77
2, 3, 4, 6. Наиболее простым является низкомолекулярный белок
кишечника — кальбиндин, полипептидная цепь которого форми-
рует лишь две EF-руки. Он не обладает
регуляторной функцией,
а принимает участие в связывании и удержании ионов кальция
(Зинченко и соавт., 2003).
6.4.2. Кальмодулин
Самый широко распространенный Ca
2+
-связывающий бе-
лок — кальмодулин. Он присутствует практически во всех жи-
вотных клетках, где его содержание составляет порядка процента
от общей массы клеточного белка. Кальмодулин имеет молеку-
лярную массу 16,7 кД и состоит примерно из 150 аминокислот-
ных остатков. Способен связывать четыре иона Ca
2
.
Сам по себе
комплекс Ca
2+
-кальмодулин (Ca
2+
-КМ) не обладает ферментатив-
ной активностью, но выполняет роль аллостерического регуля-
тора, который участвует во множестве Ca
2+
-регулируемых про-
цессов. В некоторых случаях кальмодулин является постоянной
регуляторной субъединицей ферментного комплекса (например
киназа фосфорилазы), но чаще всего связывание ионов Са
2+
спо-
собствует присоединению кальмодулина к различным белкам-
мишеням, приводя к изменению их активности.
Комплекс Ca
2+
-
КМ может изменять активность около 100 ферментов, в числе
Рис. 38. Строение EF-руки
78
которых — NO-синтаза, фосфодиэстераза, некоторые типы про-
теинкиназ и протеинфосфатаз.
Молекула кальмодулина состоит преимущественно из α-спи-
ральных участков. Его пространственная структура по форме
напоминает гантель. Центральная α-спираль сформирована от-
рицательно заряженными аминокислотными остатками. На N-
и C-концевых участках белка находятся по два Ca
2+
-связываю-
щих центра, представленных EF-руками. При отсутствии ионов
Ca
2+
концевые α-спирали экранируют центральную α-спираль,
в результате чего гидрофобные участки терминальных доменов
оказываются закрытыми. Такая конформация не позволяет каль-
модулину взаимодействовать с его мишенями.
Повышение концентрации ионов
кальция в цитоплазме при-
водит к конформационным изменениям в структуре кальмоду-
лина: α-спирали EF-рук принимают перпендикулярное по отно-
шению к центральной α-спирали положение. В результате гидро-
фобные районы терминальных доменов, а также сама централь-
ная α-спираль экспонируются (рис. 39).
Раскрытая молекула кальмодулина взаимодействует отрица-
тельно заряженными группами центральной α-спирали с поло-
жительно заряженной поверхностью α-спирали белка- мишени,
а гидрофобными участками терминальных доменов — с гидро-
фобной поверхностью α-спирали белка- мишени. В
итоге каль-
модулин изменяет пространственную структуру и свой
ства
Рис. 39. Активация кальмодулина ионами Ca
2+
79
белка- мишени. Снижение концентрации ионов кальция приво-
дит к инактивации кальмодулина (Зинченко и соавт., 2003).
6.4.3. Кальсеквестрин
Кальсеквестрин является самым распространенным
Ca
2+
-связывающим белком саркоплазматического ретикулума.
Его молекулярная масса составляет порядка 40 кДа (400 амино-
кислотных остатков). Мономер кальсеквестрина состоит из трех
доменов, каждый из которых с компактной α-спиралью/β-листом,
формирующих тиоредоксиновую укладку, стабильную в присут-
ствие ионов Ca
2+
. Когда концентрация кальция приближается
к 10
–3
М, белок полимеризуется. Будучи сильно кислым, он помо-
гает удерживать ионы кальция в терминальных цистернах сарко-
плазматического ретикулума после сокращения мышц.
Каждая
молекула кальсеквестрина способна связывать 18–50 ионов Ca
2+
.
Анализ аминокислотной последовательности показал, что моле-
кула кальсеквестрина не содержит Ca
2+
-связывающих центров
типа EF-рук, а связывание ионов скорее всего происходит при по-
мощи отрицательно заряженной поверхности. Некоторые авторы
предполагают, что участки связывания ионов кальция формиру-
ются путем кластеризации двух или более кислых аминокислот-
ных остатков. Благодаря этому белку саркоплазматический рети-
кулум способен хранить необычайно большое количество ионов
кальция без образования нерастворимого осадка.
Становится очевидным, что
кальсеквестрин выполняет
несколько
функций в люмене саркоплазматического ретикулума,
помимо его хорошо известной роли Ca
2+
-буфера. В частности, по-
лимер кальсеквестрина закрепляется вблизи рианодинового ре-
цептора и выступает в роли регулятора его активности. В насто-
ящее время известно две изоформы кальсеквестрина: CASQ1 —
в скелетных мышцах и CASQ2 — в сердечной мышце (Beard et al.,
2004; Novak et al., 2011).
Достарыңызбен бөлісу: