Sarežģītajiem šūnu un fizioloģiskajiem procesiem dzīvās būtnēs ir nepieciešams precīzi noregulēts molekulārā līmenī, lai nodrošinātu, piemēram, dzīvnieka vai auga pielāgošanos dzīvotnei. Šim nolūkam ir daudz molekulu, kas iejaucas tādos procesos kā šūnu komunikācija, metabolisms vai šūnu dalīšana. Viena no šīm molekulām ir olbaltumviela Kalmodulīnskas ar kalcija palīdzību ietekmē daudzu citu bioloģiski aktīvo olbaltumvielu darbību.
Kas ir kalmodulīns?
Kalmodulīns ir starpšūnu regulējošs proteīns, kas saista kalcija jonus. Sakarā ar struktūru, tas pieder pie EF-roku olbaltumvielu grupas. Kalmodulīna forma, kas sastāv no 148 aminoskābēm un ir 6,5 nm gara, atgādina hanteli. Šīs olbaltumvielu molekulas molekulārā masa ir aptuveni 17 kDa.
Sakarā ar tā bioloģisko funkciju signāla pārraidē šūnās, kalmodulīnu var klasificēt arī kā otro kurjeru, t.i., par sekundāro kurjeru, kas tomēr pats par sevi nav fermentatīvi aktīvs. Divos olbaltumvielu sfēriskajos domēnos ir divi spirāles-cilpas-spirāles motīvi 1,1 nm attālumā, pie kuriem kopumā var saistīties četri kalcija joni. Šī struktūra ir pazīstama kā EF roka. EF roku struktūras ir savienotas ar ūdeņraža saitēm starp kalodulīna antiparalēlajām beta loksnēm.
Funkcija, efekts un uzdevumi
Kalmodulīnam ir nepieciešami trīs līdz četri piesaistīti kalcija joni no katras molekulas, lai tā būtu aktīva. Aktivizētā stāvoklī izveidotais kalcija-kalmodulīna komplekss ir iesaistīts liela skaita receptoru, enzīmu un jonu kanālu regulēšanā ar visdažādākajām funkcijām. Reglamentētajos fermentos ietilpst fosfatāzes kalcineurīns, kam ir nozīmīga loma imūnās atbildes regulēšanā, un endotēlija slāpekļa oksīda sintāze (eNOS), kas rada NO, kas cita starpā tiek izmantots gludo muskuļu relaksācijai un tādējādi arī ķermeņa paplašināšanai. Asinsvadi.
Zemā kalcija koncentrācijā tiek aktivizēta arī adenilāta ciklāze (AC), augstā kalcija koncentrācijā - fermentatīvais līdzinieks, fosfodiesterāze (PDE). Šādā veidā tiek panākta regulēšanas mehānismu hronoloģiska secība: sākotnēji maiņstrāva iestata signāla ceļu kustībā, veidojot ciklisku AMP (cAMP), vēlāk to atkal izslēdz pretinieka PDE, samazinot cAMP. Tomēr īpaši zināma ir kalmodulīna regulējošā ietekme uz olbaltumvielu kināzēm, piemēram, CaM kināze II vai miozīna vieglo ķēžu kināze (MLCK), kas sīkāk tiks izskaidrots zemāk.
CAMKII var saistīt fosfāta atlikumu ar dažādiem proteīniem un tādējādi ietekmēt enerģijas metabolismu, jonu caurlaidību un neirotransmiteru atbrīvošanu no šūnām. CAMKII ir atrodams īpaši lielās koncentrācijās smadzenēs, kur tai ir liela nozīme neironu plastikā, t.i. visi mācību procesi. Bet arī kalmodulīns ir neaizstājams kustību procesos. Miega stāvoklī kalcija jonu koncentrācija muskuļu šūnā ir ļoti zema, un tāpēc kalmodulīns ir neaktīvs. Ja muskuļu šūna tiek uzbudināta, tomēr kalcijs ieplūst šūnas plazmā un kā kofaktors aizņem četras kalmodulīna saistīšanās vietas.
Tagad tas var aktivizēt miozīna vieglās ķēdes kināzi, kas šūnā pārvērš kontraktilās šķiedras un tādējādi ļauj muskuļiem saraustīties. Citi, mazāk zināmi fermenti, kas atrodas kalmodulīna ietekmē, ir guanilāta ciklāze, Ca-Mg-ATPāze un fosfolipāze A2.
Izglītība, sastopamība, īpašības un optimālās vērtības
Kalmodulīns rodas visos eikariotos, kuros ietilpst visi augi, dzīvnieki, sēnītes un amoeboīdu radījumu grupa. Tā kā šajos organismos esošā kalmodulīna molekula parasti ir strukturēta salīdzinoši līdzīgā veidā, var pieņemt, ka tas ir evolucionāri ļoti vecs proteīns, kas parādījās agrīnā stadijā.
Parasti šūnas plazmā kalmodulīns atrodas salīdzinoši lielos daudzumos. Nervu šūnu citosolā, piemēram, parastā koncentrācija ir ap 30-50 µM, t.i. 0,03–0,05 mol / L. Olbaltumviela tiek veidota transkripcijas un translācijas laikā, izmantojot CALM gēnu, no kuriem līdz šim ir zināmas trīs alēles, kuras apzīmē ar CALM-1, CALM-2 un CALM-3.
Slimības un traucējumi
Ir dažas ķīmiskas vielas, kurām var būt nomācoša iedarbība uz kalmodulīnu, un tāpēc tās sauc par miera nomierinošajiem līdzekļiem. Vairumā gadījumu to inhibējošā iedarbība ir balstīta uz faktu, ka tie transportē kalciju no šūnas un tādējādi noņem to no kalmodulīna, kas tad atrodas tikai neaktīvā stāvoklī.
Šīs inhibējošās vielas ir, piemēram, W-7. Turklāt dažas psihotropās fenotiazīna zāles nomāc kalodulīnu. Tik plašas kā kalmodulīna regulatīvās funkcijas, tik dažādi ir iespējamie defekti un traucējumi, kad olbaltumvielas vairs nevar aktivizēt kofaktoru kalcijs, un paši regulētie mērķa fermenti ir mazāk aktīvi. Piemēram, nepietiekama CAMKII aktivizēšana var ierobežot neironu plastiskumu, kas veido mācību procesu pamatu.
Samazinoties MLCK aktivizācijai, pasliktinās muskuļu kontrakcijas, kas var izraisīt kustību traucējumus. Mazāka kalcineurīna enzīma aktivācija kalmodulīna deficīta dēļ ietekmētu ķermeņa imūno reakciju, un mazāka eNO aktivizēšana novestu pie zemākas NO koncentrācijas. Pēdējais galvenokārt rada problēmas, ja citādi slāpekļa oksīdam vajadzētu novērst nevēlamu asins recēšanu un paplašināt asinsvadus labākas asinsrites nodrošināšanas nolūkā. Tomēr šajā brīdī jāpiemin arī tas, ka kalcija sensors Frequenin noteiktos apstākļos var pārņemt kalmodulīna bioloģiskās funkcijas un tādējādi aizstāt molekulu.
