WYKŁAD 10 18.12.2008

REGULACYJNE FUNKCEJ WAPNIA

Rola wapnia w kom. pobudliwych:

-uwalnianie neuroprzekaźników

-tworzenie potencjału (spoczynkowa czynność)

-skurcz mięśni

Rola wapnia w kom. niepobudliwych:
-egzocytoza

-kontrola aktywności enzymów

-regulacja ekspresji genów

-apoptoza

Ca wewnątrzkom. wchodzi do kom. przez kanały wapniowe albo wiąże z receptorami błonowymi

Ca wewnątrzkom. zmagazynowany w pęcherzykach retikulum endoplazmatycznym, zostaje uwolniony pod wpływem specyficznego sygnału

Uaktywnienie receptorów sprzężonych: kinazy

Ruch jonów wapniowych do komórki:

VOC- pod wpływem depolaryzacji błon

SMOC0 uaktywniony pod wpływem fosforanu inozytolu

ROC- z Ag

NCX- wymieniacz sodowo- wapniowy (Na- zew.; Ca- wew.)

SOC- zależy od zapasu wapnia wewnątrz kom.

-otwieranie kanału SOC zależy od poziomu Ca w komórkach. Wyczerpanie zapasów- otwarcie

-SOC występują zarówno w kom. pobudliwych i niepobudliwych

-molekularny sensor poziomu Ca w kom. oraz sygnał z rekitulum otwierający kanały pozostaje nieznany

-sygnał zamknięcia wychodzi prawdopodobnie z mitochondriom

-cząsteczki, którym przypisywano właściwości przekaźników informujących o poziomie Ca

*Ca2+ influx factor

*kinaza białkowa

*kinaza tyrozynowa

*białka wiążące GTP

*kalmodulina

*1 fosforan sfingozyna

Zewnątrzkomórkowe stężenie jonów Ca2+ jest rejestrowane przez swoiste receptory (Car sklonowane w 1993) sprzężone białkiem G oraz receptory glutaminowe

Ca pełni funkcję zewnątrzkomórkowego przekaźnika

Działanie Ca za pośrednictwem CaR:

-polimorfizm CaR może nieć wpływ na homeostazę Ca i metabolizm kości

-ekspresja Car prawdopodobnie zmienia się w różnych stanach fizjologicznych i patologicznych np. ulega obniżeniu w przewlekłej chorobie nerek wnerkach, w nadczynności przytarczyc w przytarczycach

-Ca i Wit. D wzmagają ekspresję Car w przytarczycach i nerkach, współpracują z receptorami kalcytrolu- VDR

Wewnatrzkom. systemy regulowane przez Car:

-fosfolipazy

-kinaza aktywowana przez miogeny i kinazy tyrozynowe

-cyklaza adenilanowa

Procesy regulowane przez Car:

PRCES	EFEKT
Wydzielanie hormonów *parathormon *CT *ACTH *gastryna *insulina *glukagon *hormon wzrostu *PTHrP	- + + + + - + +
Kanały/ transport. błonowe *NCC *VDCC *CHLC *kanał potasowy	+ + + -
chemotakcje	+
Proliferacje komórki	-/+
Różnicowanie kom	+
Apoptoza *fibroblastów *kom. nowotworowych	- - -
Ekspresja genów *parahormonu *VDRGen recep. kalcytriolu *CaR *kaloduliny *kalcytoniny *karbidyna	- + + + + +

Regulacyjne funkcje białka realizowane są przez wpływ jonów Ca:

-na stan spolaryzowania komórki

-na konformację cząsteczek białka

BIAŁKA WIĄŻĄCE Ca:

TROPONINA- kompleks (T, I, C) po związaniu Ca umożliwia transport tropomiozyny z filamentów aktynowych

T- wiąże tropomiozynę

C- wiąże się z jonami Ca

I- wiąże się z miejscem aktywnym na miozynie troponiny C

KALBINDYNA- należy do rodziny troponiny C

-syntetyzowana w jelitach, nerkach, mózgu

-istnieją 2 izoformy kalbindyny D9K i D28K

-D9K występuje w jelicie

-D28K w nerkach

ROLĄ KALBINDYNY jest wiązanie Ca:

-jelitowa uczestniczy w jego wchłanianiu

-nerkowa w resorpcji z przesączu kłębuszkowego

-neuronalna zabezpiecza przez wzrostem stężenia Ca, a tym samym chroni przed apoptozą

-w schizofrenii zaobserwowano obniżenie poziomu kalbindyny w wielu strukturach mózgowych, w pierwszym rzędzie w korze mózgowej

Przy niedoborze Wit. D i kalcytriolu jony Ca zostają tam…

Teorie działania kalbindyny:

*transportująca- transport jonu z cytosolu

*buforująca- zabezpiecza przed toksycznym stężeniem jonu wewnątrz kom.

*aktywująca- wzmaga aktywność kanałów wapniowych lub enzymatycznych ATP-azy przyczyniając się do aktywnego transportu jonów ze światła kanalika do wnętrza komórek

BIAŁKA NEURONALNE:

ANEKSYNA- rodzina białek wiążących fosfolipidy w obecności wapnia uważana za pośrednika we wpływie na fuzję błon (np. egzocytoza neuroprzekaźników, wydzielanie insuliny)

KALRETININA- białko wiążące Ca, występuje w neuronach korowych i podkorowych

SYNAPTOTAGMINA- transportowe białko wiążące Ca, występuje w pęcherzykach synaptycznych zaangażowane w egzocytozę i uwalnianie neuroprzekaźników

KALRETIKULINA- białko wiążące Ca w retikulum endoplazma. kom. mięśni gładkich szkieletowych oraz kom. niemięśniowych

FOSFOLAMBAN- polimeryczna lipoproteina w retikulum sarkoplazmatycznym, która moduluje jego funkcje, ulega fosforylacji przez kinazy białkowe zależe od CAMP, Ca, kalmoduliny

KALNEKSYNA- białko błonowe kontrolujące przemieszczanie się białek przez retikulum endoplazmatycznej i prawidłowe fałdowanie glikoprotein

OSTEOKALCYNA- małe kwaśne białko, występuje w kościach, dentynie, osoczu- zawiera 1-2% całkowitego Ca w kościach. Nowa rola osteokalcyny- wzrost wydzielania i wrażliwości na insulinę?

KALMODULINA- wewnątrzkom. białko pośredniczące we wpływie Ca na różne enzymy i funkcje komórkowe; 148 aminokwasów

Sekwencja aminokwasowi CaM u zwierząt, roślin, grzybów i protozoa różni się w niewielkiej liczbie

Sekwencja ludzkiej CaM jest identyczna w sekwencji CaM ryb, żab, ptaków i innych ssaków

CaM została odkryta w 1970 niezależnie przez dwa laboratoria pracujące nad regulacją fosofodiesterazy CAMP- aktywacja enzymu wymagała nieznanego czynnika wiąż. Ca

-w 1978 aktywator fosfodiesterazy okazał się aktywatorem wielu inych białek i nazwany calcium dependent regulator lub modulator

-w 1979 baiłko zostało nazwane kaloduliną

ApoCaM składa się z dwóch globularnych podjednostek w kształcie dzwonów połączonych giętkim łącznikiem

-każda podjednostka zawiera parę miejsc o wysokim powinowactwie do Ca nazywamy EF-hands

-po związaniu Ca CaM Mozę przyjmować różne kształty- zależne od docelowej cząsteczki podlegającej regulacji

Domeny funkcjonalne kalmoduliny- EF-hands

Od kalmoduliny do regulacji ekspresji genów

Kalmodulina

Ca-CaM wiąże liczne kinazy fosfatazy, białka sygnalne i strukturalne wpływające na wiele procesów- uwalnianie neuroprzekaźników, skurcz mięśnia, metabolizm, apoptozę, zapalenie, organizację białek błonowych i ruchy cytoszkieletu.

Apo-CaM może wiązać za pośrednictwem innych miejsc niż Ca-CaM- neuroproteiny, białka strukturalnei sygnale zaangażowane w uwalnianie neuroprzekaźników, wzrost nerwów, rozkurcz mięśni, wewnatrzkom. przemieszczanie się organelli

Wit. D i Ca w różnych stanach patologicznych:

Prekursor Wit. D - cholesterol

7-dehydroholesterol

witamina D₃

cholekalcyferol

wątroba, hydroksylacja w poz. 25

25(OH)D3

Nerki, PTH przy niskim stęż Ca2+

CYP 1 alfa

Aktywna cząsteczka 1 alfa 25(OH)₂D₃

Kalcytriol (wzrost stęż Ca2+ w krążeniu, wzrost resorpcji zwrotnej) hamowanie wydzielania hormonu przytarczyc

Mechanizmy działania kalcytriolu:

-przez wpływ na poziom Ca i wiążących go białek

-za pośrednictwem własnych receptorów (VDR) błonowych i jądrowych

Stężenie 25(OH)D (prekursor kalcytriolu) w krążeniu a stan odżywienia Wit D i wapniem:

Deficyt Wit. D	0-25nmol/l	Nadczynność przytarczyc Krzywice, osteomalacje
niedobór	>25-50 nmol/l	Wzrost poziomu parahormonu Zmniejszenie wchłaniania Ca Mniejsza gęstośc kości miopatis
Hipowitaminoza Wit. D	>50-70˜100 nmol/l	Niski poziom Wit. D Wzrost PTH
Poziom adekwatny	70˜100-250 nmol/l
p. toksyczny	>250 nmol/l	Hiperkalcemia Hiperabsorpcje Ca w jelicie

Stężenie 25(OH)D jest ujemnie skorelowane z szerokością geograficzną

NADCIŚNIENIE:

-nadciśnienie pierwotne jest związane z niskim stęż. Ca w podwyższonym stęż. PTH w krążeniu

-kalcytriol jest negatywnym regulatorem układu renina-angiotensyna - podawanie Wit. D obniża aktywnośc reniny w osoczu, poziom angiotensyny II, cieśn.. krwi, hipertrofie mięśnia sercowego

Angiotensyna

renina

Angiotensyna I

Angiotensyna II

Wzrost ciśnienia tętniczego krwi

-naświetlenie UVB, ale nie VVA podnosi poziom 25(OH)D, obniża PTH i ciśnienie

AKTYWATOROWE DZIAŁANIE WIT. D. Wpływ spożycia wapnia na skład ciała:

Diety o wysokim poziomie Ca:

-mniejsze gromadzenie lipidów w adipocytach i przyrost masy ciała na dietach wysokoenergetycznych

-zwiększa lipolizę i utrzymują termogenezę podczas restrykcji energetycznych

-wzrost poziomu kalcytriolu w odpowiedzi na niski poziom Ca w diecie stymuluje napływ Ca do wnętrza adipocytów

-wewnątrzkom. wzrost poziomu Ca stymuluje ekspresję enzymów lipogenicznych i litogenezę, hamuje lipolizę

-diety wysokowapiowe hamuja wydzielanie kalcytriolu i tym samym lipogenne działanie Ca w adipocytach

Mleczne źródła Ca hamują przyrost masy tłuszczu i ciężaru ciała w stopniu większym niż suplementy Ca prawdopodobnie ze względu na obecność związków bioaktywnych- inhibitorów enzymu konwertującego angiotensynę i aminokwasów rozgałęzionych, które działają synergistycznie z wapniem.

Badania kliniczne i epidemiologiczne potwierdzają koncepcję wpływu Ca na zawartość tk. tłuszczowej w ciele:

-dieta zaw. co najmniej 3 porcje prod. mlecznych powoduje istotną redukcję masy ciała u otyłych ludzi bez restrykcji kalorycznych i znacznie przyspiesza ubytek masy ciała towarzysząc ograniczeniom energetycznym.

Glukoza i kw. tłuszczowy- obniża poziom hormonu wzrostu (greliny)

Na cząst. już istniejące cząst. enzymów- zmiana konformacji

Wpływ na proces syntezy białka (na ekspresję genów)

Droga szybsza (sek)

Droga wolniejsza (min)

---