Kaltsiumi ioonikanalid

Kaltsiumi ioonikanalid on ioonikanalid, mis reguleerivad kaltsiumiioonide selektiivset läbilaskmist rakumembraanist.

Kaltsiumiioonid osalevad elektrisignaalide ja membraanipotentsiaali tekkes ning on ka tähtsad rakukesksed signaalmolekulid.

Kaltsiumi ioonikanaleid on mitmeid ning nende kategoriseerimisele saab läheneda erinevatest vaatepunktidest. Üheks tähtsamaks kaltsiumioon kanalite tüübiks peetakse pingeseoselist kaltsiumioon kanalit, mis asetseb rakumembraanil ning vastutab kaltsiumioonide kiire transpordi eest tsütoplasmasse. Pingeseoselised ioonkanalid reageerivad vastavalt rakumembraani pingegradiendile ning nad on kriitiliselt vajalikud rakus olevate protsesside algatamiseks, näiteks lihaste kokkutõmbumine ja geeni transkriptsioon. 

 Kaltsiumi ioonikanalite varieeruvus 
Järgnev tabel annab lühiülevaate tähtsamatest pinge- ning lingandseoselistest kaltsiumioonkanalite tüüpidest ning nende funktsioonidest organismis. 

 Pingeseoselised ioonkanalid 
Põhiartikkel:Voltage-gated calcium channel 
TüüpPingeα1 alaühik (geeni nimi)Seostuvad alaühikudLeidubL-tüüpi kaltsiumioon kanal ("kauapüsiv" ehk "DHP retseptor")Aktiveerub kõrgpingelCav1.1 (CACNA1S)

Cav1.2 
(CACNA1C) 

Cav1.3 
(CACNA1D)

Cav1.4 
(CACNA1F)α2δ, β, γSkeletilihased, silelihased, luus (osteoblast), vatsakeste müotsüüdid (vastutavad tegevuspotensiaali eest südamerakkudes; nimetatakse ka DHP retseptoriteks), dendriitidesP-tüüpi kaltsiumioon kanal ("Purkinje") /Q-tüüpi kaltsiumioon kanalAktiveerub kõrgpingelCav2.1 
(CACNA1A)α2δ, β, võimalik ka γPurkinje närvirakud väikeajus / väikeaju graanulirakudN-tüüpi kaltsiumioon kanal ("neuraalne")Aktiveerub kõrgpingelCav2.2 
(CACNA1B)α2δ/β1, β3, β4, võimalik ka γAjus ja piirdenärvisüsteemis R-tüüpi kaltsiumioon kanal("järelejäänud")Aktiveerub keskmise pingegaCav2.3 
(CACNA1E)α2δ, β, võimalik ka γVäikeaju graanulirakud, teised närvirakudT-tüüpi kaltsiumioon kanalid ("mööduv")Aktiveerub madalpigelCav3.1 
(CACNA1G)
Cav3.2 
(CACNA1H)
Cav3.3 
(CACNA1I)närvirakud, luu

 Ligandiseoselised ioonkanalid 
alt=|pisi|Ligandiseoseline kaltsiumioon kanal. Ligand (nt neurotransmitter) seondub spetsiaalse retseptor saidiga, kutsudes esile konformatsioonilise muutuse kanalistruktuuris. Selle tulemusena kaltsiumioon kanal avaneb, lubades ioonid läbi kanali raku sisse. Puhkeolekus on kanal suletud. Ligandiseostumise koht ei ole avatud.
Põhiartikkel: calcium channels 
TypeJuhtiv üksusGeenAsukohtFunktsioonIP3 retseptoridIP3ITPR1, ITPR2, ITPR3ER/SRVabastab kaltsiumi ER/SR-st vastusena IP3-le, näiteks G-valgu retseptorite (GPCR) kaudu.Rüanodiini retseptorDihüdropüridiin in T-tuubulites ja suurenenud rakusisene kaltsiumRYR1, RYR2, RYR3ER/SRKaltsiumi tulemusena indutseeritud kaltsiumivabanemine müotsüütidesTPCNikotiinhappe adeniin dinukleotiidfosfaat (NAADP)TPCNsosomaalsed membraanidNAADP-aktiveeritud kaltsiumi transport läbi endosomaalse/lüsosomaalse membraani store-operated channelskaudselt läbi kaltsiumi ammendumise ER/SR-sORAI1, ORAI2, ORAI3rakumembraanEdastab kaltsiumsignaale tsütoplasmasse 

 Kaltsiumioonkanalite erinevad funktsioonid organismis 
Kaltsiumioon kanalite peamine funktsioon rakus on reguleerida kaltsiumi kontsentratsioone rakus ja erinevates rakusisestes osades. Kaltsiumioonide kontsentratsiooni reguleerimine on tähtis raku talitlemiseks, kuna kaltsium mängib rolli peaaegu kõigis rakuprotsessides.

Kaltsiumioonide kontsentratsioon raku sees oleneb väga palju asukohast rakus. Puhkeolekus hoiavad kaltsiumioon kanalid väga madalat kaltsiumi kontsentratsiooni tsütoplasmas (kontsentratsioon: 10−7M), mis on umbes 1000 korda väiksem kui rakuväline rakuväline kaltsiumi kontsentratsioon . Mittetalitlev kaltsiumi kontsentratsioon reguleerimine võib põhjustada tõsiseid kahjustusi rakkudele, sh apoptoos ja rakusurm . 

Sellest tulenevalt peavad kaltsiumioon kanalid tasakaalustama nii kaltsiumi sisenemist- kui ka väljumist rakust. Ioonkanalite talitlust saavad mõjutada mitmesugused stiimulid, sealhulgas membraanide depolarisatsioon, singaalmolekulid (nii rakuvälised kui ka -sisesed), keskkonnategurid (temperatuur, jõud). 

Üheks tähtsamaks kaltsiumioon kanalite tüübiks peetakse pingeseoselist kaltsiumioon kanalit, mis asetseb rakumembraanil ning vastutab kaltsiumioonide kiire transpordi eest tsütoplasmasse. Pingeseoselised ioonkanalid reageerivad vastavalt rakumembraani pingegradiendile ning nad on kriitiliselt vajalikud rakus olevate protsesside algatamiseks, näiteks lihaste kokkutõmbumine ja geeni transkriptsioon. 

Mitmed teised kaltsiumioonide kanalid transpordivad kaltsiumit rakust välja, et hoida madalat tsütoplasma kontsentratsiooni. Need kanalid koosnevad mitmetest kaltsium kanalite pumpadest ja erinevatest transport valkudest. Nende hulka kuuluvad rakuplasma Ca2+ ATPaasi pump (PMCA) ning NCX-d. Madal kaltsiumi tase tsütoplasmas on vajalik selleks, et seda saaks kasutada sekundaarse virgatsainena. 

Närvirakkudes avanevad kaltsiumioon kanalid neurotransmitteri seostumisel kaltsiumit läbilaskvate rakumembraani retseptoritega, nagu NMDA retseptorid ja AMPA retseptorid. Sensoorsetes rakkudes reageerivad kaltsiumioon kanalid (nt TRP pumbad) keskkonnast tulevale stiimulile. 

Endoplastmaatiline/sarkoplasmaatiline(edaspidi ER/SR) retiikulum on peamine kaltsiumi hoiustamispaik raku sees. Nii nagu rakumembraanis, on ka ER/SR-i membraanides kaltsiumioon kanalid, mis vahendavad kaltsiumi liikumist tsütoplasma ja ER/SR-i vahel. Üks tähtsamaid kaltsiumioon kanaleid on sarkoplasmaatilise retiikulumi ATPaasi pump (SERCA), mis transpordib kaltsiumit tsütoplasmast SR-i ning aitab kaasa PMCA ja NCX toimele alandada kaltsiumi sisaldust tsütoplasmas. 

 Patofüsioloogia 
Kaltsiumioonkanalite uurimise käigus on leitud seoseid nende talitlusprobleemide ja mitmete haiguste vahel. Siin tuuakse lühidalt paar näidet, millised kaltsiumioon kanalite mutatsioonid on seotud osade tuntumate haigustega.  

Kroonilise valu korral on Cav3.2 T-tüüpi pingeseoseliseid kaltsiuumioon kanaleid, Cav2.2 kanaleid ning Cav 3.2 kanalid seljaaju sünapsides up-regulated, põhjustades ebaregulaarset närvirakkude erutumist . Need samad kanalid on seotud ka krambihoogudega, kus Cav3.1 ja Cav 3.2 mutatsioonid on seotud spetsiifiliste krambihoogude häiretega, nagu juveniilne müoklooniline epilepsia. Cav1 perekond, eriti Cav1.3 on seotud neuroplastilisusesga, mõjutades dopamiini vabanemist ning tundlikkust psühhostimulantide suhtes. 

Mutatsioonid ORAI ja STIM geenides, mis on seotud store-operated kaltsiumioon kanalitega, on seotud mitmete tõsiste terviseriskidega, sh immuunpuudulikkus ning erinevad lihaskonna haigused. Adrenergilised retseptorid, mis mõjutavad südame-veresoonkonna tööd ning silelihaste tegevust, on sõltuvuses kaltsiumioonkanalitest oma füsioloogilise töö sooritamiseks. 

Kaltsiumikanalite regulatsiooni häired seotud veel mitmete terviseprobleemidega, mis rõhutab nende tähtsust organismi toimimisel ning tehes neist tähtsa uurimisvaldkonna. 

 Kliiniline ravi 
Kaltsiumikanali blokaatorid (CCB-d) on laialdaselt kasutusel meditsiinis erinevate seisundite, sealhulgas südame rütmihäirete, hüpertensiooni ja bipolaarse häire raviks. CCB-de kliiniline tähtsus tuleb esile erinevates füsioloogilistes tegevustes, mis on seotud kardiovaskulaarse talitlusega. 

CCB-d on suutelised põhjustama selektiivset vasodilatatsiooni südame arterites, vähendades vaskulaarset vastupanu ja suurendades verevoolu. Kaltsiumioonblokaatorid on võimelised parandama stenokardia sümptomeid, vähendades hapnikunõudlust ning on võimelised vähendama südametöökoormust vähendades vatsakeste kokkutõmbe sagedust. Samuti kasutatakse neid ka vererõhu alandamiseks. 

Kroonilise valu ravimisel kasutatakse morfiini ja gabapentiinoide, mis mõjutavad GABA ja opioidretseptoreid, mis reguleerivad Cav2.2 kanaleid. 

 Viited 

Kategooria: Bioloogia
Kategooria: Keemia
Kategooria: Neurokeemia
Kategooria: Rakubioloogia