Sinyal Kalsium

Sinyal kalsium menggunakan ion kalsium sebagai pembawa pesan intraseluler yang hampir universal. Karena sel mempertahankan konsentrasi istirahat kalsium bebas yang sangat rendah di sitoplasma, peningkatan terkontrol, yang dihasilkan oleh influks melintasi membran plasma atau pelepasan dari penyimpanan internal, berfungsi sebagai sinyal cepat dan serbaguna yang mengatur proses mulai dari kontraksi otot dan sekresi hingga ekspresi gen dan kematian sel.

Definition

Sinyal kalsium adalah penggunaan perubahan yang diatur dalam konsentrasi ion kalsium bebas intraseluler, yang dihasilkan oleh influks melalui saluran membran plasma atau pelepasan dari penyimpanan intraseluler, untuk mengontrol proses seluler melalui protein efektor pengikat kalsium.

Scope

Topik ini mencakup sumber dan penanganan kalsium intraseluler, saluran, pompa, dan penyangga yang membentuk sinyal kalsium, peran inositol trifosfat dan protein pengikat kalsium, serta pola spasial dan temporal respons kalsium. Ini diperlakukan sebagai subjek biokimia dan molekuler dalam mekanisme transduksi sinyal.

Core questions

• Bagaimana sel menghasilkan peningkatan kalsium yang cepat dan terlokalisasi terhadap tingkat istirahat yang rendah?
• Bagaimana ion yang sama digunakan untuk mengontrol begitu banyak proses yang berbeda?
• Bagaimana sinyal kalsium dibentuk dalam ruang dan waktu dan kemudian diakhiri?

Key concepts

• Kalsium sitosol istirahat rendah
• Reseptor inositol trifosfat (IP3)
• Reseptor ryanodin
• Saluran kalsium berpintu tegangan dan dioperasikan oleh penyimpanan
• Pompa dan penukar kalsium
• Kalmodulin dan protein pengikat kalsium
• Osilasi dan gelombang kalsium

Mechanisms

Sel menjaga kalsium bebas sitosol sangat rendah dengan memompanya keluar melintasi membran plasma dan masuk ke retikulum endoplasma atau sarkoplasma. Sebuah sinyal meningkatkan kalsium baik dengan membuka saluran membran plasma, seperti saluran berpintu tegangan, atau dengan melepaskan kalsium dari penyimpanan internal melalui reseptor inositol trifosfat, yang terbuka sebagai respons terhadap pembawa pesan kedua yang dihasilkan oleh fosfolipase C, dan melalui reseptor ryanodin. Peningkatan yang dihasilkan dideteksi oleh protein pengikat kalsium, yang paling menonjol adalah kalmodulin, yang saat mengikat kalsium mengaktifkan enzim hilir termasuk kinase yang bergantung pada kalsium/kalmodulin. Penipisan penyimpanan internal dapat memicu masuknya kalsium yang dioperasikan oleh penyimpanan untuk mengisinya kembali. Sinyal dibentuk menjadi transien, osilasi, dan gelombang yang menyebar oleh interaksi saluran pelepasan, penyangga, dan sistem penyerapan, dan diakhiri ketika pompa dan penukar mengembalikan konsentrasi istirahat yang rendah. Kombinasi latar belakang rendah dan pelepasan terkontrol ini memungkinkan ion yang sama mengkode banyak pesan yang berbeda.

Clinical relevance

Penanganan kalsium sangat penting untuk jaringan yang dapat tereksitasi seperti otot dan saraf, dan gangguan dalam sinyal kalsium terlibat dalam berbagai proses penyakit. Entri ini menjelaskan mekanisme pada tingkat referensi dan bukan merupakan dasar untuk keputusan diagnostik atau pengobatan individu.

Evidence & guidelines

Pemahaman tentang sinyal kalsium didasarkan pada penelitian biofisika, biokimia, dan pencitraan serta tinjauan dan buku teks otoritatif daripada pedoman praktik klinis.

History

Pengakuan bahwa peningkatan kalsium intraseluler memicu respons fisiologis, dimulai dengan studi klasik tentang kontraksi otot, diperluas ketika Berridge dan Irvine mengidentifikasi inositol trifosfat sebagai pembawa pesan kedua yang melepaskan kalsium dari penyimpanan internal. Pekerjaan selanjutnya mengkarakterisasi saluran, pompa, dan protein pengikat kalsium yang terlibat dan menetapkan pola spasial dan temporal sinyal kalsium yang kaya sebagai sarana pengkodean informasi.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Mengapa sel menjaga kalsium istirahat sangat rendah?

Tingkat istirahat yang rendah berarti bahkan influks atau pelepasan kecil menghasilkan perubahan relatif yang besar, memberikan sinyal yang cepat dan kontras tinggi; ini juga melindungi sel, karena kalsium yang tinggi secara kronis bersifat toksik dan dapat memicu kematian sel.

Bagaimana satu ion dapat mengontrol begitu banyak respons yang berbeda?

Sel mengkode informasi dalam lokasi, amplitudo, waktu, dan frekuensi perubahan kalsium dan membacanya dengan protein pengikat kalsium yang berbeda, sehingga ion yang sama dapat secara selektif memicu kontraksi, sekresi, ekspresi gen, atau hasil lainnya tergantung pada konteks.