Canxi nội bào và các chất truyền tin thứ cấp

Các chất truyền tin thứ cấp là các phân tử và ion nội bào nhỏ có chức năng chuyển tiếp và khuếch đại tín hiệu nhận được tại bề mặt tế bào. Các ion canxi là những chất linh hoạt nhất trong số này: các tế bào duy trì nồng độ canxi trong bào tương rất thấp và giải phóng nó theo từng đợt được kiểm soát để kích hoạt các phản ứng từ co cơ đến bài tiết. Cùng với canxi, các chất truyền tin như AMP vòng và inositol trisphosphate mang tín hiệu từ các thụ thể được kích hoạt vào bên trong tế bào.

Definition

Chất truyền tin thứ cấp là một phân tử hoặc ion nội bào nhỏ có nồng độ thay đổi để đáp ứng với sự kích hoạt thụ thể và chuyển tiếp tín hiệu đến các chất thực hiện ở hạ nguồn; canxi nội bào là một ví dụ trung tâm, được duy trì ở mức thấp trong bào tương khi nghỉ ngơi và được huy động để kích hoạt các phản ứng của tế bào.

Scope

Mục này bao gồm khái niệm về chất truyền tin thứ cấp, các nguồn và cách xử lý canxi nội bào (đi vào qua màng plasma và giải phóng từ các kho dự trữ bên trong), con đường inositol-phospholipid tạo ra inositol trisphosphate và diacylglycerol, và các chất truyền tin khác như nucleotide vòng. Nó coi tín hiệu chất truyền tin thứ cấp như một chủ đề tham khảo trong sinh học tế bào và không phải là hướng dẫn lâm sàng.

Core questions

• Tại sao các tế bào duy trì nồng độ canxi trong bào tương rất thấp khi nghỉ ngơi?
• Canxi tín hiệu được lấy từ đâu và được giải phóng như thế nào?
• Inositol trisphosphate liên kết các thụ thể bề mặt với sự giải phóng canxi như thế nào?
• Tín hiệu canxi và các tín hiệu chất truyền tin thứ cấp khác được định hình trong không gian và thời gian như thế nào?

Key concepts

• Khái niệm chất truyền tin thứ cấp
• Nồng độ canxi trong bào tương thấp khi nghỉ ngơi
• Canxi đi vào qua màng plasma
• Giải phóng canxi từ các kho dự trữ bên trong
• Inositol trisphosphate và diacylglycerol
• Nucleotide vòng (cAMP, cGMP)
• Mô hình không gian và thời gian của tín hiệu canxi

Key theories

Con đường tín hiệu Inositol trisphosphate (IP3)

Sự kích hoạt thụ thể của phospholipase C phân cắt một phospholipid màng thành IP3 và diacylglycerol; IP3 khuếch tán đến lưới nội chất và mở các kênh giải phóng canxi, liên kết các tín hiệu bề mặt với sự tăng canxi trong bào tương.

Mechanisms

Các tế bào duy trì canxi trong bào tương thấp hơn nhiều so với mức ngoại bào và mức dự trữ bằng các bơm và bộ trao đổi, tạo ra một gradient dốc có thể được khai thác để truyền tín hiệu. Khi một kích thích đến, canxi đi vào qua các kênh màng plasma hoặc được giải phóng từ các kho dự trữ bên trong, chủ yếu là lưới nội chất (và ở cơ, lưới cơ tương). Một con đường giải phóng chính bắt đầu khi các thụ thể kích hoạt phospholipase C, chất này phân cắt một phospholipid màng thành inositol trisphosphate (IP3) và diacylglycerol; IP3 mở các kênh giải phóng canxi của lưới nội chất trong khi diacylglycerol kích hoạt protein kinase C. Sự tăng canxi sau đó liên kết các protein thực hiện để kích hoạt các phản ứng, và được định hình thành các gai, sóng hoặc dao động thoáng qua mà thời gian và vị trí của chúng mã hóa thông tin. Các chất truyền tin thứ cấp khác, đáng chú ý là AMP vòng và GMP vòng được tạo ra ở hạ nguồn của các thụ thể riêng biệt, chuyển tiếp tín hiệu song song. Các tín hiệu được chấm dứt bằng cách bơm canxi trở lại các kho dự trữ hoặc ra khỏi tế bào và bằng cách phân hủy các nucleotide vòng, thiết lập lại hệ thống.

Clinical relevance

Tín hiệu canxi và chất truyền tin thứ cấp là nền tảng của sinh lý học cơ bản như co cơ, bài tiết chất dẫn truyền thần kinh và hormone, và các phản ứng biểu hiện gen, vì vậy việc hiểu chúng là nền tảng để giải thích nhiều quá trình tế bào trong sức khỏe và bệnh tật. Mục này mô tả các cơ chế truyền tín hiệu để tham khảo và không phải là cơ sở để chẩn đoán hoặc điều trị.

History

Khái niệm chất truyền tin thứ cấp xuất hiện từ phát hiện AMP vòng vào giữa thế kỷ 20 như một chất chuyển tiếp nội bào của hoạt động hormone. Canxi sau đó được công nhận là một tín hiệu nội bào gần như phổ biến, và những năm 1980 và 1990 đã làm rõ con đường inositol-phospholipid, xác định IP3 là chất truyền tin giải phóng canxi từ các kho dự trữ bên trong. Công trình sau này nhấn mạnh mô hình không gian và thời gian của tín hiệu canxi — các gai, sóng và dao động — như một phương tiện để mã hóa các phản ứng riêng biệt.

Key figures

• Michael J. Berridge
• Robin F. Irvine

Seminal works

• berridge-2000
• berridge-irvine-1993

Frequently asked questions

Chất truyền tin thứ cấp là gì?

Chất truyền tin thứ cấp là một phân tử hoặc ion nội bào nhỏ, chẳng hạn như canxi, AMP vòng hoặc inositol trisphosphate, có mức độ thay đổi sau khi một thụ thể được kích hoạt và mang tín hiệu tiếp theo đến các chất thực hiện bên trong tế bào.

Tại sao các tế bào duy trì nồng độ canxi trong bào tương rất thấp?

Việc duy trì nồng độ canxi trong bào tương khi nghỉ ngơi rất thấp tạo ra một gradient dốc so với không gian ngoại bào và các kho dự trữ bên trong, để việc mở các kênh canxi tạo ra sự tăng nhanh chóng, sắc nét có thể hoạt động như một tín hiệu chính xác.