칼 모듈 린 은 "칼슘 조절 단백질"을 의미하는 용어로 칼슘 이온 (Ca ++)에 결합하고 많은 세포 내 작용을 매개하는 작은 세포 내 단백질을 의미합니다. 이 단어의 기원은 영어 단어 'calcium', 'modulated'및 'protein'의 조합에서 비롯되며, 합쳐지면 CAL cium MODUL ated prote IN 에서 파생됩니다 .
동물 유기체의 구성의 일부가되는 미네랄 원소 중 칼슘과 인이 가장 풍부합니다. 뼈는 다량의 미네랄 염의 기질에 침착되어 형성되기 때문입니다. 이 이온으로부터 형성됩니다.
칼 모둘 린 및 칼슘 결합 부위의 개략도 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 PDB)
물론 이러한 칼슘 무기 염은 척추 동물 골격계의 구성과 형태에 필수적이지만, 동물의 생명에 중요한 생리 학적 중요성을 부여하는 것은 체액에 용해 된 칼슘 (Ca ++)의 이온화 된 형태입니다. 유기체.
구조에 두 개의 과잉 양전하가있는이 양이온은 세포막을 통해 이동하고 주로 심장 근육에있는 신체의 많은 흥분성 세포에서 전위 수준을 수정하여 전류 전달자 역할을 할 수 있습니다.
그러나 더 큰 생리 학적 관련성은 신경 전달 물질, 호르몬 또는 기타 물리적 또는 생화학 적 요인과 같은 외부 자극에 의해 유발되는 많은 세포 조절 반응이 여러 단백질이 순차적으로 참여하는 대사 캐스케이드의 종이라는 사실입니다. 활성화 또는 비활성화를 위해 칼슘이 필요합니다.
그런 다음 이러한 경우 칼슘은 세포 자체와 다른 수준에서 감지 된 요구를 충족시키는 데 필요한 세포 반응과 같은 최종 결과를 가져야하는 대사 캐스케이드에서 두 번째 전달자 역할을하며 그녀의 특정 대답.
칼슘은 생화학 적 표적에 직접 작용하여 활성에 영향을 미칠 수 있지만, 변형 될 단백질에 영향을 미치기 위해 결합해야하는 단백질의 참여가 필요한 경우가 많습니다. 칼 모듈 린은 이러한 매개 단백질 중 하나입니다.
구조
진핵 생물의 거의 모든 세포 유형에서 발현되기 때문에 매우 편재하는 칼 모듈 린은 약 17kDa의 분자량을 가진 작은 산성 단백질로, 그 구조는 종들간에 매우 보존 적입니다.
이것은 모노머 단백질입니다. 즉, 말단에서 알파 나선으로 연결된 구형 도메인의 형태를 취하는 단일 폴리 펩타이드 사슬로 구성됩니다. 각 구형 도메인에는 칼슘 결합 단백질에 전형적인 EF 손 (EF 손)으로 알려진 두 가지 모티프가 있습니다.
4 개의 칼슘 이온에 결합 된 칼 모듈 린 (출처 : Wikimedia Commons를 통한 Webridge)
이러한 "EF 손"토폴로지 모티프는 일종의 초이 차 구조를 나타냅니다. 그것들은 각 구상 도메인에서 큰 유연성의 영역에 의해 서로 연결되어 있으며, 각각에는 각 칼 모둘 린 분자에 대해 총 4 개의 사이트를 생성하는 Ca ++에 대한 결합 부위가 있습니다.
양으로 하전 된 칼슘 이온의 결합은 칼 모둘 린의 칼슘 결합 부위에 음으로 하전 된 측쇄를 가진 아미노산 잔기의 존재에 의해 가능해집니다. 이 잔기는 3 개의 아스파르트 산염과 1 개의 글루타메이트입니다.
칼 모둘 린의 기능
지금까지 칼 모둘 린에 대해 알려진 모든 기능은 세포 외 공간에서 유입되거나 세포 내 침착 물 (미토콘드리아 및 소포체)에서 배출됨에 따라 생성되는 세포질 칼슘의 증가에 의해 촉진되는 일련의 작용으로 구성됩니다.
칼슘의 많은 작용은 다른 유형과 기능을 가질 수있는 표적 단백질에 직접 작용하는이 이온에 의해 수행됩니다. 이러한 단백질 중 일부는 직접적으로 영향을받을 수 없지만 칼 모둘 린에 결합하기 위해서는 칼슘이 필요하며 이온의 영향을받는 단백질에 작용하는 것이 바로이 복합체입니다.
이러한 표적 단백질은 칼슘-칼 모듈 린 의존성이라고하며 단백질 키나제, 단백질 포스파타제, 뉴클레오타이드 시클 라제 및 포스 포 디에스 테라 제와 같은 수십 가지 효소를 포함합니다. 이들 모두는 다음과 같은 수많은 생리적 기능에 관여합니다.
-신진 대사
-입자 수송
-내장 이동성
-물질의 분비
-난자의 수정
-유전 적 발현
-세포 증식
-세포의 구조적 완전성
-세포 간 통신 등
칼 모둘 린 의존성 단백질 키나제 중에는 미오신 경쇄 키나제 (MLCK), 포스 포 릴라 제 키나제 및 Ca ++ / 칼 모둘 린 키나제 I, II 및 III가 언급됩니다.
따라서 칼슘 신호에 의해 암호화 된 정보 (세포 내 농도의 증가 또는 감소)는 신호를 생화학 적 변화로 변환하는이 단백질과 다른 칼슘 결합 단백질에 의해 "해독"됩니다. 즉, 칼 모둘 린은 칼슘 의존적 신호 전달 과정에서 중간 단백질입니다.
행동의 메커니즘
칼 모듈 린은 "표적"단백질의 모양, 순서, 크기 및 기능이 상당히 다양하기 때문에 매우 다재다능한 단백질입니다. 칼슘 이온에 대한 "센서"역할을하는 단백질이기 때문에 작용 메커니즘은 4 개의 이온에 결합하면 구조 및 / 또는 형태에서 유도되는 변화에 따라 달라집니다.
그것의 작용 메커니즘은 내장 평활근의 수축과 코의 후각 점막의 유모 세포가 겪는 냄새에 대한 적응과 같은 몇 가지 생리적 과정에 대한 참여를 간략하게 검토하여 예시 할 수 있습니다.
칼 모듈 린과 평활근 수축
미세 융모의 액틴 다발에서 미오신 1A 및 칼 모둘 린 교차 다리의 구조. 출처 : Jeffrey W. Brown, C. James McKnight
골격 및 심장 근육 수축은 세포질 Ca ++의 증가가 10-6 mol / l 이상의 수준에 도달하고이 이온이 트로포 닌 C에 결합하여 트로포 미오신에 영향을 미치는 알로 스테 릭 변화를 겪을 때 촉발됩니다. 차례로 트로포 미오신이 움직여서 액틴의 미오신 결합 부위를 노출시켜 수축 과정을 시작합니다.
Troponin C는 평활근에 존재하지 않으며 표시된 수준 이상의 Ca ++ 증가는 칼 모둘 린과의 결합을 촉진합니다. Ca- 칼 모듈 린 복합체는 미오신 경쇄 키나아제 (MLCK)를 활성화하고, 이는 차례로이 경쇄를 인산화하고 미오신을 활성화하며 수축 과정을 촉발합니다.
Ca ++의 증가는 Gq 단백질에 결합 된 수용체에 의해 활성화 된 캐스케이드에서 포스 포 리파제 C에 의해 방출 된 이노시톨 트리 포스페이트 (IP3)의 작용에 의해 외부에서 유입되거나 sarcoplasmic reticulum에서 유출 됨으로써 발생합니다. 이완은 운반자의 작용에 의해 Ca ++가 세포질에서 제거되어 원래 위치로 돌아올 때 발생합니다.
두 수축 유형의 중요한 차이점은 줄무늬 근육 (심장 및 골격)에서 Ca ++는 단백질 인 트로포 닌과 결합하여 알로 스테 릭 변화를 유도하는 반면 평활근에서는 Ca- 칼 모듈 린에 의해 생성 된 변화가 공유되고 관련이 있다는 것입니다. 미오신의 인산화.
따라서 Ca ++의 작용이 끝나면 키나아제에 의해 첨가 된 인산염을 제거하기 위해 다른 효소의 참여가 필요합니다. 이 새로운 효소는 myosin light chain phosphatase (MLCP)로, 그 활성은 칼 모둘 린에 의존하지 않고 다른 경로에 의해 조절됩니다.
실제로 평활근의 수축 과정은 완전히 멈추지 않지만 두 효소, Ca ++ 및 칼 모둘 린에 의해 제어되는 MLCK, 그리고 다른 규제 통제에.
후각 센서의 적응
냄새 감각은 후각 점막 표면에 위치한 세포의 섬모에 위치한 후각 수용체가 활성화 될 때 촉발됩니다.
이 수용체는 "골프"(후각 G 단백질)로 알려진 이종삼 합체 G 단백질과 결합되며,이 단백질은 "αolf", "ß"및 "γ"의 세 가지 하위 단위를 가지고 있습니다.
후각 수용체가 냄새에 반응하여 활성화되면이 단백질의 서브 유닛이 해리되고 "αolf"서브 유닛이 효소 아데 닐 사이 클라 제를 활성화하여 사이 클릭 아데노신 모노 포스페이트 (cAMP)를 생성합니다.
cAMP는 칼슘과 나트륨에 대해 CNG- 유사 채널 (사이 클릭 뉴클레오타이드에 의해 활성화 됨)을 활성화합니다. 이 이온은 세포에 들어가서 탈분극하고 악취의 강도를 결정하는 주파수의 활동 전위를 유발합니다.
세포를 탈분극하는 경향이있는 칼슘은 냄새 자극이 지속 되더라도 칼 모둘 린에 결합하고 채널을 닫고 탈분극 자극을 제거하는 사이에 부정적인 피드백의 길항 효과를 나타냅니다. . 이를 센서 매칭이라고합니다.
식물의 칼 모듈 린
식물은 또한 칼 모둘 린 단백질을 통해 칼슘 이온의 세포 내 농도 차이에 반응합니다. 이 유기체에서 칼 모둘 린은 일부 기능적 측면에서 다르지만 동물 및 효모 대응 물과 많은 구조적 및 기능적 특성을 공유합니다.
예를 들어, 식물의 칼 모둘 린은 표적 단백질 내의 짧은 펩티드 서열에 결합하여 칼슘의 내부 변화에 반응하여 활동을 변경하는 구조적 변화를 유도합니다.
칼 모둘 린이 식물의 동물에서 발생하는 것과 유사한 과정을 어느 정도 제어하는지는 오늘날에도 여전히 논의의 문제입니다.
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