T91. Calcium and Brain Function
Autor: C-CELL | Publicado: 2017-03-12T08:50:00-07:00



















CALCIUM AND BRAIN FUNCTION by Haidi D. Fiedler (Laboratory of Catalysis and Interfacial Phenomena, INCT-Catalysis, Federal University of Santa Catarina, Florianópolis, SC, Brazil) and Fredric M. Menger (Emory University, Atlanta, GA, USA)






We dedicate this essay to Richard Burnard Rodnight (1921 – 2012) who published 51 important neurochemistry papers from his laboratory in Porto Alegre, Brazil. It almost defies credulity to realize that he began this work at the age of 65 when he first moved to Brazil from London. He was required to learn Portuguese and make do initially with limited research facilities. His research interests included calcium channels, and it is this topic that we discuss briefly in honor of the great scientist.







Richard Rodnight (in memoriam)



The key word here is “voltage-dependent calcium channels” or VDCC. As the name implies, the channels, found in cell membranes,  are permeable to calcium ion (about 1000 times more so than to sodium ion). At a resting membrane potential the VDCC is normally closed.   But the channels are activated (opened) when the membrane is “depolarized”, i.e. the charge difference across the membrane is neutralized. This is the origin of the term “voltage-dependent”. Many interesting things can happen when membranes are electrically depolarized. Calcium ion, normally several thousand times higher in concentration outside the cells than inside, rush into the cells by passive diffusion (discussed in an earlier essay).


Excitation of neurons, release of neuron transmitters, and protein phosphorylation are three of the many consequences of this ion movement. Thus, VDCC function represents an important strategy for regulating nerve activity.







Cartoon picture of calcium channel (Design by Luciana Afonso)



How do “gated” channels work? The channel is complex combination of proteins, stretched across the cell membrane,  the largest of which forms the conduction pore. Different segments of the protein “sense” the membrane voltage and determine the membrane preference to calcium over sodium. Subunits of the channel complex link the system to various intracellular processes including Ca++ dependent “synaptic” transmission between nerve cells at various sites including the thalamus.

Benzodiazepines, an important class of tranquilizers (used in the treatment of depression, seizures, and panic attack) reduce voltage-gated calcium conductance, and this might be an important mechanism by which the compounds produce their sedative effects. Further understanding of the VDCC regulatory mechanisms may lead to new treatments of neurological disease.


Although calcium seems to trigger signaling pathways essential for certain types of memory, excess calcium can actually cause brain damage. For example, the pineal gland can become calcified in conditions such as Alzheimer’s disease and other types of dementia.   Biology is, as always, a delicate balance between too little and too much.




References:
Descartes’ Error. Emotion, Reason and the Human Brain. (A. Damasio). ISBN 978-85-359-2200-4.
Shepard, M; Lader, M; Rodnight (Depósito legal Z. – 719-71).











CÁLCIO E FUNCIONAMENTO DO CÉREBRO por Haidi D. Fiedler (Laboratório de Catálise e Fenômenos Interfaciais, INCT-Catalysis, UFSC, Brasil) e Fredric M. Menger (Emory University, Atlanta, GA, USA)









Traduzido por Natanael F. França Rocha, Florianópolis, Brasil








Este ensaio é dedicado a Richard Burnard Rodnight (1921 - 2012), que publicou 51 artigos importantes sobre neuroquímica durante o tempo que trabalhou em seu laboratório na cidade de Porto Alegre, RS. É até difícil de acreditar que ele tenha começado esse trabalho aos 65 anos de idade, quando se mudou de Londres para o Brasil. Ele teve que aprender português e se contentar inicialmente com escassos recursos de pesquisa. Dentre seus interesses de pesquisa, podemos citar os canais de cálcio. E é justamente este assunto que discutimos brevemente em homenagem a este grande cientista.







Richard Rodnight (in memoriam)



A palavra chave aqui é “canais de cálcio dependentes de voltagem”, ou a sigla CCDV. Como o nome diz, esses canais, que são encontrados nas membranas celulares, são permeáveis ao íon cálcio (cerca de 1000 vezes mais do que ao íon sódio). Em um potencial de membrana em repouso, os CCDV estão normalmente fechados. Mas os canais são ativados (abertos) quando a membrana é "despolarizada", ou seja, quando a diferença de carga através da membrana é neutralizada. Esta é a origem do termo “dependente de voltagem”. Muitas coisas interessantes podem acontecer quando as membranas são eletricamente despolarizadas. O íon cálcio, normalmente tem uma concentração milhares de vezes maior fora das células do que dentro das mesmas e, como resultado, difunde passivamente para o interior das células (como já discutido no ensaio T73. Íon Cálcio: Um mensageiro químico com alto impacto).


A excitação dos neurônios, a liberação de transmissores nos neurônios e a fosforilação de proteínas são três das muitas consequências deste movimento de íons. Desta forma, a função dos CCDV representa uma importante estratégia para regular a atividade nervosa.







Desenho representando o canal de cálcio (Elaborado por Luciana Afonso)



E como os canais “fechados” funcionam? O canal é uma combinação complexa de proteínas esticadas através da membrana celular, sendo que a maior delas constitui o poro de condução. Diferentes segmentos da proteína “detectam” a voltagem da membrana e determinam a preferência dessa membrana pelo cálcio em relação ao sódio. As subunidades do complexo protéico do canal ligam o sistema a vários processos intracelulares, incluindo a transmissão “sináptica” dependente de Ca++ entre as células nervosas em vários locais, incluindo o tálamo.


As benzodiazepinas – uma classe importante de tranqüilizantes (usados no tratamento da depressão, convulsões e ataques de pânico) – reduzem o transporte de cálcio dependente de voltagem, e este pode ser um importante mecanismo pelo qual os compostos produzem seus efeitos sedativos. Mais conhecimento sobre os mecanismos reguladores dos CCDV pode conduzir a novos tratamentos de doenças neurológicas.


Embora o cálcio pareça desencadear vias de sinalização essenciais para certos tipos de memória, o excesso de cálcio pode de fato causar danos cerebrais. A glândula pineal pode se calcificar, por exemplo, em condições como a doença de Alzheimer e outros tipos de demência. A biologia é, como sempre, um delicado equilíbrio entre o mínimo e o máximo.




Referências:
Descartes’ Error. Emotion, Reason and the Human Brain. (A. Damasio). ISBN 978-85-359-2200-4.
Shepard, M; Lader, M; Rodnight (Depósito legal Z. – 719-71).









EL CALCIO Y LAS FUNCIONES CEREBRALES por Haidi Fiedler e Fredric M. Menger









Traducción de Natanael F. França Rocha, Florianópolis, Brasil y revisión de Carlos Bravo, Universidad de Vigo, España. 








Este ensayo está dedicado a Richard Burnard Rodnight (1921 - 2012), quien publicó 51 artículos importantes sobre neuroquímica desde su laboratorio en Porto Alegre, Brasil. Es difícil de creer que él comenzase este trabajo a la edad de 65 años cuando se mudó a Brasil desde Londres. Tuvo que aprender portugués y conformarse inicialmente con recursos de investigación escasos y limitados. Entre sus intereses de investigación, podemos citar los canales de calcio. Y es precisamente este tema el que discutiremos brevemente en honor de este gran científico.







Richard Rodnight (in memoriam)



La palabra clave aquí es "canales de calcio dependientes de voltaje" o CCDV. Como su nombre indica, estos canales, que se encuentran en las membranas celulares, son permeables a los iones calcio (aproximadamente 1000 veces más que los iones  sodio). En un potencial de membrana en reposo, los CCDV están normalmente cerrados.  Sin embargo, los canales se activan (están abiertos) cuando la membrana está "despolarizada", es decir, cuando se neutraliza la diferencia de carga a través de la membrana.  Este es el origen del término "dependiente de la tensión". Muchas cosas interesantes pueden suceder cuando las membranas se despolarizan eléctricamente. Los iones calcio, cuya concentración fuera de la célula es generalmente miles de veces mayor que en el interior, se dirigen hacia el interior de las células por difusión pasiva (discutido en un ensayo anterior).


La excitación de las neuronas, la liberación de transmisores de neuronas, y la fosforilación de proteínas son tres de las muchas consecuencias de este movimiento de iones. Por lo tanto, la función de los CCDV representa una estrategia importante para la regulación de la actividad nerviosa.






Dibujo de los canales de calcio (Elaborado por Luciana Afonso)



¿Y cómo funcionan los canales "cerrados"? El canal es una compleja combinación de proteínas estiradas a través de la membrana celular, de las cuales la mayor constituye el poro de conducción. Diferentes segmentos de la proteína "sienten" la tensión de la membrana y determinan la preferencia de la membrana al calcio sobre el sodio. Las diferentes subunidades de los complejos protéicos dentro del canal unen el sistema a diversos procesos intracelulares, incluyendo la transmisión “sináptica” (que depende de los iones Ca2+, entre las células nerviosas de varios lugares, entre ellos el tálamo.


Las benzodiazepinas, una clase importante de tranquilizantes (utilizados en el tratamiento de la depresión, convulsiones y ataques de pánico) reducen la conductancia del calcio dependiente de voltaje, y esto puede ser un importante mecanismo por el cual los compuestos producen sus efectos sedantes. Una mayor comprensión de los mecanismos de regulación CCDV puede conducir a nuevos tratamientos de enfermedades neurológicas.


Aunque el calcio parece desencadenar vías de señalización esenciales para ciertos tipos de memoria, el exceso de calcio puede, en realidad, causar daño cerebral. Por ejemplo, la glándula pineal puede calcificarse en condiciones tales como la enfermedad de Alzheimer y otros tipos de demencia. La biología es, como siempre, un delicado equilibrio entre el poco y el demasiado.




Referencias:
Descartes’ Error. Emotion, Reason and the Human Brain. (A. Damasio). ISBN 978-85-359-2200-4.
Shepard, M; Lader, M; Rodnight (Depósito legal Z. – 719-71).