Ca2inbindning

Ca2+-bindning avser interaktionen där kalciumjoner (Ca2+) binds till ligander i lösning eller inom proteiner och biomolekyler. Kalcium binder ofta genom oxygendonorgrupper från aspartat- och glutamatrestar, fosfatgrupper eller vattenmolekyler. I biologiska system uppvisar Ca2+-bindningar varierande affinitet och koordinationsmiljö, från låga mikromolar till nanomolar hos specifika bindingställen, ofta påverkat av konkurrens från andra joner och av proteinets konformation.

Koordination och struktur

Kalcium i proteinmiljö är vanligtvis koordinerat av 6–8 atomer, ofta genom ett arrangemang där karboxylatgrupperna i Asp och Glu samt vattenmolekyler är inblandade. Många Ca2+-bindande proteiner innehåller EF-hand-motiv eller andra koordinationssätt som möjliggör konformationsändringar vid Ca2+-bindning. Ett välkänt exempel är calmodulin, som binder fyra Ca2+-joner och genomgår strukturella förändringar som aktiverar eller reglerar målproteiner. Troponin C, annexiner och S100-proteiner är andra viktiga Ca2+-bindare med olika funktionella konsekvenser.

Biologiska funktioner

Ca2+-bindning spelar en central roll i intracellulär signalering, exocytos och reglering av enzymaktiviteter. Kalcium fungerar som sekundmessenger som omskapar enzymatiska och cytoskeletala processer, påverkar muskelkontraktion i hjärtmuskulatur och skelettmuskulatur samt neurotransmittorfrisättning vid synapser. Ca2+-bindning deltar även i biomineralisering, där kalcium förenas med fosfat för bildandet av ben- och tändmaterial som hydroxyapatit.

Forskning och teknik

Studier av Ca2+-bindning används tillsammans med tekniker som isothermal titration calorimetry (ITC), röntgenkristallografi och NMR för att kartlägga affinitet och koordinationsmiljö. Fluorescentindikatorer såsom Fura-2 och Fluo-4 möjliggör live-cell mätningar av Ca2+-koncentrationer. Förändringar i kalciumhomeostas är kopplade till olika sjukdomstillstånd, inklusive hjärtproblem och neurodegenerativa störningar.