Các quá trình tế bào và sinh lý phức tạp trong cơ thể sống đòi hỏi sự điều chỉnh tinh vi ở cấp độ phân tử để đảm bảo khả năng thích nghi của động vật hoặc thực vật với môi trường sống của chúng. Để đạt được điều này, rất nhiều phân tử tồn tại can thiệp vào các quá trình như giao tiếp tế bào, trao đổi chất hoặc phân chia tế bào. Một trong số này phân tử là protein calmodulin, với sự trợ giúp của canxi, ảnh hưởng đến chức năng của nhiều hoạt động sinh học khác protein.
Calmodulin là gì?
Calmodulin là một protein điều hòa nội bào liên kết canxi các ion. Dựa trên cấu trúc của nó, nó thuộc nhóm EF-hand protein. Hình dạng của calmodulin, bao gồm 148 amino axit và dài 6.5 nm, giống như một quả tạ. Phân tử khối lượng của phân tử protein này là khoảng 17 kDa. Do chức năng sinh học của nó trong việc truyền tín hiệu trong tế bào, calmodulin cũng có thể được phân loại là chất truyền tin thứ hai, tức là chất truyền tin thứ cấp mà bản thân nó không có hoạt tính enzym. Trong hai miền hình cầu của protein, có hai mô-típ xoắn-vòng-xoắn, mỗi mô-típ ở khoảng cách 1.1 nm, tổng cộng có bốn mô canxi các ion có thể liên kết với nhau. Cấu trúc này được gọi là bàn tay EF. Các cấu trúc bàn tay EF được kết nối bằng khinh khí liên kết giữa các tấm beta đối song của calmodulin.
Chức năng, hành động và vai trò
Calmodulin yêu cầu ba đến bốn ion canxi liên kết trên mỗi phân tử để hoạt động. Khi được kích hoạt, phức hợp canxi-calmodulin được hình thành có liên quan đến việc điều chỉnh nhiều loại thụ thể, enzyme, và các kênh ion với nhiều chức năng. Trong sô enzyme được điều chỉnh là calcineurin phosphatase, đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh phản ứng miễn dịch và nội mô oxit nitric synthase (eNOS), tạo ra NO, trong số những thứ khác, chịu trách nhiệm về thư giãn của cơ trơn và do đó để làm giãn nở máu tàu. Ngoài ra, ở nồng độ canxi thấp, adenylate cyclase (AC) được kích hoạt, trong khi ở nồng độ canxi cao, đối tác enzym của nó, phosphodiesterase (PDE), được kích hoạt. Do đó, một trình tự thời gian của các cơ chế điều chỉnh đạt được: ban đầu, AC bắt đầu một con đường tín hiệu thông qua việc sản xuất AMP theo chu kỳ (cAMP); sau đó, con đường này lại bị tắt bởi PDE đối tác của nó thông qua sự suy giảm cAMP. Tuy nhiên, tác dụng điều hòa của calmodulin đối với protein kinase như CaM kinase II hoặc myosin light chain kinase (MLCK) đã được biết đến một cách đặc biệt và sẽ được thảo luận chi tiết dưới đây. CAMKII có thể liên kết một phốt phát dư lượng khác nhau protein và do đó ảnh hưởng sự chuyển hoá năng lượng, tính thấm đối với các ion và giải phóng chất dẫn truyền thần kinh từ tế bào. CAMKII hiện diện với nồng độ đặc biệt cao trong não, nơi nó được cho là đóng một vai trò quan trọng trong tính dẻo của tế bào thần kinh, tức là tất cả học tập các quy trình. Nhưng calmodulin cũng không thể thiếu cho các quá trình vận động. Ở trạng thái nghỉ, tập trung lượng ion canxi trong tế bào cơ rất thấp và do đó calmodulin không hoạt động. Tuy nhiên, khi tế bào cơ bị kích thích, canxi sẽ chảy vào huyết tương tế bào và chiếm bốn vị trí liên kết trên calmodulin như một đồng yếu tố. Điều này bây giờ có thể kích hoạt kinase chuỗi nhẹ myosin, dẫn đến sự thay đổi các sợi co trong tế bào, do đó tạo điều kiện cho cơ co lại. Khác ít được biết đến hơn enzyme dưới ảnh hưởng của calmodulin bao gồm guanylate cyclase, Ca-Mg-ATPase, và phospholipase A2.
Sự hình thành, sự xuất hiện, thuộc tính và mức độ tối ưu
Calmodulin được tìm thấy trong tất cả các sinh vật nhân chuẩn, bao gồm tất cả thực vật, động vật, nấm và nhóm sinh vật amip. Bởi vì phân tử calmodulin trong những sinh vật này thường có cấu trúc tương đối giống nhau, nên có thể giả định rằng nó là một loại protein cổ xưa đã phát triển sớm trong quá trình tiến hóa. Theo quy luật, calmodulin hiện diện với số lượng tương đối lớn trong huyết tương của tế bào. Ví dụ, trong bào tương của tế bào thần kinh, tập trung là khoảng 30-50 μM, hoặc 0.03-0.05 mol / L. Protein được hình thành trong bối cảnh phiên mã và dịch mã nhờ CALM gen, trong đó có ba alen được biết cho đến nay, được chỉ định là CALM-1, CALM-2 và CALM-3.
Bệnh tật và rối loạn
Có một số chất hóa học có thể gây ra tác dụng ức chế calmodulin và do đó được gọi là chất ức chế calmodulin.Trong hầu hết các trường hợp, tác dụng ức chế của chúng dựa trên thực tế là chúng vận chuyển canxi ra khỏi tế bào và do đó rút canxi ra khỏi calmodulin. thì chỉ hiện diện ở trạng thái không hoạt động. Các chất ức chế này bao gồm, ví dụ, W-7. Ngoài ra, một số phenothiazin thuốc hướng thần ức chế calmodulin. Các chức năng điều hòa của calmodulin cũng đa dạng như vậy, các khuyết tật và rối loạn có thể hình dung được khi protein không còn có thể được kích hoạt bởi đồng yếu tố canxi và do đó các enzym đích được điều chỉnh sẽ kém hoạt động hơn. Ví dụ, việc kích hoạt thiếu CAMKII có thể dẫn đến hạn chế tính dẻo của tế bào thần kinh, điều này tạo cơ sở cho học tập các quy trình. Việc giảm kích hoạt MLCK làm giảm sự co cơ, điều này có thể dẫn đến rối loạn vận động. Kích hoạt enzym calcineurin thấp hơn do thiếu hụt calmodulin sẽ ảnh hưởng đến phản ứng miễn dịch của cơ thể, và kích hoạt eNOs thấp hơn sẽ dẫn để giảm nồng độ NO. Sau này gây ra các vấn đề đặc biệt là ở đâu oxit nitric mặt khác được cho là để ngăn chặn những điều không mong muốn máu đông máu và giãn ra tàu nhằm mục đích lưu thông máu tốt hơn. Tuy nhiên, tại thời điểm này cũng cần lưu ý rằng trong một số điều kiện nhất định, frequenin cảm biến canxi có thể đảm nhận các chức năng sinh học của calmodulin và do đó thay thế phân tử.
