Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено из сигнализации Calcium )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Показывает высвобождение Ca 2+ из эндоплазматического ретикулума через путь фосфолипазы C (PLC) .

Передача сигналов кальция - это использование ионов кальция (Ca 2+ ) для связи и управления внутриклеточными процессами, часто на этапе передачи сигнала . Са 2+ имеет важное значение для клеточной сигнализации , на этот раз она входит в цитозоле в цитоплазме она оказывает аллостерические регуляторные воздействия на многих ферментов и белков . Ca 2+ может действовать в передаче сигнала в результате активации ионных каналов или в качестве вторичного мессенджера, вызванного путями непрямой передачи сигнала, такими какРецепторы, сопряженные с G-белками .

Регулирование концентрации [ править ]

Концентрация Ca 2+ в цитоплазме в состоянии покоя обычно поддерживается на уровне около 100 нМ . Это в 20 000–100 000 раз ниже, чем типичная внеклеточная концентрация. [1] [2] Чтобы поддерживать эту низкую концентрацию, Ca 2+ активно перекачивается из цитозоля во внеклеточное пространство, в эндоплазматический ретикулум (ER), а иногда и в митохондрии . Некоторые белки цитоплазмы и органелл действуют как буферы, связывая Ca 2+ . Сигнал возникает, когда клетка стимулируется высвобождением ионов Ca 2+ из внутриклеточных запасов и / или когда Ca 2+попадает в клетку через ионные каналы плазматической мембраны . [1]

Путь фосфолипазы C [ править ]

Фосфолипаза C расщепляет PIP2 на IP3 и DAG

Специфические сигналы могут вызвать внезапное повышение цитоплазматических уровней Ca 2+ до 500–1000 нМ за счет открытия каналов в ER или плазматической мембране . Наиболее распространенным сигнальным путем, который увеличивает концентрацию кальция в цитоплазме, является путь фосфолипазы C (PLC) .

  1. Многие рецепторы клеточной поверхности , включая рецепторы , связанные с G-белком, и рецепторные тирозинкиназы , активируют фермент PLC.
  2. PLC использует гидролиз мембранного фосфолипида PIP 2 с образованием IP 3 и диацилглицерина (DAG), двух классических вторичных мессенджеров.
  3. DAG прикрепляется к плазматической мембране и привлекает протеинкиназу C (PKC).
  4. IP 3 диффундирует в ER и связывается с рецептором IP3 .
  5. Рецептор IP 3 служит каналом Ca 2+ и высвобождает Ca 2+ из ER.
  6. Ca 2+ связывается с PKC и другими белками и активирует их. [3]

Истощение эндоплазматической сети [ править ]

Истощение Ca 2+ из ER приведет к проникновению Ca 2+ извне клетки путем активации «Store-Operated Channels» ( SOC ). [4] Этот приток Са 2+ упоминается как Са 2+ -release-активированного Ca 2+ тока ( ICRAC ). Механизмы, с помощью которых происходит ICRAC, в настоящее время все еще исследуются. Хотя Orai1 и STIM1 были связаны в нескольких исследованиях для предложенной модели притока кальция, управляемого магазином. Недавние исследования цитировали фосфолипазу А2 бета, [5] адениндинуклеотид фосфат никотиновой кислоты (NAADP), [6]и белок STIM 1 [7] как возможные медиаторы ICRAC.

Как второй посланник [ править ]

Кальций - повсеместный вторичный посланник с широким спектром физиологических ролей. [2] К ним относятся сокращение мышц , нейрональная передача (как в возбуждающем синапсе ), подвижность клеток (включая движение жгутиков и ресничек ), оплодотворение , рост клеток (пролиферация), нейрогенез , обучение и память, как с синаптической пластичностью , и секреция. из слюны . [8] [9] Высокий уровень цитоплазматического Ca 2+ также может вызвать апоптоз клетки.. [10] Другие биохимические роли кальция включают регулирование активности ферментов , проницаемости ионных каналов , [11] активности ионных насосов и компонентов цитоскелета . [12]

Многие из событий, опосредованных Ca 2+, происходят, когда высвобожденный Ca 2+ связывается и активирует регуляторный белок кальмодулин . Кальмодулин может активировать Ca 2+ -кальмодулин-зависимые протеинкиназы или может действовать непосредственно на другие эффекторные белки. [13] Помимо кальмодулина, существует множество других белков, связывающих Ca 2+, которые опосредуют биологические эффекты Ca 2+ .

При сокращении мышц [ править ]

Сравнение сокращения гладких и скелетных мышц

Сокращения волокон скелетных мышц вызываются электростимуляцией. Этот процесс обусловлен деполяризацией из поперечных трубчатых переходов . После деполяризации саркоплазматический ретикульм (SR) высвобождает Ca 2+ в миоплазму, где он связывается с рядом буферов, чувствительных к кальцию. Са 2+ в миоплазме будет диффундировать к сайтам регулятора Са 2+ на тонких филаментах . Это приводит к фактическому сокращению мышцы. [14]

Сокращения гладких мышечных волокон зависят от того, как происходит приток Ca 2+ . Когда происходит приток Ca 2+ , между миозином и актином образуются поперечные мостики, приводящие к сокращению мышечных волокон. Приток может происходить за счет внеклеточной диффузии Ca 2+ через ионные каналы. Это может привести к трем различным результатам. Первый - это равномерное увеличение концентрации Ca 2+ во всей клетке. Это отвечает за увеличение диаметра сосудов. Во-вторых, быстрое изменение мембранного потенциала, зависящее от времени, которое приводит к очень быстрому и равномерному увеличению Ca 2+ . Это может вызвать самопроизвольное высвобождениенейротрансмиттеры через симпатические или парасимпатические нервные каналы. Последний возможный результат - специфический и локализованный выброс Са 2+ из субплазмалеммы . Этот тип высвобождения увеличивает активацию протеинкиназы и проявляется в сердечной мышце, где вызывает связь возбуждения и концентрации. Ca 2+ может также быть результатом внутренних запасов, обнаруженных в SR. Это высвобождение может быть вызвано рецепторами риодина (RYR) или IP 3 . Высвобождение RYRs Ca 2+ является спонтанным и локализованным. Это наблюдалось в ряде гладкомышечных тканей, включая артерии , воротную вену., Мочевой пузырь , мочеточники ткань, ткань дыхательных путей и желудочно - кишечный тракт ткань. Высвобождение IP 3 Ca 2+ вызывается активацией рецептора IP 3 на SR. Эти притоки часто являются спонтанными и локализованными, как в толстой кишке и воротной вене, но могут привести к глобальной волне Ca 2+, наблюдаемой во многих сосудистых тканях. [15]

В нейронах [ править ]

В нейронах сопутствующее повышение цитозольного и митохондриального Ca 2+ важно для синхронизации электрической активности нейронов с митохондриальным энергетическим метаболизмом. Уровни Ca 2+ в митохондриальном матриксе могут достигать десятков мкМ , необходимых для активации изоцитратдегидрогеназы , которая является одним из ключевых регуляторных ферментов цикла Кребса . [16] [17]

ER в нейронах может служить в сети, объединяющей многочисленные внеклеточные и внутриклеточные сигналы в бинарной мембранной системе с плазматической мембраной. Такая ассоциация с плазматической мембраной создает относительно новое восприятие ER и темы «нейрон внутри нейрона». Структурные характеристики ER, способность действовать как приемник Ca 2+ и специфические высвобождающие Ca 2+ белки служат для создания системы, которая может производить регенеративные волны высвобождения Ca 2+ . Они могут связываться как локально, так и глобально в ячейке. Эти сигналы Ca 2+ объединяют внеклеточные и внутриклеточные потоки и, как предполагается, играют роль в синаптической пластичности, памяти, нейротрансмиттере.высвобождение, возбудимость нейронов и долгосрочные изменения на уровне транскрипции генов. Стресс ER также связан с передачей сигналов Ca 2+ и вместе с ответом развернутого белка может вызывать деградацию, связанную с ER (ERAD) и аутофагию. [18]

При оплодотворении [ править ]

Приток Ca 2+ во время оплодотворения наблюдался у многих видов как триггер для развития ооцита . Эти притоки могут происходить как однократное увеличение концентрации, как у рыб и иглокожих , так и при колебаниях концентраций, наблюдаемых у млекопитающих . Триггеры этих притоков Ca 2+ могут различаться. Приток был обнаружен , происходит через мембрану , Ca 2+ трубопроводы и Ca 2+ магазинов в сперме . Также было замечено, что сперма связывается с мембранными рецепторами, что приводит к высвобождению Са 2+.из скорой помощи. Также было замечено, что сперма выделяет растворимый фактор, специфичный для этого вида. Это гарантирует отсутствие межвидового оплодотворения. Эти растворимые факторы приводят к активации IP 3, что вызывает высвобождение Ca 2+ из ER через рецепторы IP 3 . [19] Также было замечено, что некоторые модельные системы смешивают эти методы, например, с млекопитающими. [20] [21] Как только Ca 2+ высвобождается из ER, яйцеклетка запускает процесс формирования слитого пронуклеуса и перезапуска митотического клеточного цикла. [22] Высвобождение Са 2+ также отвечает за активацию НАД.+ киназа, которая приводит к биосинтезу мембрани экзоцитозу кортикальных гранул ооцитов,что приводит к образованию гиалинового слоя, что обеспечивает медленную блокировку полиспермии .

См. Также [ править ]

  • Нанодомен
  • Европейское кальциевое общество

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Clapham DE (декабрь 2007 г.). «Кальциевая сигнализация». Cell . 131 (6): 1047–58. DOI : 10.1016 / j.cell.2007.11.028 . PMID  18083096 . S2CID  15087548 .
  2. ^ a b Demaurex N, Nunes P (апрель 2016 г.). «Роль белков STIM и ORAI в фагоцитарных иммунных клетках» . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 310 (7): C496-508. DOI : 10,1152 / ajpcell.00360.2015 . PMC 4824159 . PMID 26764049 .  
  3. Перейти ↑ Alberts B, Bray D, Hopkin K, Johnson A, Lewis J, Raff MC, Roberts K, Walter P (2014). Essential Cell Biology (4-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Наука о гирляндах. С. 548–549. ISBN 978-0-8153-4454-4.
  4. ^ Putney JW, Томита T (январь 2012). «Передача сигналов фосфолипазы С и приток кальция» . Достижения в биологической регуляции . 52 (1): 152–64. DOI : 10.1016 / j.advenzreg.2011.09.005 . PMC 3560308 . PMID 21933679 .  
  5. ^ Csutora P, Zarayskiy V, Peter K, Monje F, Smani T, Zakharov SI, et al. (Ноябрь 2006 г.). «Механизм активации для CRAC текущего и управляемого накоплением входа Ca2 +: фактор притока кальция и Ca2 + -независимый путь, опосредованный фосфолипазой A2beta» . Журнал биологической химии . 281 (46): 34926–35. DOI : 10.1074 / jbc.M606504200 . PMID 17003039 . 
  6. ^ Moccia F, D Lim, Nusco Г.А., Геркуланум E, Сантелла L (октябрь 2003). «NAADP активирует ток Ca2 +, который зависит от цитоскелета F-актина». Журнал FASEB . 17 (13): 1907–1909. DOI : 10,1096 / fj.03-0178fje . PMID 12923070 . S2CID 16982891 .  
  7. ^ Баба Ю., Хаяси К., Фуджи Ю., Мидзусима А., Ватараи Х, Вакамори М. и др. (Ноябрь 2006 г.). «Связывание STIM1 с поступлением Ca2 +, управляемым накоплением, посредством его конститутивного и индуцибельного движения в эндоплазматическом ретикулуме» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (45): 16704–9. Bibcode : 2006PNAS..10316704B . DOI : 10.1073 / pnas.0608358103 . PMC 1636519 . PMID 17075073 .  
  8. ^ Сыпь BG, Ackman JB, Rakic P (февраль 2016). «Двунаправленная радиальная активность Са (2+) регулирует нейрогенез и миграцию во время формирования раннего кортикального столба» . Наука продвигается . 2 (2): e1501733. Bibcode : 2016SciA .... 2E1733R . DOI : 10.1126 / sciadv.1501733 . PMC 4771444 . PMID 26933693 .  
  9. ^ Берридж MJ, Lipp P, Bootman MD (октябрь 2000). «Универсальность и универсальность кальциевой сигнализации». Обзоры природы. Молекулярная клеточная биология . 1 (1): 11–21. DOI : 10.1038 / 35036035 . PMID 11413485 . S2CID 13150466 .  
  10. ^ Иосиф SK, Hajnóczky G (май 2007). «Рецепторы IP3 в выживании клеток и апоптозе: высвобождение Ca2 + и за его пределами» . Апоптоз . 12 (5): 951–68. DOI : 10.1007 / s10495-007-0719-7 . PMID 17294082 . 
  11. ^ Али ES, Хуа J, Уилсон CH, Таллис GA, Чжоу FH, Рычков GY, Barritt GJ (сентябрь 2016). «Аналог глюкагоноподобного пептида-1 эксендин-4 обращает нарушенную внутриклеточную передачу сигналов Ca (2+) в стеатозных гепатоцитах» . Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Исследование молекулярных клеток . 1863 (9): 2135–46. DOI : 10.1016 / j.bbamcr.2016.05.006 . PMID 27178543 . 
  12. ^ Koolman Дж, Рем К (2005). Цветной атлас биохимии . Нью-Йорк: Тим. ISBN 978-1-58890-247-4.
  13. ^ Берг - J, Tymoczko ДЛ, Гатто ГДж, Stryer L (2015). Биохимия (Восьмое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: WH Freeman and Company. п. 407. ISBN. 978-1-4641-2610-9.
  14. Перейти ↑ Baylor SM, Hollingworth S (май 2011 г.). «Индикаторы кальция и передача сигналов кальция в волокнах скелетных мышц во время сцепления возбуждения-сокращения» . Прогресс в биофизике и молекулярной биологии . 105 (3): 162–79. DOI : 10.1016 / j.pbiomolbio.2010.06.001 . PMC 2974769 . PMID 20599552 .  
  15. ^ Hill-Юбэнкс DC, Вернер ME, Heppner TJ, Нельсон MT (сентябрь 2011). «Передача сигналов кальция в гладких мышцах» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (9): a004549. DOI : 10.1101 / cshperspect.a004549 . PMC 3181028 . PMID 21709182 .  
  16. ↑ Иванников М.В., Маклеод Г.Т. (июнь 2013 г.). «Уровни свободного Ca²⁺ в митохондриях и их влияние на энергетический метаболизм в окончаниях двигательных нервов дрозофилы» . Биофизический журнал . 104 (11): 2353–61. Bibcode : 2013BpJ ... 104.2353I . DOI : 10.1016 / j.bpj.2013.03.064 . PMC 3672877 . PMID 23746507 .  
  17. ↑ Иванников М.В., Сугимори М., Ллинас Р.Р. (январь 2013 г.). «Экзоцитоз синаптических пузырьков в синаптосомах гиппокампа напрямую коррелирует с общим объемом митохондрий» . Журнал молекулярной неврологии . 49 (1): 223–30. DOI : 10.1007 / s12031-012-9848-8 . PMC 3488359 . PMID 22772899 .  
  18. ^ Берридж MJ (июль 1998). «Нейрональная кальциевая сигнализация». Нейрон . 21 (1): 13–26. DOI : 10.1016 / S0896-6273 (00) 80510-3 . PMID 9697848 . S2CID 2454323 .  
  19. ^ Kashir Дж, Дегучи R, Джонс С, Трусливый К, Штрикер С.А. (октябрь 2013 г. ). «Сравнительная биология факторов спермы и сигналов кальция, вызванных оплодотворением, в животном мире». Молекулярное воспроизводство и развитие . 80 (10): 787–815. DOI : 10.1002 / mrd.22222 . PMID 23900730 . S2CID 1075539 .  
  20. ^ Ohto U, Ишида Н, Краюхина Е, Учияма S, Иноуэ N, Shimizu Т (июнь 2016). «Структура IZUMO1-JUNO показывает распознавание сперматозоидов-ооцитов во время оплодотворения млекопитающих». Природа . 534 (7608): 566–9. Bibcode : 2016Natur.534..566O . DOI : 10.1038 / nature18596 . PMID 27309808 . S2CID 4460677 .  
  21. Перейти ↑ Swann K, Lai FA (январь 2016 г.). «Активация яиц при оплодотворении растворимым белком спермы». Физиологические обзоры . 96 (1): 127–49. DOI : 10.1152 / Physrev.00012.2015 . PMID 26631595 . 
  22. ^ Гилберт, Скотт Ф., 1949- (2016-06-15). Биология развития . Баррези, Майкл Дж. Ф., 1974- (Одиннадцатое изд.). Сандерленд, Массачусетс. п. 221. ISBN. 978-1-60535-470-5. OCLC  945169933 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Петерсен, Огайо (2005). «Са2 + сигнальные и Са2 + -активированные ионные каналы в экзокринных ацинарных клетках». Клеточный кальций . 38 (3–4): 171–200. DOI : 10.1016 / j.ceca.2005.06.024 . PMID  16107275 .