Jump to content

Передача сигналов кальция

Показывает Ca 2+ высвобождение из эндоплазматического ретикулума через путь фосфолипазы C (PLC) .

Передача сигналов кальция представляет собой использование ионов кальция (Ca 2+ ) для связи и управления внутриклеточными процессами, часто в качестве этапа передачи сигнала . Калифорния 2+ важен для клеточной передачи сигналов , поскольку, попадая в цитозоль цитоплазмы , он оказывает аллостерическое регуляторное воздействие на многие ферменты и белки . Калифорния 2+ может действовать в передаче сигнала в результате активации ионных каналов или в качестве вторичного мессенджера, вызываемого непрямыми путями передачи сигнала, такими как рецепторы, связанные с G-белком .

Регулирование концентрации

[ редактировать ]

Покоящая концентрация Ca 2+ в цитоплазме обычно поддерживается около 100 нМ . Это в 20 000–100 000 раз ниже типичной внеклеточной концентрации. [1] [2] Чтобы поддерживать эту низкую концентрацию, Ca 2+ активно перекачивается из цитозоля во внеклеточное пространство, эндоплазматический ретикулум (ЭР), а иногда и в митохондрии . Некоторые белки цитоплазмы и органелл действуют как буферы, связывая Са. 2+ . Передача сигнала происходит, когда клетка стимулируется к высвобождению Ca. 2+ ионы из внутриклеточных запасов и/или когда Ca 2+ поступает в клетку через ионные каналы плазматической мембраны . [1] В определенных условиях внутриклеточный Са 2+ концентрация может начать колебаться с определенной частотой. [3]

Путь фосфолипазы C

[ редактировать ]
Фосфолипаза С расщепляет PIP2 на IP3 и DAG

Специфические сигналы могут вызвать внезапное увеличение цитоплазматического кальция. 2+ уровни до 500–1000 нМ путем открытия каналов в ЭР 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 рекрутирует протеинкиназу C (PKC).
  4. IP3 . в ЭР и связывается с рецептором IP3 диффундирует
  5. IP3 Рецептор служит Ca 2+ канал и выпускает Ca 2+ из скорой помощи.
  6. Калифорния 2+ связываются с PKC и другими белками и активируют их. [4]

Истощение эндоплазматического ретикулума

[ редактировать ]

Истощение Ca 2+ из отделения скорой помощи приведет к Ca 2+ вход извне ячейки путем активации «Каналов, управляемых магазином» ( SOC ). [5] Этот приток Ca 2+ упоминается как Ca 2+ -релиз-активированный Ca 2+ текущий ( ИКРАК ). Механизмы реализации ICRAC в настоящее время все еще исследуются. Хотя Orai1 и STIM1 были связаны в нескольких исследованиях для предложенной модели депо-управляемого притока кальция. Недавние исследования выявили бета- фосфолипазу А2, [6] адениндинуклеотидфосфат никотиновой кислоты (NAADP), [7] и белок STIM 1 [8] в качестве возможных посредников ICRAC.

В качестве второго посланника

[ редактировать ]

Кальций является вездесущим вторичным мессенджером с широким спектром физиологических ролей. [2] К ним относятся сокращение мышц , нейрональная передача (как в возбуждающем синапсе ), клеточная подвижность (включая движение жгутиков и ресничек ), оплодотворение , рост клеток (пролиферация), нейрогенез , обучение и память, как при синаптической пластичности , и секреция слюны . [9] [10] Высокий уровень цитоплазматического кальция 2+ клетки также может вызвать апоптоз . [11] Другие биохимические функции кальция включают регулирование активности ферментов , проницаемости ионных каналов , [12] активность ионных насосов и компонентов цитоскелета . [13]

Многие из Ca 2+ опосредованные события происходят, когда высвобождается Ca 2+ связывается и активирует регуляторный белок кальмодулин . Кальмодулин может активировать Ca 2+ -кальмодулин-зависимые протеинкиназы или могут действовать непосредственно на другие эффекторные белки. [14] Помимо кальмодулина, существует много других Ca 2+ -связывающие белки, которые опосредуют биологические эффекты Ca 2+ .

При мышечных сокращениях

[ редактировать ]
Сравнение сокращения гладких и скелетных мышц.

Сокращение волокон скелетных мышц происходит за счет электрической стимуляции. Этот процесс вызван деполяризацией поперечных канальцевых соединений . После деполяризации саркоплазматический ретикулум (СР) высвобождает Са. 2+ в миоплазму, где он связывается с рядом чувствительных к кальцию буферов. Калифорния 2+ в миоплазме диффундирует до Ca 2+ регуляторные участки на тонких нитях . Это приводит к фактическому сокращению мышцы. [15]

Сокращения гладкомышечных волокон зависят от того, как Са 2+ происходит приток. Когда Ка 2+ происходит приток, образуются поперечные мостики между миозином и актином , приводящие к сокращению мышечных волокон. Приток может происходить из внеклеточного кальция. 2+ диффузия по ионным каналам. Это может привести к трем различным результатам. Первый – равномерное увеличение Ca 2+ концентрация во всей клетке. Это ответственно за увеличение диаметра сосудов. Второй — это быстрое, зависящее от времени изменение мембранного потенциала, которое приводит к очень быстрому и равномерному увеличению содержания Са. 2+ . Это может вызвать спонтанное высвобождение нейромедиаторов через симпатические или парасимпатические нервные каналы. Последним потенциальным результатом является специфический и локализованный субплазмалеммальный Ca. 2+ выпускать. Этот тип высвобождения увеличивает активацию протеинкиназы и наблюдается в сердечной мышце , где он вызывает связь возбуждения и концентрации. Калифорния 2+ также может быть результатом внутренних хранилищ, обнаруженных в SR. Это высвобождение может быть вызвано рецепторами риодина (RYR) или IP 3 . RYRs Калифорния 2+ высвобождение спонтанное и локализованное. Это наблюдалось в ряде гладкомышечных тканей, включая артерии , воротную вену , мочевой пузырь , ткани мочеточника , ткани дыхательных путей и ткани желудочно-кишечного тракта . IP 3 Ca 2+ высвобождение вызвано активацией рецептора IP 3 на SR. Эти притоки часто являются спонтанными и локализуются, как видно в толстой кишке и воротной вене, но могут привести к глобальному кальциему. 2+ волна, наблюдаемая во многих сосудистых тканях. [16]

В нейронах

[ редактировать ]

В нейронах одновременно увеличивается содержание цитозольного и митохондриального кальция. 2+ важны для синхронизации электрической активности нейронов с энергетическим метаболизмом митохондрий. Митохондриальный матрикс Ca 2+ уровни могут достигать десятков микромоль , которые необходимы для активации изоцитратдегидрогеназы , которая является одним из ключевых регуляторных ферментов цикла Кребса . [17] [18]

ЭР в нейронах может служить в сети, объединяющей многочисленные внеклеточные и внутриклеточные сигналы в бинарную мембранную систему с плазматической мембраной. Такая ассоциация с плазматической мембраной создает относительно новое восприятие ЭР и тему «нейрона внутри нейрона». Структурные характеристики ЭР, способность действовать как Са 2+ сток, и специфический Ca 2+ высвобождая белки, служат для создания системы, которая может производить регенеративные волны Ca. 2+ выпускать. Они могут взаимодействовать как локально, так и глобально в ячейке. Эти Ка 2+ сигналы интегрируют внеклеточные и внутриклеточные потоки и, как предполагается, играют роль в синаптической пластичности, памяти, высвобождении нейротрансмиттеров , возбудимости нейронов и долгосрочных изменениях на уровне транскрипции генов. Стресс ЭР также связан с Ca 2+ передача сигналов и наряду с развернутым белковым ответом может вызывать деградацию, связанную с ER (ERAD) и аутофагию. [19]

Астроциты имеют прямую связь с нейронами посредством высвобождения ими глиотрансмиттеров. Эти передатчики обеспечивают связь между нейронами и запускаются повышением уровня кальция вокруг астроцитов из внутренних хранилищ. Это увеличение кальция также может быть вызвано другими нейротрансмиттерами. Некоторыми примерами глиотрансмиттеров являются АТФ и глутамат. [20] Активация этих нейронов приведет к увеличению концентрации кальция в цитозоле со 100 наномолярных до 1 микромолярных. [21]

В оплодотворении

[ редактировать ]

Что 2+ приток во время оплодотворения наблюдался у многих видов как пусковой механизм развития ооцита . Эти притоки могут происходить в виде однократного увеличения концентрации, как это наблюдается у рыб и иглокожих концентраций , или могут происходить в виде колебаний , как это наблюдается у млекопитающих . Триггеры этих Ca 2+ притоки могут быть разными. Было обнаружено, что приток происходит через мембрану Ca. 2+ трубопроводы и Ca 2+ запасается в сперме . Также было замечено, что сперматозоиды связываются с мембранными рецепторами, что приводит к высвобождению кальция. 2+ из скорой помощи. Также было замечено, что сперма выделяет растворимый фактор, специфичный для этого вида. Это предотвращает межвидовое оплодотворение. Эти растворимые факторы приводят к активации IP 3, что вызывает Ca 2+ высвобождение из ЭР через рецепторы IP3 . [22] Также было замечено, что некоторые модельные системы смешивают эти методы, например, на млекопитающих. [23] [24] Однажды Ка 2+ Высвобождаясь из ЭР, яйцеклетка запускает процесс формирования сросшегося пронуклеуса и перезапуск митотического клеточного цикла. [25] Что 2+ релиз также отвечает за активацию НАД + киназа , которая приводит к мембранному биосинтезу , и экзоцитозу ооцитов кортикальных гранул , что приводит к образованию гиалинового слоя, обеспечивающего медленный блок полиспермии .

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Jump up to: а б Клэпхэм DE (декабрь 2007 г.). «Сигнализация кальция» . Клетка . 131 (6): 1047–58. дои : 10.1016/j.cell.2007.11.028 . ПМИД   18083096 . S2CID   15087548 .
  2. ^ Jump up to: а б Деморекс Н., Нуньес П. (апрель 2016 г.). «Роль белков STIM и ORAI в фагоцитирующих иммунных клетках» . Американский журнал физиологии. Клеточная физиология . 310 (7): C496-508. doi : 10.1152/ajpcell.00360.2015 . ПМЦ   4824159 . ПМИД   26764049 .
  3. ^ Улен П., Лестадиус А., Янукайнен Т., Седерблом Т., Бэкхед Ф., Селси Г., Брисмар Х., Нормарк С., Аперия А., Рихтер-Дальфорс А. (июнь 2000 г.). «Альфа-гемолизин уропатогенной E. coli индуцирует колебания Ca2+ в эпителиальных клетках почек». Природа . 405 (6787): 694–7. Бибкод : 2000Natur.405..694U . дои : 10.1038/35015091 . ПМИД   10864327 . S2CID   4420606 .
  4. ^ Альбертс Б., Брэй Д., Хопкин К., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М.К. и др. (2014). Основная клеточная биология (4-е изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Garland Science. стр. 548–549. ISBN  978-0-8153-4454-4 .
  5. ^ Путни Дж.В., Томита Т. (январь 2012 г.). «Передача сигналов фосфолипазы C и приток кальция» . Достижения в области биологического регулирования . 52 (1): 152–64. дои : 10.1016/j.advenzreg.2011.09.005 . ПМК   3560308 . ПМИД   21933679 .
  6. ^ Чутора П., Зарайский В., Питер К., Монже Ф., Смани Т., Захаров С.И. и др. (ноябрь 2006 г.). «Механизм активации тока CRAC и входа Ca2+ в депо: фактор притока кальция и Ca2+-независимый путь, опосредованный фосфолипазой A2beta» . Журнал биологической химии . 281 (46): 34926–35. дои : 10.1074/jbc.M606504200 . ПМИД   17003039 .
  7. ^ Мочча Ф., Лим Д., Нуско Г.А., Эрколано Э., Сантелла Л. (октябрь 2003 г.). «NAADP активирует ток Ca2+, который зависит от F-актинового цитоскелета» . Журнал ФАСЭБ . 17 (13): 1907–9. doi : 10.1096/fj.03-0178fje . ПМИД   12923070 . S2CID   16982891 .
  8. ^ Баба Ю., Хаяси К., Фуджи Ю., Мизушима А., Ватарай Х., Вакамори М. и др. (ноябрь 2006 г.). «Связь STIM1 с депо-управляемым входом Ca2+ посредством его конститутивного и индуцируемого движения в эндоплазматическом ретикулуме» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (45): 16704–9. Бибкод : 2006PNAS..10316704B . дои : 10.1073/pnas.0608358103 . ПМЦ   1636519 . ПМИД   17075073 .
  9. ^ Раш Б.Г., Акман Дж.Б., Ракич П. (февраль 2016 г.). «Двунаправленная радиальная активность Ca(2+) регулирует нейрогенез и миграцию во время раннего формирования кортикального столба» . Достижения науки . 2 (2): e1501733. Бибкод : 2016SciA....2E1733R . дои : 10.1126/sciadv.1501733 . ПМЦ   4771444 . ПМИД   26933693 .
  10. ^ Берридж М.Дж., Липп П., Бутман, доктор медицинских наук (октябрь 2000 г.). «Универсальность и универсальность передачи сигналов кальция». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 1 (1): 11–21. дои : 10.1038/35036035 . ПМИД   11413485 . S2CID   13150466 .
  11. ^ Йозеф С.К., Хайноцкий Г. (май 2007 г.). «Рецепторы IP3 в выживании клеток и апоптозе: высвобождение Ca2+ и не только» . Апоптоз . 12 (5): 951–68. дои : 10.1007/s10495-007-0719-7 . ПМИД   17294082 .
  12. ^ Али Э.С., Хуа Дж., Уилсон CH, Таллис Г.А., Чжоу Ф.Х., Рычков Г.Ю., Барритт Г.Дж. (сентябрь 2016 г.). «Аналог глюкагоноподобного пептида-1 эксендин-4 обращает вспять нарушенную внутриклеточную передачу сигналов Ca(2+) в стеатотических гепатоцитах» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1863 (9): 2135–46. дои : 10.1016/j.bbamcr.2016.05.006 . ПМИД   27178543 .
  13. ^ Кулман Дж., Рем К.Х. (2005). Цветной атлас биохимии . Нью-Йорк: Тиме. ISBN  978-1-58890-247-4 .
  14. ^ Берг Дж., Тимочко Дж.Л., Гатто Г.Дж., Страйер Л. Биохимия (Восьмое изд.).
  15. ^ Бэйлор С.М., Холлингворт С. (май 2011 г.). «Показатели кальция и передача сигналов кальция в волокнах скелетных мышц во время связи возбуждения-сокращения» . Прогресс биофизики и молекулярной биологии . 105 (3): 162–79. doi : 10.1016/j.pbiomolbio.2010.06.001 . ПМЦ   2974769 . ПМИД   20599552 .
  16. ^ Хилл-Юбэнкс, округ Колумбия, Вернер М.Е., Хеппнер Т.Дж., Нельсон М.Т. (сентябрь 2011 г.). «Передача сигналов кальция в гладких мышцах» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 3 (9): а004549. doi : 10.1101/cshperspect.a004549 . ПМК   3181028 . ПМИД   21709182 .
  17. ^ Иванников М.В., Маклауд Г.Т. (июнь 2013 г.). «Уровни свободного Ca²⁺ в митохондриях и их влияние на энергетический обмен в окончаниях двигательных нервов дрозофилы» . Биофизический журнал . 104 (11): 2353–61. Бибкод : 2013BpJ...104.2353I . дои : 10.1016/j.bpj.2013.03.064 . ПМЦ   3672877 . ПМИД   23746507 .
  18. ^ 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 нейронауки . 49 (1): 223–30. дои : 10.1007/s12031-012-9848-8 . ПМЦ   3488359 . ПМИД   22772899 .
  19. ^ Берридж MJ (июль 1998 г.). «Нейрональная передача сигналов кальция» . Нейрон . 21 (1): 13–26. дои : 10.1016/S0896-6273(00)80510-3 . ПМИД   9697848 . S2CID   2454323 .
  20. ^ «ScienceDirect.com | Журналы о науке, здоровье и медицине, полнотекстовые статьи и книги» . www.sciencedirect.com . Проверено 13 апреля 2023 г.
  21. ^ Бутман, Мартин (4 июля 2012 г.). «Сигнализация кальция» . Перспективы Колд-Спринг-Харбор в биологии . 4 (7): а011171. doi : 10.1101/cshperspect.a011171 . ПМЦ   3385957 . ПМИД   22751152 .
  22. ^ Кашир Дж., Дегучи Р., Джонс С., Кауард К., Стрикер 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. дои : 10.1002/mrd.22222 . ПМИД   23900730 . S2CID   1075539 .
  23. ^ Ото У, Исида Х, Краюхина Е, Утияма С, Иноуэ Н, Симидзу Т (июнь 2016 г.). «Структура IZUMO1-JUNO демонстрирует распознавание сперматозоидов во время оплодотворения млекопитающих». Природа . 534 (7608): 566–9. Бибкод : 2016Natur.534..566O . дои : 10.1038/nature18596 . ПМИД   27309808 . S2CID   4460677 .
  24. ^ Суонн К., Лай Ф.А. (январь 2016 г.). «Активация яйцеклетки при оплодотворении растворимым белком спермы». Физиологические обзоры . 96 (1): 127–49. doi : 10.1152/physrev.00012.2015 . ПМИД   26631595 .
  25. ^ Гилберт, Скотт Ф., 1949- (15 июня 2016 г.). Биология развития . Баррези, Майкл Дж. Ф., 1974- (Одиннадцатое изд.). Сандерленд, Массачусетс. п. 221. ИСБН  978-1-60535-470-5 . OCLC   945169933 . {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка )

Дальнейшее чтение

[ редактировать ]
  • Петерсен О.Г. (2005). «Передача сигналов Ca2+ и Ca2+-активируемые ионные каналы в экзокринных ацинарных клетках». Клеточный кальций . 38 (3–4): 171–200. дои : 10.1016/j.ceca.2005.06.024 . ПМИД   16107275 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: d42ceccd85946d19a5863f206b6d9da0__1711381620
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/d4/a0/d42ceccd85946d19a5863f206b6d9da0.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Calcium signaling - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)