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钙信号

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Shows Ca2+ release from the endoplasmic reticulum through phospholipase C (PLC) pathway.

钙信号(英语:Calcium signaling),是驱使细胞内外互相交流的一个传递过程,为细胞信号转导的一种,常作为第二信使。Ca2+一旦进入了细胞质,会使特定蛋白的结构变动(例如钙调蛋白),因此产生讯号。Ca2+的浓度以及距离都影响了信号转导的作用与影响力。

浓度变动

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当细胞的膜电位处于休息膜电位时,这时的Ca2+浓度约为100 nM;比细胞之间传递时的Ca2+浓度低了2万-10万倍。为维持休息膜电位时的低浓度,会以类似泵的形式,将Ca2+送至线粒体内质网或是细胞之间。讯号发出会由特定的膜蛋白以及细胞器做为缓冲器(键结Ca2+),并通过细胞膜

传递途径

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磷脂酶C

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Phospholipase C cleaving PIP2 into IP3 and DAG

简称为PLC(详见磷脂酶C)。为常见的讯号传递途径,此蛋白酶可以促使内质网细胞膜打开通道,让细胞质内Ca2+浓度快速上升至500-1000 nM,磷脂酶C在信号转导中扮演重要的角色。

  • 以下为发出钙信号的步骤:
  1. G蛋白偶联受体受体酪氨酸激酶英语RTKs为常见的跨膜蛋白(整合通道蛋白),激活PLC。
  2. PLC使PIP2英语PIP2催化并水解出肌醇三磷酸,再者,肌醇三磷酸再水解出二酸甘油酯肌醇三磷酸二酸甘油酯都为常见的第二信使
  3. 二酸甘油酯的浓度增高并激活了蛋白激酶C,往细胞膜的方向聚集。[1]
  4. 肌醇三磷酸可以扩散至整个细胞,崁入光面内质网受体(肌醇三磷酸受体英语IP3 receptor)。
  5. 肌醇三磷酸受体英语IP3 receptor打开通道放出Ca2+
  6. Ca2+蛋白激酶C结合并激活。

浓度消耗与增加

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当细胞中Ca2+的浓度降低,SOC channels英语SOC channels会被激活,并开放进入内质网的通道。Ca2+进入内质网的这种方式,称为钙释放激活通道(ICRAC)英语Calcium release activated channelICRAC英语Calcium release activated channel的确切机制仍不确定,尽管有研究指出STIM1英语STIM1蛋白、Orai1蛋白,可能为ICRAC进入内质网通道的模型中的介体;最近也有研究指出可能是磷脂酶A2烟酸腺嘌呤二核苷酸磷酸英语Nicotinic acid adenine dinucleotide phosphate[2]

作为第二信使

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为响应第一信使(细胞外的分子),细胞发出第二信使分子作为信号。第二信使负责细胞内信号转导以产生生理变化,如增殖、细胞分化、迁移、存活和细胞凋亡,详见第二信使系统

肌肉收缩

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在肌肉生理学中的基本要则:肌肉产生收缩详见(兴奋-收缩耦联),然而视为一连串机械反应的生理过程[3]。从肌肉附近的神经细胞激发带电粒子,使之穿透细胞膜产生动作电位。电位变化的期间,带正电的粒子(Ca2+)穿透细胞膜,从外部流入内部,使得原先带有少许正电的细胞(失衡状态)逐渐达到电中性,这个过程我们称为去极化。因去极化导致肌质网英语Sarcoplasmic reticulum放出Ca2+至肌浆中并激活了肌动蛋白,使得肌肉收缩。


参考文献

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  1. ^ Neil A.Campbell. Biology: A Global Approach, Global Edition. U.S.: Pearson. 2018. ISBN 978-1292170435. 
  2. ^ Csutora P, Zarayskiy V, Peter K, Monje F, Smani T, Zakharov SI, et al. Activation mechanism for CRAC current and store-operated Ca2+ entry: calcium influx factor and Ca2+-independent phospholipase A2beta-mediated pathway. The Journal of Biological Chemistry. November 2006, 281 (46): 34926–35. PMID 17003039. doi:10.1074/jbc.M606504200. 
  3. ^ Sandow A. Excitation-Contraction Coupling in Muscular Response. Yale J Biol Med. 1952, 25 (3): 176–201. PMC 2599245可免费查阅. PMID 13015950.