Calcium-Homöostase

Der Begriff Calcium-Homöostase bedeutet in der Zellbiologie, insbesondere der Zellphysiologie die Aufrechterhaltung einer konstanten Konzentration von Calcium-Ionen im Cytoplasma der Zelle. In Ruhe liegt die Konzentration "freier" Calcium-Ionen typischerweise bei ca. 100-200 nmol/l. Ein Anstieg der intrazellulären Calcium-Konzentration hat für die Zelle Signalwirkung und kann, je nach Lokalisation, Zeitverlauf und natürlich Zelltyp, unterschiedliche biochemische und physiologische Reaktionen hervorrufen. Durch verschiedene Regulationsmechanismen kehrt die Calcium-Konzentration schließlich wieder auf das Ausgangsniveau zurück. Ein unkontrollierter Anstieg der Calcium-Konzentration über einen längeren Zeitraum führt zum Tod der Zelle.

Verschiedene Transportprozesse wirken bei der Calcium-Homöostase zusammen:

• Transport durch die Zellmembran,
• Transport durch die Membran von Organellen, insbesondere des endoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrien,
• Bindung an Calcium-bindende Proteine und schließlich
• Diffusion von Calcium-Ionen.

Transport von Ca²⁺-Ionen durch die Zellmembran (Plasmamembran)

Die Lipid-Bilayerschicht biologischer Membranen ist für Ca^2+-Ionen praktisch impermeabel. Spezialisierte Proteine ermöglichen Ca²⁺-Ionen den Durchtritt durch Membranen (sei es die Plasma- oder eine intrazelluläre Membran).

In der Plasmamembran handelt es sich dabei um folgende Proteine:

• spannungsgesteuerte Calciumkanäle,
• unspezifische Kationenkanäle,
• CRAC-Kanäle (CRAC = calcium release-activated Ca²⁺ channel) unter Mitwirkung von Orai 1, 2 und 3 (auch als CRACM 1,2 und 3 bezeichnet),
• die Plasmamembran-Ca²⁺-ATPase (eine Calciumpumpe) und
• den Na⁺/Ca²⁺-Austauscher.

Transport von Ca²⁺-Ionen durch Membranen von Organellen

Hier sind im Besonderen die Membranen des endoplasmatischen Retikulums und der Mitochondrien zu nennen. Verantwortlich für den Transport von Ca²⁺-Ionen durch diese Membranen sind:

• die sarko- endoplasmatische Ca²⁺-ATPase (eine Ca²⁺-Pumpe) im ER,
• IP3-Rezeptoren,
• Ryanodin-Rezeptoren und
• die mitochondrial permeability transition pore in der inneren Mitochondrien-Membran.