Calcio-segundo mensajero

Las primeras evidencias de que el calcio funciona como un segundo mensajero se publicaron en 1947, cuando se provocaron contracciones de células de músculo esquelético al inyectarles calcio intracelularmente.

Recientemente se ha establecido que el calcio funciona como segundo mensajero en diversos procesos biológicos entre los cuales se encuentra la contracción muscular, los movimientos de cromosomas, la liberación de neurotransmisores, endocitosis y exocitosis.

El mecanismo de acción de esta molécula tiene que ver con la diferencia de concentración intra y extracelular que existe de este catión. La concentración de calcio libre en el citoplasma es baja, mientras que la concentración extracelular es más alta, por lo que existe una gradiente con una tendencia a empujar al calcio hacia el interior celular.

Un estímulo adecuado produce un incremento en los niveles citoplasmáticos del calcio en forma transitoria. Este aumento de concentración intracelular puede deberse a la apertura de canales presentes en la membrana plasmática, lo que permite la entrada del ion desde el medio extracelular o a la liberación de Ca++ desde depósitos intracelulares como el retículo endoplasmático.

La apertura de los canales de calcio depende de la unión de un ligando (como en el caso de        receptores acoplados a canales del calcio) o puede producirse como consecuencia de los cambios de potencial de membrana. En el caso de los canales de Ca++ del retículo endoplasmático son activados por el lípido inositol trifosfato.

Para que pueda transmitir el mensaje, el calcio debe unirse y modificar proteínas específicas. Sin embargo no todas las proteínas que pueden unirse al calcio participan en la transducción de señales. Las proteínas involucradas en la transducción deben ser capaces de responder a aumentos temporarios y,  muchas veces localizados, de las concentraciones del ion.

Entre las proteínas que pueden cumplir esta función se encuentra la Calmodulina. La cual no tiene ninguna actividad enzimática por sí sola, pero unida al Ca++ y formando el complejo Ca++-Calmodulina es capaz de regular la actividad de más de 100 enzimas diferentes. Entre las que destaca la fosfodiesterasa de AMPc. De hecho la Calmodulina fue identificada durante la purificación de esta fosfodiesterasa.

La Calmodulina es una proteína acídica intracelular de aproximadamente 150 aminoácidos, relativamente pequeña puesto que tiene un peso molecular de 17 kDa,  presentando cuatro sitios de enlace de calcio. La unión de calcio modifica la conformación de la Calmodulina y le permite la interacción con otras proteínas.

Ejemplos: adenilato ciclasa, óxido nítrico sintetasa, proteínas del citoesqueleto, proteínas transportadoras de calcio como la Ca++-ATPasa, y algunas proteincinasas como la fosforilasa cinasa (que participa en el metabolismo del glucógeno), cinasa de la cadena liviana de miosina (que participa en la contracción muscular) y otras cinasas multifuncionales dependientes de Ca++-Calmodulina.

Por medio de este mecanismo el Ca++ regulan la actividad de enzimas, bombas iónicas y componentes del citoesqueleto.

La CaMK mas estudiada es la CaMK II, cuando lo niveles de calcio citosólicos son bajos, esta enzima no es activa porque tiene una zona autoinhibitoria que bloquea el acceso del sustrato al sitio catalítico. Cuando los niveles de calcio aumentan, el ion se une a la Calmodulina y el complejo Ca++- Calmodulina se une a la enzima CaMK. Esta unión permite su autofosforilación, lo que aumenta aún más su actividad de cinasa. Entre las proteínas que son sustrato de CaMK II se encuentran factores de transcripción.

La Troponina es una proteína globular de gran peso molecular, presente en el músculo estriado y en el músculo cardíaco. Está formada por tres subunidades que reciben un nombre específico que está directamente relacionado con la característica funcional que lleva acabo. Entonces tenemos la Troponina T, porque su función es fijar el complejo proteico a la tropomiosina, la Troponina I porque inhibe tanto la actividad de la miosina-ATPasa como la unión actinmiosina.

Y la que nos interesa en el tema, la Troponina C, que es capaz de ligar iones de calcio siendo la subunidad activa del complejo.  En la Troponina C encontramos cuatro regiones homólogas que contienen residuos de aspartato y glutamato, y en condiciones fisiológicas, con un pH ligeramente básico, tienen una carga negativa neta. Debido a este hecho se genera un proceso de atracción electroestática, de manera que si se produce un aumento de la concentración de calcio, estos iones se verán atraídos por la proteína y quedarán unidos.

...