Nature開創性成果：信號激活，三步走

　　當動物和植物受到如細菌攻擊、氣味和寒冷等影響時，鈣離子會流入細胞。鈣向細胞提供信號告知其細胞外正在發生什么，然而由于高濃度的鈣對細胞是有毒的，它必須被再度快速泵出。來自哥本哈根大學和奧爾胡斯大學丹麥國家研究基金PUMPkin中心的研究人員現在證明細胞外膜上的鈣泵非常精確地調整了泵速來適應鈣濃度。這些研究結果發表在著名的《自然》(Nature)雜志上。

　　鈣泵定位在人類、動物與植物的細胞膜上，來自奧爾胡斯大學和哥本哈根大學的研究人員現在提供了關于鈣泵調控細胞內鈣量機制的新信息。細胞內的鈣量對于細胞的健康和生存至關重要。

　　“結果表明鈣泵可以精確測量細胞的鈣含量，并根據這一信息調整它的速度。這可以防止細胞質中的鈣離子濃度達到損害細胞的臨界濃度。當鈣濃度較低時鈣泵處于無活性狀態，而當鈣濃度增高時它就會被逐步激活，”博士后研究人員Henning Tidow和Lisbeth Rosager Poulsen說。

　　研究人員是以定位在模式植物擬南芥(阿拉伯芥，thale cress)細胞膜上的鈣泵作為研究起點，但調控機制也適用于人類和動物對應的鈣泵。

　　鈣泵結合兩個鈣調蛋白

　　以往的研究表明動物和植物的鈣泵與一種稱為鈣調蛋白(calmodulin)一起發揮功能。當細胞內存在大量鈣離子時，一些鈣離子與鈣調蛋白相結合，由此能夠激活鈣泵。

　　“我們純化了鈣泵與鈣激活鈣調蛋白相互作用的部分，我們成功地結晶了一個蛋白質復合物。讓我們感到大為驚奇地是，我們發現鈣泵結合了兩個鈣調蛋白，而非一直認為的一個，”Tidow.博士解釋說。

　　三步調控鈣泵

　　有兩個鈣調蛋白參與鈣泵活性調控，這一事實意味著鈣泵有三步。當沒有鈣激活鈣調蛋白結合時鈣泵關閉，當結合一個鈣調蛋白時鈣泵處于中速，當結合兩個鈣調蛋白時鈣泵處于全速。

　　“鈣泵需要相當大的能量將鈣運出細胞。因此重要的是，只有當需要移除鈣時它們才會被激活。鈣泵內有兩個鈣調蛋白結合域，細胞能夠調整運輸至高效節能，同時能夠在鈣濃度接近有毒水平時快速減少鈣離子量，”Poulsen博士說。

　　數學揭示生物功能

　　研究人員還利用數學網絡模型進一步確定了鈣泵的作用差異是否取決于激活的鈣調蛋白數量是零、一個或是兩個。這揭示了細胞內鈣泵調控鈣的另一個特征。

　　“我們可以證明當發現濃度高于仔細定義的閾值時，細胞只對進入的鈣離子做出應答。這對于例如在晝夜節律或細胞過程中細胞定義它們的狀態或許是非常重要的，”Tidow博士說。