Кальмодулин связывание кальция

Ионам Са принадлежит центральная роль в регуляции многих клеточных функций. Изменение концентрации внутриклеточного свободного Са является сигналом для активации или ингибирования ферментов, которые в свою очередь регулируют метаболизм, сократительную и секреторную активность, адгезию и клеточный рост. Источники Са могут быть внутри- и внеклеточными. В норме концентрация Са в цитозоле не превышает 10 М, и основными источниками его являются эндоплазмати-ческий ретикулум и митохондрии. Нейрогормональные сигналы приводят к резкому повышению концентрации Са (до 10 М), поступающего как извне через плазматическую мембрану (точнее, через потенциалзависимые и рецепторзависимые кальциевые каналы), так и из внутриклеточных источников. Одним из важнейших механизмов проведения гормонального сигнала в кальций—мессенджерной системе является запуск клеточных реакций (ответов) путем активирования специфической Са -кальмодулин-зависимой протеинкиназы. Регуляторной субъединицей этого фермента оказался Са -связывающий белок кальмодулин (мол. масса 17000). При повышении концентрации Са в клетке в ответ на поступающие сигналы специфическая протеинкиназа катализирует фосфорилирование множества внутриклеточных ферментов —мишеней, регулируя тем самым их активность. Показано, что в состав киназы фосфорилазы Ь, активируемой ионами Са , как и КО-синтазы, входит кальмодулин в качестве субъединицы. Кальмодулин является частью множества других Са -свя-зывающих белков. При повышении концентрации кальция связывание Са с кальмодулином сопровождается конформационными его изменениями, и в этой Са -связанной форме кальмодулин модулирует активность множества внутриклеточных белков (отсюда его название). [c.296]

В саркоплазме гладких мышц присутствует киназа легких цепей миозина, зависимая от кальция. Для активации этого фермента кальцием требуется связывание его субъединицы, имеющей молекулярную массу 105000, с кальмодулином-4Са + (рис. 56.8). Активированная кальмодулином-4Са + киназа легких цепей фосфорилирует легкую цепь р, которая при этом перестает ингибировать взаимодействие [c.338]

Первым из этих белков был открыт тропонин С в клетках скелетных мышц роль его в мышечном сокращении обсуждалась в гл. 11 (разд. 11.1.12). Другой, близко родственный ему кальций-связывающий белок-кальмодулин - обнаружен во всех до сих пор изученных клетках животных и растений. Типичная животная клетка содержит более 10 молекул кальмодулина, что может составлять до 1% всего клеточного белка. Кальмодулин функционирует как многоцелевой внутриклеточный рецептор для Са . участвующий в большинстве процессов, регулируемых этими ионами. Это очень консервативный одиночный полипептид примерно из 150 аминокислот, имеющий четыре высокоаффинных Са -связывающих центра при связывании кальция он претерпевает большие конформационные изменения (рис. 12-29). [c.375]

Аллостерическая активация кальмодулина кальцием аналогична активации протеинкиназы циклическим АМР. При изучении киназы фосфорилазы было обнаружено, что кальмодулин является регуляторной субъединицей, постоянно входящей в состав этого фермента (рис. 13-31). Но в большинстве случаев присоединение Са ведет к тому, что ранее свободный кальмодулин связывается в клетке с различными белками-мишенями (рис. 13-33). Например, кальций-зависимая активация фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов, аденилатциклазы и некоторых мембранных Са -АТРаз происходит в результате связывания комплекса Са -кальмодулин с регуляторной субъединицей каждого из этих ферментов. Таким образом, реакция клетки-мишени на увеличение концентрации свободных ионов Са в цитозоле зависит от того, какие кальмодулин-связывающие белки имеются в данной клетке. Поскольку кальмодулин может принимать несколько различных конформаций (в зависимости от числа связанных ионов кальция), не исключено, что разные конформации взаимодействуют с разными клеточными белками. Таким путем кальмодулин мог бы в принципе вызывать различную реакцию клеток при разных концентрациях свободных ионов Са " в цитозоле. [c.276]

Группы клеточных функций, регулируемых сАМР и ионами кальция, в значительной степени перекрываются и внутриклеточные концентрации тех и других молекул нередко изменяются под влиянием одного, и того же внеклеточного сигнала. Эти две внутриклеточные сигнальные системы могут взаимодействовать по меньшей мере двояким образом 1) внутриклеточные уровни Са и сАМР способны влиять друг на друга, например кальмодулин может регулировать ферменты синтеза и распада сАМР, а сАМР-зависимые протеинкиназы-фосфорилировать кальциевые каналы или насосы 2) Са и сАМР могут регулировать один и тот же фермент, например киназу фосфорилазы может активировать и сАМР-зависимая протеинкиназа, и связывание кальмодулином (рис. 13-31). [c.277]

Непрерывное и быстрое удаление из клетки свободных ионов Са и сАМР делает возможным быстрое изменение концентраций этих внутриклеточных медиаторов в ответ на внешние сигналы. Повышение уровня сАМР активирует сАМР-зависимые протеинкиназы, которые фосфорилируют определенные белки-мишени. Этот эффект обратим, так как при падении уровня сАМР фосфорилированные белки быстро дефосфорилируются. Аналогичным образом повышение внутриклеточной концентрации свободных ионов кальция влияет на клетки благодаря связыванию Са с кальмодулином, который при этом изменяет свою конформацию и активирует множество различных белков-мишеней, в том числе Са -зависимые протеинкиназы. Поскольку каждый тип клеток характеризуется своим набором белков-мишеней для сАМР-зависимых протеинкиназ и или кальмодулина (либо кальмодулин-зависимых протеинкиназ), изменение уровня сАМР или Са вызывает в клетках разного типа различные, характерные для них реакции. Таким образом, использование сАМР и Са в качестве вторых посредников позволяет значительно усилить внешний сигнал и сделать его эффект специфичным для клеток того или иного типа. [c.281]

Очищенный кальмодулин из растений имеет в присутствии и отсутствии Са " разную ММ, соответственно 17-19 кДа и 14,5 кДа. Активируется он так же, как и в животных тканях, при уровне Са " в клетке 10 М. В растениях он активирует Са -АТФазу, НАД-киназу, протеинкиназу. Кальмодулин - это кислый низкомолекулярный термостабильный белок. При нагревании до 95-100 С устойчив в течение 5-10 мин. Физикохимические свойс гва кальмодулина зависят от различных факторов, в частности от связывания его с кальцием и т. д. Кальмодулин способен связывать до 4 атомов Са на одну молекулу белка. Переход от биологи- [c.45]

Расслабление гладких мышц происходит, когда 1) содержание ионов Са-+ в саркоплазме падает ниже 10 моль/л 2) Са- отсоединяется от кальмодулина, который в свою очередь отделяется от киназы легкой цепи миозина, вызывая ее инактивацию 3) нового фосфорилирования легкой цепи р не происходит, и протеинфосфатаза легкой цепи, которая постоянно активна и не зависит от кальция, отщепляет от легкой цепи р ранее присоединившиеся к ней фосфаты 4) дефосфорилированная легкая цепь р миозина ингибирует связывание миозиновых головой с F-актином и подавляет активность АТРазы 5) миозиновые головки в присутствии АТР отделяются от F-актина. а нов горное их связывание произойти не может из-за присутствия в системе дефосфорили-рованной легкой цепи р. В результате описанных событий происходит расслабление мышцы. [c.339]

Другой пример белка-модулятора — кальмодулин он участвует в регуляции активности многих ферментов. Кальмодулин — небольшой белок (148 аминокислотных остатков), содержит два глобулярных домена, соединенных а-спиральным доменом. Каждый глобулярный домен имеет два центра связывания ионов кальция (рис. 2.31). [c.96]

Ферментативные реакции, происходящие после связывания кальция каль-модулином, протекают довольно медленно. Однако быстрой активации мышцы не требуется, поскольку сам цикл взаимодействия миозина с актином здесь сильно замедлен, так что быстрое сокращение все равно невозможно. Если кальмодулин-вездесущий белок, участвующий в Са-зависимых процессах во многих клетках (см. гл. 13), то тропонин С можно рассматривать как специализированную форму кальмодулина, характерную для скелетных мыщц,- форму, которая непосредственно связывается с тонкими филаментами и тем самым обеспечивает более оперативную регуляцию сокращения кальцием. [c.87]

Кальций-зависимый регуляторный белок назван кальмодулином его мол. масса 17000, по структуре и функции он гомологичен мышечному белку тропо-нину С. Кальмодулин содержит четыре участка связывания Са +. Связывание Са + по всем четырем участкам ведет к заметному изменению конформации белка больщая часть молекулы приобретает структуру а-спирали. Эти конформационные переходы определяют, видимо, способность кальмодулина активировать или инактивировать определенные ферменты. Взаимодействие ионов кальция с кальмодулином (и соответствующее изменение активности последнего) в принципе сходно с процессом связывания сАМР с протеинкиназой, обеспечивающим активацию этого фермента. Кальмодулин часто оказывается одной из многочисленных субъединиц сложных белков и, как правило, участвует в регуляции активности различных киназ, а также ферментов синтеза и распада циклических нуклеотидов. Список некоторых ферментов, прямо или косвенно (по-видимому, через кальмодулин) регулируемых Са +, приведен в табл. 44.5. [c.167]

Лучше всего охарактеризован кальций-связывающий белок, который был открыт первым,-тропонин С из клеток скелетной мускулатуры роль его в мьппечном сокращении обсуждалась в главе 10 (разд. 10.1.13). Родственный кальций-связывающий белок кальмодулин был обнаружен во всех до сих пор изученных клетках животных и растений. Этот эволюционно консервативный белок оказался вездесущим внутриклеточным рецептором ионов Са , он участвует в большинстве известных регулируемых кальцием процессов в эукариотических клетках. Кальмодулин-это полипептид из 148 аминокислот, сходный по их последовательности с тропонином С, который поэтому можно рассматривать как специализированную форму кальмодулина. Подобно тропонину С, кальмодулин имеет четыре центра с высоким сродством к Сг и при связывании с этим ионом претерпевает значительное конформационное изменение. [c.276]

Важная роль Са + в регуляции метаболизма все более увеличивает число примеров использования флуоресценции для изучения этого процесса. Кальмодулин — белок, регулирующий Са-чув-ствительность многих клеточных ферментов, является мощным модулятором клеточных (мембранных) процессов. Долгое время" исследователи не находили методов, позволяющих контролировать его функции. Оказалось, что при взаимодействии с кальцием кальмодулин переходит в активное состояние, изменяя свою конформацию этот конформационный переход отражается на параметрах флуоресценции хромофора, если таковой присоединить к молекуле кальмодулина. Простой способ сделать функции каль-модулина видимыми — дансилирование. Дансил-кальмодулин обладает специфическим спектром флуоресценции, чувствительным к присутствию двухвалентных ионов, а также белков и мембранных липидов, с которыми он способен связываться. Таким образом, можно оценить связывание с кальмодулином гидрофобных лигандов. [c.83]

Кальций — единственный универсальный вторичный мессенджер клеток животных и растений. Другие вторичные мессенджеры— цАМФ, инозиттрисфосфат и диацилглицерин — функционируют, по всей видимости, преимущественно в клетках животных. Наиболее распространенным рецептором для Са + в большинстве клеток является низкомолекулярный белок кальмодулин Км). Этот белок не претерпел существенных изменений в ходе эволюции, поэтому физико-химические свойства Км, выделенного из разных источников, практически идентичны. Кальмодулин содержит четыре Са-связывающих участка с константами диссоциации Кс1) от 4 до 20 мкМ. В результате связывания Са + происходит изменение конформации белка (см. разд. 2.2) и его активация. После этого комплекс Км— Са + связывается с белками-мишенями, в том числе мембранными, стимулируя (аденилатциклаза, (2а-АТФазы плазматической мембраны, киназа фосфорилазы, фосфолипаза Аг, цАМФ-фосфодиэстераза) или ингибируя (15-оксипростагландиндегнд-рогеназа, гликогенсинтетаза) их активность. [c.10]

Кальмодулин и тропонин С способны связывать четыре иона кальция, киназа легких цепей миозина — один, парвальбумин — два. Связывание четырех ионов кальция с кальмодулином осуществляется последовательно и с положительной кооператив-ностью, т. е. при взаимодействии первого иона кальция с молекулой кальмодулина облегчается связывание второго иона кальция за счет изменения конформации белка. Для полной [c.19]

Семейство спектрина — одно из самых интересных в группе тех сшивающих белков, на которые кальций непосредственно не действует. Собственно спектрин — это тетрамер (ар)г, обнаруженный первоначально в мембранном скелете эритроцитов. ар-Димеры связываются друг с другом хвост к хвосту , а головки молекул остаются свободными и могут взаимодействовать с олигомерами актина. а-Субъединица каждого димера может, кроме того, взаимодействовать с кальмодулином — кальций-связывающим белком, участвующим во многих регулируемых кальцием процессах. До сих пор неизвестно, какое действие оказывает связывание кальмодулина на активность спектрина. Спектриноподобные молекулы найдены к настоящему времени в клетках многих типов [10, 11, 12], так что правильнее будет говорить о семействе спектрина. а-Субъединица спектрина из эритроцитов имеет мол. массу 240 кДа. Иммунологически родственный ей белок с такой же мол. массой был обнаружен [c.15]

Например, Са -зависимая активация фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов, аденилатциклазы и некоторых мембранных Са " АМР-аз происходит в результате связывания комплекса Са " -кальмодулин с регуляторной субъединицей каждого из этих ферментов. Таким образом, реакция клетки-мишени на увеличение концентрации свободных ионов Са " в цитозоле зависит от того, какие кальмодулин-связывающие белки имеются в данной клетке. Поскольку кальмодулин может принимать различные конформации (в зависимости от числа связанных ионов Са ), не исключено, что разные конфор.мации взаимодействуют с разными клеточными белками. Таким путем кальмодулин мог бы в принципе вызывать различную реакцию клеток при разных концентрациях свободных ионов кальция в цитозоле. [c.66]

Соответственно в молекуле рианодинового рецептора обнаружены специальные центры для связывания ионов Са и АТР. Кальций или АТР, связываясь с соответствующими центрами в молекуле рианодинового рецептора, вызывают конфор-мационную перестройку молекулы, сопровождающуюся открыванием кальциевого канала в составе этой молекулы. В результате ионы Са + поступают из полости СР в миоплазму. Помимо ионов Са и внутриклеточного Мв -АТР, взаимодействие рианодиновых рецепторов с такими внутриклеточными метаболитами, как циклическая АВР-рибоза и кальмодулин, также может облегчать открывание кальциевого канала в составе молекулы рианодинового рецептора. (Более подробно о структуре, свойствах молекулы рианодинового рецептора и входящего в ее состав кальциевого канала см. далее.) [c.147]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология