calmodulin

กระบวนการทางเซลล์และสรีรวิทยาที่ซับซ้อนในสิ่งมีชีวิตต้องการการปรับแต่งอย่างละเอียดในระดับโมเลกุลเพื่อให้แน่ใจว่าสัตว์หรือพืชสามารถปรับตัวเข้ากับที่อยู่อาศัยได้ เพื่อจุดประสงค์นี้มีโมเลกุลจำนวนมากที่เข้ามาแทรกแซงกระบวนการต่างๆเช่นการสื่อสารของเซลล์การเผาผลาญหรือการแบ่งเซลล์ หนึ่งในโมเลกุลเหล่านี้คือโปรตีน calmodulinซึ่งด้วยความช่วยเหลือของแคลเซียมมีอิทธิพลต่อการทำงานของโปรตีนที่ใช้งานทางชีวภาพอื่น ๆ อีกมากมาย

Calmodulin คืออะไร?

Calmodulin เป็นโปรตีนควบคุมภายในเซลล์ที่จับกับแคลเซียมไอออน เนื่องจากโครงสร้างของมันจึงอยู่ในกลุ่มของโปรตีน EF-hand รูปร่างของเคลโมดูลินซึ่งประกอบด้วยกรดอะมิโน 148 ชนิดยาว 6.5 นาโนเมตรมีลักษณะคล้ายดัมเบลล์ มวลโมเลกุลของโมเลกุลโปรตีนนี้มีค่าประมาณ 17 kDa

เนื่องจากฟังก์ชั่นทางชีววิทยาในการส่งสัญญาณภายในเซลล์จึงสามารถจัดประเภทคาร์โมดูลินเป็นสารตัวที่สองได้เช่นสารส่งสารทุติยภูมิซึ่งไม่ใช่ตัวมันเองที่ออกฤทธิ์โดยเอนไซม์ ในสองโดเมนทรงกลมของโปรตีนนั้นมีลวดลายเกลียวสองวงที่ระยะ 1.1 นาโนเมตรซึ่งสามารถผูกแคลเซียมไอออนได้ทั้งหมดสี่ตัว โครงสร้างนี้เรียกว่ามือ EF โครงสร้างของ EF-hand เชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจนระหว่างแผ่นเบต้าของสารเคลโมดูลิน

ฟังก์ชันเอฟเฟกต์และงาน

Calmodulin ต้องการแคลเซียมไอออนที่ถูกผูกไว้สามถึงสี่ตัวต่อโมเลกุลเพื่อให้ทำงานได้ ในสภาวะที่เปิดใช้งานคอมเพล็กซ์แคลเซียม - คาลโดดูลินที่เกิดขึ้นมีส่วนเกี่ยวข้องกับการควบคุมตัวรับเอนไซม์และช่องไอออนจำนวนมากที่มีฟังก์ชั่นหลากหลาย เอนไซม์ที่ได้รับการควบคุม ได้แก่ phosphatase calcineurin ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมการตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันและการสังเคราะห์ไนตริกออกไซด์ endothelial (eNOS) ซึ่งก่อให้เกิด NO ซึ่งจะใช้สำหรับการผ่อนคลายของกล้ามเนื้อเรียบและทำให้เกิดการขยายตัวของ หลอดเลือด.

ที่ความเข้มข้นของแคลเซียมต่ำ adenylate cyclase (AC) จะถูกกระตุ้นด้วยเช่นกันที่ความเข้มข้นของแคลเซียมสูงในทางกลับกันคู่ของเอนไซม์คือ phosphodiesterase (PDE) ด้วยวิธีนี้จะทำให้เกิดลำดับตามลำดับเวลาของกลไกการกำกับดูแล: ในขั้นต้น AC จะกำหนดเส้นทางสัญญาณในการเคลื่อนที่ผ่านการผลิตแอมป์แบบวัฏจักร (แคมป์) หลังจากนั้น PDE ของฝ่ายตรงข้ามจะปิดอีกครั้งผ่านการย่อยสลายแคมป์ อย่างไรก็ตามผลตามกฎข้อบังคับของเคลโมดูลินต่อไคเนสของโปรตีนเช่น CaM ไคเนส II หรือไมโอซินไลท์เชนไคเนส (MLCK) ซึ่งจะอธิบายรายละเอียดเพิ่มเติมด้านล่างเป็นที่ทราบกันโดยเฉพาะ

CAMKII สามารถจับสารตกค้างฟอสเฟตกับโปรตีนต่างๆและส่งผลต่อการเผาผลาญพลังงานการซึมผ่านของไอออนและการปล่อยสารสื่อประสาทออกจากเซลล์ CAMKII พบได้ในสมองที่มีความเข้มข้นสูงโดยเฉพาะซึ่งมีบทบาทสำคัญในความเป็นพลาสติกของเซลล์ประสาทเช่น กระบวนการเรียนรู้ทั้งหมด แต่เคลโมดูลินก็เป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับกระบวนการเคลื่อนไหว ในช่วงพักความเข้มข้นของแคลเซียมไอออนในเซลล์กล้ามเนื้อจะต่ำมากและเคลโมดูลินจึงไม่ทำงาน อย่างไรก็ตามหากเซลล์กล้ามเนื้อรู้สึกตื่นเต้นแคลเซียมจะไหลเข้าสู่พลาสมาของเซลล์และในฐานะปัจจัยร่วมจะครอบครองพื้นที่ที่มีผลผูกพันทั้งสี่แห่งบนเคลโมดูลิน

ตอนนี้สามารถกระตุ้นไคเนสโซ่แสงไมโอซินซึ่งจะเปลี่ยนเส้นใยหดตัวในเซลล์และทำให้กล้ามเนื้อหดตัว เอนไซม์อื่น ๆ ที่ไม่ค่อยมีคนรู้จักซึ่งอยู่ภายใต้อิทธิพลของคาโมดูลิน ได้แก่ guanylate cyclase, Ca-Mg-ATPase และ phospholipase A2

การศึกษาการเกิดคุณสมบัติและค่าที่เหมาะสม

คาลโมดูลินเกิดขึ้นในยูคาริโอตทุกชนิดซึ่งรวมถึงพืชสัตว์เชื้อราและกลุ่มของสิ่งมีชีวิตที่มีอะมีบา เนื่องจากโมเลกุลของเคลโมดูลินในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้มักมีโครงสร้างในลักษณะที่ค่อนข้างใกล้เคียงกันจึงสามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นโปรตีนที่เก่าแก่มากซึ่งมีวิวัฒนาการซึ่งเกิดในระยะเริ่มต้น

ตามกฎแล้วคาลโมดูลินมีอยู่ในพลาสมาของเซลล์ค่อนข้างมาก ตัวอย่างเช่นในไซโทซอลของเซลล์ประสาทความเข้มข้นปกติอยู่ที่ประมาณ 30-50 µM เช่น 0.03-0.05 โมล / ลิตร โปรตีนถูกสร้างขึ้นระหว่างการถอดความและการแปลโดยใช้ยีน CALM ซึ่งมีสามอัลลีลที่รู้จักกันในปัจจุบันซึ่งเรียกว่า CALM-1, CALM-2 และ CALM-3

โรคและความผิดปกติ

มีสารเคมีบางชนิดที่สามารถมีฤทธิ์ยับยั้งยาสงบโดลินได้ดังนั้นจึงเรียกว่าสารยับยั้งคาโมดูลิน ในกรณีส่วนใหญ่ผลการยับยั้งของพวกมันขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าพวกมันขนส่งแคลเซียมออกจากเซลล์และกำจัดมันออกจากเคลโมดูลินซึ่งจะมีอยู่ในสถานะไม่ใช้งานเท่านั้น

สารยับยั้งเหล่านี้ ได้แก่ W-7 นอกจากนี้ยา phenothiazine ที่ออกฤทธิ์ต่อจิตและประสาทบางชนิดจะยับยั้งคาร์โมดูลิน ในวงกว้างพอ ๆ กับฟังก์ชั่นการกำกับดูแลของเคลโมดูลินข้อบกพร่องและการรบกวนที่เป็นไปได้นั้นมีความหลากหลายเมื่อโปรตีนไม่สามารถกระตุ้นโดยแคลเซียมปัจจัยร่วมได้อีกต่อไปและเอนไซม์เป้าหมายที่ได้รับการควบคุมจะทำงานน้อยลง ตัวอย่างเช่นการเปิดใช้งาน CAMKII ไม่เพียงพออาจนำไปสู่ข้อ จำกัด ของความเป็นพลาสติกของระบบประสาทซึ่งเป็นพื้นฐานสำหรับกระบวนการเรียนรู้

การลดการกระตุ้นของ MLCK จะทำให้การหดตัวของกล้ามเนื้อลดลงซึ่งอาจนำไปสู่ความผิดปกติของการเคลื่อนไหว การกระตุ้นเอนไซม์แคลซินูรินน้อยลงเนื่องจากการขาดสารเคลโมดูลินจะส่งผลต่อการตอบสนองภูมิคุ้มกันของร่างกายและการกระตุ้น eNO น้อยลงจะทำให้ความเข้มข้นของ NO ลดลง สาเหตุส่วนใหญ่เกิดปัญหาโดยที่ไนตริกออกไซด์ควรจะป้องกันการแข็งตัวของเลือดที่ไม่ต้องการและขยายหลอดเลือดเพื่อจุดประสงค์ในการไหลเวียนโลหิตที่ดีขึ้น อย่างไรก็ตามควรกล่าวถึง ณ จุดนี้ด้วยเช่นกันว่าเซ็นเซอร์แคลเซียม Frequenin สามารถเข้าควบคุมการทำงานทางชีวภาพของยาสงบโดลินภายใต้เงื่อนไขบางประการและแทนที่โมเลกุลได้