Calmoduline

Les processus cellulaires et physiologiques complexes chez les êtres vivants nécessitent une régulation finement ajustée au niveau moléculaire afin d'assurer l'adaptabilité d'un animal ou d'une plante, par exemple, à l'habitat. A cet effet, de nombreuses molécules interviennent dans des processus tels que la communication cellulaire, le métabolisme ou la division cellulaire. L'une de ces molécules est la protéine Calmodulinequi, avec l'aide de calcium, influence la fonction de nombreuses autres protéines biologiquement actives.

Qu'est-ce que la calmoduline?

La calmoduline est une protéine régulatrice intracellulaire qui se lie aux ions calcium. En raison de sa structure, il appartient au groupe des protéines EF-hand. La forme de la calmoduline, qui se compose de 148 acides aminés et mesure 6,5 nm de long, ressemble à un haltère. La masse moléculaire de cette molécule protéique est d'environ 17 kDa.

En raison de sa fonction biologique dans la transmission du signal à l'intérieur des cellules, la calmoduline peut également être classée comme un second messager, c'est-à-dire une substance messagère secondaire qui, cependant, n'est pas elle-même active enzymatiquement. Dans les deux domaines sphériques de la protéine, il y a deux motifs hélice-boucle-hélice à une distance de 1,1 nm, auxquels un total de quatre ions calcium peuvent être liés. Cette structure est connue sous le nom de main EF. Les structures EF-main sont reliées par des liaisons hydrogène entre les feuillets bêta antiparallèles de la calmoduline.

Fonction, effet et tâches

La calmoduline a besoin de trois à quatre ions calcium liés par molécule pour être active. A l'état activé, le complexe calcium-calmoduline formé est impliqué dans la régulation d'un grand nombre de récepteurs, enzymes et canaux ioniques avec une grande variété de fonctions. Les enzymes régulées comprennent la phosphatase calcineurine, qui joue un rôle important dans la régulation de la réponse immunitaire, et l'oxyde nitrique synthase endothélial (eNOS), qui produit du NO, qui est entre autres utilisé pour la relaxation des muscles lisses et donc pour une expansion de la Vaisseaux sanguins.

À de faibles concentrations de calcium, l'adénylate cyclase (AC) est également activée, à des concentrations élevées de calcium, d'autre part, son homologue enzymatique, la phosphodiestérase (PDE). De cette manière, une séquence chronologique des mécanismes de régulation est obtenue: initialement, le courant alternatif met en mouvement un chemin de signal via la production d'AMP cyclique (AMPc), puis celui-ci est à nouveau désactivé par l'adversaire 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), qui sera expliqué plus en détail ci-dessous, est particulièrement connu.

Le CAMKII peut lier un résidu phosphate à diverses protéines et ainsi influencer le métabolisme énergétique, la perméabilité aux ions et la libération de neurotransmetteurs par les cellules. Le CAMKII se trouve à des concentrations particulièrement élevées dans le cerveau, où il joue un rôle important dans la plasticité neuronale, c.-à-d. tous les processus d'apprentissage. Mais la calmoduline est également indispensable pour les processus de mouvement. Au repos, la concentration en ions calcium dans une cellule musculaire est très faible et la calmoduline est donc inactive. Si la cellule musculaire est excitée, cependant, le calcium s'écoule dans le plasma cellulaire et, en tant que cofacteur, occupe les quatre sites de liaison de la calmoduline.

Cela peut maintenant activer la kinase de la chaîne légère de la myosine, qui déplace les fibres contractiles dans la cellule et permet ainsi la contraction musculaire. D'autres enzymes moins connues qui sont sous l'influence de la calmoduline sont la guanylate cyclase, la Ca-Mg-ATPase et la phospholipase A2.

Éducation, occurrence, propriétés et valeurs optimales

La calmoduline est présente chez tous les eucaryotes, qui comprennent toutes les plantes, les animaux, les champignons et le groupe des créatures amiboïdes. Puisque la molécule de calmoduline dans ces organismes est généralement structurée d'une manière relativement similaire, on peut supposer qu'il s'agit d'une protéine très ancienne sur le plan de l'évolution qui a émergé à un stade précoce.

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, la concentration habituelle est d'environ 30 à 50 µM, c'est-à-dire 0,03-0,05 mol / L. La protéine est formée lors de la transcription et de la traduction à l'aide du gène CALM, dont il existe trois allèles connus à ce jour, appelés CALM-1, CALM-2 et CALM-3.

Maladies et troubles

Certains produits chimiques peuvent avoir un effet inhibiteur sur la calmoduline et sont donc connus sous le nom d'inhibiteurs de la calmoduline. Dans la plupart des cas, leur effet inhibiteur est basé sur le fait qu'ils transportent le calcium hors de la cellule et l'éliminent ainsi de la calmoduline, qui n'est alors présente qu'à l'état inactif.

Ces substances inhibitrices comprennent, par exemple, le W-7. De plus, certains médicaments à base de phénothiazine psychotropes inhibent la calmoduline. Aussi larges que les fonctions régulatrices de la calmoduline, si diverses sont les défauts et troubles imaginables lorsque la protéine ne peut plus être activée par le cofacteur calcium et que les enzymes cibles régulées sont elles-mêmes moins actives. Une activation inadéquate du CAMKII, par exemple, peut conduire à une limitation de la plasticité neurale, qui constitue la base des processus d'apprentissage.

La diminution de l'activation du MLCK altère la contraction des muscles, ce qui peut entraîner des troubles du mouvement. Une moindre activation de l'enzyme calcineurine due à une carence en calmoduline influencerait la réponse immunitaire du corps et une moindre activation des eNO conduirait à des concentrations plus faibles de NO. Ce dernier pose principalement des problèmes où, sinon, l'oxyde nitrique est censé empêcher la coagulation du sang indésirable et dilater les vaisseaux dans le but d'une meilleure circulation sanguine. Cependant, il faut également mentionner à ce stade que le capteur de calcium Frequenin peut reprendre les fonctions biologiques de la calmoduline dans certaines conditions et ainsi remplacer la molécule.