Sinalização por Cálcio

A sinalização por cálcio utiliza o íon cálcio como um mensageiro intracelular quase universal. Como as células mantêm uma concentração de repouso muito baixa de cálcio livre no citoplasma, um aumento controlado, produzido pelo influxo através da membrana plasmática ou pela liberação de estoques internos, serve como um sinal rápido e versátil que regula processos desde a contração muscular e secreção até a expressão gênica e a morte celular.

Definition

Sinalização por cálcio é o uso de mudanças reguladas na concentração intracelular de íons cálcio livres, produzidas pelo influxo através de canais da membrana plasmática ou pela liberação de estoques intracelulares, para controlar processos celulares através de proteínas efetoras de ligação ao cálcio.

Scope

O tópico abrange as fontes e o manuseio do cálcio intracelular, os canais, bombas e tampões que moldam os sinais de cálcio, o papel do trifosfato de inositol e das proteínas de ligação ao cálcio, e o padrão espacial e temporal das respostas ao cálcio. É tratado como um assunto bioquímico e molecular dentro dos mecanismos de transdução de sinal.

Core questions

• Como as células geram aumentos rápidos e localizados de cálcio contra um baixo nível de repouso?
• Como o mesmo íon é usado para controlar tantos processos diferentes?
• Como os sinais de cálcio são moldados no espaço e no tempo e depois terminados?

Key concepts

• Baixo cálcio citosólico em repouso
• Receptor de trifosfato de inositol (IP3)
• Receptor de rianodina
• Canais de cálcio dependentes de voltagem e operados por estoque
• Bombas e trocadores de cálcio
• Calmodulina e proteínas de ligação ao cálcio
• Oscilações e ondas de cálcio

Mechanisms

As células mantêm o cálcio livre citosólico muito baixo bombeando-o para fora através da membrana plasmática e para o retículo endoplasmático ou sarcoplasmático. Um sinal eleva o cálcio abrindo canais da membrana plasmática, como os canais dependentes de voltagem, ou liberando cálcio de estoques internos através de receptores de trifosfato de inositol, que se abrem em resposta ao segundo mensageiro gerado pela fosfolipase C, e através de receptores de rianodina. O aumento resultante é detectado por proteínas de ligação ao cálcio, notadamente a calmodulina, que, ao se ligar ao cálcio, ativam enzimas a jusante, incluindo quinases dependentes de cálcio/calmodulina. A depleção dos estoques internos pode desencadear a entrada de cálcio operada por estoque para reabastecê-los. O sinal é moldado em transientes, oscilações e ondas propagantes pela interação de canais de liberação, tampões e sistemas de captação, e é terminado quando bombas e trocadores restauram a baixa concentração de repouso. Essa combinação de baixo nível de fundo e liberação controlada permite que o mesmo íon codifique muitas mensagens distintas.

Clinical relevance

O manuseio do cálcio é essencial para tecidos excitáveis, como músculos e nervos, e distúrbios na sinalização por cálcio estão implicados em numerosos processos de doenças. Esta entrada descreve os mecanismos em um nível de referência e não constitui base para decisões individuais de diagnóstico ou tratamento.

Evidence & guidelines

A compreensão da sinalização por cálcio baseia-se em pesquisas biofísicas, bioquímicas e de imagem, bem como em revisões e livros didáticos autorizados, em vez de diretrizes de prática clínica.

History

O reconhecimento de que um aumento no cálcio intracelular desencadeia respostas fisiológicas, começando com estudos clássicos da contração muscular, foi ampliado quando Berridge e Irvine identificaram o trifosfato de inositol como o segundo mensageiro que libera cálcio de estoques internos. Trabalhos subsequentes caracterizaram os canais, bombas e proteínas de ligação ao cálcio envolvidos e estabeleceram o rico padrão espacial e temporal dos sinais de cálcio como um meio de codificar informações.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Por que as células mantêm o cálcio em repouso tão baixo?

Um baixo nível de repouso significa que mesmo um pequeno influxo ou liberação produz uma grande mudança relativa, gerando um sinal rápido e de alto contraste; também protege a célula, pois o cálcio cronicamente elevado é tóxico e pode desencadear a morte celular.

Como um íon pode controlar tantas respostas diferentes?

As células codificam informações na localização, amplitude, tempo e frequência das mudanças de cálcio e as leem com diferentes proteínas de ligação ao cálcio, de modo que o mesmo íon pode desencadear seletivamente contração, secreção, expressão gênica ou outros resultados, dependendo do contexto.