酶如何溝通

酶一氧化氮(NO)合成酶(NOS1)和蛋白激酶C(PKC)在腦的神經(jīng)元以及其他器官的許多細(xì)胞類型中的各種信號(hào)轉(zhuǎn)移過(guò)程中起重要作用。與弗萊堡大學(xué)生理學(xué)研究所的Bernd Fakler教授一起，科學(xué)家Cristina Constantin博士和CatrinMüller博士首次證明了酶可以在生理?xiàng)l件下通過(guò)單獨(dú)的電刺激激活。細(xì)胞膜。通過(guò)兩種酶與電壓門(mén)控鈣通道的直接結(jié)構(gòu)相互作用，蛋白質(zhì)超級(jí)復(fù)合物迅速將細(xì)胞膜上的電信號(hào)轉(zhuǎn)化為細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)信號(hào)過(guò)程。研究人員在當(dāng)前的科學(xué)期刊上發(fā)表了他們的研究成果美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊(PNAS)。

Fakler組先前已經(jīng)證明鈣依賴性酶NOS1和PKC都是腦中某些電壓門(mén)控鈣通道(Cav2通道)的蛋白質(zhì)納米環(huán)境的組分。然而，到目前為止，還不知道這些酶如何與鈣通道相通。該研究小組現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)這兩種酶都與Cav2通道整合到蛋白質(zhì)超復(fù)合物中。在這樣的Cav2-NOS1 / PKC復(fù)合物中，NOS1或PKC錨定在細(xì)胞膜的細(xì)胞質(zhì)側(cè)，并且位于通道孔的緊鄰區(qū)域。在激發(fā)細(xì)胞膜時(shí)，Cav2通道打開(kāi)并將鈣離子傳遞到細(xì)胞質(zhì)中，在那里它們與兩種酶結(jié)合。鈣結(jié)合激活酶，其隨后產(chǎn)生可擴(kuò)散的第二信使NO或磷酸化細(xì)胞質(zhì)靶蛋白。

由于通道和酶之間的接近，有效的電化學(xué)耦合需要小于1毫秒持續(xù)時(shí)間的電刺激。當(dāng)細(xì)胞不是被個(gè)體脈沖刺激而是以1赫茲或更高的頻率激發(fā)動(dòng)作電位時(shí)，后者變得最大。

Cav2酶超級(jí)復(fù)合物不僅保證了超快速和可靠的電化學(xué)耦合。它們還確保信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)保持局部受限，即在Cav2通道周圍小于幾納米的區(qū)域內(nèi)。這種局部限制保證酶僅啟動(dòng)特定的細(xì)胞過(guò)程，而其他鈣信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括細(xì)胞死亡，被阻止。此外，研究人員的實(shí)驗(yàn)突出了激活NOS1和PKC的生理機(jī)制，因此提供了廣泛使用的合成激活劑的替代品，如NO供體或二酰基甘油。

Bernd Fakler是弗萊堡大學(xué)生理學(xué)研究所第二部門(mén)主任和生物信號(hào)研究中心BIOS區(qū)域協(xié)調(diào)員。

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