Kalcijum

Biološka uloga



Učestvuje u strukturi kostiju i zuba. Najmanje 99% od ukupne količine kalcijuma se nalazi u kostima i zubima. Kalcijum se u kostima pretvara u hidroksiapatit - Ca10(PO4)6(OH)2 ali kosti sadrže i znatne količine nekristalnog kalcijum-fosfata, karbonata, citrata, fluorida, magnezijuma, tragove stroncijuma kao i manje količine drugih soli. Minerali čine oko 50% ukupne mase kostiju, a ostala masa se sastoji od organskog matriksa u kome ima proteina, glikoproteina i proteoglikana na koje se vezuju kalcijumove soli. Kost se neprestano troši i obnavlja, pa količina minerala u kostima predstavlja ravnotežu između izbacivanja i mobilizacije minerala. Svaki dan se u kostima može razmeniti i do 700 mg kalcijuma. Neposredni izvor kalcijuma za kosti jeste kalcijum iz telesnih tečnosti i ćelija. Iako je ova količina mala (<10 g) u odnosu na količinu u kostima ipak je kritički važna za regulaciju izneneđujuće velikog broja ćelijskih aktivnosti.

Metabolička regulacija. Ovo je jedna od glavnih uloga kalcijuma. Protein kinaze, koje modulišu aktivnost ključnih enzima kao odgovor na vezivanje hormona na površinu ćelija, su aktivirane kalcijumom - bilo direktno, bilo bilo vezivanjem za visoko afinitetni protein koji vezuje kalcijum - kalmodulin.

Regulacija ćelijskih aktivnosti. Tu spadaju funkcije živaca i mišića, hormonska delovanja, koagulacija krvi, pokretljivost ćelija i mnoge druge. Kontrakciju mišića reguliše tako što reguliše kontraktilnost aktina i miozina. Obzirom da učestvuje u tako velikom broju ćelijskih regulacija naziva se »drugim glasnikom« (eng. Secondary messenger).

Posreduje u reakcijama ćelija na razne stimuluse. Način ovog delovanja je analogan regulacionim delovanjem cikličnih nukleotida. Delovanje kalcijuma je posredovano jednim intracelularnim proteinskim receptorom, kalmodulinom koji veže jone kalcijuma kada im koncentracija u reakciji na stimulus poraste. Kalmodulin je do sada nađen u svakoj proučenoj ćeliji koja sadrži jedro. Kada se Ca2+ veže za kalmodulin on modulira aktivnost velikog broja enzima, a među njih spadaju i oni koji učestvuju u metabolizmu cikličnih nukleotida, fosforilaciji proteina, sekrecijskoj funkciji, mišićnoj kontrakciji, sastavljanju mikrotubula, metabolizmu glikogena i fluksu kalcijuma. Nađeno je da su snažni inhibitori delovanja kalmodulina fenotijazinski lekovi, koji relaksiraju glatke mišiće i nekoliko peptida koje nalazimo kod otrovnih insekata.

Ulazi u sastav brojnih metaloenzima. Npr. α-amilaza i fosfolipaza sadrže kalcijum kao esencijalni deo katalitičkog mesta. Osteokalcin je protein iz kostiju koji je značajan za normalnu kristalizaciju minerala kostiju. Kalbindin D je esencijalan za intestinalnu resorpciju kalcijuma, prevođenje kalcijuma u ćelije i resorpciju kalcijuma iz glomerularnih filtrata u bubreg. Neki od proteina krvi moraju vezivati kalcijum za svoju aktivnost. Mnogi antikoagulanti helatne strukture vezuju kalcijum (kao što je EDTA i citrat).

U okviru kalcijum-vezujućih proteina kalcijum utiče i na:

Sekreciju hormona i neurotransmitera. Protein aneksin mora vezati kalcijum da bi se mogao vezati za fosfolipidnu membranu. Tom prilikom inicira fuziju inracelularnih sekretornih vezikula sa površinom ćelijske membrane i egzocitozu.

Ćelijsku adheziju. Kaderini su kalcijum-zavisni proteini koji regulišu ćelijsku adheziju i normalnu kontaktnu inhibiciju ćelijske replikacije. Defekt u funkciji kaderina je povezan sa razvojem maligniteta.

Citoskeletni proteini.

Važnost Ca2+ u ovim aktivnostima odražava se i u preciznosti kojom se reguliše koncentracija Ca2+ u plazmi. Normalna plazma sadrži 9-11 mg kalcijuma u 100 mL. Dnevne varijacije su retko veće od ±3%. Ove uske granice odražavaju se složenim regulacijskim delovanjem vitamina D, paratiroidnog hormona, kalcitonina i drugih hormona.