CALMODULIN: ISTRAKTURA, PAG-ANDAR AT MEKANISMO NG PAGKILOS - BIOLOGY - 2025

Ang Calmodulin ay isang term na nangangahulugang "calcium modulated protein", at tumutukoy sa isang maliit na intracellular protein na may ari-arian na nagbubuklod sa calcium calcium (Ca ++) at pag-mediate ng marami sa mga intracellular na pagkilos nito. Ang pinagmulan ng salita ay nagmula sa pagsasama ng mga salitang Ingles na 'calcium', 'modulated' at 'protein' na, kung magkasama, magmula sa CAL cium MODUL ated prote IN .

Kabilang sa mga elemento ng mineral na naging bahagi ng konstitusyon ng mga organismo ng hayop, kaltsyum, na sinusundan ng posporus, ay sa pinakamalaki, dahil ang buto ay nabuo ng pag-aalis sa matris nito ng maraming halaga ng mga asing-gamot sa mineral. nabuo mula sa ion na ito.

Scheme ng kalinisan at mga site na nagbubuklod ng calcium (Pinagmulan: PDB sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Siyempre, ang mga mineral asing-gamot na kaltsyum na ito ay mahalaga para sa konstitusyon at pagsasaayos ng sistema ng balangkas ng mga vertebrates, ngunit ito ay ang ionized form ng calcium (Ca ++) sa solusyon sa mga likido sa katawan na nakakakuha ng isang may-katuturang kahalagahan ng physiological para sa buhay ng mga hayop. mga organismo.

Ang kation na ito, na may dalawang labis na positibong singil sa koryente sa istraktura nito, ay maaaring kumilos bilang isang kasalukuyang transporter sa pamamagitan ng paglipat sa pamamagitan ng lamad ng cell at pagbabago ng antas ng potensyal na elektrikal sa marami sa mga nakalulugod na mga cell ng katawan, pangunahin sa kalamnan ng puso.

Ngunit ng higit na kaugnayan sa physiological ay ang katunayan na maraming mga reaksyon ng regulasyon ng cellular na na-trigger ng mga panlabas na stimuli, tulad ng mga neurotransmitters, hormones, o iba pang mga pisikal o biochemical factor, ay mga species ng metabolic cascades kung saan maraming mga protina ang sunud-sunod na lumahok, ilan sa mga ito ay mga enzyme na nangangailangan ng calcium para sa kanilang pag-activate o di-aktibo.

Pagkatapos ay sinabi sa mga kasong ito na ang kaltsyum ay kumikilos bilang pangalawang messenger sa isang metabolic cascade na nakalaan upang magkaroon ng pangwakas na resulta na magiging katulad ng pagtugon ng cellular na kinakailangan upang masiyahan ang isang pangangailangan na napansin sa ibang antas kaysa sa cell mismo, at nangangailangan ito sa kanya ang partikular na sagot.

Ang kaltsyum ay maaaring kumilos nang direkta sa kanyang biochemical target upang maimpluwensyahan ang aktibidad nito, ngunit madalas na hinihiling nito ang pakikilahok ng isang protina na dapat itong magbigkis upang maipalabas ang epekto nito sa mga (protein) na protina. Ang Calmodulin ay isa sa mga protina na tagapamagitan.

Istraktura

Ang Calmodulin, na kung saan ay lubos na nasa lahat, dahil naipapahayag ito sa halos lahat ng mga uri ng cell sa mga eukaryotic na organismo, ay isang maliit na protina na acidic na may bigat na molekula na mga 17 kDa, ang istraktura na kung saan ay lubos na inalagaan sa mga species.

Ito ay isang monomeric protein, iyon ay, binubuo ito ng isang solong chain ng polypeptide, na sa mga terminal nito ay tumatagal ng form ng globular domain na sinamahan ng isang alpha helix. Ang bawat globular domain ay may dalawang motif na kilala bilang kamay ng EF (kamay ng EF) na karaniwang para sa mga protina na nagbubuklod ng calcium.

Ang Calmodulin ay nakasalalay sa apat na mga ion ng calcium (Pinagmulan: Webridge sa pamamagitan ng Wikimedia Commons)

Ang mga ito na "kamay kamay" topological motif ay kumakatawan sa isang uri ng supersecondary na istruktura; Ang mga ito ay naka-link sa bawat isa, sa bawat globular domain, sa pamamagitan ng isang rehiyon ng mahusay na kakayahang umangkop at sa bawat isa sa kanila ay may isang nagbubuklod na site para sa Ca ++, na nagbubunga ng 4 na mga site sa kabuuan para sa bawat molodong kalabasa.

Ang pagbubuklod ng mga positibong sisingilin na mga ion ng calcium ay posible sa pamamagitan ng pagkakaroon ng mga residue ng amino acid na may negatibong sisingilin sa mga tanikala ng kaltsyum sa kalkulasyon ng kaltsyum. Ang mga nalalabi ay tatlong aspartate at isang glutamate.

Mga Pag-andar ng kalakal

Ang lahat ng mga pag-andar na kilala hanggang ngayon para sa kalinisan ay naka-frame sa loob ng isang pangkat ng mga pagkilos na na-promote ng pagtaas ng cytosolic calcium na ginawa ng pagpasok nito mula sa extracellular space o paglabas nito mula sa intracellular deposit: mitochondria at endoplasmic reticulum.

Marami sa mga pagkilos ng calcium ay isinasagawa ng ion na ito na kumikilos nang direkta sa mga target na protina nito, na maaaring magkakaiba-iba ng mga uri at pag-andar. Ang ilan sa mga protina na ito ay hindi maaaring direktang maimpluwensyahan, ngunit nangangailangan ng kaltsyum na magbigkis sa kalmado at ito ay ang komplikadong ito na kumikilos sa protina na naiimpluwensyahan ng ion.

Ang mga target na protina ay sinasabing nakasalalay sa kaltsyum-kalakal at nagsasama ng dose-dosenang mga enzyme, tulad ng mga protina na kinase, protina phosphatases, mga siklo ng nucleotide, at phosphodiesterases; lahat ng mga ito ay kasangkot sa isang napakaraming mga function ng physiological na kasama ang:

- Ang metabolismo

- Ang transportasyon ng mga particle

- Kadaliang kumilos ng Visceral

- Ang pagtatago ng mga sangkap

- Pagpapabunga ng mga ovule

- Pagpapahayag ng genetic

- Paglaganap ng Cell

- Ang istruktura ng integridad ng mga cell

- Intercellular na komunikasyon, atbp.

Kabilang sa mga kinase na may protina ng kalmado ng kalabasa, ang mga sumusunod ay nabanggit: myosin light chain kinase (MLCK), phosphorylase kinase, at Ca ++ / calmododase kinases I, II at III.

Kaya, ang impormasyong nai-encode ng mga senyas ng calcium (pagtaas o pagbaba sa intrellular na konsentrasyon nito) ay "decoded" ng ito at iba pang mga protina na nagbubuklod ng kaltsyum, na nagpapalit ng mga senyas sa mga pagbabago sa biochemical; sa madaling salita, ang calmodulin ay isang pansamantalang protina sa mga proseso ng pag-sign na nakasalalay sa kaltsyum.

Mekanismo ng pagkilos

Ang Calmodulin ay isang maraming nalalaman na protina, dahil ang mga "target" na protina ay malaki ang magkakaibang sa hugis, pagkakasunud-sunod, laki, at pag-andar. Dahil ito ay isang protina na gumaganap bilang isang "sensor" para sa mga ion ng kaltsyum, ang mekanismo ng pagkilos na ito ay nakasalalay sa mga pagbabago na sapilitan sa istruktura at / o pagbuo sa sandaling ito ay nagbubuklod sa apat sa mga ion na ito.

Ang mga mekanismo ng pagkilos nito ay maaaring maipakita sa pamamagitan ng maikling pagsusuri sa pakikilahok nito sa isang pares ng mga proseso ng physiological tulad ng pagwawasto ng visceral na makinis na kalamnan at pagbagay sa mga odors na dinanas ng mga cell ng buhok ng olfactory mucosa sa ilong.

Calmodulin at makinis na pag-urong ng kalamnan

Istraktura ng myosin 1A at kalmado na cross-tulay sa actin bundle ng microvilli. Pinagmulan: Jeffrey W. Brown, C. James McKnight

Ang pag-urong ng kalamnan at cardiac na kalamnan ay na-trigger kapag ang pagtaas sa cytosolic Ca ++ ay umabot sa mga antas sa itaas ng 10-6 mol / l at ang ion na ito ay nagbubuklod sa troponin C, na sumasailalim sa mga allosteric na pagbabago na nakakaapekto sa tropomyosin. Kaugnay nito, ang tropomyosin ay gumagalaw, na inilalantad ang mga myosin-binding sites sa actin, na nagiging sanhi ng sunog na proseso.

Ang Troponin C ay hindi umiiral sa makinis na kalamnan, at ang pagtaas ng Ca ++ sa itaas ng ipinahiwatig na antas ay nagtataguyod ng pagbubuklod nito sa kalmado. Ang Ca-calmodulin complex ay nagpapa-aktibo ng myosin light chain kinase (MLCK), na kung saan naman, ang mga phosphory template ng light chain na ito, ay nagpapa-aktibo sa myosin, at nag-udyok sa proseso ng contrile.

Ang pagtaas sa Ca ++ ay nangyayari sa pamamagitan ng pagpasok nito mula sa labas o paglabas nito mula sa sarcoplasmic reticulum sa pamamagitan ng pagkilos ng inositol triphosphate (IP3) na pinakawalan ng phospholipase C sa kaskad na isinaaktibo ng mga receptor na isinama sa Gq protein. Ang pagpapahinga ay nangyayari kapag ang Ca ++, sa pamamagitan ng pagkilos ng mga transporter, ay tinanggal mula sa cytosol at bumalik sa mga site na pinagmulan nito.

Ang isang mahalagang pagkakaiba sa pagitan ng parehong mga uri ng pag-urong ay na sa mga striated na kalamnan (cardiac at skeletal) Ang Ca ++ ay nagpapahiwatig ng allosteric na pagbabago sa pamamagitan ng pag-iikot sa protina nito, troponin, habang sa makinis na mga kalamnan ang mga pagbabago na ginawa ni Ca-calododulin ay covalent at nagpapahiwatig phosphorylation ng myosin.

Samakatuwid, sa sandaling natapos ang pagkilos ng Ca ++, ang pakikilahok ng isa pang enzyme ay kinakailangan upang alisin ang pospeyt na idinagdag ng kinase. Ang bagong enzyme na ito ay myosin light chain fosfatase (MLCP) na ang aktibidad ay hindi nakasalalay sa kalakal, ngunit kinokontrol ng ibang mga daanan.

Sa katotohanan, ang proseso ng pag-contrile ng makinis na kalamnan ay hindi tumitigil nang lubusan, ngunit ang antas ng pag-urong ay nananatili sa isang antas ng intermediate bilang isang resulta ng balanse ng mga pagkilos ng parehong mga enzymes, ang MLCK na kinokontrol ng Ca ++ at calmodulin, at ang MLCP ay nasasakop. sa iba pang mga kontrol sa regulasyon.

Ang pagbagay sa mga sensor ng olfactory

Ang amoy na pang-amoy ay na-trigger kapag ang mga receptor ng olfactory na matatagpuan sa cilia ng mga cell na matatagpuan sa ibabaw ng olfactory mucosa ay isinaaktibo.

Ang mga receptor na ito ay kaisa sa isang heterotrimeric G protein na kilala bilang "Golf" (olfactory G protein), na mayroong tatlong mga subunits: "αolf", "ß" at "γ".

Kapag ang mga receptor ng olfactory ay isinaaktibo bilang tugon sa isang amoy, ang mga subunits ng dissociate na ito ng protina at ang subalitang "αolf" ay nagpapa-aktibo sa enzyme adenyl cyclase, na gumagawa ng cyclic adenosine monophosphate (cAMP).

Ang cAMP ay nag-activate ng mga channel na tulad ng CNG (naisaaktibo ng mga cyclic nucleotides) para sa calcium at sodium. Ang mga ion na ito ay pumapasok sa cell, binabawasan ito at nagiging sanhi ng pagsisimula ng mga potensyal na pagkilos na ang dalas ay matukoy ang intensity ng amoy.

Ang kaltsyum na pumapasok, na may posibilidad na mabawasan ang cell, ay may isang antagonistic na epekto ng negatibong feedback, sa kalaunan, sa pamamagitan ng pagbubuklod sa calmodulin at sa pagitan ng mga ito ay isinasara ang channel at tinanggal ang depolarizing stimulus, kahit na ang mabangong pampasigla ay nagpapatuloy. . Ito ay tinatawag na pagtutugma ng sensor.

Calmodulin sa mga halaman

Tumugon din ang mga halaman sa mga pagkakaiba-iba sa intraselular na konsentrasyon ng mga ion ng kaltsyum sa pamamagitan ng protina ng kalmotulin. Sa mga organismo na ito, ang mga mahinahon ay nagbabahagi ng maraming mga istruktura at pagganap na katangian sa kanilang mga hayop at lebadura, bagaman naiiba sila sa ilang mga functional na aspeto.

Halimbawa, ang calmodulin sa mga halaman ay nagbubuklod sa mga maiikling pagkakasunud-sunod ng peptide sa loob ng kanilang mga target na protina, na nagpapasigla ng mga pagbabago sa istruktura na nagbabago sa kanilang mga aktibidad bilang tugon sa mga panloob na pagkakaiba-iba sa calcium.

Hanggang saan kinokontrol ng kalmado ang proseso ng pagkakatulad sa mga nagaganap sa mga hayop sa mga halaman ay isang bagay na nananatiling isang bagay na talakayan ngayon.

Mga Sanggunian

1. Brenner B: Musculatur, sa: Physiologie, ika-6 ed; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
2. Ganong WF: Mga Batayang Cellular & Molecular ng Medical Physiology, sa: Review ng Medical Physiology, ika-25 ed. New York, Edukasyon ng McGraw-Hill, 2016.
3. Guyton AC, Hall JE: Panimula sa endocrinology, sa: Textbook of Medical Physiology, ika-13 ed, AC Guyton, JE Hall (eds). Philadelphia, Elsevier Inc., 2016.
4. Kaup UB, Müller F: Olfactorisches System, In: Physiologie, 4th ed; P Deetjen et al (eds). München, Elsevier GmbH, Urban & Fischer, 2005.
5. Korbmacher C, Greger R, Brenner B, Silbernagl S: Die Zelle als Grundbaustein, sa: Physiologie, ika-6 ed; R Klinke et al (eds). Stuttgart, Georg Thieme Verlag, 2010.
6. Zielinski, RE (1998). Ang mga Calmodulin at calodulin na nagbubuklod na protina sa mga halaman. Taunang pagsusuri ng biology ng halaman, 49 (1), 697-725.