Calciumsignalering

Calciumsignalering er en biologisk proces, hvor celler bruger calciumioner (Ca²⁺) til at kunne udløse processer inde i cellen, ofte som en reaktion på ydre signaler. På denne måde fungerer de som budbringere i en signaltransduktionsproces. Udgangspunktet for al calciumsignalering er, at den ekstremt lave Ca²⁺-koncentration i cellens cytoplasma stiger voldsomt, hvilket resulterer i at nedstrøms cellulære hændelser udløses. Stort set alle væv, og endda alle celletyper, ikke bare i den menneskelige krop, men også i planter og andre eukaryote organismer, bruger en form for calciumsignalering for at fungere eller overleve.

Hvilekoncentrationen af Ca²⁺ i cytoplasmaet holdes normalt omkring 100 nanomolær (nM). Dette er 20.000 til 100.000 gange lavere end den koncentration, der typisk findes udenfor cellen.^[1][2] For at opretholde denne lave koncentration pumpes Ca²⁺ hele tiden aktivt ud fra cytoplasmaet til det ekstracellulære rum, det endoplasmatiske reticulum (ER), planters vakuoler og nogle gange ind i mitokondrierne. Visse proteiner i cytoplasmaet og organeller kan også fungere som buffere gennem at binde Ca²⁺. Signalering opstår, når cellen stimuleres til at tillade Ca²⁺-ioner at løbe ind i cytoplasmaet, enten udefra eller fra de intracellulære lagre, ved at åbne ionkanaler, der tillader passage af Ca²⁺, og som kan befinde sig i plasmamembranen eller i membranerne omkring intracellulære lagre.^[1] Under visse forhold kan den intracellulære Ca²⁺-koncentration begynde at svinge med en bestemt frekvens.^[3]

Specifikke signaler, der som regel genkendes af receptorer på cellens overflade, kan udløse en pludselig stigning i de cytoplasmatiske Ca²⁺-niveauer til 500-1.000 nM ved at åbne kanaler i plasmamembranen eller ER. En almindelig signalvej, der øger cytoplasmatisk calciumkoncentration, er fosfolipase C (PLC)-vejen.^[4]

Calcium er en allestedsnærværende sekundær budbringer (second messenger) med vidtgående fysiologiske roller.^[2] Den primære budbringer er det signal, der udløser calciumsignaleringsprocessen. Calcium kan fx være sekundær budbringer i processer som muskelkontraktion, neuronal transmission (som i en excitatorisk synapse), cellulær motilitet (inklusive bevægelse af flageler og cilie)r, befrugtning, celledeling, neurogenese, indlæring og hukommelse som med synaptisk plasticitet, og sekretion af spyt.^[5][6] Høje niveauer af cytoplasmatisk Ca²⁺ kan også få cellen til at gennemgå apoptose (programmeret celledød).^[7] Andre biokemiske roller af calcium omfatter regulering af enzymaktivitet, permeabilitet af ionkanaler,^[8] aktivitet af ionpumper, og komponenter af cytoskelettet.^[9]

Mange af Ca²⁺-medierede hændelser opstår, når det frigivne Ca²⁺ binder til og aktiverer det regulatoriske protein calmodulin. Calmodulin kan aktivere Ca²⁺-calmodulin-afhængige proteinkinaser eller kan virke direkte på andre effektorproteiner.^[10] Besides calmodulin, there are many other Ca²⁺-binding proteins that mediate the biological effects of Ca²⁺. Udover calmodulin er der mange andre Ca²⁺-bindende proteiner, der medierer de biologiske virkninger af Ca²⁺.