अंतःकोशिकीय कैल्शियम और द्वितीयक संदेशवाहक

द्वितीयक संदेशवाहक छोटे अंतःकोशिकीय अणु और आयन होते हैं जो कोशिका की सतह पर प्राप्त संकेतों को प्रसारित और प्रवर्धित करते हैं। कैल्शियम आयन इनमें सबसे बहुमुखी होते हैं: कोशिकाएं साइटोसोलिक कैल्शियम को बहुत कम रखती हैं और मांसपेशियों के संकुचन से लेकर स्राव तक की प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने के लिए इसे नियंत्रित विस्फोटों में छोड़ती हैं। कैल्शियम के साथ, साइक्लिक एएमपी (cyclic AMP) और इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट (inositol trisphosphate) जैसे संदेशवाहक सक्रिय रिसेप्टर्स से संकेतों को कोशिका के आंतरिक भाग में ले जाते हैं।

Definition

एक द्वितीयक संदेशवाहक एक छोटा अंतःकोशिकीय अणु या आयन होता है जिसकी सांद्रता रिसेप्टर सक्रियण के जवाब में बदलती है और जो संकेत को डाउनस्ट्रीम प्रभावकों तक पहुंचाता है; अंतःकोशिकीय कैल्शियम एक केंद्रीय उदाहरण है, जिसे कम आराम करने वाले साइटोसोलिक स्तरों पर रखा जाता है और सेलुलर प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने के लिए जुटाया जाता है।

Scope

यह प्रविष्टि द्वितीयक संदेशवाहक की अवधारणा, अंतःकोशिकीय कैल्शियम के स्रोत और प्रबंधन (प्लाज्मा झिल्ली के पार प्रवेश और आंतरिक भंडारों से मुक्ति), इनोसिटोल-फॉस्फोलिपिड मार्ग जो इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट और डायएसिलग्लिसरॉल उत्पन्न करता है, और साइक्लिक न्यूक्लियोटाइड जैसे अन्य संदेशवाहकों को शामिल करती है। यह द्वितीयक संदेशवाहक सिग्नलिंग को कोशिका जीव विज्ञान में एक संदर्भ विषय के रूप में मानती है और नैदानिक मार्गदर्शन नहीं है।

Core questions

• कोशिकाएं आराम की स्थिति में साइटोसोलिक कैल्शियम को इतना कम क्यों रखती हैं?
• सिग्नलिंग कैल्शियम कहाँ से प्राप्त होता है, और इसे कैसे छोड़ा जाता है?
• इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट सतह रिसेप्टर्स को कैल्शियम मुक्ति से कैसे जोड़ता है?
• कैल्शियम और अन्य द्वितीयक संदेशवाहक संकेतों को अंतरिक्ष और समय में कैसे आकार दिया जाता है?

Key concepts

• द्वितीयक संदेशवाहक अवधारणा
• कम आराम करने वाला साइटोसोलिक कैल्शियम
• प्लाज्मा झिल्ली के पार कैल्शियम का प्रवेश
• आंतरिक भंडारों से कैल्शियम की मुक्ति
• इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट और डायएसिलग्लिसरॉल
• साइक्लिक न्यूक्लियोटाइड (cAMP, cGMP)
• कैल्शियम संकेतों का स्थानिक और लौकिक पैटर्न

Key theories

इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट (IP3) सिग्नलिंग मार्ग

फॉस्फोलिपेज़ सी का रिसेप्टर सक्रियण एक झिल्ली फॉस्फोलिपिड को IP3 और डायएसिलग्लिसरॉल में तोड़ता है; IP3 एंडोप्लाज्मिक रेटिकुलम में फैलता है और कैल्शियम-मुक्ति चैनलों को खोलता है, सतह संकेतों को साइटोसोलिक कैल्शियम में वृद्धि से जोड़ता है।

Mechanisms

कोशिकाएं पंपों और एक्सचेंजर्स द्वारा साइटोसोलिक कैल्शियम को बाह्यकोशिकीय और संग्रहित स्तरों से काफी नीचे बनाए रखती हैं, जिससे एक तीव्र ढाल बनती है जिसका उपयोग सिग्नलिंग के लिए किया जा सकता है। जब एक उत्तेजना आती है, तो कैल्शियम प्लाज्मा-झिल्ली चैनलों के माध्यम से प्रवेश करता है या आंतरिक भंडारों से निकलता है, मुख्य रूप से एंडोप्लाज्मिक (और मांसपेशियों में, सार्कोप्लाज्मिक) रेटिकुलम से। एक प्रमुख मुक्ति मार्ग तब शुरू होता है जब रिसेप्टर्स फॉस्फोलिपेज़ सी (phospholipase C) को सक्रिय करते हैं, जो एक झिल्ली फॉस्फोलिपिड को इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट (IP3) और डायएसिलग्लिसरॉल (diacylglycerol) में तोड़ता है; IP3 रेटिकुलर कैल्शियम-मुक्ति चैनलों को खोलता है जबकि डायएसिलग्लिसरॉल प्रोटीन काइनेज सी (protein kinase C) को सक्रिय करता है। परिणामस्वरूप कैल्शियम वृद्धि प्रभावक प्रोटीन को बांधती है ताकि प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर किया जा सके, और इसे क्षणिक स्पाइक्स, तरंगों या दोलनों में ढाला जाता है जिनका समय और स्थान जानकारी को एन्कोड करते हैं। अन्य द्वितीयक संदेशवाहक, विशेष रूप से साइक्लिक एएमपी (cyclic AMP) और साइक्लिक जीएमपी (cyclic GMP) जो विशिष्ट रिसेप्टर्स के डाउनस्ट्रीम उत्पन्न होते हैं, समानांतर में संकेतों को प्रसारित करते हैं। संकेतों को कैल्शियम को वापस भंडारों में या कोशिका से बाहर पंप करके और साइक्लिक न्यूक्लियोटाइड को नीचा करके समाप्त किया जाता है, जिससे सिस्टम रीसेट हो जाता है।

Clinical relevance

कैल्शियम और द्वितीयक संदेशवाहक सिग्नलिंग मांसपेशियों के संकुचन, न्यूरोट्रांसमीटर और हार्मोन स्राव, और जीन-अभिव्यक्ति प्रतिक्रियाओं जैसे मौलिक शरीर विज्ञान को रेखांकित करते हैं, इसलिए उन्हें समझना स्वास्थ्य और बीमारी में कई सेलुलर प्रक्रियाओं की व्याख्या के लिए मूलभूत है। यह प्रविष्टि संदर्भ के लिए सिग्नलिंग तंत्र का वर्णन करती है और निदान या उपचार का आधार नहीं है।

History

द्वितीयक संदेशवाहक की अवधारणा बीसवीं सदी के मध्य में साइक्लिक एएमपी की खोज से उत्पन्न हुई थी, जो हार्मोन क्रिया के एक अंतःकोशिकीय रिले के रूप में था। कैल्शियम को बाद में एक लगभग सार्वभौमिक अंतःकोशिकीय संकेत के रूप में पहचाना गया, और 1980 और 1990 के दशक ने इनोसिटोल-फॉस्फोलिपिड मार्ग को स्पष्ट किया, IP3 को उस संदेशवाहक के रूप में पहचाना जो आंतरिक भंडारों से कैल्शियम छोड़ता है। बाद के काम ने कैल्शियम संकेतों के स्थानिक और लौकिक पैटर्न — स्पाइक्स, तरंगों और दोलनों — को विशिष्ट प्रतिक्रियाओं को एन्कोड करने के साधन के रूप में जोर दिया।

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

द्वितीयक संदेशवाहक क्या है?

एक द्वितीयक संदेशवाहक एक छोटा अंतःकोशिकीय अणु या आयन होता है, जैसे कैल्शियम, साइक्लिक एएमपी, या इनोसिटोल ट्राइफॉस्फेट, जिसका स्तर एक रिसेप्टर के सक्रिय होने के बाद बदलता है और जो संकेत को कोशिका के अंदर प्रभावकों तक आगे ले जाता है।

कोशिकाएं साइटोसोलिक कैल्शियम को इतना कम क्यों रखती हैं?

आराम करने वाले साइटोसोलिक कैल्शियम को बहुत कम रखने से बाह्यकोशिकीय स्थान और आंतरिक भंडारों के खिलाफ एक तीव्र ढाल बनती है, ताकि कैल्शियम चैनलों को खोलने से एक तीव्र, तेज वृद्धि उत्पन्न हो सके जो एक सटीक संकेत के रूप में कार्य कर सके।