結構生物化學/細胞訊號通路/鈣訊號

鈣是一種常見的訊號機制，因為一旦它進入細胞質，它就會對許多酶和蛋白質產生變構調節作用。鈣也可以是間接訊號轉導途徑（如 G 蛋白偶聯受體）引起的第二信使。

鈣離子 (Ca²⁺) 的性質

有兩種主要性質使鈣 (Ca²⁺) 離子能夠有效地作為訊號機制

• 細胞內的 Ca²⁺ 水平很容易檢測到。這是因為 Ca²⁺ 的水平受到將 Ca²⁺ 從細胞中排出運輸系統的嚴格調控。細胞質中 Ca²⁺ 的水平約為 100nM，比細胞外低幾個數量級。為了防止 Ca²⁺ 與羧化和磷酸化化合物之間形成鹽類，必須對其進行調節，因為形成的鹽類大多不溶。由於所有這些因素，細胞內作為訊號的任何少量 Ca²⁺ 增加都可以很容易且快速地檢測到，使其成為一種有用的訊號機制。

• Ca²⁺ 可以很容易地與蛋白質結合並引起構象變化。Ca²⁺ 被穀氨酸和天冬醯胺側鏈中帶負電荷的氧原子以及谷氨醯胺和天冬醯胺側鏈和主鏈中不帶電荷的氧原子吸引。Ca²⁺ 能夠很容易地引起大的構象變化，因為它可以與多達 8 個氧原子形成配體。這可能導致在引入 Ca²⁺ 之前不存在的蛋白質中氨基酸的交聯。

鈣濃度振盪

細胞內的鈣流入是許多型別細胞（即神經細胞和肌肉細胞）中的一種基本過程。在神經細胞中，鈣的進入驅動神經遞質的釋放，而在肌肉細胞中，鈣直接參與肌動蛋白-肌球蛋白滑動絲理論 [1]。然而，僅僅說鈣流入會導致這些反應，將是對細胞經歷的鈣訊號整合過程的貶低。

細胞可以整合鈣振盪訊號的三種模式：頻率、振幅和空間。認識到鈣振盪遵循正弦波形，這使得更容易理解這些特徵指的是什麼。振盪的頻率由蛋白激酶 C 和 Ca/鈣調蛋白依賴性蛋白激酶 II 整合。在這裡，頻率是指振盪發生的每秒週期數，即赫茲。此外，訊號的振幅是細胞整合的振盪的主要屬性之一。為了實現這一點，細胞記憶體在著不同親和力的鈣受體。由於振幅是指鈣振盪的大小，不同的鈣量將啟用特定的受體。這實質上允許根據鈣火花的幅度執行特定的細胞功能 [2]。

最近發現的一種訊號整合方法涉及鈣通量的空間佈局。由於鈣透過膜通道進入細胞，不可避免地，在小時間尺度上，鈣濃度將在整個細胞中空間變化。鈣火花的幅度將從通道的位置徑向衰減。多功能的鈣調蛋白負責整合這些鈣微域和全域性域訊號。這裡的微域是指相對於細胞質而言體積很小的鈣火花，而全域性域是指完整的細胞質鈣濃度變化。鈣調蛋白的氨基和羧基末端協同作用以執行空間整合 [2]。

[1] Silverthorn, U. D. 人體生理學。皮爾森，2010 年。第 400-444 頁。[2] Parekh, A. B. 解碼細胞質鈣振盪。細胞出版社。TIBS-804。第 1-10 頁。圖片來自：Jjbeard

鈣訊號

當激動劑分子與其位於 G 蛋白上的受體結合時，/鈣訊號/鈣訊號 機制開始。這種對接導致 GDP 從 G 蛋白複合物中分離，從而導致 G-α 亞基和 G-β/G-γ 複合物的分離。G-α 與 GTP 結合形成 G-α-GTP 複合物，然後移動到 PLC（磷脂酶 C）。

G-α-GTP 對 PLC 的對接會導致 PLC 的構象變化，啟用參與將 PIP2 水解為 DAG 和 IP3 的酶。IP3 移動到 ER 並對接在 IP3 的受體上，開啟鈣通道並允許鈣離子從 ER 中退出。鈣離子隨後與緩衝液結合，或透過鈣 線粒體 單向轉運蛋白 進入。它們也可以簡單地懸浮在細胞質中。

IP3 可以被磷酸化或水解，增加 IP3 的量。當 ER 中的鈣離子幾乎耗盡時，會向 ER 傳送一個訊號，並激活 SOC 通道，然後開啟該通道，允許來自細胞外液的鈣離子進入細胞質。這些鈣離子可以透過 SERCA 泵進入 ER 或透過 PMCA 泵離開細胞。

當激動劑離開 G 蛋白上的受體時，恢復過程開始。G-α-GTP 複合物上的 GTP 被水解為 GDP，並重新與 G-α 結合，G-β/G-γ 附著在 G 蛋白上。鈣離子透過與鈉離子的離子交換進入線粒體。SERCA 和 PMCA 泵緩慢地允許鈣離子進出。因此，ER 中的鈣離子數量增加。

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