Sudėtingiems gyvų organizmų ląstelių ir fiziologiniams procesams reikia tiksliai sureguliuoti molekulinį lygį, kad būtų užtikrintas, pavyzdžiui, gyvūno ar augalo prisitaikymas prie jo buveinės. Šiuo tikslu daugybė molekulės egzistuoja, kurie įsikiša į tokius procesus kaip ląstelių komunikacija, metabolizmas ar ląstelių dalijimasis. Vienas iš šių molekulės yra baltymas kalmodulinas, kurio pagalba kalcis, daro įtaką daugelio kitų biologiškai aktyvių veiklai baltymai.
Kas yra kalmodulinas?
Kalmodulinas yra tarpląstelinis reguliuojamas baltymas, kuris jungiasi kalcis jonai. Pagal savo struktūrą jis priklauso EF rankos grupei baltymai. Kalodulino forma, kurią sudaro 148 amino rūgštys ir yra 6.5 nm ilgio, primena hantelį. Molekulinė masė šios baltymo molekulės yra apie 17 kDa. Dėl savo biologinės funkcijos perduodant signalą ląstelėse, kalmodulinas taip pat gali būti klasifikuojamas kaip antrasis pasiuntinys, ty antrinis pasiuntinys, kuris pats nėra fermentiškai aktyvus. Dviejose sferinėse baltymo srityse yra du spiralės-kilpos-spiralės motyvai, kurių kiekvienas yra 1.1 nm atstumu, o iš viso iš jų yra keturi kalcis jonai gali būti surišti. Ši struktūra vadinama EF ranka. EF rankos struktūros yra sujungtos vandenilis ryšiai tarp antiparalelių kalodulino beta lakštų.
Funkcija, veiksmas ir vaidmenys
Norint, kad kalmodulinas būtų aktyvus, kiekvienoje molekulėje reikia nuo trijų iki keturių surištų kalcio jonų. Suaktyvėjęs susidaręs kalcio-kalmodulino kompleksas dalyvauja reguliuojant įvairius receptorius, fermentai (enzimai)ir jonų kanalai, turintys platų funkcijų spektrą. Tarp fermentai (enzimai) reguliuojami fosfatazės kalcineurinas, kuris vaidina svarbų vaidmenį reguliuojant imuninį atsaką, ir endotelio azoto oksido sintazė (eNOS), gaminanti NO, kuri, be kita ko, yra atsakinga už poilsis lygiųjų raumenų ir taip išplėsti kraujas laivai. Be to, esant mažoms kalcio koncentracijoms, aktyvinama adenilato ciklazė (AC), o esant didelėms kalcio koncentracijoms, aktyvuojamas jos fermentinis atitikmuo fosfodiesterazė (PDE). Taigi pasiekiama reguliavimo mechanizmų laiko seka: iš pradžių AC inicijuoja signalo kelią gamindama ciklinį AMP (cAMP); vėliau šį kelią vėl išjungia jo atitikmuo PDE dėl cAMP degradacijos. Tačiau kalmodulino reguliacinis poveikis baltymų kinazėms, tokioms kaip CaM kinazė II ar miozino lengvosios grandinės kinazė (MLCK), yra ypač gerai žinomas ir bus išsamiai aptartas toliau. CAMKII gali surišti a fosfatas likučių į įvairius baltymai ir tuo įtakoti energijos apykaita, pralaidumas jonams ir neurotransmiterių išsiskyrimas iš ląstelių. CAMKII yra ypač didelė koncentracija smegenys, kur manoma, kad jis vaidina svarbų vaidmenį neuronų plastikoje, t mokymasis procesus. Tačiau kalmodulinas yra būtinas ir judėjimo procesams. Esant ramybės būsenai, koncentracija kalcio jonų raumenų ląstelėje yra labai mažai, todėl kalmodulinas yra neaktyvus. Tačiau sužadinus raumenų ląstelę, kalcis teka į ląstelės plazmą ir užima keturias kalmodulino jungimosi vietas kaip kofaktorius. Tai dabar gali suaktyvinti miozino lengvosios grandinės kinazę, dėl ko ląstelėje susitraukia susitraukiančios skaidulos, taip sudarant sąlygas raumenų susitraukimui. Kiti mažiau žinomi fermentai (enzimai) pagal kalmodulino įtaką yra guanilato ciklazė, Ca-Mg-ATPazė ir fosfolipazė A2.
Formavimas, atsiradimas, savybės ir optimalus lygis
Kalmodulino yra visuose eukariotuose, kurie apima visus augalus, gyvūnus, grybus ir ameboidinių organizmų grupę. Kadangi kalodulino molekulė šiuose organizmuose paprastai yra gana panaši pagal struktūrą, galima manyti, kad tai yra vystymosi požiūriu senovės baltymas, atsiradęs ankstyvoje evoliucijoje. Paprastai kalmodulino ląstelės plazmoje yra gana dideliais kiekiais. Pavyzdžiui, nervinių ląstelių citozolyje įprasta koncentracija yra apie 30-50 μM arba 0.03-0.05 mol / l. Baltymas susidaro transkripcijos ir transliacijos kontekste naudojant CALM genas, iš kurių iki šiol yra žinomi trys aleliai, žymimi CALM-1, CALM-2 ir CALM-3.
Ligos ir sutrikimai
Yra keletas cheminių medžiagų, kurios gali slopinti kalmoduliną, todėl yra žinomos kaip kalmodulino inhibitoriai. Daugeliu atvejų jų slopinamasis poveikis yra pagrįstas tuo, kad jos transportuoja kalcį iš ląstelės ir taip pašalina jį iš kalmodulino, kuris yra tada būna tik neaktyvioje būsenoje. Šios slopinančios medžiagos apima, pavyzdžiui, W-7. Be to, kai kurie fenotiazinas psichotropiniai vaistai slopinti kalmoduliną. Kiek plačios yra kalmodulino reguliavimo funkcijos, tiek įvairūs yra galimi defektai ir sutrikimai, kai baltymas nebegali būti aktyvuojamas kalcio veiksniu ir todėl reguliuojami tiksliniai fermentai savo ruožtu yra mažiau aktyvūs. Pavyzdžiui, dėl nepakankamo CAMKII aktyvavimo gali būti ribojamas neuronų plastiškumas, kuris yra pagrindas mokymasis procesus. Sumažėjus MLCK aktyvacijai, sutrinka raumenų susitraukimas, o tai gali vadovauti į judėjimo sutrikimus. Mažesnis fermento kalcineurino aktyvavimas dėl kalmodulino trūkumo paveiktų organizmo imuninį atsaką, o mažesnis eNO aktyvavimas vadovauti sumažinti NO koncentracijas. Pastarasis kelia problemų, ypač kur azoto oksido kitaip turėtų užkirsti kelią nepageidaujamam kraujas krešėti ir išsiplėsti laivai geresnio kraujo tekėjimo tikslu. Tačiau šioje vietoje taip pat reikėtų paminėti, kad esant tam tikroms sąlygoms, kalcio jutiklis frekvenceninas gali perimti biologines kalmodulino funkcijas ir taip pakeisti molekulę.
