कैल्शियम सिग्नलिंग

कैल्शियम सिग्नलिंग कैल्शियम आयन को लगभग सार्वभौमिक अंतःकोशिकीय संदेशवाहक के रूप में उपयोग करती है। चूंकि कोशिकाएं कोशिकाद्रव्य में मुक्त कैल्शियम की बहुत कम आराम एकाग्रता बनाए रखती हैं, प्लाज्मा झिल्ली के पार अंतर्वाह या आंतरिक भंडारों से मुक्ति द्वारा उत्पन्न एक नियंत्रित वृद्धि, एक तीव्र, बहुमुखी संकेत के रूप में कार्य करती है जो मांसपेशियों के संकुचन और स्राव से लेकर जीन अभिव्यक्ति और कोशिका मृत्यु तक की प्रक्रियाओं को नियंत्रित करती है।

Definition

कैल्शियम सिग्नलिंग अंतःकोशिकीय मुक्त कैल्शियम आयन सांद्रता में विनियमित परिवर्तनों का उपयोग है, जो प्लाज्मा-झिल्ली चैनलों के माध्यम से अंतर्वाह या अंतःकोशिकीय भंडारों से मुक्ति द्वारा उत्पन्न होता है, ताकि कैल्शियम-बाध्यकारी प्रभावक प्रोटीन के माध्यम से सेलुलर प्रक्रियाओं को नियंत्रित किया जा सके।

Scope

यह विषय अंतःकोशिकीय कैल्शियम के स्रोतों और प्रबंधन, कैल्शियम संकेतों को आकार देने वाले चैनलों, पंपों और बफ़र्स, इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट और कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन की भूमिका, और कैल्शियम प्रतिक्रियाओं के स्थानिक और लौकिक पैटर्न को शामिल करता है। इसे सिग्नल ट्रांसडक्शन तंत्र के भीतर एक जैव रासायनिक और आणविक विषय के रूप में माना जाता है।

Core questions

• कोशिकाएं कम आराम स्तर के मुकाबले कैल्शियम में तीव्र, स्थानीयकृत वृद्धि कैसे उत्पन्न करती हैं?
• एक ही आयन का उपयोग इतनी सारी विभिन्न प्रक्रियाओं को नियंत्रित करने के लिए कैसे किया जाता है?
• कैल्शियम संकेतों को अंतरिक्ष और समय में कैसे आकार दिया जाता है और फिर समाप्त किया जाता है?

Key concepts

• कम आराम साइटोसोलिक कैल्शियम
• इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट (IP3) रिसेप्टर
• रयानोडाइन रिसेप्टर
• वोल्टेज-गेटेड और स्टोर-ऑपरेटेड कैल्शियम चैनल
• कैल्शियम पंप और एक्सचेंजर्स
• कैल्मोडुलिन और कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन
• कैल्शियम दोलन और तरंगें

Mechanisms

कोशिकाएं साइटोसोलिक मुक्त कैल्शियम को प्लाज्मा झिल्ली के पार और एंडोप्लाज्मिक या सार्कोप्लाज्मिक रेटिकुलम में पंप करके बहुत कम रखती हैं। एक संकेत कैल्शियम को या तो प्लाज्मा-झिल्ली चैनलों को खोलकर बढ़ाता है, जैसे कि वोल्टेज-गेटेड चैनल, या इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट रिसेप्टर्स के माध्यम से आंतरिक भंडारों से कैल्शियम जारी करके, जो फॉस्फोलिपेज़ सी द्वारा उत्पन्न द्वितीय संदेशवाहक की प्रतिक्रिया में खुलते हैं, और रयानोडाइन रिसेप्टर्स के माध्यम से। परिणामी वृद्धि को कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन द्वारा पता लगाया जाता है, विशेष रूप से कैल्मोडुलिन, जो कैल्शियम को बांधने पर कैल्शियम/कैल्मोडुलिन-निर्भर किनेसेस सहित डाउनस्ट्रीम एंजाइमों को सक्रिय करते हैं। आंतरिक भंडारों की कमी उन्हें फिर से भरने के लिए स्टोर-ऑपरेटेड कैल्शियम प्रवेश को ट्रिगर कर सकती है। यह संकेत रिलीज चैनलों, बफ़र्स और अपटेक सिस्टम की परस्पर क्रिया द्वारा क्षणिक, दोलनों और प्रसार तरंगों में आकार लेता है, और जब पंप और एक्सचेंजर्स कम आराम एकाग्रता को बहाल करते हैं तो यह समाप्त हो जाता है। कम पृष्ठभूमि और नियंत्रित रिलीज का यह संयोजन एक ही आयन को कई अलग-अलग संदेशों को एन्कोड करने देता है।

Clinical relevance

कैल्शियम प्रबंधन उत्तेजक ऊतकों जैसे मांसपेशियों और तंत्रिका के लिए आवश्यक है, और कैल्शियम सिग्नलिंग में गड़बड़ी कई रोग प्रक्रियाओं में निहित है। यह प्रविष्टि संदर्भ स्तर पर तंत्र का वर्णन करती है और व्यक्तिगत नैदानिक या उपचार निर्णयों का आधार नहीं है।

Evidence & guidelines

कैल्शियम सिग्नलिंग की समझ नैदानिक अभ्यास दिशानिर्देशों के बजाय बायोफिजिकल, जैव रासायनिक और इमेजिंग अनुसंधान और आधिकारिक समीक्षाओं और पाठ्यपुस्तकों पर आधारित है।

History

यह पहचान कि अंतःकोशिकीय कैल्शियम में वृद्धि शारीरिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करती है, मांसपेशियों के संकुचन के शास्त्रीय अध्ययनों से शुरू होकर, तब विस्तारित हुई जब बेरिडेज और इरविन ने इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट को द्वितीय संदेशवाहक के रूप में पहचाना जो आंतरिक भंडारों से कैल्शियम जारी करता है। बाद के काम ने शामिल चैनलों, पंपों और कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन को चित्रित किया और सूचना को एन्कोड करने के साधन के रूप में कैल्शियम संकेतों के समृद्ध स्थानिक और लौकिक पैटर्न को स्थापित किया।

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

कोशिकाएं आराम कैल्शियम को इतना कम क्यों रखती हैं?

एक कम आराम स्तर का मतलब है कि एक छोटा सा अंतर्वाह या रिलीज भी एक बड़ा सापेक्ष परिवर्तन पैदा करता है, जिससे एक तेज, उच्च-विपरीत संकेत मिलता है; यह कोशिका की भी रक्षा करता है, क्योंकि लगातार उच्च कैल्शियम विषाक्त होता है और कोशिका मृत्यु को ट्रिगर कर सकता है।

एक आयन इतनी सारी विभिन्न प्रतिक्रियाओं को कैसे नियंत्रित कर सकता है?

कोशिकाएं कैल्शियम परिवर्तनों के स्थान, आयाम, समय और आवृत्ति में जानकारी को एन्कोड करती हैं और उन्हें विभिन्न कैल्शियम-बाध्यकारी प्रोटीन के साथ पढ़ती हैं, इसलिए एक ही आयन संदर्भ के आधार पर चुनिंदा रूप से संकुचन, स्राव, जीन अभिव्यक्ति, या अन्य परिणामों को ट्रिगर कर सकता है।