Struktur, fungsi dan mekanisme tindakan calmodulin

Calmodulin Ini adalah istilah yang bermaksud "protein yang diubahsuai kalsium", dan merujuk kepada protein intrasel kecil yang memiliki harta kalsium ion (Ca ++) dan menengahi banyak tindakan intraselnya. Asal Firman dilahirkan dari gabungan kata -kata bahasa Inggeris 'kalsium', 'dimodulasi' dan 'protein' yang, ketika bersama -sama, berasal LimeCium ModulProteaDalam.

Antara unsur -unsur mineral yang menjadi sebahagian daripada perlembagaan organisma haiwan, kalsium, diikuti oleh fosforus, jauh berbeza dari yang paling banyak, kerana tulang dibentuk oleh pemendapan dalam matriksnya sejumlah besar garam mineral yang terbentuk dari ini ion.

Skim Calmodulin dan Tapak Kesatuan Kalsiumnya (Sumber: PDB [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)

Sudah tentu, garam mineral kalsium ini penting untuk perlembagaan dan penyesuaian sistem rangka vertebrata, tetapi ia adalah bentuk kalsium (Ca ++) yang terionisasi dalam larutan dalam cecair badan yang menjadi kepentingan fisiologi yang berkaitan dengan kehidupan Kehidupan organisma.

Kation ini, dengan dua caj elektrik positif dalam strukturnya, boleh bertindak sebagai penghantar semasa apabila bergerak melalui membran sel dan mengubah tahap potensi elektriknya di banyak sel -sel yang mengasyikkan badan, terutamanya dalam otot jantung.

Tetapi kaitan fisiologi yang lebih besar adalah hakikat bahawa banyak tindak balas pengawalseliaan sel yang dipecat oleh rangsangan luaran, seperti neurotransmiter, hormon atau faktor fizikal atau biokimia yang lain, adalah spesies air terjun metabolik di mana beberapa protein secara berurutan, beberapa di antaranya adalah enzim yang enzim iaitu enzim yang enzim mereka memerlukan kalsium untuk pengaktifan atau tidak aktif.

Kemudiannya dikatakan dalam kes -kes ini bahawa kalsium bertindak sebagai utusan kedua dalam air terjun metabolik yang bertujuan untuk memiliki hasil akhir yang akan menjadi tindak balas sel yang diperlukan untuk memenuhi keperluan yang dikesan di tahap yang lain selain sel itu sendiri, dan yang memerlukan daripadanya jawapan itu.

Kalsium boleh bertindak secara langsung pada sasaran biokimia untuk mempengaruhi aktivitinya, tetapi sering memerlukan penyertaan protein yang harus disatukan untuk dapat memberi kesan kepada protein untuk mengubah suai. Calmodulin adalah salah satu daripada protein pengantara.

[TOC]

Struktur

Calmodulin, dari kehebatan yang hebat, kerana ia dinyatakan dalam hampir semua jenis sel organisma eukariotik, ia adalah protein asid kecil kira -kira 17 kDa berat molekul, yang strukturnya sangat dipelihara di kalangan spesies.

Boleh melayani anda: Saluran Ionik: Struktur, Fungsi, Jenis

Ia adalah protein monomerik, iaitu, ia dibentuk oleh rantaian polipeptida tunggal, yang mengadopsi di terminalnya menamatkan bentuk domain globular bersatu antara satu sama lain oleh kipas alfa. Setiap domain globular mempunyai dua sebab yang dikenali sebagai tangan EF (dari bahasa Inggeris Ef Tangan) yang tipikal protein yang mengikat kalsium.

Calmodulin dikaitkan dengan ion kalsium (sumber: Webridge [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/lesen/by-sa/4.0)] melalui Wikimedia Commons)

Motif topologi "EF" ini mewakili sejenis struktur supersecundaria; Mereka dikaitkan antara satu sama lain, dalam setiap domain globular, dengan kawasan yang mempunyai fleksibiliti yang hebat dan di setiap mereka terdapat tapak persimpangan untuk Ca ++, yang melemparkan 4 tapak secara keseluruhan untuk setiap molekul calmodulin.

Kesatuan ion kalsium, dengan beban positif, mungkin berkat kehadiran sisa asid amino dengan rantai sisi yang dikenakan secara negatif di tapak kesatuan kalsium dari kalsium calmodulin. Sisa ini adalah tiga aspartat dan glutamat.

Fungsi calmodulin

Semua fungsi yang sejauh ini dikenali untuk calmodulin dibingkai dalam sekumpulan tindakan yang dipromosikan oleh peningkatan kalsium sitosolik yang dihasilkan oleh pintu masuknya dari ruang ekstraselular atau keluar dari deposit intrasel: mitokondria dan reticulum endoplasmik.

Banyak tindakan kalsium dipenuhi oleh ion ini yang bertindak secara langsung pada protein putihnya, yang boleh menjadi pelbagai sifat dan fungsi. Sesetengah protein ini tidak boleh dipengaruhi secara langsung, tetapi memerlukan kalsium itu menyertai calmodulin dan kompleks ini yang bertindak terhadap protein yang dipengaruhi oleh ion.

Dikatakan tentang protein putih ini yang bergantung kepada kalmodulin dan di antara mereka berpuluh-puluh enzim, seperti protein, proteinphosphase, siklus nukleotida dan fosfodiesterase; Semua yang terlibat dalam fungsi fisiologi yang banyak termasuk:

- Metabolisme

- Pengangkutan zarah

- Mobiliti Visceral

- Rembesan bahan

- Persenyawaan ovul

- Ungkapan genetik

- Proliferasi sel

- Integriti struktur sel

- Komunikasi antara sel, dll.

Antara protein bergantung kepada calmodulin disebut: Cinase Rantaian Cahaya Myosin (MLCK), phosphorylase Cinase, dan Ca ++/Calmodulin Cinasas I, II dan III.

Oleh itu, maklumat yang dikodkan oleh isyarat kalsium (peningkatan atau penurunan dalam kepekatan intraselnya) adalah "decipherd" oleh protein kesatuan kalsium ini dan lain -lain, yang menjadikan isyarat perubahan biokimia; Dengan kata lain, calmodulin adalah protein perantara dalam proses isyarat yang bergantung kepada kalsium.

Boleh melayani anda: Glut 2: Ciri -ciri, Struktur, Fungsi

Mekanisme tindakan

Calmodulin adalah protein yang sangat serba boleh, kerana protein "sasaran "nya jauh berbeza dalam bentuk, urutan, saiz dan fungsi. Oleh kerana ia adalah protein yang berfungsi sebagai "sensor" ion kalsium, mekanisme tindakannya bergantung kepada perubahan yang disebabkan oleh struktur dan/atau penyesuaiannya apabila ia bergabung dengan empat ion ini.

Mekanisme tindakannya dapat dicontohkan dengan mengkaji secara ringkas penyertaan mereka dalam beberapa proses fisiologi seperti penguncupan otot licin dan penyesuaian kepada bau yang dialami oleh sel hidung mukosa penciuman di hidung.

Penguncupan otot calmodulin dan licin

Struktur jambatan myosin cruciate dan calmodulin dalam rasuk actin microvellosing. Sumber: Jeffrey W. Coklat, c. James McKnight [CC oleh (https: // creativeCommons.Org/lesen/oleh/3.0)]

Penguncupan otot rangka dan jantung dicetuskan apabila peningkatan cytosolic Ca ++ mencapai tahap di atas 10-6 mol/L dan ion ini mengikat ke troponin C, yang mengalami perubahan pada osterik yang mempengaruhi tropomiosin. Sebaliknya, tropomiosin bergerak dan mendedahkan di actin tapak kesatuannya dengan myosin, memperoleh proses kontraksi yang dicetuskan.

Dalam otot licin tidak ada troponin c, dan peningkatan Ca ++ di atas tahap yang ditunjukkan menggalakkan kesatuannya dengan calmodulin. Kompleks Ca-calmodulin aktif ke pawagam rantaian cahaya myosin (MLCK), yang seterusnya memfosforasikan ke rantai cahaya ini, mengaktifkan myosin dan mencetuskan proses kontraksi.

Peningkatan Ca ++ diberikan oleh pintu masuknya dari luar atau keluar dari retikulum sarcoplasmic dengan tindakan inositol tryphosphate (IP3) yang dikeluarkan oleh fosfolipase C dalam air terjun yang diaktifkan oleh reseptor protein GQ. Relaksasi berlaku apabila Ca ++, dengan tindakan pengangkutan, dikeluarkan dari sitosol dan kembali ke tapak sumbernya.

Perbezaan penting antara kedua-dua jenis penguncupan adalah bahawa dalam otot-otot striated (jantung dan kerangka) Ca ++ menginduksi perubahan alestherical apabila menyertai proteinnya, troponin, sementara dalam lancar perubahan yang dihasilkan oleh Ca-calmodulin adalah kovalen dan menyiratkan menyiratkan fosforilasi myosin.

Oleh itu, apabila tindakan Ca ++ selesai, penyertaan enzim lain yang menghilangkan fosfat yang ditambah oleh pawagam diperlukan. Enzim baru ini adalah fosfatase rantaian cahaya myosin (MLCP) yang kegiatannya tidak bergantung kepada calmodulin, tetapi dikawal oleh jalan lain.

Sebenarnya, proses otot licin kontraksi tidak terhenti, tetapi tahap penguncupan dikekalkan pada tahap pertengahan yang mengakibatkan keseimbangan tindakan kedua -dua enzim, MLCK dikawal oleh Ca ++ dan calmodulin, dan MLCP dikemukakan kepada yang lain Kawalan pengawalseliaan.

Boleh melayani anda: pachyne

Adaptasi dalam sensor penciuman

Sensasi berbau memicu apabila reseptor penciuman terletak di dalam silia sel yang terletak di permukaan mukosa penciuman diaktifkan.

Reseptor ini ditambah pula dengan protein G heterotropik yang dikenali sebagai "golf" (protein g olfactory), yang mempunyai tiga subunit: "αolf", "ß" dan "γ".

Apabila reseptor penciuman diaktifkan sebagai tindak balas kepada bau, subunit protein ini dipisahkan dan subunit "αolf" mengaktifkan enzim adenylciclase, menghasilkan adenosine cyclic monophosphate (AMPC).

AMPC mengaktifkan saluran jenis CNG (diaktifkan oleh nukleotida kitaran) untuk kalsium dan natrium. Ion -ion ini memasuki sel, depolarize dan menyebabkan permulaan potensi tindakan yang kekerapannya akan menentukan intensiti bau.

Kalsium yang memasuki, yang cenderung untuk depolarize sel, mempunyai kesan antagonistik maklum balas negatif, agak kemudian, dengan menyertai calmodulin dan di antara mereka menutup saluran dan menghapuskan rangsangan depolarizing, walaupun fakta bahawa rangsangan berbau berterusan. Ini dipanggil penyesuaian sensor.

Calmodulin dalam tumbuh -tumbuhan

Tumbuhan juga bertindak balas terhadap perbezaan kepekatan intrasel dari ion kalsium melalui protein calmodulin. Dalam organisma ini, calmodulins berkongsi banyak ciri struktur dan fungsi dengan rakan -rakan mereka dalam haiwan dan ragi, walaupun mereka berbeza dalam beberapa aspek fungsional.

Sebagai contoh, calmodulin dalam tumbuhan menyertai urutan peptida pendek dalam protein putihnya, mendorong perubahan struktur yang mengubah aktiviti mereka sebagai tindak balas kepada variasi kalsium dalaman.

Sejauh manakah kawalan calmodulin dalam tumbuh -tumbuhan proses analogi yang mana ia berlaku pada haiwan, adalah sesuatu yang masih menjadi subjek perbincangan hari ini.

Rujukan

1. Brenner B: Musculatur, dalam: Fisiologi, Ed 6; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
2. Ganong WF: Asas Molekul Fisiologi Perubatan, dalam: Dalam: Kajian Fisiologi Perubatan, Edisi ke -25. New York, McGraw-Hill Education, 2016.
3. Guyton AC, Hall Ji: Pengenalan kepada Endokrinologi, dalam: Buku teks fisiologi perubatan, Ed ke -13, AC Guyton, Je Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
4. Kaup UB, Müller F: Sistem Olfactorisches, dalam: Physiologie, ed 4; P Deetjen et al (eds). München, Elsevier GmbH, Urban & Fischer, 2005.
5. Korbmacher C, Greger R, Brenner B, Silbernagl S: Die Zelle Als Grundbaustein, dalam: Fisiologi, Ed 6; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
6. Zielinski, r. Dan. (1998). Protein calmodulin dan calmodulin yang mengikat di tumbuh-tumbuhan. Kajian Tahunan Biologi Loji, 49 (1), 697-725.