Les processus cellulaires et physiologiques complexes dans les organismes vivants nécessitent une régulation finement réglée au niveau moléculaire pour assurer l'adaptabilité, par exemple, d'un animal ou d'une plante à son habitat. À cette fin, de nombreux molécules existent qui interviennent dans des processus tels que la communication cellulaire, le métabolisme ou la division cellulaire. Un de ceux-là molécules est la protéine calmoduline qui, avec l'aide de calcium, influence la fonction de nombreux autres protéines.
Qu'est-ce que la calmoduline?
La calmoduline est une protéine régulatrice intracellulaire qui se lie calcium ions. Sur la base de sa structure, il appartient au groupe des EF-hand protéines. La forme de la calmoduline, qui se compose de 148 acides aminés et mesure 6.5 nm de long, ressemble à un haltère. Le moléculaire masse de cette molécule de protéine est d'environ 17 kDa. En raison de sa fonction biologique dans la transduction du signal au sein des cellules, la calmoduline peut également être classée comme un second messager, c'est-à-dire un messager secondaire qui n'est pas lui-même enzymatiquement actif. Dans les deux domaines sphériques de la protéine, il y a deux motifs hélice-boucle-hélice chacun à une distance de 1.1 nm, auxquels un total de quatre calcium les ions peuvent être liés. Cette structure est appelée main EF. Les structures EF-hand sont reliées par Hydrogénation liaisons entre les feuillets bêta antiparallèles de la calmoduline.
Fonction, action et rôles
La calmoduline a besoin de trois à quatre ions calcium liés par molécule pour être active. Lorsqu'il est activé, le complexe calcium-calmoduline formé est impliqué dans la régulation de divers récepteurs, enzymeset des canaux ioniques avec un large éventail de fonctions. Parmi les enzymes régulés sont la phosphatase calcineurine, qui joue un rôle important dans la régulation de la réponse immunitaire, et l'endothélium l'oxyde nitrique synthase (eNOS), qui produit du NO, qui, entre autres, est responsable de la détente du muscle lisse et donc pour la dilatation de sang bateaux. De plus, à de faibles concentrations de calcium, l'adénylate cyclase (AC) est activée, tandis qu'à des concentrations élevées de calcium, son homologue enzymatique, la phosphodiestérase (PDE), est activée. Ainsi, une séquence temporelle de mécanismes de régulation est obtenue: initialement, AC initie une voie de signalisation via la production d'AMP cyclique (AMPc); plus tard, cette voie est à nouveau désactivée par son homologue PDE via la dégradation de l'AMPc. Cependant, l'effet régulateur de la calmoduline sur les protéines kinases telles que la CaM kinase II ou la myosine light chain kinase (MLCK) est particulièrement bien connu et sera discuté plus en détail ci-dessous. CAMKII peut lier un phosphate résidu à divers protéines et ainsi influencer le métabolisme énergétique, perméabilité aux ions et libération de neurotransmetteurs par les cellules. CAMKII est présent à des concentrations particulièrement élevées dans le cerveau, où l'on pense qu'il joue un rôle important dans la plasticité neuronale, c'est-à-dire apprentissage processus. Mais la calmoduline est également indispensable pour les processus de mouvement. Au repos, le concentration d'ions calcium dans une cellule musculaire est très faible et la calmoduline est donc inactive. Cependant, lorsque la cellule musculaire est excitée, le calcium s'écoule dans le plasma cellulaire et occupe les quatre sites de liaison de la calmoduline en tant que cofacteur. Cela peut maintenant activer la kinase de la chaîne légère de la myosine, entraînant un déplacement des fibres contractiles dans la cellule, permettant ainsi la contraction musculaire. Autres moins connus enzymes sous l'influence de la calmoduline comprennent la guanylate cyclase, la Ca-Mg-ATPase et phospholipase A2.
Formation, occurrence, propriétés et niveaux optimaux
La calmoduline se trouve dans tous les eucaryotes, qui comprennent toutes les plantes, les animaux, les champignons et le groupe d'organismes amiboïdes. Parce que la molécule de calmoduline dans ces organismes est généralement de structure relativement similaire, on peut supposer qu'il s'agit d'une protéine ancienne du développement qui est apparue au début de l'évolution. En règle générale, la calmoduline est présente en quantités relativement importantes dans le plasma d'une cellule. Dans le cytosol des cellules nerveuses, par exemple, l'habituel concentration est d'environ 30 à 50 μM ou 0.03 à 0.05 mol / L. La protéine est formée dans le cadre de la transcription et de la traduction au moyen du CALM gène, parmi lesquels il existe trois allèles connus à ce jour, désignés CALM-1, CALM-2 et CALM-3.
Maladies et troubles
Certaines substances chimiques peuvent exercer un effet inhibiteur sur la calmoduline et sont donc appelées inhibiteurs de la calmoduline.Dans la plupart des cas, leur effet inhibiteur est basé sur le fait qu'elles transportent le calcium hors de la cellule et le retirent ainsi de la calmoduline, qui est alors seulement présent dans un état inactif. Ces substances inhibitrices comprennent, par exemple, le W-7. De plus, certains phénothiazine médicaments psychotropes inhiber la calmoduline. Aussi larges que soient les fonctions régulatrices de la calmoduline, aussi diverses sont les défauts et troubles imaginables lorsque la protéine ne peut plus être activée par le cofacteur calcium et donc les enzymes cibles régulées sont à leur tour moins actives. Une activation insuffisante de CAMKII, par exemple, peut entraîner une restriction de la plasticité neuronale, qui constitue la base de apprentissage processus. La diminution de l'activation du MLCK nuit à la contraction musculaire, ce qui peut conduire aux troubles du mouvement. Une activation plus faible de l'enzyme calcineurine due à une carence en calmoduline affecterait la réponse immunitaire de l'organisme, et une activation moindre des eNOs conduire pour abaisser les concentrations de NO. Ce dernier pose des problèmes en particulier là où l'oxyde nitrique est par ailleurs censé empêcher les sang coagulation et dilatation bateaux dans le but d'une meilleure circulation sanguine. Cependant, il faut également mentionner à ce stade que dans certaines conditions le capteur de calcium fréquénine peut reprendre les fonctions biologiques de la calmoduline et ainsi remplacer la molécule.
