Estrutura da calmodulina, funções e mecanismo de ação

Calmodulin É um termo que significa "proteína modulada por cálcio" e refere -se a uma pequena proteína intracelular que possui a propriedade do íon de cálcio (Ca ++) e mediar muitas de suas ações intracelulares. A origem da palavra nasce da combinação de palavras em inglês 'cálcio', 'modulado' e 'proteína' que, quando juntos, derivam em LIMACium MóduloProtetor atedEm.

Entre os elementos minerais que passam a fazer parte da constituição de organismos animais, o cálcio, seguido de fósforo, é muito diferente dos mais abundantes, uma vez que o osso é formado pelo depoimento em sua matriz de grandes quantidades de sais minerais formados a partir deste íon.

Esquema de calmodulina e seus sites de união de cálcio (fonte: PDB [CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Obviamente, esses sais minerais de cálcio são essenciais para a constituição e conformação do sistema esquelético de vertebrados, mas é a forma ionizada de cálcio (Ca ++) em solução em fluidos corporais que se torna uma importância fisiológica relevante para a vida da vida do vida dos organismos.

Este cátion, com duas cargas elétricas positivas em sua estrutura, pode atuar como um transportador de corrente ao passar pela membrana celular e modificar seu nível de potencial elétrico em muitas das células excitáveis ​​do corpo, principalmente no músculo cardíaco.

Mas de maior relevância fisiológica é o fato de que muitas reações regulatórias celulares disparadas por estímulos externos, como neurotransmissores, hormônios ou outros fatores físicos ou bioquímicos, são espécies de cachoeiras metabólicas nas quais várias proteínas participam sequencialmente, algumas das quais são enzimas que são enzimas que são enzimas que são enzimas que são enzimas que exigem cálcio para ativação ou inativação.

Diz -se então nesses casos que o cálcio atua como um segundo mensageiro em uma cachoeira metabólica destinada a ter um resultado final que se tornaria a resposta celular necessária para atender a uma necessidade detectada em outro nível que não seja a própria célula, e isso exige dela Essa resposta em particular.

O cálcio pode atuar diretamente em seu alvo bioquímico para influenciar sua atividade, mas muitas vezes exige a participação de uma proteína com a qual deve ser unida para poder exercer seu efeito sobre as proteínas para modificar. A calmodulina é uma daquelas proteínas mediando.

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Estrutura

A calmodulina, de uma grande onipresença, pois é expressa em quase todos os tipos de células de organismos eucarióticos, é uma pequena proteína ácida de cerca de 17 kDa de peso molecular, cuja estrutura é extremamente preservada entre as espécies.

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É uma proteína monomérica, ou seja, é formada por uma única cadeia polipeptídica, que adota em seu terminal termina a forma de domínios globulares unidos um pelo outro por uma hélice alfa. Cada domínio globular tem dois motivos conhecidos como mão EF (do inglês Ef Mão) que são típicos das proteínas que se ligam ao cálcio.

Calmodulina ligada a íons de cálcio (fonte: Webridge [CC BY-SA (https: // criativoCommonsns.Org/licenças/BY-SA/4.0)] via Wikimedia Commons)

Esses motivos topológicos "EF" representam uma espécie de estruturas de superecundaria; Eles estão ligados um ao outro, em cada domínio globular, por uma região de grande flexibilidade e em cada um deles há um local de junção para o Ca ++, que lança 4 locais no total para cada molécula de calculina.

A união dos íons cálcio, com carga positiva, é possível graças à presença de resíduos de aminoácidos com cadeias laterais negativamente carregadas nos locais da união de cálcio do cálcio da calmodulina. Este resíduo é três aspartatos e um glutamato.

Funções de calmodulina

Todas as funções até agora conhecidas pela calmodulina são enquadradas em um grupo de ações promovidas pelos aumentos de cálcio citosólico produzido por sua entrada no espaço extracelular ou sua saída dos depósitos intracelulares: mitocôndrias e retículo endoplasmático.

Muitas das ações de cálcio são cumpridas por esse íon atuando diretamente em suas proteínas brancas, que podem ser de natureza diversa e funções. Algumas dessas proteínas não podem ser diretamente influenciadas, mas exigem que o cálcio se junte à calmodulina e é esse complexo que age na proteína influenciada pelo íon.

Diz-se que essas proteínas brancas são dependentes de cálcio-calmodulina e entre elas dezenas de enzimas, como proteínas, proteinfosfase, ciclases de nucleotídeos e fosfodiesterases; Tudo envolvido em inúmeras funções fisiológicas que incluem:

- Metabolismo

- Transporte de partículas

- Mobilidade visceral

- Secreção de substância

- Ovules Fertilização

- Expressão genética

- Proliferação celular

- A integridade estrutural das células

- Comunicação intercelular, etc.

Entre as proteínas dependentes da calmodulina, são citadas: a cinase de miosina da cadeia leve (MLCK), a fosforilase da cinase e as cinasas de Ca ++/Calmodulina I, II e III.

Assim, a informação codificada pelos sinais de cálcio (aumento ou diminuição em sua concentração intracelular) é "decifrada" por esta e outras proteínas da união de cálcio, que tornam os sinais uma alteração bioquímica; Em outras palavras, a calmodulina é uma proteína intermediária em processos de sinalização dependentes de cálcio.

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Mecanismo de ação

A calmodulina é uma proteína muito versátil, pois suas proteínas "alvo" são consideravelmente diversas em forma, sequência, tamanho e função. Como é uma proteína que funciona como um "sensor" de íons de cálcio, seu mecanismo de ação depende das mudanças induzidas em sua estrutura e/ou conformação, uma vez que se junta a quatro desses íons.

Seus mecanismos de ação podem ser exemplificados revisando brevemente sua participação em alguns processos fisiológicos, como a contração do músculo liso visceral e a adaptação aos cheiros sofridos pelas células do nariz da mucosa olfativa no nariz.

Calmodulina e contração muscular suave

Estrutura de pontes cruzadas de miosina e calmodulina em feixes de actina de microvellosos. Fonte: Jeffrey W. Brown, c. James McKnight [CC por (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/3.0)]

A contração dos músculos esqueléticos e cardíacos é desencadeada quando o aumento do Ca ++ citosólico atinge níveis acima de 10-6 mol/L e esse íon se liga à troponina C, que sofre mudanças nos osticos que afetam a tropomiosina. Por sua vez, a tropomiosina se move e revela na actina seus sites sindicais com miosina, derivando que o processo contrátil desencadeia.

No músculo liso, não há troponina C, e o aumento de Ca ++ acima do nível indicado promove sua união com calmodulina. O complexo ca-calmodulina ativo à cinase leve da miosina (MLCK), que por sua vez fosforila para essa cadeia de luz, ativa a miosina e desencadeia o processo contrátil.

O aumento do Ca ++ é dado por sua entrada de fora ou saída do retículo sarcoplasmático por ação do inositol trifosfato (IP3) liberado pela fosfolipase C na cachoeira ativada por receptores acoplados à proteína GQ. O relaxamento ocorre quando o Ca ++, por ação de transporte, é removido do citosol e retorna aos seus sites de origem.

Uma diferença importante entre ambos os tipos de contração é que, nos músculos estriados (cardíaco e esquelético), o Ca ++ induz alterações alestais ao ingressar em sua proteína, a troponina, enquanto lisa as mudanças produzidas pela ca-calmodulina são covalentes e impelar implica a fosforilação da miosina.

Portanto, uma vez que a ação Ca ++ é concluída, a participação de outra enzima que remove o fosfato adicionada pela cinasa é necessária. Esta nova enzima é a fosfatase da cadeia leve da miosina (MLCP) cuja atividade não depende da calmodulina, mas é regulada por outras estradas.

Na verdade, o processo do músculo liso contrátil não cessa, mas o grau de contração é mantido em um nível intermediário, resultando no equilíbrio das ações de ambas as enzimas, o MLCK controlado pelo Ca ++ e pela calmodulina, e o MLCP enviado a outros Controles regulatórios.

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Adaptação em sensores olfativos

A sensação odorosa desencadeia quando os receptores olfativos localizados nos cílios das células localizados na superfície da mucosa olfativa são ativados.

Esses receptores são acoplados a uma proteína G heterotrófica conhecida como "golfe" (proteína olfativa), que possui três subunidades: "αolf", "ß" e "γ".

Quando os receptores olfativos são ativados em resposta a um cheiro, as subunidades desta proteína são dissociadas e a subunidade “αolf” ativa a enzima adenilciclase, produzindo monofosfato de adenosina cíclica (AMPC).

O AMPC ativa os canais do tipo CNG (ativados por nucleotídeos cíclicos) para cálcio e sódio. Esses íons entram na célula, despolarizam e causam o início dos potenciais de ação cuja frequência determinará a intensidade do cheiro.

O cálcio que entra, que tende a despolarizar a célula, tem um efeito antagônico do feedback negativo, um pouco mais tarde, juntando -se à calmodulina e entre eles fechando o canal e eliminando o estímulo despolarizante, apesar do fato de que o estímulo odoroso persiste. Isso é chamado de adaptação ao sensor.

Calmodulina em plantas

As plantas também respondem a diferenças de concentração intracelular dos íons de cálcio por meio da proteína da calmodulina. Nesses organismos, as calmodulinas compartilham muitas características estruturais e funcionais com seus colegas em animais e leveduras, embora diferem em alguns aspectos funcionais.

Por exemplo, a calmodulina em plantas une sequências curtas de peptídeos em suas proteínas brancas, induzindo mudanças estruturais que alteram suas atividades em resposta às variações internas de cálcio.

Até que ponto os controles de calmodulina nas plantas processos análogos aos quais ocorrem em animais, é algo que ainda é objeto de discussão hoje.

Referências

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