Kalsium Intraseluler dan Pembawa Pesan Kedua

Pembawa pesan kedua adalah molekul dan ion intraseluler kecil yang menyampaikan dan memperkuat sinyal yang diterima di permukaan sel. Ion kalsium adalah yang paling serbaguna di antaranya: sel menjaga kalsium sitosol sangat rendah dan melepaskannya dalam semburan terkontrol untuk memicu respons mulai dari kontraksi otot hingga sekresi. Bersamaan dengan kalsium, pembawa pesan seperti AMP siklik dan inositol trifosfat membawa sinyal dari reseptor yang teraktivasi ke bagian dalam sel.

Definition

Pembawa pesan kedua adalah molekul atau ion intraseluler kecil yang konsentrasinya berubah sebagai respons terhadap aktivasi reseptor dan yang menyampaikan sinyal ke efektor hilir; kalsium intraseluler adalah contoh utama, dijaga pada tingkat sitosol istirahat yang rendah dan dimobilisasi untuk memicu respons seluler.

Scope

Entri ini mencakup konsep pembawa pesan kedua, sumber dan penanganan kalsium intraseluler (masuk melintasi membran plasma dan pelepasan dari penyimpanan internal), jalur inositol-fosfolipid yang menghasilkan inositol trifosfat dan diasilgliserol, serta pembawa pesan lain seperti nukleotida siklik. Ini memperlakukan pensinyalan pembawa pesan kedua sebagai topik referensi dalam biologi sel dan bukan panduan klinis.

Core questions

• Mengapa sel menjaga kalsium sitosol sangat rendah saat istirahat?
• Dari mana kalsium pensinyalan ditarik, dan bagaimana ia dilepaskan?
• Bagaimana inositol trifosfat menghubungkan reseptor permukaan dengan pelepasan kalsium?
• Bagaimana sinyal kalsium dan pembawa pesan kedua lainnya dibentuk dalam ruang dan waktu?

Key concepts

• Konsep pembawa pesan kedua
• Kalsium sitosol istirahat rendah
• Masuknya kalsium melintasi membran plasma
• Pelepasan kalsium dari penyimpanan internal
• Inositol trifosfat dan diasilgliserol
• Nukleotida siklik (cAMP, cGMP)
• Pola spasial dan temporal sinyal kalsium

Key theories

Jalur pensinyalan inositol trifosfat (IP3)

Aktivasi reseptor fosfolipase C membelah fosfolipid membran menjadi IP3 dan diasilgliserol; IP3 berdifusi ke retikulum endoplasma dan membuka saluran pelepasan kalsium, menghubungkan sinyal permukaan dengan peningkatan kalsium sitosol.

Mechanisms

Sel mempertahankan kalsium sitosol jauh di bawah tingkat ekstraseluler dan tersimpan oleh pompa dan penukar, menciptakan gradien curam yang dapat dimanfaatkan untuk pensinyalan. Ketika stimulus tiba, kalsium masuk melalui saluran membran plasma atau dilepaskan dari penyimpanan internal, terutama retikulum endoplasma (dan pada otot, sarkoplasma). Jalur pelepasan utama dimulai ketika reseptor mengaktifkan fosfolipase C, yang membelah fosfolipid membran menjadi inositol trifosfat (IP3) dan diasilgliserol; IP3 membuka saluran pelepasan kalsium retikular sementara diasilgliserol mengaktifkan protein kinase C. Peningkatan kalsium yang dihasilkan mengikat protein efektor untuk memicu respons, dan dibentuk menjadi lonjakan, gelombang, atau osilasi transien yang waktu dan lokasinya mengkodekan informasi. Pembawa pesan kedua lainnya, terutama AMP siklik dan GMP siklik yang dihasilkan di hilir reseptor yang berbeda, menyampaikan sinyal secara paralel. Sinyal diakhiri dengan memompa kalsium kembali ke penyimpanan atau keluar dari sel dan dengan mendegradasi nukleotida siklik, mengatur ulang sistem.

Clinical relevance

Pensinyalan kalsium dan pembawa pesan kedua mendasari fisiologi fundamental seperti kontraksi otot, sekresi neurotransmiter dan hormon, serta respons ekspresi gen, sehingga memahaminya adalah dasar untuk menafsirkan banyak proses seluler dalam kesehatan dan penyakit. Entri ini menjelaskan mekanisme pensinyalan untuk referensi dan bukan dasar untuk diagnosis atau pengobatan.

History

Konsep pembawa pesan kedua muncul dari penemuan AMP siklik pada pertengahan abad ke-20 sebagai penyampai intraseluler aksi hormon. Kalsium kemudian diakui sebagai sinyal intraseluler yang hampir universal, dan tahun 1980-an dan 1990-an memperjelas jalur inositol-fosfolipid, mengidentifikasi IP3 sebagai pembawa pesan yang melepaskan kalsium dari penyimpanan internal. Pekerjaan selanjutnya menekankan pola spasial dan temporal sinyal kalsium — lonjakan, gelombang, dan osilasi — sebagai sarana untuk mengkodekan respons yang berbeda.

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

Apa itu pembawa pesan kedua?

Pembawa pesan kedua adalah molekul atau ion intraseluler kecil, seperti kalsium, AMP siklik, atau inositol trifosfat, yang tingkatnya berubah setelah reseptor diaktifkan dan yang membawa sinyal selanjutnya ke efektor di dalam sel.

Mengapa sel menjaga kalsium sitosol sangat rendah?

Menjaga kalsium sitosol istirahat sangat rendah menciptakan gradien curam terhadap ruang ekstraseluler dan penyimpanan internal, sehingga pembukaan saluran kalsium menghasilkan peningkatan yang cepat dan tajam yang dapat bertindak sebagai sinyal yang tepat.