- מִבְנֶה
- פונקציות של קלמודולין
- מנגנון פעולה
- התכווצות קלמודולין ושריר חלק
- הסתגלות בחיישני הריח
- קלמודולין בצמחים
- הפניות
קלמודולין הוא מונח שמשמעותו "חלבון מודולציה לסידן", ומתייחס לחלבון תוך-תאי קטן שיש לו את התכונה של קשירה ליון הסידן (Ca ++) ומתווך רבים מהפעולות התוך תאיות שלו. מקור המילה באה משילוב של "סידן" מילים באנגלית, "מווסתת" ו "חלבון" אשר, כאשר לשים יחד, שואבים ב CAL cium MODUL ated והגנה של המחזור לפי .
בין יסודות המינרלים ההופכים לחלק מהרכבתם של אורגניזמים מן החי, סידן, ואחריו זרחן, הוא ללא ספק השופע ביותר, שכן עצם נוצרת על ידי התצהיר במטריקס של כמויות גדולות של מלחי מינרלים. נוצר מיון זה.
סכמטי של קלמודולין ואתרי הקישור לסידן שלו (מקור: PDB באמצעות Wikimedia Commons)
כמובן שמלחי סידן מינרליים אלה חיוניים להקמתה והרכבתה של מערכת השלד של חוליות, אך זוהי הצורה המיוננת של סידן (Ca ++) בתמיסות בנוזלי גוף, הרואה חשיבות פיזיולוגית רלוונטית לחיי בעלי החיים. אורגניזמים.
קטיון זה, עם שני מטענים חשמליים חיוביים עודפים במבנהו, יכול לפעול כטרנספורטר זרם על ידי מעבר בקרום התא ושינוי רמת הפוטנציאל החשמלי שלו ברבים מהתאים הנרגשים בגוף, בעיקר בשריר הלב.
אך הרלוונטיות הפיזיולוגית הגדולה יותר היא העובדה שתגובות רגולטוריות סלולריות רבות המופעלות על ידי גירויים חיצוניים, כמו למשל מעבירים עצביים, הורמונים או גורמים פיזיקליים או ביוכימיים אחרים, הם מינים של מפל מטבוליות בהם משתתפים רצף חלבונים, חלקם אנזימים אשר דורשים סידן להפעלתם או להפעלתם.
במקרים אלה נאמר כי סידן פועל כשליח שני במפל מטבולי שנועד לקבל תוצאה סופית שתבוא כמו התגובה התאית הנחוצה כדי לספק צורך המתגלה ברמה אחרת השונה מזו של התא עצמו, וכי היא דורשת התשובה הספציפית שלה.
סידן יכול לפעול ישירות על המטרה הביוכימית שלו כדי להשפיע על פעילותו, אך לעיתים קרובות הוא דורש השתתפות של חלבון איתו עליו לקשור על מנת להפעיל את השפעתו על החלבונים / ים שיש לשנות. קלמודולין הוא אחד מאותם חלבוני מתווך.
מִבְנֶה
קלמודולין, שהוא מאוד נמצא בכל מקום, מכיוון שהוא בא לידי ביטוי כמעט בכל סוגי התאים באורגניזמים אוקיארוטים, הוא חלבון חומצי קטן בעל משקל מולקולרי של כ -17 kDa, אשר המבנה שלו שמור מאוד בקרב מינים.
זהו חלבון מונומרי, כלומר מורכב משרשרת פוליפפטיד יחידה, שבקצותיה הטרמינליים צורה של תחומים כדוריים שאליהם מצטרפת סליל אלפא. לכל תחום כדורית יש שני מוטיבים המכונים EF hand (EF hand) האופייניים לחלבונים הקשורים לסידן.
קלמודולין נקשר לארבעה יוני סידן (מקור: Webridge דרך Wikimedia Commons)
המוטיבים הטופולוגיים ה"יד של EF "מייצגים סוג של מבנים על-משניים; הם קשורים זה לזה, בכל תחום כדורית, לפי אזור של גמישות רבה ובכל אחד מהם יש אתר מחייב ל- Ca ++, שמניב 4 אתרים בסך הכל עבור כל מולקולת קלמודולין.
קשירת יוני סידן טעונים חיובית מתאפשרת על ידי נוכחותם של שאריות חומצות אמינו עם שרשראות צד שליליות נטענות שליליות באתרי הקישור לסידן של קלמודולין. שאריות אלה הן שלוש אספרטטים ואחת גלוטמט.
פונקציות של קלמודולין
כל הפונקציות הידועות עד כה עבור קלמודולין ממוסגרות בתוך קבוצת פעולות המקודמות על ידי העלייה בסידן הציטוזולי המיוצר בכניסתו מהמרחב החוץ תאי או יציאתו מהמשקעים התוך תאיים: מיטוכונדריה ותכנית אנדופלסמה.
רבות מהפעולות של סידן מבוצעות על ידי יון זה הפועל ישירות על חלבוני היעד שלו, שיכולים להיות מסוגים שונים ותפקודים שונים. לא ניתן להשפיע ישירות על חלק מחלבונים אלה, אך דורשים סידן להידבק לקלמודולין וזה המתחם הזה שפועל על החלבון המושפע מהיון.
אומרים כי חלבוני יעד אלה תלויים בסידן-קלמודולין וכוללים עשרות אנזימים, כגון קינאזות חלבון, פוספטאזים חלבונים, ציקלוזות נוקליאוטידים ופוספודיאסטרזים; כולם מעורבים בשלל תפקודים פיזיולוגיים הכוללים:
- חילוף החומרים
- הובלת חלקיקים
- ניידות קרביים
- הפרשת חומרים
- דישון הביוץ
- ביטוי גנטי
- התפשטות תאים
- השלמות המבנית של התאים
- תקשורת בין-תאית וכו '.
בין קינאזות חלבון התלויות בקלמודולין מוזכרים: מינוזין kinase שרשרת קלה (MLCK), phosphorylase kinase ו- Ca ++ / calmodulin kinases I, II ו- III.
לפיכך, המידע המקודד על ידי אותות הסידן (עלייה או ירידה בריכוז התוך תאי) "מפוענח" על ידי זה וחלבונים אחרים הקשורים לסידן, שממירים את האותות לשינויים ביוכימיים; במילים אחרות, קלמודולין הוא חלבון ביניים בתהליכי איתות תלויים בסידן.
מנגנון פעולה
קלמודולין הוא חלבון מאוד תכליתי, שכן חלבוני ה"מטרה "שלו מגוונים במידה ניכרת בצורתו, רצףם, גודלו ותפקידו. מכיוון שמדובר בחלבון שמתפקד כ"חיישן "עבור יוני סידן, מנגנון הפעולה שלו תלוי בשינויים הנגרמים במבנהו ו / או בקונפורמציה ברגע שהוא נקשר לארבעה מהיונים הללו.
ניתן להדגים את מנגנוני הפעולה שלה על ידי סקירה קצרה של השתתפותה בכמה תהליכים פיזיולוגיים כמו התכווצות של שריר חלקה של ויסקרה והתאמה לריחות שסובלים מתאי השיער של רירית הריח באף.
התכווצות קלמודולין ושריר חלק
מבנה מיוסין 1A וגשרים צולבים קלמודולין בצרורות האקטין של המיקרווילי. מקור: ג'פרי וו. בראון, סי. ג'יימס מקנייט
התכווצות שרירי שלד ולב מופעלת כאשר העלייה ב- Ca ++ ציטוזולי מגיע לרמות מעל 10-6 מול / ל. יון זה נקשר לטרופונין C, שעובר שינויים אלסטרואלים המשפיעים על טרופומיוזין. בתורו, טרופומיוזין זז, חושף את אתרי הקושרים למיוזין שלו באקטין, וגורם לתהליך ההתכווצות לעלות.
טרופונין C אינו קיים בשריר חלק, והעלייה ב- Ca ++ מעל לרמה המצוינת מקדמת את קשירתו לקלמודולין. מתחם ה- Ca-calmodulin מפעיל מינוזין שרשרת אור קלה (MLCK), שבתורו זרחתי משרשרת קלה זו, מפעיל מיוזין ומפעיל את תהליך ההתכווצות.
העלייה ב- Ca ++ מתרחשת באמצעות כניסתו מבחוץ או יציאתו מתכנית הרקופלסמה על ידי פעולה של אינוסיטול טריפוספט (IP3) שמשוחרר על ידי פוספוליפזה C במפל המופעל על ידי קולטנים המשולבים לחלבון Gq. הרפיה מתרחשת כאשר Ca ++, על ידי פעולת הובלות, מוסר מהציטוזול וחוזר לאתרי המוצא שלו.
הבדל חשוב בין שני סוגים של כיווץ הוא שבשרירים מפוספסים (לב ושלד) Ca ++ גורם לשינויים אלסטרוסטריים על ידי כריכה עם החלבון שלו, טרופונין, ואילו בשרירים החלקים השינויים המיוצרים על ידי Ca-calmodulin הם קוולנטיים וכרוכים זרחן של מיוזין.
לפיכך, לאחר סיום פעולתה של Ca ++, נדרשת השתתפות של אנזים אחר בכדי להסיר את הפוספט שנוסף על ידי הקינאז. אנזים חדש זה הוא פוספטז מיוזין שרשרת קלה (MLCP) שפעילותו אינה תלויה בקלמודולין, אלא מווסתת על ידי מסלולים אחרים.
במציאות, תהליך ההתכווצות של שריר חלק אינו נפסק לחלוטין, אך מידת ההתכווצות נותרה ברמה בינונית כתוצאה מאיזון פעולותיהם של שני האנזימים, ה- MLCK הנשלט על ידי Ca ++ וקלמודולין, וה- MLCP נתון לבקרות רגולטוריות אחרות.
הסתגלות בחיישני הריח
התחושה הריחנית מופעלת כאשר מופעלים קולטני הריח הנמצאים בתוך רירית התאים הממוקמים על פני רירית הריח.
קולטנים אלה משולבים לחלבון G הטרוטרימרי המכונה "גולף" (חלבון G חוש הריח), שיש לו שלוש יחידות משנה: "αolf", "ß" ו- "γ".
כאשר קולטני הריח מופעלים בתגובה לריח, תת היחידות של חלבון זה מתנתקות ותת היחידה "αolf" מפעילה את האנזים אדניל ציקלאז, ומייצרת מונופוספט אדנוזין מחזורי (cAMP).
ה- cAMP מפעיל תעלות דמויי CNG (מופעלות על ידי נוקלאוטידים מחזוריים) לסידן ונתרן. יונים אלה נכנסים לתא, מפוררים אותו וגורמים לפתיחה של פוטנציאל פעולה שתדירותם תקבע את עוצמת הריח.
לסידן שנכנס, הנוטה לפילוח התא, יש השפעה אנטגוניסטית של פידבק שלילי, מעט אחר כך, על ידי כריכה לקלמודולין וביניהם סגירת התעלה וביטול הגירוי המפולח, למרות שהגירוי הריח נמשך . זה נקרא התאמת חיישנים.
קלמודולין בצמחים
הצמחים מגיבים גם להבדלים בריכוז התוך תאי של יוני סידן באמצעות חלבון קלמודולין. באורגניזמים אלה, קלמודולינים חולקים מאפיינים מבניים ותפקודיים רבים עם עמיתיהם לבעלי חיים ושמרים, אם כי הם שונים זה מזה בהיבטים תפקודיים מסוימים.
לדוגמא, קלמודולין בצמחים נקשר לרצפי פפטיד קצרים בתוך חלבוני היעד שלהם, וגורם לשינויים מבניים המשנים את פעילותם בתגובה לשונות פנימיות בסידן.
עד כמה קלמודולין שולט בתהליכים המקבילים לאלה המתרחשים בבעלי חיים בצמחים הוא עדיין נושא לדיון בימינו.
הפניות
- ברנר ב: שרירים, בתוך: פיזיולוגיה, מהדורה 6; R Klinke et al (eds). שטוטגרט, גאורג ת'יה ורלג, 2010.
- Ganong WF: בסיס תאית ומולקולרית של הפיזיולוגיה הרפואית, מתוך: סקירה של הפיזיולוגיה הרפואית, מהדורה 25. ניו יורק, McGraw-Hill Education, 2016.
- Guyton AC, Hall JE: מבוא לאנדוקרינולוגיה, בתוך: ספר לימוד לפיזיולוגיה רפואית, 13th ed, AC Guyton, JE Hall (eds). פילדלפיה, Elsevier Inc., 2016.
- Kaup UB, Müller F: Olfactorisches System, בתוך: Physiologie, ed ed 4; P Deetjen et al (eds). München, Elsevier GmbH, Urban & Fischer, 2005.
- Korbacher C, Greger R, Brenner B, Silbernagl S: Die Zelle als Grundbaustein, ב: Physiologie, ed ed; R Klinke et al (eds). שטוטגרט, גאורג ת'יה ורלג, 2010.
- זיילינסקי, רי (1998). חלבונים קלמודולין וקלמודולין הקושרים בצמחים. סקירה שנתית של ביולוגיה מהצומח, 49 (1), 697-725.