Canlılardaki karmaşık hücresel ve fizyolojik süreçler, bir hayvanın veya bir bitkinin, örneğin habitata adaptasyonunu sağlamak için moleküler düzeyde ince ayarlı düzenleme gerektirir. Bu amaçla hücre iletişimi, metabolizma veya hücre bölünmesi gibi süreçlere müdahale eden çok sayıda molekül vardır. Bu moleküllerden biri proteindir calmodulinkalsiyum yardımıyla biyolojik olarak aktif olan diğer birçok proteinin işlevini etkiler.
Kalmodulin nedir?
Calmodulin, kalsiyum iyonlarını bağlayan hücre içi düzenleyici bir proteindir. Yapısından dolayı EF el proteinleri grubuna aittir. 148 amino asitten oluşan ve 6,5 nm uzunluğunda olan kalmodulinin şekli bir dambıla benziyor. Bu protein molekülünün moleküler kütlesi yaklaşık 17 kDa'dır.
Hücrelerdeki sinyal iletimindeki biyolojik işlevi nedeniyle, kalmodulin ayrıca ikinci bir haberci, yani kendisi enzimatik olarak aktif olmayan ikincil bir haberci madde olarak da sınıflandırılabilir. Proteinin iki küresel alanında, toplam dört kalsiyum iyonunun bağlanabildiği, 1.1 nm'lik bir mesafede iki sarmal halka-sarmal motifi vardır. Bu yapı EF eli olarak bilinir. EF-el yapıları, kalmodülinin antiparalel beta-tabakaları arasındaki hidrojen bağları ile bağlanır.
İşlev, efekt ve görevler
Calmodulin, aktif olması için molekül başına üç ila dört bağlı kalsiyum iyonuna ihtiyaç duyar. Aktif durumda, oluşan kalsiyum-kalmodulin kompleksi, çok çeşitli fonksiyonlara sahip çok sayıda reseptör, enzim ve iyon kanalının düzenlenmesinde rol oynar. Düzenlenen enzimler, bağışıklık tepkisinin düzenlenmesinde önemli bir rol oynayan fosfataz kalsinörini ve NO üreten endotelyal nitrik oksit sentazını (eNOS) içerir; bu, diğer şeylerin yanı sıra düz kasların gevşemesi için ve dolayısıyla Kan damarları.
Düşük kalsiyum konsantrasyonlarında, adenilat siklaz (AC) ayrıca yüksek kalsiyum konsantrasyonlarında, diğer yandan enzimatik muadili olan fosfodiesteraz (PDE) aktive olur. Bu şekilde, düzenleyici mekanizmaların kronolojik bir sekansı elde edilir: başlangıçta AC, döngüsel AMP (cAMP) üretimi yoluyla bir sinyal yolunu harekete geçirir, daha sonra bu, cAMP bozulması yoluyla rakip PDE tarafından tekrar kapatılır. Bununla birlikte kalmodulinin, aşağıda daha detaylı olarak açıklanacak olan CaM kinaz II veya miyosin hafif zincir kinaz (MLCK) gibi protein kinazlar üzerindeki düzenleyici etkisi özellikle bilinmektedir.
CAMKII, bir fosfat kalıntısını çeşitli proteinlere bağlayabilir ve böylece enerji metabolizmasını, iyonların geçirgenliğini ve hücrelerden nörotransmiterlerin salınmasını etkileyebilir. CAMKII, beyinde özellikle yüksek konsantrasyonlarda bulunur ve burada nöronal plastisitede önemli bir rol oynar. tüm öğrenme süreçleri. Ancak kalmodulin hareket süreçleri için de vazgeçilmezdir. Dinlenme durumunda, bir kas hücresindeki kalsiyum iyonlarının konsantrasyonu çok düşüktür ve kalmodulin bu nedenle inaktiftir. Bununla birlikte, kas hücresi uyarılırsa, kalsiyum hücre plazmasına akar ve bir kofaktör olarak kalmodulin üzerindeki dört bağlanma bölgesini işgal eder.
Bu artık, hücredeki kasılma liflerini kaydıran ve böylece kas kasılmasını sağlayan miyozin hafif zincir kinazı aktive edebilir. Kalmodulinin etkisi altında olan daha az bilinen diğer enzimler guanilat siklaz, Ca-Mg-ATPaz ve fosfolipaz A2'dir.
Eğitim, oluşum, özellikler ve optimum değerler
Calmodulin, tüm bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve amipli yaratıklar grubunu içeren tüm ökaryotlarda bulunur. Bu organizmalardaki kalmodulin molekülü genellikle nispeten benzer bir şekilde yapılandırıldığından, erken bir aşamada ortaya çıkan evrimsel olarak çok eski bir protein olduğu varsayılabilir.
Kural olarak, kalmodulin, bir hücrenin plazmasında nispeten büyük miktarlarda bulunur. Sinir hücrelerinin sitozolünde, örneğin, olağan konsantrasyon 30-50 uM civarındadır, yani 0.03-0.05 mol / L Protein, CALM-1, CALM-2 ve CALM-3 olarak adlandırılan, bugüne kadar bilinen üç alleli bulunan CALM geni kullanılarak transkripsiyon ve translasyon sırasında oluşturulur.
Hastalıklar ve Bozukluklar
Kalmodulin üzerinde inhibe edici bir etkiye sahip olabilen ve bu nedenle kalmodulin inhibitörleri olarak bilinen bazı kimyasallar vardır. Çoğu durumda, inhibe edici etkileri, kalsiyumu hücreden dışarı taşıdıkları ve böylece kalmodülinden çıkardıkları ve bu durumda sadece aktif olmayan durumda mevcut oldukları gerçeğine dayanır.
Bu inhibe edici maddeler arasında örneğin W-7 bulunur. Ek olarak, bazı psikotropik fenotiyazin ilaçları kalmodülini inhibe eder. Kalmodulinin düzenleyici fonksiyonları kadar geniş, protein kofaktör kalsiyum tarafından artık aktive edilemediğinde ve düzenlenmiş hedef enzimlerin kendileri daha az aktif olduğunda, akla gelebilecek kusurlar ve bozukluklar çok çeşitlidir. Örneğin CAMKII'nin yetersiz aktivasyonu, öğrenme süreçlerinin temelini oluşturan nöral plastisitede bir sınırlamaya yol açabilir.
MLCK'nin aktivasyonunun azalması, kasların kasılmasını engelleyerek hareket bozukluklarına yol açabilir. Kalkinodulin eksikliğinden dolayı kalsinörin enziminin daha az aktivasyonu vücudun bağışıklık tepkisini etkileyecek ve eNO'ların daha az aktivasyonu daha düşük NO konsantrasyonlarına yol açacaktır. İkincisi, esas olarak, nitrik oksidin istenmeyen kan pıhtılaşmasını önlemesi ve daha iyi kan dolaşımı amacıyla damarları genişletmesi beklendiğinde sorunlara neden olur. Ancak bu noktada da belirtmek gerekir ki, kalsiyum sensörü Frequenin belirli koşullar altında kalmodulinin biyolojik işlevlerini üstlenerek molekülün yerini alabilir.
