Calmodulin: Fungsi & Penyakit

Proses selular dan fisiologi yang kompleks dalam organisma hidup memerlukan peraturan yang diselaraskan pada tahap molekul untuk memastikan kesesuaian, misalnya, haiwan atau tumbuhan ke habitatnya. Untuk tujuan ini, banyak molekul wujud yang campur tangan dalam proses seperti komunikasi sel, metabolisme atau pembahagian sel. Salah satu daripadanya molekul adalah protein tenangodulin, yang, dengan bantuan kalsium, mempengaruhi fungsi banyak aktif lain secara biologi protein.

Apa itu tenangodulin?

Calmodulin adalah protein pengawal intraselular yang mengikat kalsium ion. Berdasarkan strukturnya, ia tergolong dalam kumpulan EF-hand protein. Bentuk tenangodulin, yang terdiri daripada 148 asid amino dan panjangnya 6.5 nm, menyerupai dumbbell. Molekul besar-besaran molekul protein ini kira-kira 17 kDa. Oleh kerana fungsi biologisnya dalam transduksi isyarat dalam sel, tenangodulin juga dapat diklasifikasikan sebagai utusan kedua, iaitu utusan sekunder yang tidak sendiri aktif secara enzimatik. Dalam dua domain sfera protein, terdapat dua motif helix-loop-helix masing-masing pada jarak 1.1 nm, dengan jumlah keseluruhan empat kalsium ion boleh diikat. Struktur ini disebut sebagai tangan EF. Struktur tangan EF dihubungkan oleh hidrogen ikatan antara lembaran beta antiparallel of tenangodulin.

Fungsi, tindakan, dan peranan

Calmodulin memerlukan tiga hingga empat ion kalsium terikat setiap molekul untuk aktif. Apabila diaktifkan, kompleks kalsium-tenangodulin yang terbentuk terlibat dalam pengaturan pelbagai reseptor, enzim, dan saluran ion dengan pelbagai fungsi. Antara enzim diatur adalah phosphatase calcineurin, yang memainkan peranan penting dalam pengaturan tindak balas imun, dan endotel oksida nitrik synthase (eNOS), yang menghasilkan NO, yang antara lain bertanggungjawab untuk kelonggaran otot licin dan dengan itu untuk pelebaran darah kapal. Di samping itu, pada kepekatan kalsium rendah adenylate cyclase (AC) diaktifkan, sedangkan pada kepekatan kalsium tinggi, rakan enzimnya, phosphodiesterase (PDE), diaktifkan. Oleh itu, urutan temporal mekanisme pengawalseliaan dicapai: pada mulanya, AC memulakan jalur isyarat melalui pengeluaran AMP siklik (cAMP); kemudian, laluan ini dimatikan lagi oleh PDE rakannya melalui degradasi cAMP. Walau bagaimanapun, kesan pengawalan tenangodulin pada protein kinase seperti CaM kinase II atau myosin light chain kinase (MLCK) sangat terkenal dan akan dibincangkan secara terperinci di bawah. CAMKII dapat mengikat a fosfat residu kepada pelbagai protein dan dengan itu mempengaruhi metabolisme tenaga, kebolehtelapan pada ion dan pembebasan neurotransmitter dari sel. CAMKII terdapat dalam kepekatan yang sangat tinggi di otak, di mana ia dianggap memainkan peranan penting dalam keplastikan neuron, iaitu semua pembelajaran proses. Tetapi tenangodulin juga sangat diperlukan untuk proses pergerakan. Dalam keadaan berehat, kepekatan ion kalsium dalam sel otot sangat rendah dan tenangodulin tidak aktif. Namun, ketika sel otot teruja, kalsium mengalir ke dalam plasma sel dan menempati empat tempat pengikat pada tenangodulin sebagai kofaktor. Ini sekarang dapat mengaktifkan kinase rantai ringan myosin, mengakibatkan pergeseran serat kontraktil dalam sel, sehingga memungkinkan pengecutan otot. Lain-lain yang kurang dikenali enzim di bawah pengaruh tenangodulin termasuk guanylate cyclase, Ca-Mg-ATPase, dan phospholipase A2.

Pembentukan, kejadian, sifat, dan tahap optimum

Calmodulin terdapat di semua eukariota, yang merangkumi semua tumbuhan, haiwan, kulat, dan kumpulan organisma amoeboid. Oleh kerana molekul tenangodulin dalam organisma ini biasanya relatif serupa dalam struktur, dapat diasumsikan bahawa ia adalah protein kuno yang berkembang pada awal evolusi. Sebagai peraturan, tenangodulin terdapat dalam jumlah yang banyak dalam plasma sel. Dalam sitosol sel-sel saraf, misalnya, yang biasa kepekatan kira-kira 30-50 μM, atau 0.03-0.05 mol / L. Protein dibentuk dalam konteks transkripsi dan terjemahan dengan menggunakan CALM gen, di mana terdapat tiga alel yang diketahui hingga kini, yang ditentukan CALM-1, CALM-2, dan CALM-3.

Penyakit dan gangguan

Terdapat sebilangan bahan kimia yang dapat memberikan kesan penghambatan pada tenangodulin dan oleh itu dikenali sebagai perencat tenangodulin. Dalam kebanyakan kes, kesan penghambatan mereka didasarkan pada fakta bahawa mereka mengangkut kalsium keluar dari sel dan dengan itu menariknya dari tenangodulin, yang maka hanya terdapat dalam keadaan tidak aktif. Bahan penghambat ini merangkumi, misalnya, W-7. Di samping itu, beberapa fenotiazin ubat psikotropik menghalang tenangodulin. Seluas fungsi pengawalseliaan tenangodulin, sama banyaknya kecacatan dan gangguan yang dapat dibayangkan ketika protein tidak lagi dapat diaktifkan oleh kalsium kofaktor dan dengan demikian enzim sasaran yang diatur pada gilirannya kurang aktif. Pengaktifan CAMKII yang kurang baik, misalnya, boleh mengakibatkan pembatasan keplastikan neuron, yang menjadi asas untuk pembelajaran proses. Penurunan pengaktifan MLCK mengganggu pengecutan otot, yang boleh membawa kepada gangguan pergerakan. Pengaktifan enzim kalsineurin yang lebih rendah kerana kekurangan kododulin akan mempengaruhi tindak balas imun badan, dan pengaktifan eNO yang lebih rendah akan membawa untuk menurunkan kepekatan NO. Yang terakhir menyebabkan masalah terutama di mana oksida nitrik sebaliknya seharusnya dapat mencegah perkara yang tidak diingini darah pembekuan dan pelebaran kapal untuk tujuan pengaliran darah yang lebih baik. Walau bagaimanapun, ia juga harus disebutkan pada tahap ini bahawa dalam keadaan tertentu sensor frekuensi kalsium dapat mengambil alih fungsi biologi tenangodulin dan dengan itu menggantikan molekul.