Kas ir Calmodulin?

Eikariotu šūnas, piemēram, cilvēku šūnas, ieskauj membrāna, ko sauc par plazmas membrānu, un tajās ir struktūras, kas ir saistītas ar membrānu, piemēram, endoplazmatiskais tīkls (ER) un sarkoplazmas retikulums (SR). Šajās struktūrās ir kalcija krājumi, bet šūnas citozolā – želejveida saturā starp membrānām – ir 10,000 reižu mazāk kalcija nekā šķidrumā ārpus šūnām.

Lielā kalcija līmeņa atšķirība starp citozolu un šūnu ārpusi ļauj šūnai izmantot šo diferenciālo gradientu, lai ievadītu kalciju kā veidu, lai signalizētu atbildes. Ir daudz olbaltumvielu, kas saistās ar kalciju, bet kalmodulīns ir visizplatītākais kalcija modulētais proteīns. Daudzas olbaltumvielas, kas to saistās, nespēj tieši reaģēt uz kalciju, un tām ir jāpaļaujas uz šo kalciju saistošo proteīnu kā kalcija sensoru. Lai gan daudzus proteīnus aktivizē kalcijs, citi ir pakļauti inhibīcijai. CaM mediē atbildes reakcijas, sākot no nervu augšanas un atmiņas līdz iekaisumam un vielmaiņai.

Klasisks piemērs kalmodulīna lomai vielmaiņā ir organisma glikogēna krājumu degradācijas regulēšana enerģijas iegūšanai. Glikogēns ir glikozes uzglabāšanas polimērs, un tā sadalīšanos ierosina hormoni. Šo hormonu saistīšanās ar šūnu receptoriem uz plazmas membrānas izraisa kalcija transportētāju, kas palielina kalcija līmeni šūnā.

Palielinoties kalcija līmenim citozolā, kalcijs saistās ar kalmodulīnu un maina proteīna konformāciju. Kalcija-kalmodulīna komplekss saistās ar kalcija transportētāju, sākumā palielinot un pēc tam samazinot kalcija transportēšanu šūnā. Kad kalcija līmenis atkal ir normāls, CaM atdalās no kalcija.

Šis ir sekundārā ziņotāja izmantošanas piemērs, kurā pirmais signāls ir hormons, kas pārraida savu ekstracelulāro ziņojumu uz šūnas virsmu. Signāla pārraidi uz šūnas iekšpusi veic sekundārais savienojums, šajā gadījumā kalcijs. Šis divpakāpju process var ievērojami pastiprināt šūnu reakciju.

Ir vēl viens glikogēna metabolisma regulēšanas līmenis, kas ir papildu veids, kā CaM var kontrolēt reakcijas. Tas var iedarboties uz kalmodulīna kināzi — kināžu apakšgrupu, kas specializējas reaģēšanai uz kalmodulīnu. Kināzes pievieno olbaltumvielām fosfātu grupu, un glikagona noārdīšanos veic enzīms, ko sauc par fosforilāzes kināzi, kam ir vairākas apakšvienības. Viena no tām ir regulējoša vienība, un tā darbībai ir nepieciešama CaM saistoša.

Kalmodulīns atrodas daudzās šūnas vietās, tostarp ER un SR membrānās. Tas arī darbojas kā signalizācija šūnā. Šai molekulai ir līdzīgas struktūras starp dažādiem organismiem, kas norāda, ka tās struktūra ir ļoti svarīga tās funkcijai. Kalmodulīna saistīšanās izraisīto procesu daudzveidība liecina par kalcija nozīmi šūnu reakciju regulēšanā.