结构生物化学/细胞信号通路/钙信号

钙是一种常见的信号机制，因为一旦它进入细胞质，它就会对许多酶和蛋白质产生变构调节作用。钙也可以是间接信号转导途径（如 G 蛋白偶联受体）引起的第二信使。

钙离子 (Ca²⁺) 的性质

有两种主要性质使钙 (Ca²⁺) 离子能够有效地作为信号机制

• 细胞内的 Ca²⁺ 水平很容易检测到。这是因为 Ca²⁺ 的水平受到将 Ca²⁺ 从细胞中排出运输系统的严格调控。细胞质中 Ca²⁺ 的水平约为 100nM，比细胞外低几个数量级。为了防止 Ca²⁺ 与羧化和磷酸化化合物之间形成盐类，必须对其进行调节，因为形成的盐类大多不溶。由于所有这些因素，细胞内作为信号的任何少量 Ca²⁺ 增加都可以很容易且快速地检测到，使其成为一种有用的信号机制。

• Ca²⁺ 可以很容易地与蛋白质结合并引起构象变化。Ca²⁺ 被谷氨酸和天冬酰胺侧链中带负电荷的氧原子以及谷氨酰胺和天冬酰胺侧链和主链中不带电荷的氧原子吸引。Ca²⁺ 能够很容易地引起大的构象变化，因为它可以与多达 8 个氧原子形成配体。这可能导致在引入 Ca²⁺ 之前不存在的蛋白质中氨基酸的交联。

钙浓度振荡

细胞内的钙流入是许多类型细胞（即神经细胞和肌肉细胞）中的一种基本过程。在神经细胞中，钙的进入驱动神经递质的释放，而在肌肉细胞中，钙直接参与肌动蛋白-肌球蛋白滑动丝理论 [1]。然而，仅仅说钙流入会导致这些反应，将是对细胞经历的钙信号整合过程的贬低。

细胞可以整合钙振荡信号的三种模式：频率、振幅和空间。认识到钙振荡遵循正弦波形，这使得更容易理解这些特征指的是什么。振荡的频率由蛋白激酶 C 和 Ca/钙调蛋白依赖性蛋白激酶 II 整合。在这里，频率是指振荡发生的每秒周期数，即赫兹。此外，信号的振幅是细胞整合的振荡的主要属性之一。为了实现这一点，细胞内存在着不同亲和力的钙受体。由于振幅是指钙振荡的大小，不同的钙量将激活特定的受体。这实质上允许根据钙火花的幅度执行特定的细胞功能 [2]。

最近发现的一种信号整合方法涉及钙通量的空间布局。由于钙通过膜通道进入细胞，不可避免地，在小时间尺度上，钙浓度将在整个细胞中空间变化。钙火花的幅度将从通道的位置径向衰减。多功能的钙调蛋白负责整合这些钙微域和全局域信号。这里的微域是指相对于细胞质而言体积很小的钙火花，而全局域是指完整的细胞质钙浓度变化。钙调蛋白的氨基和羧基末端协同作用以执行空间整合 [2]。

[1] Silverthorn, U. D. 人体生理学。皮尔森，2010 年。第 400-444 页。[2] Parekh, A. B. 解码细胞质钙振荡。细胞出版社。TIBS-804。第 1-10 页。图片来自：Jjbeard

钙信号

当激动剂分子与其位于 G 蛋白上的受体结合时，/钙信号/钙信号 机制开始。这种对接导致 GDP 从 G 蛋白复合物中分离，从而导致 G-α 亚基和 G-β/G-γ 复合物的分离。G-α 与 GTP 结合形成 G-α-GTP 复合物，然后移动到 PLC（磷脂酶 C）。

G-α-GTP 对 PLC 的对接会导致 PLC 的构象变化，激活参与将 PIP2 水解为 DAG 和 IP3 的酶。IP3 移动到 ER 并对接在 IP3 的受体上，打开钙通道并允许钙离子从 ER 中退出。钙离子随后与缓冲液结合，或通过钙 线粒体 单向转运蛋白 进入。它们也可以简单地悬浮在细胞质中。

IP3 可以被磷酸化或水解，增加 IP3 的量。当 ER 中的钙离子几乎耗尽时，会向 ER 发送一个信号，并激活 SOC 通道，然后打开该通道，允许来自细胞外液的钙离子进入细胞质。这些钙离子可以通过 SERCA 泵进入 ER 或通过 PMCA 泵离开细胞。

当激动剂离开 G 蛋白上的受体时，恢复过程开始。G-α-GTP 复合物上的 GTP 被水解为 GDP，并重新与 G-α 结合，G-β/G-γ 附着在 G 蛋白上。钙离子通过与钠离子的离子交换进入线粒体。SERCA 和 PMCA 泵缓慢地允许钙离子进出。因此，ER 中的钙离子数量增加。

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