Calmodulin

Proses seluler dan fisiologis yang kompleks pada makhluk hidup memerlukan regulasi yang tepat pada tingkat molekuler untuk memastikan kemampuan adaptasi hewan atau tumbuhan, misalnya, ke habitat. Untuk tujuan ini, ada banyak molekul yang ikut campur dalam proses seperti komunikasi sel, metabolisme, atau pembelahan sel. Salah satu molekul ini adalah protein Calmodulinyang, dengan bantuan kalsium, mempengaruhi fungsi banyak protein aktif biologis lainnya.

Apa itu kalmodulin?

Calmodulin adalah protein pengatur intraseluler yang mengikat ion kalsium. Karena strukturnya, itu termasuk dalam kelompok protein tangan EF. Bentuk kalmodulin, yang terdiri dari 148 asam amino dan panjang 6,5 nm, menyerupai halter. Massa molekul molekul protein ini sekitar 17 kDa.

Karena fungsi biologisnya dalam transmisi sinyal di dalam sel, kalmodulin juga dapat diklasifikasikan sebagai pembawa pesan kedua, yaitu zat pembawa pesan sekunder yang, bagaimanapun, tidak dengan sendirinya aktif secara enzimatis. Dalam dua domain bulat protein terdapat dua motif heliks-loop-heliks pada jarak 1,1 nm, yang mana total empat ion kalsium dapat diikat. Struktur ini dikenal sebagai tangan EF. Struktur tangan EF dihubungkan oleh ikatan hidrogen antara lembaran beta antiparalel kalimodulin.

Fungsi, efek & tugas

Calmodulin membutuhkan tiga hingga empat ion kalsium terikat per molekul agar aktif. Dalam keadaan teraktivasi, kompleks kalsium-kalmodulin yang terbentuk terlibat dalam pengaturan sejumlah besar reseptor, enzim, dan saluran ion dengan berbagai macam fungsi. Enzim yang diatur termasuk fosfatase kalsineurin, yang memainkan peran penting dalam mengatur respon imun, dan sintase oksida nitrat endotel (eNOS), yang menghasilkan NO, yang antara lain digunakan untuk relaksasi otot polos dan dengan demikian untuk perluasan Pembuluh darah.

Pada konsentrasi kalsium rendah, adenylate cyclase (AC) juga diaktifkan, pada konsentrasi kalsium tinggi, di sisi lain, pasangan enzimatik, phosphodiesterase (PDE). Dengan cara ini, urutan kronologis dari mekanisme pengaturan tercapai: awalnya AC mengatur jalur sinyal yang bergerak melalui produksi AMP siklik (cAMP), kemudian ini dimatikan lagi oleh PDE lawan melalui degradasi cAMP. Namun, efek pengaturan kalmodulin pada protein kinase seperti CaM kinase II atau myosin light chain kinase (MLCK), yang akan dijelaskan lebih rinci di bawah, secara khusus diketahui.

CAMKII dapat mengikat residu fosfat ke berbagai protein dan dengan demikian mempengaruhi metabolisme energi, permeabilitas ion, dan pelepasan neurotransmiter dari sel. CAMKII ditemukan dalam konsentrasi yang sangat tinggi di otak, di mana ia memainkan peran penting dalam plastisitas saraf, yaitu. semua proses pembelajaran. Tapi kalmodulin juga sangat diperlukan untuk proses gerakan. Saat istirahat, konsentrasi ion kalsium dalam sel otot sangat rendah dan kalmodulin tidak aktif. Jika sel otot tereksitasi, kalsium mengalir ke dalam plasma sel dan, sebagai kofaktor, menempati empat tempat pengikatan pada kalmodulin.

Ini sekarang dapat mengaktifkan myosin light chain kinase, yang menggeser serat kontraktil di dalam sel dan dengan demikian memungkinkan kontraksi otot. Enzim lain yang kurang terkenal yang berada di bawah pengaruh kalmodulin adalah guanylate cyclase, Ca-Mg-ATPase dan phospholipase A2.

Pendidikan, kejadian, properti & nilai optimal

Calmodulin terjadi pada semua eukariota, yang mencakup semua tumbuhan, hewan, jamur, dan kelompok makhluk amoeboid. Karena molekul kalmodulin dalam organisme ini biasanya terstruktur dengan cara yang relatif sama, dapat diasumsikan bahwa itu adalah protein yang sangat tua secara evolusioner yang muncul pada tahap awal.

Biasanya, kalmodulin hadir dalam jumlah yang relatif besar di dalam plasma sel. Di dalam sitosol sel saraf, misalnya, konsentrasi biasanya sekitar 30-50 µM, yaitu 0,03-0,05 mol / L. Protein terbentuk selama transkripsi dan translasi menggunakan gen CALM, yang mana terdapat tiga alel yang diketahui hingga saat ini, yang disebut sebagai CALM-1, CALM-2 dan CALM-3.

Penyakit & Gangguan

Ada beberapa bahan kimia yang dapat memiliki efek penghambatan pada kalmodulin dan oleh karena itu dikenal sebagai inhibitor kalmodulin. Dalam kebanyakan kasus, efek penghambatan mereka didasarkan pada fakta bahwa mereka mengangkut kalsium keluar dari sel dan dengan demikian mengeluarkannya dari kalmodulin, yang kemudian hanya ada dalam keadaan tidak aktif.

Zat penghambat ini termasuk, misalnya, W-7. Selain itu, beberapa obat fenotiazin psikotropika menghambat kalmodulin. Seluas fungsi pengaturan kalmodulin, begitu beragamnya kemungkinan cacat dan gangguan ketika protein tidak lagi dapat diaktifkan oleh kalsium kofaktor dan enzim target yang diatur sendiri kurang aktif. Aktivasi CAMKII yang tidak memadai, misalnya, dapat menyebabkan pembatasan plastisitas saraf, yang menjadi dasar untuk proses pembelajaran.

Penurunan aktivasi MLCK merusak kontraksi otot, yang dapat menyebabkan gangguan gerakan. Aktivasi enzim kalsineurin yang lebih sedikit karena defisiensi kalmodulin akan mempengaruhi respon imun tubuh dan aktivasi eNO yang lebih sedikit akan menyebabkan konsentrasi NO yang lebih rendah. Yang terakhir ini terutama menyebabkan masalah di mana jika tidak, oksida nitrat seharusnya mencegah pembekuan darah yang tidak diinginkan dan melebarkan pembuluh untuk tujuan sirkulasi darah yang lebih baik. Namun, pada poin ini juga harus disebutkan bahwa sensor kalsium Frequenin dapat mengambil alih fungsi biologis kalmodulin dalam kondisi tertentu dan dengan demikian menggantikan molekulnya.