KALMODULINAS: STRUKTŪRA, FUNKCIJOS IR VEIKIMO MECHANIZMAS - BIOLOGIJA - 2025

Kalmodulinas yra terminas, kuris reiškia „kalcio moduliuotas baltymas“ ir reiškia mažą tarpląstelinį baltymą, kuris turi savybę prisijungti prie kalcio jonų (Ca ++) ir tarpininkauti daugeliui jo tarpląstelinių veiksmų. Žodžio kilmė kilusi iš angliškų žodžių „kalcis“, „moduliuotas“ ir „baltymas“, kurie sudėti į CAL cium, modifikuotą prote IN, derinio .

Tarp mineralinių elementų, kurie tampa gyvūninių organizmų sudėties dalimi, kalcio, po kurio yra fosforo, yra daugiausiai, nes kaulas susidaro dėl to, kad jo matricoje nusėda dideli mineralinių druskų kiekiai. susidaro iš šio jono.

Kalmodulino ir jo kalcį rišančių vietų schema (Šaltinis: PBP per „Wikimedia Commons“)

Be abejo, šios mineralinės kalcio druskos yra būtinos stuburinių gyvūnų skeleto struktūrai sudaryti ir formuoti, tačiau būtent jonizuota kalcio (Ca ++) forma tirpaluose kūno skysčiuose įgyja atitinkamą fiziologinę reikšmę gyvūnų gyvybei. organizmai.

Šis katijonas, kurio struktūroje yra du teigiami elektros krūviai, gali veikti kaip srovės pernešėjas, judėdamas per ląstelės membraną ir modifikuodamas savo elektrinio potencialo lygį daugelyje sužadinamų kūno ląstelių, daugiausia širdies raumenyje.

Bet didesnį fiziologinį svarbą turi tai, kad daugelis ląstelių reguliavimo reakcijų, kurias sukelia išoriniai dirgikliai, pavyzdžiui, neurotransmiteriai, hormonai ar kiti fiziniai ar biocheminiai veiksniai, yra metabolinių kaskadų rūšys, kuriose iš eilės dalyvauja keli baltymai, kai kurie iš jų yra fermentai, kurie joms aktyvuoti ar inaktyvuoti reikia kalcio.

Tuomet šiais atvejais sakoma, kad kalcis veikia kaip antrasis pasiuntinys medžiagų apykaitos kaskadoje, kurio rezultatas yra toks, koks yra ląstelės atsakas, reikalingas patenkinti poreikį, nustatytą kitokiu lygiu nei pati ląstelė, ir kad tam reikia jos atsakymas.

Kalcis, norėdamas paveikti jo aktyvumą, gali tiesiogiai veikti savo biocheminį taikinį, tačiau tam dažnai reikia baltymo, su kuriuo jis turi jungtis, kad jis paveiktų modifikuotą (-us) baltymą (-us). Kalmodulinas yra vienas iš tarpininkų baltymų.

Struktūra

Labai visur esantis kalmodulinas, kadangi jis ekspresuojamas beveik visų tipų eukariotinių organizmų ląstelėse, yra nedidelis rūgštus baltymas, kurio molekulinė masė yra apie 17 kDa, kurio struktūra yra labai konservuota tarp rūšių.

Tai yra monomerinis baltymas, tai yra, jis yra sudarytas iš vienos polipeptido grandinės, kurios galiniai galai yra rutulinių domenų, sujungtų alfa spiralėmis, formos. Kiekvienas rutulinis domenas turi du motyvus, žinomus kaip EF ranka (EF ranka), būdingus kalcį jungiantiems baltymams.

Kalmodulinas, sujungtas su keturiais kalcio jonais (šaltinis: „Webridge“ per „Wikimedia Commons“)

Šie „EF rankos“ topologiniai motyvai vaizduoja savotiškas antraeilių struktūrų rūšis; Jie yra susieti vienas su kitu, kiekviename rutuliniame domene, labai lanksčiu regionu ir kiekviename iš jų yra rišančioji vieta Ca ++, kuri kiekvienoje kalmodulino molekulėje iš viso sudaro 4 vietas.

Teigiamai įkrautų kalcio jonų surišimas įmanomas dėl amino rūgščių liekanų su neigiamai įkrautomis šoninėmis grandinėmis kalcio kalcio jungimosi vietose. Šios liekanos yra trys aspartatai ir vienas glutamatas.

Kalmodulino funkcijos

Visos iki šiol žinomos kalmodulino funkcijos yra susijusios su grupe veiksmų, kuriuos skatina citozolinio kalcio padidėjimas, kurį sukelia jo patekimas iš tarpląstelinės erdvės arba jo išėjimas iš tarpląstelinių telkinių: mitochondrijos ir endoplazminis retikulumas.

Daugelį kalcio veiksmų atlieka tas jonas, veikiantis tiesiogiai į tikslinius baltymus, kurie gali būti įvairių tipų ir funkcijų. Kai kuriems iš šių baltymų negalima daryti tiesioginės įtakos, tačiau norint prisijungti prie kalmodulino reikia kalcio, ir būtent šis kompleksas veikia baltymus, kuriuos veikia jonai.

Sakoma, kad šie tiksliniai baltymai priklauso nuo kalcio kalmodulino ir apima daugybę fermentų, tokių kaip baltymų kinazės, baltymų fosfatazės, nukleotidų ciklazės ir fosfodiesterazės; visi jie dalyvavo daugybėje fiziologinių funkcijų, įskaitant:

- Medžiagų apykaita

- Dalelių transportavimas

- Visceralinis mobilumas

- Medžiagų sekrecija

- kiaušialąsčių tręšimas

- Genetinė išraiška

- Ląstelių dauginimasis

- Ląstelių struktūrinis vientisumas

- tarpląstelinis bendravimas ir kt.

Tarp nuo kalmodulino priklausomų baltymų kinazių minimos šios: miozino lengvosios grandinės kinazė (MLCK), fosforilazės kinazė ir Ca ++ / kalmodulino kinazės I, II ir III.

Taigi kalcio signalų užkoduota informacija (jo tarpląstelinės koncentracijos padidėjimas ar sumažėjimas) yra „iššifruojama“ šio ir kitų kalcį rišančių baltymų, kurie signalus paverčia biocheminiais pokyčiais; kitaip tariant, kalmodulinas yra tarpinis baltymas nuo kalcio priklausomuose signalizacijos procesuose.

Veiksmo mechanizmas

Kalmodulinas yra labai universalus baltymas, nes jo „tiksliniai“ baltymai yra labai skirtingos formos, sekos, dydžio ir funkcijos. Kadangi tai yra baltymas, veikiantis kaip kalcio jonų „jutiklis“, jo veikimo mechanizmas priklauso nuo jo struktūros ir (arba) struktūros pokyčių, kai jis prisijungia prie keturių šių jonų.

Jos veikimo mechanizmus galima paaiškinti trumpai apžvelgiant jo dalyvavimą pora fiziologinių procesų, tokių kaip visceralinių lygiųjų raumenų susitraukimas ir prisitaikymas prie kvapų, kuriuos kenčia uoslės gleivinės plaukų ląstelės.

Kalmodulino ir lygiųjų raumenų susitraukimas

Miozino 1A ir kalmodulino kryžminių tiltų struktūra mikrovinelių aktino ryšuliuose. Šaltinis: Jeffrey W. Brown, C. James McKnight

Skeleto ir širdies raumens susitraukimai suaktyvėja, kai citozolinio Ca ++ padidėjimas viršija 10–6 mol / l ir šis jonas jungiasi su troponinu C, kuriame vyksta allosteriniai pokyčiai, veikiantys tropomioziną. Savo ruožtu, tropomiozinas juda, veikdamas mioziną rišančias vietas ant aktino, sukeldamas kontraktilinį procesą.

Troponino C nėra lygiuosiuose raumenyse, o padidėjęs Ca ++ lygis virš nurodyto lygio skatina jo jungimąsi su kalmodulinu. Ca-kalmodulino kompleksas suaktyvina miozino lengvosios grandinės kinazę (MLCK), kuri savo ruožtu fosforilina šią lengvą grandinę, aktyvina mioziną ir sukelia susitraukimo procesą.

Ca ++ padidėjimas atsiranda dėl jo patekimo iš išorės arba išėjimo iš sarkoplazminio retikulumo veikiant inozitolio trifosfatui (IP3), kurį fosfolipazė C atpalaiduoja kaskadoje, suaktyvinama receptorių, sujungtų su Gq baltymu. Atsipalaidavimas įvyksta, kai Ca ++ pernešėjai pašalinami iš citozolio ir grįžta į jo kilmės vietas.

Svarbus skirtumas tarp abiejų tipų susitraukimų yra tas, kad raumenų (širdies ir griaučių) raumenys Ca ++ sukelia alosterinius pokyčius jungdamiesi su savo baltymu - troponinu, o lygiuose raumenyse Ca-kalmodulino pokyčiai yra kovalentiniai ir reiškia miozino fosforilinimas.

Taigi, kai baigiasi Ca ++ veikimas, norint pašalinti kinazės pridėtą fosfatą, reikalingas kitas fermentas. Šis naujas fermentas yra miozino lengvosios grandinės fosfatazė (MLCP), kurio aktyvumas nepriklauso nuo kalmodulino, bet yra reguliuojamas kitais būdais.

Tiesą sakant, lygiųjų raumenų susitraukimo procesas visiškai nenutrūksta, tačiau susitraukimo laipsnis išlieka vidutinio lygio, nes pusiausvyra veikia abu fermentai - MLCK, kontroliuojamas Ca ++ ir kalmodulino, bei MLCP. į kitas reguliavimo kontrolės priemones.

Prisitaikymas prie uoslės jutiklių

Kvapo jutimas suaktyvėja, kai suaktyvinami uoslės receptoriai, esantys ląstelių žieve, esančioje uoslės gleivinės paviršiuje.

Šie receptoriai yra sujungti su heterotrimeriniu G baltymu, žinomu kaip „Golf“ (uoslės G baltymas), kuris turi tris subvienetus: „olf“, „ß“ ir „γ“.

Kai uoslės receptoriai suaktyvinami reaguojant į kvapą, šio baltymo subvienetai išsisklaido ir „olfas“ subvienetas suaktyvina fermento adenilo ciklazę, gamindamas ciklinį adenozino monofosfatą (cAMP).

CAMP aktyvina į CNG panašius kanalus (aktyvuojamus ciklinius nukleotidus) kalciui ir natriui. Šie jonai patenka į ląstelę, ją depoliarizuoja ir sukelia veiksmų potencialus, kurių dažnis nulems kvapo intensyvumą.

Įeinantis kalcis, kuris linkęs depoliarizuoti ląstelę, turi antagonistinį neigiamų atsiliepimų poveikį, šiek tiek vėliau, prisijungdamas prie kalmodulino ir tarp jų uždarydamas kanalą bei pašalindamas depoliarizuojančią stimulą, net jei kvapinis dirgiklis išlieka . Tai vadinama jutiklio suderinimu.

Kalmodulinas augaluose

Augalai taip pat reaguoja į tarpląstelinius kalcio jonų koncentracijos skirtumus, naudodamiesi kalmodulino baltymu. Šiuose organizmuose kalmodulinai turi daug struktūrinių ir funkcinių savybių su savo gyvūnais ir mielėmis, nors jie skiriasi kai kuriais funkciniais aspektais.

Pavyzdžiui, augaluose esantis kalmodulinas jungiasi su trumpomis peptidų sekomis jų tiksliniuose baltymuose, sukeldamas struktūrinius pokyčius, kurie keičia jų aktyvumą reaguojant į vidinius kalcio pokyčius.

Šiandien vis dar diskutuojama, kiek kalmodulinas kontroliuoja procesus, panašius į tuos, kurie vyksta augalų augaluose.

Nuorodos

1. Brenner B: Raumenys, in: Physiologie, 6-asis leidimas; R Klinke ir kt. (Red.). Štutgartas, Georg Thieme Verlag, 2010 m.
2. Ganong WF: Medicininės fiziologijos ląstelinis ir molekulinis pagrindas, in: Medicinos fiziologijos apžvalga, 25-asis leidimas. Niujorkas, „McGraw-Hill Education“, 2016 m.
3. Guyton AC, JE salė: Įvadas į endokrinologiją, in: Medicininės fiziologijos vadovėlis, 13-asis leidimas, AC Guyton, JE Hall (red.). Filadelfijoje, „Elsevier Inc.“, 2016 m.
4. Kaup UB, Müller F: Olfactorisches System, In: Physiologie, 4-asis leidimas; P Deetjen ir kt. (Red.). Miunchenas, „Elsevier GmbH“, „Urban & Fischer“, 2005 m.
5. Korbmacher C, Greger R, Brenner B, Silbernagl S: Die Zelle als Grundbaustein, in: Physiologie, 6-asis leidimas; R Klinke ir kt. (Red.). Štutgartas, Georg Thieme Verlag, 2010 m.
6. Zielinski, RE (1998). Augaluose esantys kalmoduliną ir kalmoduliną jungiantys baltymai. Metinė augalų biologijos apžvalga, 49 (1), 697–725.