Appunti di Biologia cellulare

Zmarina: il fenomeno delle onde di calcio durante la fecondazione

Avvenuta la fecondazione, lo spermatozoo nella regione acrosomiale, fuso con l'oocita, rilascia questa fosfolipasi C, che blocca la fecondazione di altri spermatozoi. L'onda di calcio è inizialmente confinata nella zona di fusione, e poi si espande in tutto l'oocita. L'avvicinamento dei due pronuclei causa ulteriori onde di calcio, per permetterne la fusione: il calcio permette quindi la regolazione di molteplici fenomeni biologici.

Come si genera un'onda di calcio nella cellula? Grazie a recettori per IP3, a recettori rianodinici a feedback positivo. Si scatena un fenomeno di feedback loop positivo, da basse concentrazioni a concentrazioni medio-alte di calcio, il calcio esce e attiva i due canali; nel momento in cui la concentrazione di calcio sale molto, si spegne la risposta, in quanto si innesca un feedback loop negativo (con un minimo ritardo). IP3 agisce sul canale del calcio, lo apre e provoca il rilascio di calcio.

osserviamo piccole sparks, in quella regione cellulare. Se i livelli di calcio salgono sufficientemente, si attivano meccanismi di feedback loop positivo, attivando gli stessi canali per IP3 ed i canali rianodinici. Si stimolano i recettori prossimali, otteniamo un'attivazione a cascata: man mano si attivano i recettori vicini, e osserviamo un'onda di calcio in entrata, i recettori più lontani a dove è stato rilasciato il calcio iniziano a rilasciare calcio (iniziano a legare il calcio), mentre i più prossimali saranno più saturi di calcio, livelli alti di calcio, quindi innesco di feedback negativo. La segnalazione, reclutando ed attivando canali adiacenti, procede come un'onda, fino all'interruzione, causata da livelli eccessivi di calcio. Arriviamo ad un punto in cui tutti i canali di calcio sono inibiti dalle alte concentrazioni, le pompe riportano quindi le concentrazioni a valori fisiologici; esistono tuttavia processi di refrattarietà,anche perstimoli perdurati, il calcio non viene più rilasciato fintanto che dura la refrattarietà. Possiamo quindi ottenere onde di calcio differenti, aumentando il periodo delle onde, la frequenza diminuisce, in quanto aumenta la refrattarietà; mentre se fosforiliamo i meccanismi alla base della refrattarietà, possiamo diminuire la refrattarietà, aumentando quindi la frequenza: a partire da un segnale continuo otteniamo onde modulari di calcio. Qui vediamo bene le onde di rilascio di calcio, che varia in base a concentrazioni diverse di stimolo, a cui corrispondono frequenze (tempo di durata della refrattarietà) ed intensità (quantità di calcio rilasciato) differenti. 11ª Lezione di Biologia Cellulare, di Lorenzo Di Palma Come funziona il rilascio di calcio? Vediamo come la via di segnalazione parte da un GPCR, legato a proteina G, subunità α che si dissocia, ed attiva l'enzima a valle, nello specifico lafosfolipasi C, ottenendo come effetto finale ilβrilascio di calcio (che coadiuva la via mediata dal diacilglicerolo). Le onde di calcio si generano grazie a meccanismi di feedback positivo, CICR, calcio che stimola ilrilascio di calcio, grazie ai recettori rianodinici. Maggiore lo stimolo extracellulare, maggiore ilrilascio di calcio; inoltre il canale del calcio stimolato da IP3 e i recettori rianodinici (stimolatidal calcio stesso) favoriscono l’entrata di calcio. Le calcium binding protein modulano ilsegnale, legando il calcio impediscono la diffusione del calcio, a meno di alte concentrazioni. Uno stimolo molto forte scappa dal legame con le calcium binding protein, e si innesca il feedbackpositivo dei canali rianodinici nelle vicinanze. Reclutiamo le aree vicine all'entrata di calcio, processo autogenerato; man mano che accumuliamo calcio a monte, a valle continual’apertura. Nel tempo il feedback loop diventa negativo: da dove é iniziata l’ondata.

(a sinistra,a monte) si chiudono i canali, fino poi ad inibire tutti i canali.Agendo su refrattarietà ed intensità di stimolo possiamo modulare la frequenza delle onde dicalcio.Feedback positivo=rafforza lo stimolo e lo porta al massimo, feedback negativo=spegne lostimolo.

La calmodulinaElemento di trasmissione, che modula la sua attività in presenza di calcio: inattiva in assenza dicalcio, attivata in presenza di esso (simile alla PKA con il cAMP, solo che la calmodulina lega ilcalcio).

Vediamo in figura il modello a nastro, conformazione a manubrio, nella parte N-terminale e C-terminale ci sono i siti di legame per il calcio, 2 per entrambe le porzioniterminali, per un totale di 4 I due domini di legame al calcio si continuano con un.dominio ad α elica (l’asta grigia), che permette alla molecola di piegarsi: quando laproteina lega il calcio, si ripiega, cambia la conformazione, permettendo di riconoscerenuovi target . Questo sistema lega calcio attivandosi,

ma servono altre proteine che riconoscano questa proteina attivata; quindi la calmodulina di fatto serve per portare il segnale. Normalmente la proteina è presente nel citosol in forma inattiva, chiamata forma apo. Il calcio è un elemento metallico-ferroso, come il magnesio; in condizioni inattive, il magnesio lega i siti per il calcio, la molecola copre i siti di riconoscimento per la molecola a valle; solo quando arriva il calcio, dalla maggiore affinità, si lega alla calmodulina, si aprono i siti di legame e quindi si raggiunge la forma halo della calmodulina, che presenta i siti esposti per le proteine target (vediamo proprio in figura come la barra verde sia più accessibile una volta legato il calcio, nella conformazione halo). Il sito di legame per il calcio è molto particolare, si tratta del motivo e-F, modulo costruito e conservato dalla natura per il legame con gli ioni calcio, si tratta di un motivo altamente conservato nelle proteine che legano il.

calcio (se una proteina lo presenta, allora legherà il calcio). Ci sono 6 ligendi per il calcio, di cui 2 acidi glutammici, una molecola di acqua ed una asparagina. Il legame del calcio, stericamente, permette di distorcere la proteina, causando quindi il cambiamento conformazionale: soltanto la carica esatta del calcio, con quell'esatto raggio atomico può causare la distorsione corretta. Siccome il calcio è più grande, permette alla molecola di aprirsi maggiormente rispetto al magnesio; mentre con il magnesio i siti di legame si ripiegano su se stessi, perché dotati di dimensioni minori, occultando i siti di legame. Qui vediamo come sia inaccessibile il sito di legame nella forma apo, mentre nella forma halo si ha una maggiore esposizione della regione centrale, che può quindi legare proteine a valle della segnalazione. La transizione deve essere veloce, processo legato alla concentrazione e presenza di calcio; la calmodulina agisce come sensore di calcio,

ed oscilla continuamente in questo stadio. Quando si lega il calcio, l'energia libera si abbassa rapidamente, quindi questo è perché la proteina tende a legare il calcio. I bersagli della calmodulina La famiglia della CAM-chinasi, chinasi modulate dalla calmodulina Questo è un meccanismo critico per il funzionamento dei neuroni, stabilizzazione e potenziamento delle sinapsi. Le CAM-chinasi sono proteine dodecameriche, con 12 subunità. Nella forma di sinistra e aperta. Il passaggio chiusa → attiva è una forma compatta, mentre a destra è nella forma attivata (attività fosforilatrice). Ogni subunità monomerica ha attività chinasica, quindi quando attiva la CAM-chinasi ha 12 domini fosforilatori che possono portare il segnale a valle. Qui vediamo una delle 12 unità monomeriche che assemblandosi formano la CAM-chinasi, assemblate a ruota; nella sua regione carbossi terminale si trova un perno per legare le.altresubunità a formare un esamero, mentre la regione ammino terminale, catalitica, è posta all'esterno. Il dominio catalitico fosforila. Esiste una componente di linker, un braccio che raccorda le due regioni, perno e dominio catalitico. In questo braccio centrale esiste un dominio inibitorio, capace di legarsi al dominio chinasico, la proteina si ripiega ed è inattivata. Il monomero della CAM-chinasi si auto-inibisce. Il calcio, mediato dalla calmodulina, attiva la proteina: si inserisce la calmodulina, si causa una variazione conformazionale, esponendo siti target. Possono esistere meccanismi di attivazione autonoma, a seguito di fluttuazioni fisiologiche che portano la proteina a cambiare conformazione da inibita → attivata. La regione linker è di dimensioni variabili: per un linker corto la proteina è più corta e rigida, mentre più lungo è più flessibile e variabile: il linker, che permette l'oscillazione.

Determina le capacità intrinseche della proteina. 6 ⋅ 2La CAM-chinasi ha una struttura, due ruote impilate una sull'altra, per un totale di 12 elementi di segnalazione (appunto le 12 subunità monomeriche). Sono le zone perno, poste all'interno della molecola, che permettono di comporre la proteina. In figura vediamo in verde le regioni catalitiche ed in blu i perni; i linker più lunghi garantiscono un'apertura maggiore. La proteina CAM-chinasi oscilla tra le due conformazioni, e può naturalmente aprire parzialmente un monomero, proprio grazie al linker (più lungo è più è probabile); il fatto che il braccio sia più lungo non fa nessuna differenza, perché non c'è calcio e quindi non c'è calmodulina ad esso legato soltanto se la calmodulina si associa al calcio e si lega nella regione specifica, sito specifico per la calmodulina legata a calcio, quindi inibisce il dominio inibitorio.

Si apre il braccio e la chinasi comincia a funzionare. 12ª Lezione di Biologia Cellulare, di Lorenzo Di Palma.

Concludendo le CAM-chinasi. Struttura dodecamerica composta da monomeri assemblati grazie a perni proteici che si agganciano. Per motivi termodinamici uno dei domini chinasici può aprirsi rispetto agli altri, parzialmente, equilibrio dinamico: nonostante i domini chinasici vengono esposti, la proteina è comunque inattiva in assenza di CAM/Ca. I domini chinasici sono più probabilmente esposti per bracci linker lunghi. Entrata la CAM/Ca si aprono maggiormente i bracci, bloccando in posizione aperta e attiva, all'aumentare di calcio aumenta la capacità catalitica, visti i 12 domini attivabili.

Quando la CAM sgancia il calcio diminuisce l'affinità alla CAM-chinasi, prima di uscire i livelli di calcio devono arrivare a livello basale per almeno 10 secondi: si tratta di un feedback positivo "ritardato", si "aspettano".

mostrano come un fenomeno naturale affascinante e spettacolare. Le onde di calcio si formano quando una massa d'acqua viene disturbata da una forza esterna, come ad esempio il vento o un oggetto che cade in acqua. Questo disturbo crea una serie di onde che si propagano attraverso l'acqua, trasportando energia e movimento. Le onde di calcio possono assumere diverse forme e dimensioni, a seconda dell'intensità del disturbo e delle caratteristiche dell'ambiente circostante. Possono essere alte e potenti, creando spettacolari creste e avvallamenti, oppure più basse e regolari, con un movimento più tranquillo e uniforme. Le onde di calcio sono un elemento fondamentale per la vita marina. Sono responsabili della circolazione dell'acqua e del trasporto di nutrienti e ossigeno agli organismi presenti negli oceani. Inoltre, le onde di calcio sono anche una fonte di divertimento e svago per gli amanti degli sport acquatici, come il surf e il bodyboard. In conclusione, le onde di calcio sono un fenomeno naturale affascinante che merita di essere osservato e apprezzato. La loro bellezza e potenza ci ricordano la forza della natura e la sua capacità di creare spettacoli unici e mozzafiato.