کالمودولین: عملکرد و بیماری ها

فرآیندهای پیچیده سلولی و فیزیولوژیکی موجودات زنده نیاز به تنظیم دقیق در سطح مولکولی دارد تا از تطابق پذیری مثلاً یک حیوان یا گیاه با محل زندگی خود اطمینان حاصل کند. برای این منظور ، بیشمار مولکول ها وجود دارد که در فرایندهایی مانند ارتباط سلول ، متابولیسم یا تقسیم سلول دخالت می کند. یکی از اینها مولکول ها پروتئین کالمودولین است که با کمک آن کلسیم، عملکرد بسیاری دیگر از نظر بیولوژیکی را تحت تأثیر قرار می دهد پروتئین ها.

کالمودولین چیست؟

کالمودولین یک پروتئین تنظیم کننده درون سلولی است که متصل می شود کلسیم یونها بر اساس ساختار آن ، در گروه EF-hand قرار دارد پروتئین ها. شکل کالمودولین که از 148 تشکیل شده است اسیدهای آمینه و 6.5 نانومتر طول دارد ، شبیه یک دمبل است. مولکولی توده این مولکول پروتئین حدود 17 کیلو دالتون است. به دلیل عملکرد بیولوژیکی آن در انتقال سیگنال در داخل سلول ها ، کالمودولین همچنین می تواند به عنوان پیام رسان دوم طبقه بندی شود ، یعنی یک پیام رسان ثانویه که خود از نظر آنزیمی فعال نیست. در دو حوزه کروی پروتئین ، هر دو نقش مارپیچ حلقه-مارپیچ در فاصله 1.1 نانومتر وجود دارد که در مجموع چهار کلسیم یونها می توانند متصل شوند. از این ساختار به عنوان EF-hand یاد می شود. ساختارهای دست EF توسط هیدروژن پیوند بین ورقهای بتا ضد مواز کالمودولین.

عملکرد ، کنش و نقش ها

کالمودولین برای فعال بودن به سه تا چهار یون کلسیم محدود در هر مولکول نیاز دارد. هنگامی که فعال می شود ، مجموعه کلسیم-کالمودولین تشکیل شده در تنظیم انواع گیرنده ها نقش دارد ، آنزیم ها، و کانال های یونی با طیف گسترده ای از توابع. بین آنزیم ها کلسین اورین فسفاتاز تنظیم شده است ، که نقش مهمی در تنظیم پاسخ ایمنی و اندوتلیال دارد اکسید نیتریک سنتاز (eNOS) ، که NO تولید می کند ، که ، از جمله موارد دیگر ، مسئول آن است تمدد اعصاب از عضله صاف و در نتیجه برای گشاد شدن خون عروق. علاوه بر این ، در غلظت های کم کلسیم آدنیلات سیکلاز (AC) فعال می شود ، در حالی که در غلظت های زیاد کلسیم همتای آنزیمی آن ، فسفودی استراز (PDE) فعال می شود. بنابراین ، توالی زمانی مکانیسم های نظارتی حاصل می شود: در ابتدا ، AC از طریق تولید AMP حلقوی (اردوگاه) یک مسیر سیگنالینگ را آغاز می کند. بعداً ، این مسیر توسط همتایش PDE از طریق تخریب cAMP دوباره خاموش می شود. با این حال ، اثر تنظیمی کالمودولین بر روی پروتئین کینازها مانند CaM کیناز II یا کیناز زنجیره سبک میوزین (MLCK) به ویژه کاملاً شناخته شده است و در زیر جزئیات آن بحث خواهد شد. CAMKII می تواند الف فسفات باقیمانده به انواع پروتئین ها و در نتیجه تأثیر می گذارد سوخت و ساز انرژی، نفوذ پذیری به یونها و آزاد شدن انتقال دهنده های عصبی از سلول ها. CAMKII با غلظتهای بالا به ویژه در مغز، جایی که تصور می شود نقش مهمی در انعطاف پذیری عصبی ، یعنی همه دارد یادگیری فرایندها اما کالمودولین برای فرآیندهای حرکتی نیز ضروری است. در حالت استراحت ، غلظت یون های کلسیم در سلول عضلانی بسیار کم است و بنابراین کالمودولین غیرفعال است. با این حال ، هنگامی که سلول عضلانی هیجان زده می شود ، کلسیم به داخل پلاسمای سلول جریان می یابد و چهار محل اتصال روی کالمودولین را به عنوان یک عامل فاکتور اشغال می کند. اکنون این می تواند زنجیره سبک میوزین کیناز را فعال کند و در نتیجه باعث تغییر فیبرهای انقباضی سلول می شود و در نتیجه انقباض عضله را امکان پذیر می کند. موارد دیگر کمتر شناخته شده آنزیم ها تحت تأثیر کالمودولین شامل گوانیل سیکلاز ، Ca-Mg-ATPase و فسفولیپاز A2.

شکل گیری ، وقوع ، خصوصیات و سطح بهینه

کالمودولین در تمام یوکاریوت ها یافت می شود که شامل همه گیاهان ، حیوانات ، قارچ ها و گروه ارگانیسم های آمیبوئید است. از آنجا که ساختار مولکول کالمودولین در این ارگانیسم ها معمولاً از نظر ساختار تقریباً مشابه است ، می توان فرض کرد که این یک پروتئین با قدمت رشد است که در اوایل تکامل بوجود آمده است. به عنوان یک قاعده ، کالمودولین در مقادیر نسبتاً زیادی در پلاسمای سلول وجود دارد. در سیتوزول سلولهای عصبی ، به عنوان مثال ، معمول غلظت حدود 30-50 میکرومولار ، یا 0.03-0.05 mol / L است. پروتئین در متن رونویسی و ترجمه با استفاده از CALM تشکیل می شود ژن، که از آنها سه آلل شناخته شده وجود دارد ، CALM-1 ، CALM-2 و CALM-3 تعیین شده است.

بیماری ها و اختلالات

برخی از مواد شیمیایی وجود دارد که می تواند اثر مهاری بر روی کالمودولین داشته باشد و بنابراین به عنوان بازدارنده های کالمودولین شناخته می شوند. در بیشتر موارد ، اثر مهاری آنها بر این اساس است که آنها کلسیم را از سلول منتقل می کنند و بنابراین آن را از کالمودولین خارج می کنند ، فقط در حالت غیرفعال وجود دارد این مواد بازدارنده شامل ، به عنوان مثال ، W-7 است. علاوه بر این ، مقداری فنوتیازین داروهای روانگردان کالمودولین را مهار می کند. هنگامی که عملکردهای نظارتی کالمودولین گسترده است ، به همان اندازه متنوع است که وقتی پروتئین دیگر نمی تواند توسط کلسیم فاکتور فعال شود و در نتیجه آنزیم های هدف تنظیم شده نیز فعالیت کمتری دارند ، نقص و اختلال قابل تصور است. به عنوان مثال فعال شدن کم CAMKII ، می تواند منجر به محدودیت انعطاف پذیری عصبی شود ، که پایه ای برای یادگیری فرایندها کاهش فعال شدن MLCK انقباض عضلانی را مختل می کند ، که می تواند رهبری به اختلالات حرکتی. فعال شدن کم آنزیم کلسینورین به دلیل کمبود کالمودولین بر پاسخ ایمنی بدن تأثیر می گذارد ، و فعال شدن کمتر eNO ها رهبری برای کاهش غلظت NO. مورد دوم به ویژه در جاهایی باعث ایجاد مشکل می شود اکسید نیتریک در غیر این صورت قرار است از ناخواسته جلوگیری کند خون لخته شدن و گشاد شدن عروق به منظور جریان بهتر خون. با این حال ، در این مرحله نیز باید ذکر شود که تحت شرایط خاص سنسور کلسیم فرکانسین می تواند عملکردهای بیولوژیکی کالمودولین را بر عهده بگیرد و بنابراین مولکول را جایگزین کند.