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Lexikon der Neurowissenschaft: Calmodulin

Calmodulin s, E calmodulin, das wichtigste und weitverbreiteste calciumbindendes Protein, auf dessen Wirkung die Ca2+-abhängige Regulation einer Reihe von Enzymen und Zellprozessen beruht ( siehe Abb. ). Calmodulin besteht aus 148 Aminosäuren (Molekülmasse ca. 17 kDa) und besitzt 4 Bindungsstellen für Ca2+, in Form eines Helix-Schleife-Helix-Motivs, der sogenannten EF-Hand. Man findet es in allen eukaryotischen Zellen, in der Regel in relativ großen Mengen ( siehe Zusatzinfo ). So beträgt die Calmodulinkonzentration im Cytosol von Nervenzellen etwa 30-50 μM. Im Ruhezustand ist sehr wenig Ca2+ an Calmodulin gebunden; die Ca2+-Konzentration im Cytosol ist sehr niedrig. Steigt die Ca2+-Konzentration allerdings in den μM-Bereich, werden die vier Bindungsstellen besetzt, und der Ca2+/Calmodulin Komplex (CaM) kann eine Vielzahl von Enzymen, Rezeptoren und Ionenkanälen aktivieren. Zu den Zielenzymen zählen Phosphodiesterase, Adenylatcyclase, Guanylatcyclase, Ca-Mg-ATPase, Calcineurin, Phospholipase A2 und Proteinkinasen. Prominentestes Beispiel aus der letzten Gruppe ist CaM-Kinase II (Calcium-Calmodulin-abhängige Proteinkinase II), die im Gegensatz zu den sehr spezifischen CaM-Kinasen I und III eine Vielzahl verschiedener Proteine phosphoryliert und somit Einfluß auf den Energiestoffwechsel, die Ionenpermeabilität sowie die Freisetzung von Neurotransmittern hat. Gerade im Gehirn, in dem CaM-Kinase II sehr stark angereichert ist, kommt Calmodulin als deren Regulator eine bedeutende Rolle, im besonderen bei der neuronalen Plastizität, zu. Der Ca2+-Sensor NCS-1 (Frequenin) kann in bestimmten Systemen die Funktion von Calmodulin ersetzen. Einige Phenothiazin-Neuroleptika können Calmodulin hemmen.

Lit.: Bachs, O., Agell, N.: Calcium and Calmodulin Function in the Cell Nucleus. Berlin 1995.



Calmodulin

Wechselwirkung des cAMP und Ca2+-Calmodulin-Systems in der Zelle nach Einwirkung hormoneller und nervöser Stimuli:

Ca2+-Ionen aktivieren über Calmodulin (CM) sowohl die Adenylatcyclase (ADC), die für einen Anstieg des intrazellulären cAMP-Spiegels sorgt, als auch die Phosphodiesterase (PDE), die diesen Pool abbaut. Allerdings erfolgt die Aktivierung der ADC bei geringeren Ca2+-Konzentrationen, so daß es bei einem Einstrom von Ca2+ in die Zelle zunächst zum Anstieg des cAMP-Spiegels kommt. Später sorgt bei höheren Ca2+-Konzentrationen die PDE für einen gesteigerten Abbau des cAMP. Auf diese Weise kann der sekundäre Bote Ca2+ über zwei Calmodulin-abhängige Enzyme die Konzentration eines zweiten sekundären Boten (cAMP) beeinflussen.

Calmodulin

Lokalisation von Calmodulin in der Zelle:
Ribosomen
Kernmembran
endoplasmatisches Reticulum
Mitochondrien
Plasmamembran
Mikrotubuli
actinhaltige Filamente in postsynaptischen Membranen

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