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 Ca2+-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.