- โครงสร้าง
- หน้าที่ของคาโมดูลิน
- กลไกการออกฤทธิ์
- Calmodulin และการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ
- การปรับตัวในเซ็นเซอร์รับกลิ่น
- Calmodulin ในพืช
- อ้างอิง
Calmodulinเป็นคำที่มีความหมายว่า "แคลเซียมมอดูเลตโปรตีน" และหมายถึงโปรตีนในเซลล์ขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติในการจับกับแคลเซียมไอออน (Ca ++) และเป็นสื่อกลางในการกระทำภายในเซลล์ ที่มาของคำที่มาจากการรวมกันของคำภาษาอังกฤษ 'แคลเซียม', 'modulated' และ 'โปรตีน' ซึ่งเมื่อใส่กันสืบทอดมาในCAL cium MODUL ated พรIN
ในบรรดาองค์ประกอบแร่ธาตุที่กลายเป็นส่วนหนึ่งของรัฐธรรมนูญของสิ่งมีชีวิตของสัตว์แคลเซียมตามด้วยฟอสฟอรัสนั้นมีมากที่สุดเนื่องจากกระดูกเกิดจากการทับถมในเมทริกซ์ของเกลือแร่จำนวนมาก เกิดขึ้นจากไอออนนี้
แผนผังของเคลโมดูลินและไซต์ที่จับกับแคลเซียม (ที่มา: PDB ผ่าน Wikimedia Commons)
แน่นอนว่าเกลือแร่แคลเซียมเหล่านี้มีความจำเป็นต่อรัฐธรรมนูญและโครงสร้างของระบบโครงร่างของสัตว์มีกระดูกสันหลัง แต่เป็นแคลเซียม (Ca ++) ที่แตกตัวเป็นไอออนในสารละลายในของเหลวในร่างกายซึ่งได้รับความสำคัญทางสรีรวิทยาที่เกี่ยวข้องสำหรับชีวิตของสัตว์ สิ่งมีชีวิต
ไอออนบวกนี้ซึ่งมีประจุไฟฟ้าบวกส่วนเกินสองตัวในโครงสร้างสามารถทำหน้าที่เป็นตัวลำเลียงกระแสโดยเคลื่อนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และปรับเปลี่ยนระดับศักย์ไฟฟ้าในเซลล์ที่เคลื่อนไหวได้หลายชนิดของร่างกายส่วนใหญ่อยู่ในกล้ามเนื้อหัวใจ
แต่ความเกี่ยวข้องทางสรีรวิทยาที่มากขึ้นคือความจริงที่ว่าปฏิกิริยาการควบคุมของเซลล์จำนวนมากที่เกิดจากสิ่งเร้าภายนอกเช่นสารสื่อประสาทฮอร์โมนหรือปัจจัยทางกายภาพหรือทางชีวเคมีอื่น ๆ เป็นสายพันธุ์ของการเผาผลาญที่มีโปรตีนหลายชนิดเข้าร่วมตามลำดับซึ่งบางส่วนเป็นเอนไซม์ที่ ต้องการแคลเซียมในการกระตุ้นหรือปิดการใช้งาน
มีการกล่าวกันว่าในกรณีเหล่านี้แคลเซียมทำหน้าที่เป็นตัวส่งสารตัวที่สองในน้ำตกที่มีการเผาผลาญซึ่งกำหนดให้มีผลลัพธ์สุดท้ายที่จะเหมือนกับการตอบสนองของเซลล์ที่จำเป็นเพื่อตอบสนองความต้องการที่ตรวจพบในอีกระดับหนึ่งซึ่งแตกต่างจากเซลล์เองและต้องใช้ เธอเป็นคำตอบที่เฉพาะเจาะจง
แคลเซียมสามารถทำหน้าที่โดยตรงกับเป้าหมายทางชีวเคมีเพื่อมีอิทธิพลต่อกิจกรรมของมัน แต่มักต้องอาศัยการมีส่วนร่วมของโปรตีนซึ่งจะต้องจับตัวกันเพื่อที่จะมีผลต่อโปรตีนที่จะถูกปรับเปลี่ยน Calmodulin เป็นหนึ่งในโปรตีนที่เป็นสื่อกลางเหล่านั้น
โครงสร้าง
คาลโมดูลินแพร่หลายมากเนื่องจากมีการแสดงออกในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตเกือบทุกชนิดเป็นโปรตีนที่เป็นกรดขนาดเล็กที่มีน้ำหนักโมเลกุลประมาณ 17 kDa ซึ่งเป็นโครงสร้างที่ได้รับการอนุรักษ์อย่างมากระหว่างสปีชีส์
เป็นโปรตีนโมโนเมอริกกล่าวคือประกอบด้วยโซ่โพลีเปปไทด์เส้นเดียวซึ่งที่ปลายขั้วจะอยู่ในรูปแบบของโดเมนทรงกลมที่เชื่อมต่อด้วยอัลฟาเฮลิกซ์ แต่ละโดเมนทรงกลมมีลวดลายสองแบบที่เรียกว่ามือ EF (มือ EF) ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับโปรตีนที่จับกับแคลเซียม
Calmodulin เชื่อมโยงกับแคลเซียมไอออนสี่ตัว (ที่มา: Webridge ผ่าน Wikimedia Commons)
ลวดลายทอพอโลยี "EF hand" เหล่านี้แสดงถึงโครงสร้างชั้นรองชนิดหนึ่ง พวกเขาเชื่อมโยงซึ่งกันและกันในแต่ละโดเมนทรงกลมโดยภูมิภาคที่มีความยืดหยุ่นสูงและในแต่ละส่วนมีไซต์ที่มีผลผูกพันสำหรับ Ca ++ ซึ่งให้ผลรวม 4 ไซต์สำหรับแต่ละโมเลกุลคาลโมดูลิน
การจับตัวกันของแคลเซียมไอออนที่มีประจุบวกเกิดขึ้นได้จากการที่มีกรดอะมิโนตกค้างกับโซ่ด้านข้างที่มีประจุลบที่บริเวณที่จับแคลเซียมของคาลโมดูลิน สารตกค้างเหล่านี้คือสารให้ความหวานสามชนิดและหนึ่งกลูตาเมต
หน้าที่ของคาโมดูลิน
ฟังก์ชั่นทั้งหมดที่รู้จักกันดีสำหรับเคลโมดูลินอยู่ในกลุ่มของการกระทำที่ได้รับการส่งเสริมจากการเพิ่มขึ้นของแคลเซียมไซโตโซลิกที่เกิดจากการเข้ามาจากพื้นที่นอกเซลล์หรือออกจากการสะสมภายในเซลล์: ไมโทคอนเดรียและเรติคูลัมเอนโดพลาสมิก
การกระทำหลายอย่างของแคลเซียมเกิดขึ้นโดยไอออนนี้ทำหน้าที่โดยตรงกับโปรตีนเป้าหมายซึ่งอาจมีหลายประเภทและหน้าที่แตกต่างกัน โปรตีนเหล่านี้บางส่วนไม่สามารถได้รับอิทธิพลโดยตรง แต่ต้องการแคลเซียมเพื่อจับกับเคลโดดูลินและเป็นสารประกอบเชิงซ้อนที่ทำหน้าที่กับโปรตีนที่ได้รับอิทธิพลจากไอออน
โปรตีนเป้าหมายเหล่านี้กล่าวได้ว่าขึ้นอยู่กับแคลเซียม - คาโมดูลินและประกอบด้วยเอนไซม์หลายชนิดเช่นโปรตีนไคเนสโปรตีนฟอสฟาเตสไซเคสนิวคลีโอไทด์และฟอสโฟดิเอสเทอเรส พวกเขาทั้งหมดมีส่วนเกี่ยวข้องกับหน้าที่ทางสรีรวิทยามากมายซึ่งรวมถึง:
- ระบบเผาผลาญ
- การขนส่งอนุภาค
- การเคลื่อนไหวของอวัยวะภายใน
- การหลั่งของสาร
- การปฏิสนธิของไข่
- การแสดงออกทางพันธุกรรม
- การเพิ่มจำนวนของเซลล์
- ความสมบูรณ์ของโครงสร้างของเซลล์
- การสื่อสารระหว่างเซลล์ ฯลฯ
ในบรรดาไคเนสของโปรตีนที่ขึ้นอยู่กับแคลโมดูลินมีการกล่าวถึงดังต่อไปนี้: ไมโอซินไลท์เชนไคเนส (MLCK) ฟอสโฟรีเลสไคเนสและ Ca ++ / คาโมดูลินไคเนส I, II และ III
ดังนั้นข้อมูลที่เข้ารหัสโดยสัญญาณแคลเซียม (เพิ่มหรือลดความเข้มข้นภายในเซลล์) จะถูก "ถอดรหัส" โดยสิ่งนี้และโปรตีนที่จับกับแคลเซียมอื่น ๆ ซึ่งจะแปลงสัญญาณเป็นการเปลี่ยนแปลงทางชีวเคมี กล่าวอีกนัยหนึ่งคาโมดูลินเป็นโปรตีนระดับกลางในกระบวนการส่งสัญญาณที่ขึ้นกับแคลเซียม
กลไกการออกฤทธิ์
คาลโมดูลินเป็นโปรตีนที่มีความหลากหลายมากเนื่องจากโปรตีน "เป้าหมาย" มีความหลากหลายทั้งในด้านรูปร่างลำดับขนาดและหน้าที่ เนื่องจากเป็นโปรตีนที่ทำหน้าที่เป็น "เซ็นเซอร์" สำหรับแคลเซียมไอออนกลไกการออกฤทธิ์ของมันจึงขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในโครงสร้างและ / หรือโครงสร้างเมื่อมันจับกับไอออนทั้งสี่นี้
กลไกการออกฤทธิ์ของมันสามารถเป็นตัวอย่างได้โดยการทบทวนการมีส่วนร่วมในกระบวนการทางสรีรวิทยาสองสามอย่างสั้น ๆ เช่นการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบภายในอวัยวะภายในและการปรับตัวให้เข้ากับกลิ่นที่เซลล์ขนของเยื่อบุจมูกรับกลิ่นในจมูก
Calmodulin และการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ
โครงสร้างของไมโอซิน 1A และโคโมดูลินข้ามสะพานในกลุ่มแอคตินของไมโครวิลลี ที่มา: Jeffrey W.Brown, C.James McKnight
การหดตัวของกล้ามเนื้อโครงร่างและการเต้นของหัวใจจะเกิดขึ้นเมื่อการเพิ่มขึ้นของ cytosolic Ca ++ ถึงระดับที่สูงกว่า 10-6 mol / l และไอออนนี้จะจับกับ troponin C ซึ่งได้รับการเปลี่ยนแปลง allosteric ที่มีผลต่อ tropomyosin ในทางกลับกันโทรไมโอซินเคลื่อนตัวโดยเปิดเผยไซต์ที่มีผลผูกพันกับไมโอซินบนแอกตินทำให้กระบวนการหดตัวเริ่มทำงาน
Troponin C ไม่มีอยู่ในกล้ามเนื้อเรียบและการเพิ่มขึ้นของ Ca ++ ที่สูงกว่าระดับที่ระบุจะส่งเสริมการจับกับเคลโมดูลิน คอมเพล็กซ์ Ca-เคลโมดูลินเปิดใช้งานไมโอซินไลท์เชนไคเนส (MLCK) ซึ่งจะทำให้ฟอสโฟรีเลสโซ่แสงนี้เปิดใช้งานไมโอซินและกระตุ้นกระบวนการหดตัว
การเพิ่มขึ้นของ Ca ++ เกิดขึ้นจากการเข้ามาจากภายนอกหรือออกจากเรติคูลัม sarcoplasmic โดยการกระทำของอิโนซิทอลไตรฟอสเฟต (IP3) ที่ปล่อยออกมาโดยฟอสโฟลิเปส C ในน้ำตกที่เปิดใช้งานโดยตัวรับร่วมกับโปรตีน Gq การผ่อนคลายเกิดขึ้นเมื่อ Ca ++ โดยการกระทำของตัวขนส่งถูกลบออกจากไซโตซอลและกลับไปยังแหล่งกำเนิด
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการหดตัวทั้งสองประเภทคือในกล้ามเนื้อลาย (การเต้นของหัวใจและโครงร่าง) Ca ++ ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของออลอสเตอริกโดยการจับกับโปรตีนโทรโปนินในขณะที่กล้ามเนื้อเรียบการเปลี่ยนแปลงที่เกิดจาก Ca-Calmomodulin เป็นโควาเลนต์และเกี่ยวข้องกับ ฟอสโฟรีเลชันของไมโอซิน
ดังนั้นเมื่อการกระทำของ Ca ++ สิ้นสุดลงจำเป็นต้องมีส่วนร่วมของเอนไซม์อื่นเพื่อกำจัดฟอสเฟตที่เพิ่มโดยไคเนส เอนไซม์ใหม่นี้คือ myosin light chain phosphatase (MLCP) ซึ่งกิจกรรมไม่ได้ขึ้นอยู่กับคาลโมดูลิน แต่ถูกควบคุมโดยวิถีอื่น ๆ
ในความเป็นจริงกระบวนการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบไม่ได้หยุดลงอย่างสมบูรณ์ แต่ระดับของการหดตัวยังคงอยู่ในระดับกลางอันเป็นผลมาจากความสมดุลของการทำงานของเอนไซม์ทั้งสอง MLCK ที่ควบคุมโดย Ca ++ และ Calmodulin และ MLCP ที่อยู่ภายใต้ ไปจนถึงการควบคุมตามกฎข้อบังคับอื่น ๆ
การปรับตัวในเซ็นเซอร์รับกลิ่น
ความรู้สึกทางกลิ่นจะเกิดขึ้นเมื่อมีการกระตุ้นตัวรับกลิ่นที่อยู่ในซิเลียของเซลล์ที่อยู่บนพื้นผิวของเยื่อบุรับกลิ่น
ตัวรับเหล่านี้จับคู่กับโปรตีน heterotrimeric G ที่เรียกว่า "Golf" (olfactory G protein) ซึ่งมีสามหน่วยย่อย: "αolf", "ß" และ "γ"
เมื่อตัวรับกลิ่นถูกกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อกลิ่นหน่วยย่อยของโปรตีนนี้จะแยกตัวออกและหน่วยย่อย "αolf" จะเปิดใช้งานเอนไซม์ adenyl cyclase ซึ่งสร้างวงจรอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cAMP)
แคมป์เปิดใช้งานช่องคล้าย CNG (เปิดใช้งานโดยไซคลิกนิวคลีโอไทด์) สำหรับแคลเซียมและโซเดียม ไอออนเหล่านี้เข้าสู่เซลล์ทำให้เกิดการแยกขั้วและทำให้เกิดการเริ่มต้นของศักยภาพในการออกฤทธิ์ซึ่งความถี่จะเป็นตัวกำหนดความเข้มของกลิ่น
แคลเซียมที่เข้ามาซึ่งมีแนวโน้มที่จะทำให้เซลล์เสื่อมสภาพมีผลที่เป็นปฏิปักษ์ของข้อเสนอแนะเชิงลบในภายหลังโดยการจับกับเคลโมดูลินและระหว่างพวกเขาปิดช่องทางและกำจัดสิ่งกระตุ้นที่ทำให้เกิดการลดขั้วแม้ว่าสิ่งกระตุ้นที่มีกลิ่นจะยังคงมีอยู่ . สิ่งนี้เรียกว่าการจับคู่เซ็นเซอร์
Calmodulin ในพืช
พืชยังตอบสนองต่อความแตกต่างของความเข้มข้นของแคลเซียมไอออนภายในเซลล์โดยใช้โปรตีนคาโมดูลิน ในสิ่งมีชีวิตเหล่านี้เคลโมดูลินมีลักษณะโครงสร้างและการทำงานหลายอย่างร่วมกับสัตว์และยีสต์แม้ว่าจะมีความแตกต่างกันในด้านการทำงานบางประการ
ตัวอย่างเช่นคาลโมดูลินในพืชจับกับลำดับเปปไทด์สั้น ๆ ภายในโปรตีนเป้าหมายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เปลี่ยนแปลงกิจกรรมเพื่อตอบสนองการเปลี่ยนแปลงภายในของแคลเซียม
การควบคุมคาร์โมดูลินในระดับใดที่คล้ายคลึงกับกระบวนการที่เกิดขึ้นในสัตว์ในพืชยังคงเป็นเรื่องที่ต้องพูดถึงในปัจจุบัน
อ้างอิง
- Brenner B: Musculatur ใน: Physiologie, 6th ed; R Klinke et al (eds) สตุ๊ตการ์ท, เฟรดธีมีเวอร์, 2010
- Ganong WF: Cellular & Molecular Basis of Medical Physiology, in: Review of Medical Physiology, 25th ed. นิวยอร์ก, McGraw-Hill Education, 2016
- Guyton AC, Hall JE: Introduction to endocrinology, in: Textbook of Medical Physiology, 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds) ฟิลาเดลเฟีย Elsevier Inc. , 2016
- Kaup UB, Müller F: Olfactorisches System, ใน: Physiologie, 4th ed; P Deetjen et al (eds) München, Elsevier GmbH, Urban & Fischer, 2005
- Korbmacher C, Greger R, Brenner B, Silbernagl S: Die Zelle als Grundbaustein ใน: Physiologie, 6th ed; R Klinke et al (eds) สตุ๊ตการ์ท, เฟรดธีมีเวอร์, 2010
- Zielinski, RE (1998). Calmodulin และโปรตีนที่จับกับ Calmodulin ในพืช การทบทวนชีววิทยาพืชประจำปี, 49 (1), 697-725.