钙调蛋白是一个术语，意为“钙调节蛋白”，是指具有结合钙离子（Ca ++）并介导其许多细胞内作用的特性的小细胞内蛋白。这个词的起源来自其中，放在一起时，派生于英文单词“钙”，“调制”和“蛋白质”的组合CAL cium MODUL ated prote IN。
在成为动物有机体组成部分的矿物质元素中，钙是最丰富的，其次是磷，因为骨骼是由大量矿盐沉积在其基质中形成的由该离子形成。
钙调蛋白及其钙结合位点的示意图（来源：PDB，来自Wikimedia Commons）
当然，这些钙的无机盐对于脊椎动物骨骼系统的组成和构象至关重要，但是在体液中钙的离子化形式（Ca ++）对于动物的生命具有重要的生理意义。生物。
这种阳离子在结构上具有两个过量的正电荷，可以通过移动穿过细胞膜并改变人体许多可兴奋细胞（主要是在心肌中）的电位来充当电流转运体。
但是，与生理相关性更高的事实是，由外部刺激（例如神经递质，激素或其他物理或生化因素）触发的许多细胞调节反应都是代谢级联反应的一种，其中一些蛋白质顺序地参与其中，其中一些是酶需要钙来使其活化或失活。
然后说，在这些情况下，钙在代谢级联反应中起着第二信使的作用，其最终结果就像是满足与细胞本身不同水平检测到的需要所必需的细胞反应一样，并且它需要她的特定答案。
钙可以直接作用于其生化靶标以影响其活性，但是钙通常需要蛋白质的参与，钙必须与之结合才能对要修饰的蛋白质发挥作用。钙调蛋白是那些介体蛋白之一。
结构体
钙调蛋白是高度普遍存在的，因为它在几乎所有细胞类型的真核生物中都有表达，是一种小的酸性蛋白质，分子量约为17 kDa，其结构在物种间高度保守。
它是一种单体蛋白，即由一条多肽链组成，该多肽链在其末端采取由α螺旋连接的球形结构域的形式。每个球状结构域均具有两个称为EF手（EF hand）的基序，这是钙结合蛋白的典型特征。
钙调蛋白与四个钙离子结合（来源：Webridge，来自Wikimedia Commons）
这些“ EF手”的拓扑图案代表一种超二级结构。它们在每个球状结构域中通过高度柔性的区域相互连接，并且在每个区域中都存在Ca ++的结合位点，每个钙调蛋白分子总共产生4个位点。
通过在钙调蛋白的钙结合位点具有带负电侧链的氨基酸残基，可以使带正电的钙离子结合。这些残基是三个天冬氨酸和一个谷氨酸。
钙调蛋白的功能
迄今为止，钙调蛋白的所有已知功能都归因于由其从细胞外空间进入或从细胞内沉积物退出而产生的胞质钙增加所促进的一组作用：线粒体和内质网。
钙的许多作用是通过该离子直接作用于其靶蛋白而实现的，靶蛋白可以具有不同的类型和功能。这些蛋白质中的一些不能直接受到影响，但需要钙才能与钙调蛋白结合，正是这种复合物作用于受离子影响的蛋白质。
据说这些靶蛋白是钙钙调蛋白依赖性的，包括数十种酶，例如蛋白激酶，蛋白磷酸酶，核苷酸环化酶和磷酸二酯酶。它们都涉及多种生理功能，包括：
-新陈代谢
-颗粒的运输
-内脏移动
-物质的分泌
-胚珠的受精
-基因表达
-细胞增殖
-细胞的结构完整性
-细胞间通讯等
在钙调蛋白依赖性蛋白激酶中，提及以下：肌球蛋白轻链激酶（MLCK），磷酸化酶激酶和Ca ++ /钙调蛋白激酶I，II和III。
因此，由钙信号编码的信息（其细胞内浓度的增加或减少）被该钙结合蛋白和其他钙结合蛋白“解码”，从而将信号转化为生化变化。换句话说，钙调蛋白是钙依赖性信号传导过程中的中间蛋白。
作用机理
钙调蛋白是一种非常通用的蛋白质，因为其“靶”蛋白质在形状，序列，大小和功能上有很大的不同。由于它是一种蛋白质，可作为钙离子的“传感器”，因此其作用机理取决于一旦与四个离子结合后，其结构和/或构象的变化。
它的作用机制可以通过简要回顾其参与几个生理过程（例如内脏平滑肌的收缩和对嗅觉黏膜毛细胞的气味的适应）来举例说明。
钙调蛋白和平滑肌收缩
微绒毛肌动蛋白束中肌球蛋白1A和钙调蛋白跨桥的结构。资料来源：Jeffrey W. Brown，C。James McKnight
当胞质Ca ++的增加达到10-6 mol / l以上时，就会触发骨骼和心肌收缩，并且该离子与肌钙蛋白C结合，肌钙蛋白C发生变构变化，从而影响原肌球蛋白。反过来，原肌球蛋白移动，在肌动蛋白中暴露其肌球蛋白结合位点，引起收缩过程着火。
肌钙蛋白C在平滑肌中不存在，并且Ca ++的增加超过指示水平将促进其与钙调蛋白的结合。Ca-钙调蛋白复合物激活肌球蛋白轻链激酶（MLCK），进而使该轻链磷酸化，激活肌球蛋白，并触发收缩过程。
Ca ++的增加是通过磷脂酶C释放的肌醇三磷酸酯（IP3）在与Gq蛋白偶联的受体激活的级联反应中从外部进入肌浆网或从肌浆网退出而引起的。当Ca ++通过转运蛋白的作用从胞质溶胶中去除并返回其起源部位时，就会发生松弛。
两种类型的收缩之间的重要区别在于，在横纹肌（心脏和骨骼肌）中，Ca ++通过与肌钙蛋白结合来诱导变构变化，而在平滑肌中，钙钙调蛋白产生的变化是共价的，并涉及肌球蛋白的磷酸化。
因此，一旦Ca ++的作用结束，就需要另一种酶的参与才能去除该激酶添加的磷酸酯。这种新酶是肌球蛋白轻链磷酸酶（MLCP），其活性不依赖钙调蛋白，但受其他途径调节。
实际上，平滑肌的收缩过程并未完全停止，但是由于两种酶（由Ca ++和钙调蛋白控制的MLCK）和MLCP受两种酶的作用平衡的影响，收缩程度仍处于中间水平。其他监管措施。
嗅觉传感器的适应
当位于嗅粘膜表面的细胞纤毛中的嗅觉受体被激活时，就会触发气味感。
这些受体与称为“ Golf”（嗅觉G蛋白）的异三聚体G蛋白偶联，该蛋白具有三个亚基：“αolf”，“ß”和“γ”。
当嗅觉受体响应气味而被激活时，该蛋白的亚基解离，“αolf”亚基激活腺苷酸环化酶，生成环磷酸腺苷（cAMP）。
cAMP激活钙和钠的CNG样通道（被环状核苷酸激活）。这些离子进入细胞，使其去极化，并引起动作电位的启动，其频率将决定气味的强度。
进入的钙趋于使细胞去极化，通过与钙调蛋白结合以及在关闭通道和消除去极化刺激之间（尽管持续存在有气味的刺激），在一定程度上会产生负反馈的拮抗作用。 。这称为传感器匹配。
植物钙调蛋白
植物还通过钙调蛋白来响应细胞内钙离子浓度的差异。在这些生物中，钙调蛋白与其动物和酵母对应物具有许多结构和功能特征，尽管它们在某些功能方面有所不同。
例如，植物中的钙调蛋白与目标蛋白质中的短肽序列结合，诱导结构变化，从而响应钙的内部变化而改变其活性。
钙调蛋白的控制过程在多大程度上类似于植物中动物的控制过程，仍然是当今讨论的问题。
参考文献
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