Señalización por Calcio

La señalización por calcio utiliza el ion calcio como un mensajero intracelular casi universal. Dado que las células mantienen una concentración de reposo muy baja de calcio libre en el citoplasma, un aumento controlado, producido por la entrada a través de la membrana plasmática o la liberación desde los depósitos internos, sirve como una señal rápida y versátil que regula procesos desde la contracción muscular y la secreción hasta la expresión génica y la muerte celular.

Definition

La señalización por calcio es el uso de cambios regulados en la concentración intracelular de iones de calcio libre, producidos por la entrada a través de canales de la membrana plasmática o la liberación desde depósitos intracelulares, para controlar procesos celulares a través de proteínas efectoras de unión a calcio.

Scope

Este tema abarca las fuentes y el manejo del calcio intracelular, los canales, bombas y amortiguadores que modulan las señales de calcio, el papel del trifosfato de inositol y las proteínas de unión a calcio, y el patrón espacial y temporal de las respuestas al calcio. Se trata como un tema bioquímico y molecular dentro de los mecanismos de transducción de señales.

Core questions

• ¿Cómo generan las células aumentos rápidos y localizados de calcio frente a un nivel de reposo bajo?
• ¿Cómo se utiliza el mismo ion para controlar tantos procesos diferentes?
• ¿Cómo se modulan las señales de calcio en el espacio y el tiempo y luego se terminan?

Key concepts

• Bajo nivel de calcio citosólico en reposo
• Receptor de trifosfato de inositol (IP3)
• Receptor de rianodina
• Canales de calcio dependientes de voltaje y operados por depósitos (store-operated calcium channels)
• Bombas e intercambiadores de calcio
• Calmodulina y proteínas de unión a calcio
• Oscilaciones y ondas de calcio

Mechanisms

Las células mantienen el calcio libre citosólico muy bajo bombeándolo a través de la membrana plasmática y hacia el retículo endoplasmático o sarcoplásmico. Una señal eleva el calcio ya sea abriendo canales de la membrana plasmática, como los canales dependientes de voltaje, o liberando calcio de los depósitos internos a través de los receptores de trifosfato de inositol, que se abren en respuesta al segundo mensajero generado por la fosfolipasa C, y a través de los receptores de rianodina. El aumento resultante es detectado por proteínas de unión a calcio, destacando la calmodulina, que al unirse al calcio activan enzimas aguas abajo, incluyendo las quinasas dependientes de calcio/calmodulina. El agotamiento de los depósitos internos puede desencadenar la entrada de calcio operada por depósitos (store-operated calcium entry) para rellenarlos. La señal se modula en transitorios, oscilaciones y ondas propagadas por la interacción de los canales de liberación, los amortiguadores y los sistemas de captación, y se termina cuando las bombas y los intercambiadores restauran la baja concentración de reposo. Esta combinación de bajo nivel basal y liberación controlada permite que el mismo ion codifique muchos mensajes distintos.

Clinical relevance

El manejo del calcio es esencial para tejidos excitables como el músculo y el nervio, y las alteraciones en la señalización por calcio están implicadas en numerosos procesos patológicos. Esta entrada describe los mecanismos a un nivel de referencia y no constituye una base para decisiones diagnósticas o de tratamiento individuales.

Evidence & guidelines

La comprensión de la señalización por calcio se basa en investigaciones biofísicas, bioquímicas y de imagen, así como en revisiones y libros de texto autorizados, más que en guías de práctica clínica.

History

El reconocimiento de que un aumento en el calcio intracelular desencadena respuestas fisiológicas, comenzando con estudios clásicos de la contracción muscular, se amplió cuando Berridge e Irvine identificaron el trifosfato de inositol como el segundo mensajero que libera calcio de los depósitos internos. Trabajos posteriores caracterizaron los canales, bombas y proteínas de unión a calcio implicados y establecieron el rico patrón espacial y temporal de las señales de calcio como un medio para codificar información.

Key figures

• Michael Berridge
• David Clapham
• William Catterall
• Robin Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-1984
• clapham-2007

Frequently asked questions

¿Por qué las células mantienen el calcio en reposo tan bajo?

Un nivel de reposo bajo significa que incluso una pequeña entrada o liberación produce un gran cambio relativo, lo que genera una señal rápida y de alto contraste; también protege la célula, ya que el calcio crónicamente alto es tóxico y puede desencadenar la muerte celular.

¿Cómo puede un solo ion controlar tantas respuestas diferentes?

Las células codifican información en la ubicación, amplitud, tiempo y frecuencia de los cambios de calcio y los interpretan con diferentes proteínas de unión a calcio, por lo que el mismo ion puede desencadenar selectivamente la contracción, la secreción, la expresión génica u otros resultados dependiendo del contexto.