14.5: Сигналізація іонів кальцію

Last updated
Save as PDF

Page ID: 3787

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Сигналізація шляхом підвищення цитозольного кальцію є важливим і повсюдним внутрішньоклітинним координаційним механізмом. Ми вже бачили, що вивільнення Са ²⁺ в м'язових клітині потрібно, щоб дозволити скорочення кожного саркомеру, а позиціонування саркоплазматичного ретикулума робить можливими швидкі зміни концентрації майже одночасно по всій клітині. Ще одним надзвичайно важливим фізіологічним механізмом, який спирається на кальцій, є запліднення. Безпосередньо при проникненні яйцеклітини сперматозоїдом хвиля внутрішньоклітинного збільшення Са ²⁺ поширюється по яйцеклітині, починаючи з точки запліднення. Це активує CamKII (кіназу) і кальциневрин (фосфатазу). Обидва необхідні для подолання мейотичного арешту, а також можуть бути необхідними при початковому ембріональному розвитку шляхом контролю деконденсації хроматину, утворення ядерної оболонки, а також руху та злиття двох ядер.

Вищезгадана CamKII - це Ca ^{2+/кальмодулінзалежна} кіназа II і ілюструє досить поширену тему, яка полягає у використанні Ca ²⁺ -зв'язуючих білків як проміжних активаторів зондування Ca ²⁺. Кальмодулін - це всюдисущий білок, що зв'язує кальцій у еукаріотів, і його важливість підкреслюється надзвичайно високою гомологією різних видів. При нормальних рівнях цитозольного Ca ²⁺ відносно низька спорідненість 4 Сайтів зв'язування Ca ²⁺ на кальмодуліні незаповнені. Але коли концентрації Са ²⁺ підвищуються, вони займають ділянки, викликаючи конформаційну зміну кальмодуліну і дозволяючи йому взаємодіяти з іншими білками. На додаток до кальмодуліну, тропоніну-С та PKC, декількома іншими важливими білками, чутливими до кальцію, є кальсеквестрин, буферний білок Ca ²⁺, гельзолін, фермент, що розділяє f-актин, протеаза кальпайн та калретинін, активатор гуанілілциклази (що робить другий месенджер цГМП).

Гуанілат (гуаніл) циклаза також є важливим гравцем у передачі сигналу оксидом азоту (NO). Оксид азоту - це газ, що утворюється під дією синтази оксиду азоту (NOS) на субстрат амінокислоти аргінін. Він використовується як надрозчинний сигнал, який легко проходить крізь клітини. Однак він вимагає відносно високих концентрацій для фізіологічного ефекту, тому це строго паракринний фактор, що діє на ближніх сусідів. Мабуть, найкращим вивченим прикладом сигналізації NO є вазодилатація, при якій ендотеліальні клітини, що експресують NOS-експресії кровоносної судини, виділяють NO до оточуючих їх гладком'язових клітин. NO зв'язується і стимулює гуанілатциклазу. Отримане в результаті підвищення концентрації cGMP призводить до релаксації через множинні мішені протеїнкінази G.

Sildena l (Віагра) та її хімічні брати і сестри користуються цим шляхом шляхом інгібування CGMP-специфічних фосфодіестераз (PDE5), які зазвичай руйнують cGMP, щоб обмежити реакцію на NO. Однак слід зазначити, що хоча експресія PDE5 обмежена, вона виражається не тільки в статевих органах, але і в сітківці.

Нарешті, жодне обговорення передачі сигналу не було б повним без принаймні швидкоплинної згадки про надзвичайні перехресні перешкоди (рис.\(\PageIndex{12}\)), які можуть виникнути між різними згаданими шляхами.

Знімок екрана 2019-01-08 в 6.53.32 PM.png — Малюнок\(\PageIndex{12}\). Трансдукція сигналу в динаміці дії. Ця цифра походить від технології клітинної сигналізації, Inc.

Рисунок представляє лише одну невелику частину сигналізації, яка відбувається всередині рухомої комірки. Мало того, що деякі частини клітини утворюють філоподію, щоб допомогти визначити, куди йти, інші частини або згортати ламелліподію, а треті спонукають рухові білки переставляти цитоскелет належним чином, щоб полегшити транспортування навалом всередині, навіть коли передній край клітини підштовхує вперед, щоб зробити контакти зовні. Все це повинно координуватися перехресними перешкодами між сигнальними системами, як зображено, не кажучи вже про сигналізації, пов'язаної з метаболізмом, або експресією генів, або навіть клітинним циклом, всі з яких відбуваються одночасно всередині клітини.