Helmichs Biologie-Lexikon

Calciumionen und IP3

Calcium-Ionen spielen bei vielen Signalübertragungen eine wichtige Rolle. Man denke nur an die synaptische Übertragung, wo die Calcium-Ionen im synaptischen Endknöpfchen für die Verschmelzung der synaptischen Vesikel mit der präsynaptischen Membran sorgen. Ein zweites Beispiel ist die Sekretion von Insulin in den beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse. Calcium-Ionen sorgen dafür, dass die Golgi-Vesikel, welche das Insulin enthalten, mit der Zellmembran der beta-Zellen verschmelzen und so das Insulin an die Blutbahn abgeben. Insgesamt kann man wohl sagen, dass Calcium ein genau so wichtiger sekundärer Botenstoff ist wie cAMP.

Ca2+ als second messenger

Die Ca2+-Konzentration im Zellplasma ist immer sehr gering

Damit Calcium-Ionen als sekundärer Botenstoff wirken können, muss ihre Konzentration im Zellplasma stets sehr gering sein. Wäre die Ca2+-Konzentration im Zellplasma ständig hoch, könnte die Zelle nur noch schlecht auf eine weitere Erhöhung der Ca2+-Konzentration reagieren. Bei der sehr geringen Ca2+-Konzentration von ca. 10-7 mol/l reicht aber schon das Eindringen weniger Calcium-Ionen in die Zelle, um eine zelluläre Antwort zu induzieren. Damit die Ca2+-Konzentration in der Zelle stets niedrig bleibt, arbeiten ständig Calcium-Pumpen, die unter ATP-Verbrauch Calcium-Ionen aus dem Zellplasma heraus in das Außenmedium befördern. Zusätzlich werden Calcium-Ionen aus dem Zellplasma in das endoplasmatische Reticulum der Zelle transportiert, auch dieser Vorgang hält die Ca2+-Konzentration in der Zelle niedrig und ist für manche Signalübertragungswege sehr wichtig.

siehe folgenden Text

Erhöhung der intrazellulären Ca2+-Konzentration durch ein Signalmolekül
Autor: Ulrich Helmich 2022, Lizenz: siehe Seitenende.

Das obige Bild zeigt, wie durch ein externes Signalmolekül die intrazelluläre Ca2+-Konzentration erhöht werden kann, so dass eine zelluläre Antwort eingeleitet wird.

Zunächst dockt ein Signalmolekül an einen Rezeptor (R) in der Zellmembran an. Auf der Innenseite der Membran ist dieser mit einem G-Protein (G) verbunden, welches nun aktiviert wird. Das aktivierte G-Protein seinerseits aktiviert nun eine Phospholipase C (PC), die nun das Membranlipid PIP2 zu PIP3 phosphoryliert. Das aktive PIP3 wandert nun zum Endoplasmatischen Reticulum, wo es Calciumkanäle öffnet. Calcium-Ionen strömen aus dem endoplasmatischen Reticulum in das Zellplasma und erhöhen dort die Ca2+-Konzentration. Dort können dann je nach Zelltyp unterschiedlich zelluläre Antworten ausgelöst werden.

Quellen:

  1. Urry, Cain, Wassermann, Minorsky, Reece, Campbell Biologie, Hallbergmoos 2019, 11.Auflage