkutõmbumist, mis võib põhjustada liikumishäireid. Ensüümi kaltsineuriini väiksem aktiveerimine kaldululiini puuduse tõttu mõjutaks keha immuunvastust ja eNOde vähem aktiveerimine tooks kaasa madalama NO kontsentratsiooni. Viimane põhjustab peamiselt probleeme, kui muidu peaks lämmastikoksiid takistama soovimatut vere hüübimist ja laiendama veresooni parema vereringe tagamiseks. Siiski tuleb siinkohal mainida ka seda, et kaltsiumiandur Frequenin suudab teatud tingimustel üle võtta kalmoduliini bioloogilised funktsioonid ja seega molekuli asendada.