Calmodulin

Calmodulin
Calmodulin
nach PDB 1CLL. Ca2+: blau, alpha-Helices: orange, beta-Faltblätter: grün

Vorhandene Strukturdaten: s. UniProt

Masse/Länge Primärstruktur 148 Aminosäuren
Kofaktor 4 Calcium
Bezeichner
Gen-Name(n) CALM1, CALM2, CALM3
Externe IDs
Vorkommen
Homologie-Familie Calmodulin
Übergeordnetes Taxon Chordatiere

Calmodulin (CaM) ist ein Calcium bindendes regulatorisches Protein, welches in allen Eukaryoten hochkonserviert vorkommt. Calmodulin spielt als Second Messenger eine wichtige Rolle, indem es selbst nicht enzymatisch aktiv ist, sondern für die Aktivierung anderer Proteine verantwortlich ist. Es gehört zu der Gruppe der EF-Hand-Proteine. Als EF-Hand wird die Struktur der Calcium-bindenden Region bezeichnet, die eine typische Helix-Schleife-Helix-Struktur bildet. Diese Proteinfamilie, zu der u. a. Troponin C, Parvalbumin und Calbindin gehören, ist eine der zwei wichtigen Calcium-bindenden Proteinfamilien, hinzu kommt noch die Gruppe der Annexine. Calmodulin ist beim Menschen in der glatten Muskulatur an Aktin gebunden zu finden, wo es die Kontraktion reguliert. Zudem findet sich Calmodulin auch in menschlichen Geruchszellen der Nase, bei denen es nach Bindung von Ca2+ für eine Adaption an einen Geruchsstoff sorgt.

Es sind drei Allele bekannt, die für das identische Protein kodieren.

Ziele des aktiven Ca2+/Calmodulin-Komplexes sind beispielsweise die CaM-abhängige Kinase (CaMK), die Adenylylcyclase, die Myosinleichtkettenkinase (MLCK), die Phosphatase Calcineurin und die Endotheliale Stickstoffmonoxid-Synthase (eNOS).

Einige Stoffe wie das W-7 hemmen das Protein als Calmodulin-Inhibitoren, indem sie das für Enzymaktivierungen notwendige Calcium aus der Zelle transportieren.

Künstliche Variante GST–CaM–His₆

Aufgrund seiner offenen Enden (N-Terminus und C-Terminus) hat Calmodulin gegenüber Stressfaktoren (Hitze, pH-Wert) keine besonders hohe Stabilität. Ringförmig geschlossene Proteine zeigen eine höhere Stabilität, insbesondere besitzen extremophile Mikroorganismen viele zyklisch geschlossene Homologe der lebenswichtigen Proteine um in ihrem Habitat zu überleben und zu gedeihen. Um auch eine ringförmig geschlossene Variante von Calmodulin durch Mikroorganismen produzieren zu lassen, erweiterten Heinz Neumann, Jason W. Chin et al. (2010) den Genetischen Code der dazu benutzten Mikroben (Escherichia coli) so, dass neben den gewöhnlichen Basentripletts auch Quadruplett als Codons in Aminosäuren umgesetzt werden. Auf diese Weise können an die beiden Enden des Proteins zwei unterschiedliche Aminosäuren nagehängt werden, die miteinander reagieren, sodass ein Ringschluss durch eine kovalente Bindung zustande kommt. Das Verfahren erfordert neben speziellen tRNAs auch ein Redesign der Ribosomen (hier „ribo-Q1“ genannt). Das ringförmig geschlossene Calmodulin heißt GST–CaM–His₆, das Gen dafür hat an Position 1 ein AGGA-Quadruplett-Codon, sowie am Schluss das amber-Codon. Als unnatürlichen Aminosäuren dienten p-Azido-L-Phenylalanin (AzPhe) und N⁶-[(2-Propynyloxy)carbonyl]-L-Lysin (CAK)

Einzelnachweise

  1. ↑ U. Benjamin Kaupp, Reinhard Seifert: Cyclic nucleotide-gated ion channels. In: Physiological Reviews. Band 82, Nr. 3, Juli 2002, ISSN 0031-9333, S. 769–824, doi:10.1152/physrev.00008.2002, PMID 12087135.
  2. ↑ p-Azido-L-phenylalanine. PubChemCID 3080772.
  3. ↑ N6-[(2 Propynyloxy)carbonyl]-L-lysine. GCE4All Knowledge Base (gce4all.org).
  4. ↑ Heinz Neumann, Kaihang Wang, Lloyd Davis, Maria Garcia-Alai, Jason W. Chin: Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome. In: Nature, Band 464, S. 441–444, 14. Februar 2010; doi:10.1038/nature08817 (englisch). Dazu: