分子訊號與調控網絡

鈣訊號(IP3與DAG,calcium signaling)

/ IP3 = eye-pee-three; DAG = dag /

鈣是細胞最多才多藝、也最古老的內部訊號——一種單一的離子(Ca2+),細胞把它當作一記突如其來的警報來用。訣竅在於:細胞時時刻刻都在努力地讓自己內部幾乎不含鈣——它把Ca2+泵出膜外,並把它囤積在一個內部倉庫(內質網)裡。正因為內部平時如此缺鈣,哪怕一點點洩漏,濃度也會戲劇性地飆升。那一飆升就是訊號——一場細胞可以按命令釋放的山洪。

這道命令常常經由另一條值得了解的路徑傳來。許多GPCR和一些RTK會活化一種叫磷脂酶C的酶,它在膜上找到一種特定的脂質,把它一剪為二,釋放出一對配套的第二信使。一塊是IP3(三磷酸肌醇),水溶性,擴散到鈣倉庫去,在那裡打開一道閘門,讓Ca2+湧進細胞質。另一塊是DAG(二醯甘油),留在膜裡,幫助打開一個叫蛋白激酶C(PKC)的激酶。於是一剪同時產出兩個訊號:IP3升高鈣,而DAG加上那鈣一起活化PKC。升高的鈣本身隨後結合一些幫手蛋白——尤其是一個叫鈣調蛋白的——它們改變形狀,再去打開許多後續的標靶。活兒幹完後,泵迅速把鈣推回膜外和倉庫裡,讓警報復位。

鈣訊號之所以重要,是因為它驅動著身體裡一些最快、最戲劇性的事件:鈣一湧入,肌肉就收縮;鈣進入末梢,神經細胞就釋放它的神經傳遞物;受精時一波鈣橫掃整個卵子的那一刻,卵子就開始發育。正因為同一種離子幹這麼多活兒,細胞便把含義編碼在「模式」裡——鈣峰的時機、高度,甚至振盪的頻率,都攜帶不同的消息,更像摩爾斯電碼,而不是單一的一聲蜂鳴。這使鈣成為一個驚人的例證:一個簡單的訊號也可以富含資訊。

當一個神經訊號到達肌肉時,它最終觸發肌肉細胞內部儲庫釋放鈣。被釋放的Ca2+結合肌肉的絲狀結構,讓它們彼此滑動——這就是收縮。鈣一被泵回儲庫的那一刻,肌肉便舒張。整個「開—關」就是鈣的升高與回落。

肌肉收縮是鈣訊號的可見化身:鈣升上去就是收縮,鈣降下來就是舒張。

一個常見的混淆:IP3和DAG來自把一種膜脂一剪為二,所以它們總是成對出現,卻幹著不同的活——IP3跑去釋放鈣,而DAG留在膜裡幫助活化PKC。它們是搭檔,不是同一個分子。

又稱
Ca2+ signalingphosphoinositide pathway钙离子信号肌醇磷脂通路