Calmodulin

Các quá trình tế bào và sinh lý phức tạp trong cơ thể sống đòi hỏi sự điều chỉnh tinh vi ở cấp độ phân tử để đảm bảo khả năng thích nghi của động vật hoặc thực vật, ví dụ, với môi trường sống. Vì mục đích này, có rất nhiều phân tử can thiệp vào các quá trình như giao tiếp tế bào, trao đổi chất hoặc phân chia tế bào. Một trong những phân tử này là protein Calmodulinvới sự trợ giúp của canxi, ảnh hưởng đến chức năng của nhiều loại protein hoạt tính sinh học khác.

Calmodulin là gì?

Calmodulin là một protein điều hòa nội bào có chức năng liên kết với các ion canxi. Do cấu trúc của nó, nó thuộc nhóm các protein tay EF. Hình dạng của calmodulin, bao gồm 148 axit amin và dài 6,5 nm, giống như một quả tạ. Khối lượng phân tử của phân tử protein này là khoảng 17 kDa.

Do chức năng sinh học của nó trong việc truyền tín hiệu trong tế bào, calmodulin cũng có thể được phân loại là chất truyền tin thứ hai, tức là chất truyền tin thứ cấp, tuy nhiên, bản thân nó không có hoạt tính enzym. Trong hai miền hình cầu của protein có hai mô-típ xoắn-vòng-xoắn ở khoảng cách 1,1 nm, mà tổng số bốn ion canxi có thể được liên kết. Cấu trúc này được gọi là tay EF. Các cấu trúc bàn tay EF được kết nối bằng liên kết hydro giữa các tấm beta đối song của calmodulin.

Chức năng, tác dụng và nhiệm vụ

Calmodulin cần ba đến bốn ion canxi liên kết trên mỗi phân tử để hoạt động. Ở trạng thái hoạt hóa, phức hợp canxi-calmodulin được hình thành tham gia vào quá trình điều hòa một số lượng lớn các thụ thể, enzym và kênh ion với nhiều chức năng khác nhau. Các enzym điều chỉnh bao gồm phosphatase calcineurin, đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phản ứng miễn dịch và enzym tổng hợp oxit nitric nội mô (eNOS), tạo ra NO, trong số những thứ khác được sử dụng để thư giãn các cơ trơn và do đó để mở rộng Mạch máu.

Ở nồng độ canxi thấp, adenylate cyclase (AC) cũng được kích hoạt, ở nồng độ canxi cao, mặt khác, đối tác của enzym, phosphodiesterase (PDE). Bằng cách này, một trình tự thời gian của các cơ chế điều tiết đạt được: ban đầu AC thiết lập một đường dẫn tín hiệu chuyển động thông qua việc sản xuất AMP theo chu kỳ (cAMP), sau đó điều này lại bị ngắt bởi PDE của đối thủ thông qua sự suy giảm cAMP. Tuy nhiên, tác động điều chỉnh của calmodulin lên protein kinase như CaM kinase II hoặc myosin light chain kinase (MLCK), sẽ được giải thích chi tiết hơn bên dưới, đã được biết đến một cách đặc biệt.

CAMKII có thể liên kết dư lượng phốt phát với các protein khác nhau và do đó ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa năng lượng, tính thẩm thấu đối với các ion và sự giải phóng chất dẫn truyền thần kinh khỏi tế bào. CAMKII được tìm thấy ở nồng độ đặc biệt cao trong não, nơi nó đóng một vai trò quan trọng trong tính dẻo của tế bào thần kinh, tức là tất cả các quá trình học tập. Nhưng calmodulin cũng không thể thiếu cho các quá trình vận động. Khi nghỉ ngơi, nồng độ của các ion canxi trong tế bào cơ rất thấp và do đó calmodulin không hoạt động. Tuy nhiên, nếu tế bào cơ bị kích thích, canxi sẽ chảy vào huyết tương tế bào và, với vai trò là đồng yếu tố, chiếm bốn vị trí liên kết trên calmodulin.

Điều này bây giờ có thể kích hoạt kinase chuỗi ánh sáng myosin, làm thay đổi các sợi co trong tế bào và do đó cho phép co cơ. Các enzym khác, ít được biết đến dưới ảnh hưởng của calmodulin là guanylate cyclase, Ca-Mg-ATPase và phospholipase A2.

Giáo dục, sự xuất hiện, thuộc tính và giá trị tối ưu

Calmodulin xuất hiện ở tất cả các sinh vật nhân chuẩn, bao gồm tất cả thực vật, động vật, nấm và nhóm sinh vật amip. Vì phân tử calmodulin trong những sinh vật này thường có cấu trúc tương đối giống nhau, nên có thể giả định rằng nó là một loại protein rất cũ về mặt tiến hóa đã xuất hiện ở giai đoạn đầu.

Theo quy luật, calmodulin có một lượng tương đối lớn trong huyết tương của tế bào. Ví dụ, trong bào tương của tế bào thần kinh, nồng độ thông thường là khoảng 30-50 µM, tức là 0,03-0,05 mol / L. Protein được hình thành trong quá trình phiên mã và dịch mã bằng cách sử dụng gen CALM, trong đó có ba alen được biết đến cho đến nay, được gọi là CALM-1, CALM-2 và CALM-3.

Bệnh & Rối loạn

Có một số hóa chất có thể có tác dụng ức chế calmodulin và do đó được gọi là chất ức chế calmodulin. Trong hầu hết các trường hợp, tác dụng ức chế của chúng dựa trên thực tế là chúng vận chuyển canxi ra khỏi tế bào và do đó loại bỏ nó khỏi calmodulin, sau đó chỉ có ở trạng thái không hoạt động.

Các chất ức chế này bao gồm, ví dụ, W-7. Ngoài ra, một số thuốc phenothiazin hướng thần ức chế calmodulin. Các chức năng điều hòa của calmodulin cũng đa dạng như vậy, các khuyết tật và rối loạn có thể hình dung được khi protein không còn có thể được kích hoạt bởi cofactor canxi và bản thân các enzym đích được điều chỉnh cũng ít hoạt động hơn. Chẳng hạn, việc kích hoạt CAMKII không đầy đủ có thể dẫn đến hạn chế tính dẻo của thần kinh, tạo cơ sở cho các quá trình học tập.

Việc giảm kích hoạt MLCK làm suy giảm sự co cơ, có thể dẫn đến rối loạn vận động. Việc kích hoạt enzym calcineurin ít hơn do thiếu hụt calmodulin sẽ ảnh hưởng đến phản ứng miễn dịch của cơ thể và ít hoạt hóa eNO sẽ dẫn đến nồng độ NO thấp hơn. Loại thứ hai chủ yếu gây ra các vấn đề trong đó oxit nitric được cho là ngăn ngừa đông máu không mong muốn và làm giãn mạch nhằm mục đích lưu thông máu tốt hơn. Tuy nhiên, cũng cần phải đề cập ở điểm này rằng Frequenin cảm biến canxi có thể đảm nhận các chức năng sinh học của calmodulin trong những điều kiện nhất định và do đó thay thế phân tử.