Kalmodulin
Kalmodulin (CaM) je intracelulární , nízkomolekulární, termostabilní kyselý protein , který se nachází hlavně v mozku a srdci a je exprimován ve všech eukaryotických buňkách , je jedním z regulátorů přenosu signálu vápníku v buňce. Působí jako Ca 2+ receptor díky tomu, že má čtyři vazebná místa pro Ca iont s vysokou afinitou, ale vždy reverzibilním způsobem. To je spojeno s množstvím různých proteinů a ve stavu spojení s iontem Ca2 + moduluje jejich aktivity; například je zodpovědný za regulaci široké škály enzymů.
Kalmodulin hraje velmi důležitou roli v energetickém metabolismu, protože - ve spojení s fosforylázovou kinázou - aktivuje glykogenolýzu . Na druhou stranu je důležité poznamenat, že má podobnou strukturu jako troponin C (70% podobnost), což mu umožňuje synchronizovat svalovou kontrakci .
Funkce
CaM zprostředkovává zánětlivé a metabolické procesy, apoptózu , kontrakci hladkého svalstva (vazokonstrikci tepen), intracelulární pohyb, krátkodobou a dlouhodobou paměť, růst nervových buněk a imunitní reakce. Je exprimován v mnoha typech buněk, které mají různá umístění včetně cytoplazmy , uvnitř organel nebo v membránách, které je pokrývají. Mnohé z těchto proteinů nejsou schopny vázat vápník samy o sobě, proto mají zabudovaný vápníkový senzor a převodník signálu. Aby se spojily s vápníkem, procházejí konformační změnou, která jim umožňuje dosáhnout řady specifických proteinů. Tyto modifikace jsou posttransdukční, jako je fosforylace, acetylace a methylace.
Podobně, aby mohl CaM vykonávat svou regulační funkci, interaguje se širokou škálou enzymů a komponent cytoskeletu, spouští vysoce specifické biochemické reakce, které jsou vyvíjeny prostřednictvím proteinů, na které se váže a které jsou známé jako proteiny vázající proteiny kalmodulin (PUCaM).
Další nedávno objevená funkce souvisí s pohyblivostí spermií. Tento protein byl umístěn v hlavičce spermií, což naznačuje jeho účast na kapacitní a akrozomové reakci . Je popsáno, že fosforylace proteinů je proces zapojený do regulace motility spermií a různé fosfoproteiny jsou spojovány s jeho iniciací a udržováním. Komplexy CaM jsou schopny regulovat stav fosforylace prostřednictvím aktivace proteinové fosfatázy typu 2a ( kalcineurinu ) na něm závislé.
Struktura
Kalmodulin je malý protein složený z přibližně 148 aminokyselin a vážící přibližně 16 706 daltonů. Je tvořen jediným polypeptidovým řetězcem a má N-koncovou globulární doménu a C-koncovou globulární doménu spojené dohromady alfa šroubovicí . Každá z těchto domén má dvě místa vázající vápník a je tvořena konformací s 12 zbytky, obklopenými dvěma šroubovicemi, které mohou mít distribuci se širokým úhlem otevření.
Protein má dvě přibližně symetrické domény, oddělené velmi flexibilní oblastí ve tvaru pantu. Vápník se účastní intracelulárního signalizačního systému, který působí jako druhý posel pro počáteční podněty.
Mechanismus
Když se koncentrace iontů Ca 2+ zvýší na 1 uM, vazba iontu Ca 2+ na kalmodulin způsobí konformační změnu. Vazba čtyř vápenatých iontů vyvolá různé alosterické změny v proteinu, nejpozoruhodnější je rotace dvou globulárních domén. V důsledku této konformační změny po navázání vápníku jsou vystaveny hydrofobní methylové skupiny z methioninových zbytků . To bude znamenat, že existují určité hydrofobní povrchy, které se mohou vázat na amfifilní alfa helixy na cílovém proteinu, protože tyto obsahují komplementární hydrofobní oblasti. Stejně tak tato konformační změna umožňuje kalmodulinu vázat se na proteiny a tím řídit jeho aktivitu.
Prostřednictvím interakce se širokou škálou biologických cílů je účinně regulováno množství procesů regulovaných vápníkem. Jednou z nejdůležitějších je asociace kalmodulinu s M13 (peptid nacházející se v lehkém kosterním svalu), neboť jde o prototyp peptidů, které mají evolučně optimalizovanou afinitu ke kalmodulinu. Po navázání na kalmodulin je peptidová struktura rozpoznána v rámci množství mírně šroubovicové konformace se stabilizační sítí 5,5 kcal/mol, měřeno pomocí mechanismu výměny vodíku .
Při nízkých koncentracích vápníku se kalmodulin neváže na M13 a "Chameleon" není schopen podstoupit fluorescenční rezonanční přenos energie (FRET) mezi dvěma fúzními proteiny. Jak se koncentrace vápníku zvyšuje, kalmodulin váže vápník a přitahuje peptid M13, což vede k příznivější konfiguraci pro výskyt FRET.
drogy
Existují léky , které působí jako inhibitory kalmodulinu a lze je tedy použít jako analgetika . Abychom dosáhli analgezie pomocí léků, potřebujeme molekuly, které zastaví přenos nervové zprávy bolesti ve všech bodech, kterými nociceptivní signál prochází . Existuje několik farmakologických skupin, které se k tomuto účelu používají, i když nejsilnější jsou opiáty a lokální anestetika.
Je důležité si uvědomit, že jeho použití nelze zobecnit kvůli vedlejším účinkům, které tyto léky mohou vyvolat. Nedávno bylo zjištěno, že nejúčinnější jsou léky schopné blokovat vstup vápníku z míšních neuronů. Aby toho dosáhli, inhibují aktivitu nejdůležitějšího intracelulárního proteinu vázajícího vápník, kalmodulinu, čímž se schopnost proteinu vázat všechny 4 ionty vápníku stává zbytečnou.
Reference
- Stevens FC (1983). „Kalmodulin: úvod“. Pes. J. Biochem. Cell Biol., 61 (8): 906-10. PMID 6313166 .
- Chin D, Means AR (2000). „Kalmodulin: prototypový senzor vápníku“. Trends Cell Biol 10 (8): 322–8. doi:10.1016/S0962-8924(00)01800-6. PMID 10884684 .
