Struttura, funzioni e meccanismo d'azione di calmodulina

Calmodulina È un termine che significa "proteina modulata dal calcio" e si riferisce a una piccola proteina intracellulare che possiede la proprietà dello ione di calcio (Ca ++) e per mediare molte delle sue azioni intracellulari. L'origine della parola nasce dalla combinazione di parole inglesi "calcio", "modulato" e "proteina" che, quando insieme, deriva in LIMECium ModuloProtezioneIn.

Tra gli elementi minerali che fanno parte della costituzione degli organismi animali, il calcio, seguito dal fosforo, è molto diverso dai più abbondanti, poiché l'osso è formato dalla deposizione nella sua matrice di grandi quantità di sali minerali formati da questo ione.

Calmodulin Scheme e i suoi siti di unione di calcio (fonte: PDB [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Naturalmente, questi sali minerali di calcio sono essenziali per la costituzione e la conformazione del sistema scheletrico dei vertebrati, ma è la forma ionizzata di calcio (Ca ++) in soluzione nei fluidi corporei che diventa un'importanza fisiologica rilevante per la vita della vita Vita degli organismi.

Questo catione, con due cariche elettriche positive nella sua struttura, può agire come un trasportatore attuale quando si muove attraverso la membrana cellulare e modificando il suo livello di potenziale elettrico in molte cellule eccitabili del corpo, principalmente nel muscolo cardiaco.

Ma di maggiore rilevanza fisiologica è il fatto che molte reazioni regolatori cellulari sparate da stimoli esterni, come neurotrasmettitori, ormoni o altri fattori fisici o biochimici, sono specie di cascate metaboliche a cui partecipano in sequenza diverse proteine, alcune delle quali sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi che sono enzimi richiedono calcio per l'attivazione o l'inattivazione.

Si dice quindi in questi casi che il calcio agisce come un secondo messaggero in una cascata metabolica volta ad avere un risultato finale che sarebbe diventato la risposta cellulare necessaria per soddisfare un bisogno rilevato ad un altro livello diverso dalla cella stessa e che richiede da lei quella risposta particolare.

Il calcio può agire direttamente sul suo bersaglio biochimico per influenzare la sua attività, ma spesso richiede la partecipazione di una proteina con cui deve essere unita per essere in grado di esercitare il suo effetto sulle proteine ​​per modificare. La calmodulina è una di quelle proteine ​​medianti.

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Struttura

Calmodulina, di una grande ubiquità, poiché è espressa in quasi tutti i tipi di organismi eucariotici, è una piccola proteina acida di circa 17 kDa di peso molecolare, la cui struttura è estremamente conservata tra le specie.

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È una proteina monomerica, cioè è formata da una singola catena polipeptidica, che adotta ai suoi termini terminali la forma dei domini globulari uniti l'uno dall'altro da un'elica alfa. Ogni dominio globulare ha due ragioni note come EF Hand (dall'inglese Ef Mano) che sono tipiche delle proteine ​​che si legano al calcio.

Calmodulina collegata agli ioni calcio (Fonte: Webridge [CC BY-SA (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)] via Wikimedia Commons)

Questi motivi topologici "EF" rappresentano una sorta di strutture supersecundari; Sono collegati tra loro, in ogni dominio globulare, da una regione di grande flessibilità e in ciascuno di essi c'è un sito di giunzione per il Ca ++, che getta 4 siti in totale per ogni molecola di calmodulina.

L'unione degli ioni calcio, con carico positivo, è possibile grazie alla presenza di rifiuti di aminoacidi con catene laterali caricate negativamente nei siti dell'Unione del calcio del calcio di calmodulina. Questo rifiuto è tre aspartati e un glutammato.

Funzioni di calmodulina

Tutte le funzioni finora note per la calmodulina sono incorniciate in un gruppo di azioni promosse dagli aumenti del calcio citosolico prodotto dal suo ingresso dallo spazio extracellulare o dalla sua uscita dai depositi intracellulari: mitocondri e reticolo endoplasmatico.

Molte delle azioni del calcio sono adempiete da questo ione che agisce direttamente sulle sue proteine ​​bianche, che possono essere di natura e funzioni diverse. Alcune di queste proteine ​​non possono essere influenzate direttamente, ma richiedono che il calcio si unisca alla calmodulina ed è questo complesso che agisce sulla proteina influenzata dallo ione.

Si dice che queste proteine ​​bianche siano dipendenti dal calcio-calmodulina e tra queste dozzine di enzimi, come proteine, proteinfosfasi, cicli nucleotidici e fosfodiesterasi; Tutti coinvolti in innumerevoli funzioni fisiologiche che includono:

- Metabolismo

- Trasporto di particelle

- Mobilità viscerale

- Secrezione di sostanza

- Fertilizzazione ovule

- Espressione genetica

- Proliferazione cellulare

- L'integrità strutturale delle cellule

- Comunicazione intercellulare, ecc.

Tra le proteine ​​dipendenti dalla calmodulina sono citate: la catena leggera Cinasi della miosina (MLCK), la Cinase fosforilasi e il Ca ++/calmodulin Cinasas I, II e III.

Pertanto, le informazioni codificate dai segnali di calcio (aumento o diminuzione della sua concentrazione intracellulare) sono "decifrato" da questa e da altre proteine ​​dell'Unione del calcio, che rendono i segnali un cambiamento biochimico; In altre parole, la calmodulina è una proteina intermedia nei processi di segnalazione dipendente dal calcio.

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Meccanismo di azione

La calmodulina è una proteina molto versatile, poiché le sue proteine ​​"bersaglio" sono notevolmente diverse in forma, sequenza, dimensioni e funzione. Poiché è una proteina che funziona come un "sensore" di ioni di calcio, il suo meccanismo d'azione dipende dai cambiamenti indotti nella sua struttura e/o conformazione una volta che si unisce a quattro di questi ioni.

I suoi meccanismi d'azione possono essere esemplificati rivedendo brevemente la loro partecipazione a un paio di processi fisiologici come la contrazione della muscolatura liscia viscerale e l'adattamento agli odori subiti dalle cellule del naso della mucosa olfattiva nel naso.

Calmodulina e contrazione muscolare liscia

Struttura dei ponti crocrati di miosina e calmodulina nelle travi di actina microvellosante. Fonte: Jeffrey W. Brown, c. James McKnight [CC di (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

La contrazione dei muscoli scheletrici e cardiaci viene innescata quando l'aumento del Ca ++ citosolico raggiunge livelli superiori a 10-6 mol/L e questo ione si lega alla troponina C, che subisce cambiamenti a quelli osterici che influenzano la tropomiosina. A sua volta, la tropomiosina si muove e rivela nell'actina i suoi siti sindacali con miosina, derivando che il processo contrattile si innesca.

Nel muscolo liscio non c'è troponina C e l'aumento di Ca ++ al di sopra del livello indicato promuove la sua unione con calmodulina. Il complesso Ca-calmodulina attivo nella catena leggera cinasi della miosina (MLCK), che a sua volta fosforilati in questa catena leggera, attiva la miosina e innesca il processo contrattile.

L'aumento di Ca ++ è dato dal suo ingresso dall'esterno o dall'uscita dal reticolo sarcoplasmatico mediante azione del trifosfato di inositolo (IP3) rilasciato dalla fosfolipasi C nella cascata attivata dai recettori accoppiati della proteina GQ. Il rilassamento si verifica quando Ca ++, mediante azione di trasporto, viene rimosso dal citosol e ritorna ai suoi siti di origine.

Un'importante differenza tra entrambi i tipi di contrazione è che nei muscoli striati (cardiaci e scheletrici) il Ca ++ induce cambiamenti allestherici quando si uniscono alla sua proteina, la troponina, mentre nel liscio i cambiamenti prodotti dalla ca-calmodulina sono covalenti e implicano implica la fosforilazione della miosina.

Pertanto, una volta terminata l'azione Ca ++, è richiesta la partecipazione di un altro enzima che rimuove il fosfato aggiunto dal Cinasa. Questo nuovo enzima è la fosfatasi della catena leggera di miosina (MLCP) la cui attività non dipende dalla calmodulina, ma è regolata da altre strade.

In realtà, il processo del muscolo liscio contrattile non cessa, ma il grado di contrazione viene mantenuto a livello intermedio risultando l'equilibrio delle azioni di entrambi gli enzimi, il MLCK controllato dal Ca ++ e dalla calmodulina e la MLCP presentata ad altre Controlli normativi.

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Adattamento nei sensori olfattivi

La sensazione odorosa si innesca quando vengono attivati ​​i recettori olfattivi situati nelle ciglia delle cellule situate sulla superficie della mucosa olfattiva.

Questi recettori sono accoppiati a una proteina G eterotrofica nota come "golf" (proteina olfattiva G), che ha tre subunità: "αolf", "ß" e "γ".

Quando i recettori olfattivi vengono attivati ​​in risposta a un odore, le subunità di questa proteina sono dissociate e la subunità "αolf" attiva l'enzima adenilciclasi, producendo monofosfato ciclico adenosina (AMPC).

L'AMPC attiva i canali di tipo CNG (attivati ​​da nucleotidi ciclici) per calcio e sodio. Questi ioni entrano nella cellula, depolarizzano e causano l'inizio dei potenziali d'azione la cui frequenza determinerà l'intensità dell'odore.

Il calcio che entra, che tende a depolarizzare la cellula, ha un effetto antagonista del feedback negativo, un po 'più tardi, unendosi alla calmodulina e tra loro chiudendo il canale ed eliminando lo stimolo depolarizzante, nonostante il fatto che lo stimolo odour. Questo si chiama adattamento del sensore.

Calmodulina nelle piante

Le piante rispondono anche alle differenze di concentrazione intracellulare dagli ioni di calcio mediante proteina di calmodulina. In questi organismi, le calmoduline condividono molte caratteristiche strutturali e funzionali con le loro controparti negli animali e nei lieviti, sebbene differiscano in alcuni aspetti funzionali.

Ad esempio, la calmodulina nelle piante si unisce a brevi sequenze di peptidi all'interno delle sue proteine ​​bianche, inducendo cambiamenti strutturali che alterano le loro attività in risposta alle variazioni interne del calcio.

Fino a che punto i controlli di calmodulina nelle piante analoghi processi a cui si verificano negli animali, è qualcosa che è ancora oggetto della discussione oggi.

Riferimenti

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