钙调蛋白（能与钙离子结合的蛋白质）
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更新时间：2023-05-23
钙调蛋白
能与钙离子结合的蛋白质
基本信息
| 中文名 | 钙调蛋白 |
| 外文名 | calmodulin |
| 别名 | CaM |
| 分子量 | 16.7kDa |
| 应用 | 调节细胞的功能 |
| 定义 | 一种能与钙离子结合的蛋白质 |
| 存在 | 真核生物中 |
| 可溶性 | 水溶性蛋白 |
收起
简介
钙调蛋白/钙调素calmodulin；CaM
钙调蛋白是一种分子量为16700的单链蛋白质，由148个氨基酸组成。等电点为4.3，是酸性蛋白质。不同生物来源的钙调蛋白，其氨基酸组成和顺序或完全一样，或仅有少许差异。它耐酸，耐热，十分稳定。钙调蛋白和细胞内很多种酶的作用有关。在每个钙调蛋白分子内，有4个可与钙离子结合的区域，它们的一级结构极为相似。细胞内钙离子水平通常维持在10-7摩尔浓度左右。当外来的刺激使细胞内钙离子的浓度瞬息间升高至10-6～10-5摩尔浓度时，钙调蛋白即与钙离子结合，构象改变，螺旋度增加，成为活性分子，进而与酶结合，使之转变成活性态。当钙离子浓度低于10-6摩尔浓度时，钙调素就不再与钙离子结合，钙调素和酶都复原为无活性态。因此，可以根据钙离子浓度的变化来控制细胞内很多重要的生化反应。
成分结构
钙调蛋白的外形似哑铃，有两个球形的末端，中间被一个长而富有弹性的螺旋结构相连，长度为 6.5nm，每个末端有两个Ca结构域，每个结构域可以结合一个Ca，这样一个钙调蛋白可以结合4个Ca，每个位点都是由12个氨基酸残基组成的套环，门冬氨酸和谷氨酸的侧链提供Ca结合基团。其中C端的位点比N端位点的Ca亲和力强10倍。当C端位点与Ca结合后，钙调蛋白分子通过自身构象的改变，增加了N端位点的亲和力，使结合型钙调蛋白的含量与 Ca浓度呈抛物线关系，利于Ca发挥效应。
作用机理
钙调蛋白是一种钙结合蛋白，存在于几乎所有的真核细胞中。它的作用是对任何微量的钙都能敏感地捕获。钙调蛋白只有在与Ca2+结合后才有活性。因此，激素可以通过影响细胞内Ca2+浓度变化来调控钙调蛋白的活性。活性Ca2+·CaM复合物可以通过与靶酶作用方式调控代谢过程。即Ca2+·CaM复合物与靶酶，如磷酸二酯酶、蛋白激酶等作用，使靶酶构象发生变化（Ca2+作用结果）而活化，从而对代谢过程起调控作用。
与钙结合后，CaM发生构型上的变化，成为一些酶的激活物。再与酶结合时，又引起酶的构型变化，使由非活性态转为活性态，CaM-Ca2+成了这些酶作用时必不可缺的成分。CaM参与的生化反应很多，涉及不少关键性的酶，如：控制信息传递中，第二信使cAMP合成与分解的腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶；在糖原合成与分解中能提供和储存能量的磷酸化酶激酶和糖原合酶激酶，与蛋白质磷酸化及脱磷酸化有关蛋白激酶和蛋白磷酸解酶，能调节细胞内钙离子浓度，起着钙泵作用的Ca2+-ATPase，还有与平滑肌收缩有关的肌球蛋白轻链激酶等。CaM是由148个氨基酸组成的单链蛋白质，有四个Ca2+结合区，缺乏种属和组织特异性。不同来源，包括动物、植物以及低级真核生物所得到的CaM的氨基酸组成及排列基本相同。另外肽链中没有Cys和Pro-OH，因此在结构上有极大的灵活性。
生物学功能
调控细胞增殖及细胞周期
真核生物的细胞增殖远比原核生物复杂得多。在细胞增殖和细胞周期的过程中，钙调蛋白具有重要的调节作用。钙调蛋白在细胞中的分布会随着细胞周期的进行而迁移。在 G1 期，钙调蛋白主要分布在细胞质中，可与含肌动蛋白的微丝束组装结合；当细胞分裂进入 S 期时，发现钙调蛋白开始向细胞核中迁移；当分裂到 G2 期时，钙调蛋白集中在细胞核中；在 M 期（分裂期），钙调蛋白主要聚集在极粒和染色体之间的半纺锤体上。说明在不同时期，钙调蛋白在细胞中存在的位置是不同的。
影响细胞增殖的一个重要指标就是钙调蛋白的水平，而激活钙调蛋白依赖性激酶所需要的钙离子阈浓度随钙调蛋白浓度的变化而变化。钙调蛋白的水平与 G1 期长短和进入 S 期细胞的百分数有直接的相关性，说明钙调蛋白浓度水平对 G1 期向 S 期过渡起关键作用。在动植物中，钙调蛋白所参与的周期调控有明显的不同，说明细胞增殖在物种不同的进化水平上存在显著的差异。钙调蛋白除了可以调控胞内细胞增殖，在胞外也可以促进细胞增殖。
在细胞增殖的过程中，钙调蛋白只是调控机制中的一个重要的环节。钙调蛋白调控细胞增殖的特点归纳为：第一，启动 DNA 合成，促进 G1/S 期的过度；第二，促进 G1/M 期的过度；第三，调控染色体的移动，并促进细胞进入有丝分裂后期。
参与调控靶酶活性
Ca-CaM复合体具有结合并调控下游靶酶的功能。现已确定的靶酶有磷酸化酶激酶、鸟苷酸环化酶、磷脂酶A2、肌球蛋白轻链激酶、磷酸二酯酶、钙调蛋白激酶（CaMK）等。Ca-CaM复合体形成后，下游的靶酶活力会有不同程度的增加。在动物中，钙调蛋白在肾上腺和脑中cAMP的合成与降解的过程中扮演非常重要的角色；在植物中，钙调蛋白可参与调节叶绿素光合作用的进行。在钙调蛋白众多靶酶中，在细胞中起到的作用、结合和活化的部位都有不同程度的差异，结合钙调蛋白的靶酶不能证明靶酶被活化，但靶酶的活化是钙调蛋白与靶酶结合的结果。
调节微管解聚
