Кальций биологическая роль: Ошибка 404. Запрашиваемая страница не найдена

Содержание

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Исследуемый материал
Волосы

Метод определения
Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).

Жизненно необходимый (эссенциальный) макроэлемент.

Данное исследование входит в состав Профиля:

См. также отдельное исследование:

Для исследования данного микроэлемента в Профилях также принимается другой биоматериал:

Кальций (40,08 а.е.м.) — важнейший макроэлемент организма. Он участвует во многих жизненно важных процессах. 99% кальция организма входит в структуру костной ткани, обеспечивая её прочность. Необходимая концентрация кальция в крови поддерживается в жёстких пределах с помощью различных механизмов регуляции процессов метаболизма костной ткани, абсорбции в желудочно-кишечном тракте, реабсорбции в почках.

Содержание кальция в волосах и ногтях, в отличие от его содержания в крови, колеблется в широких пределах. Уровень кальция в этих биоматериалах не связан прямо с уровнем потребления кальция. Повышение уровня кальция в волосах может отражать не только его избыточное поступление в организм, но и, напротив, повышенную мобилизацию и потерю кальция из костей (например, при остеопорозе в менопаузе). Снижение уровня кальция в волосах наблюдали в случаях инфарктов миокарда, сопровождающихся повышением кальцификации аорты.

У детей в период активного роста, для которого характерно повышенное потребление кальция, его уровень в волосах может снижаться и не показывать корреляции с уровнем его поступления.

Кальциевый обмен и содержание кальция в тканях связаны с метаболизмом других металлов и анионов: фосфора, магния, железа, цинка, кобальта, калия, натрия, тяжелых металлов. Метаболизм кальция изменяется при стрессорных ситуациях, длительном постельном режиме, патологии почек, поджелудочной и щитовидной желёз и при применении лекарственных препаратов.

Литература

Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М., Изд. дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004 г., 272 с.

Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПБ., Наука, 2008 г., 544 с.

Сдать анализ крови на кальций в Челябинске

Сдать анализ крови на кальций в Челябинске

Кальций (Са, Calcium) — самый распространенный неорганический элемент в организме человека. Биологическая роль кальция в организме велика: кальций поддерживает нормальный сердечный ритм, как и магний, кальций способствует здоровью сердечно-сосудистой системы в целом участвует в обмене железа в организме, регулирует ферментную активность, способствует нормальной работе нервной системы, передаче нервных импульсов, действуя сообща, фосфор и кальций делают кости крепкими, а зубы здоровыми, участвует в свертывании крови, регулирует проницаемость клеточных мембран, нормализует работу некоторых эндокринных желез, свойства кальция помогают избавиться от бессонницы, участвует в сокращении мышц.
Наряду с железом, кальций — самое дефицитное минеральное вещество в организме женщины. Для восполнения суточной нормы кальция человек должен употреблять в пищу содержащие кальций продукты питания. Главные источники кальция — творог, молоко, молочные продукты, сыры, соевые, бобы, сардины, лосось, арахис, грецкие орехи, семечки подсолнуха, зеленые овощи (брокколи, сельдерей, петрушка, капуста), чеснок, редька. Важно отметить, что действие кальция в продуктах, богатых кальцием, может быть нейтрализовано определенными продуктами питания. Антагонисты кальция — щавелевая кислота (содержится в шоколаде, щавеле, шпинате), большое количество жира, фитиновая кислота (содержится в зернах) — мешают усвоению кальция.

Норма кальция Са в крови: 2,15 — 2,50 ммоль/л.

Повышенное содержание кальция или гиперкальцемия могут вызываться следующими нарушениями в организме человека:

повышенная функция паращитовидных желез (первичный гиперпаратиреоз)

злокачественные опухоли с поражением костей (метастазы, миелома, лейкозы)

саркоидоз

избыток витамина Д

обезвоживание

тиреотоксикоз

туберкулез позвоночника

острая почечная недостаточность.

Пониженное содержание кальция или гипокальциемия — симптом следующих заболеваний:

рахит (дефицит витамина D)

остеопороз

остеомаляция

снижение функции щитовидной железы

хроническая почечная недостаточность

дефицит магния

панкреатит

механическая желтуха, печеночная недостаточность

кахексия (истощение)

нехватка кальция может быть связана и применением медицинских препаратов — противоопухолевых и противосудорожных средств.

Дефицит кальция в организме проявляется судорогами мышц, нервозностью, бессонницей,

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Метод определения
Масс-спектрометрия c источником ионов в виде индуктивно связанной плазмы (ИСП-МС).

Исследуемый материал
Волосы

Доступен выезд на дом

Жизненно необходимый (эссенциальный) макроэлемент.

Данное исследование входит в состав Профиля:

См. также отдельное исследование:

Для исследования данного микроэлемента в Профилях также принимается другой биоматериал:

Литература

Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М., Изд. дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004 г., 272 с.

Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПБ., Наука, 2008 г., 544 с.

Кальций, ногти (Calcium, nails; Ca)

Метод определения
Масс-спектрометрия c источником ионов в виде индуктивно связанной плазмы (ИСП-МС).

Исследуемый материал
Ногти

Доступен выезд на дом

Жизненно необходимый (эссенциальный) макроэлемент. Данное исследование входит в состав Профиля:

См. также отдельное исследование:

Для исследования данного микроэлемента в Профилях также принимается другой биоматериал:

Информацию по физиологической роли кальция, основным методам лабораторной оценки состояния кальциевого метаболизма и диагностики патологических состояний, связанных с нарушением метаболизма кальция подробнее, см. тесты: № 37 (кальций сыворотки и плазмы), № 113 (кальций, суточная экскреция с мочой), № 165 (ионизированный кальций плазмы), № 102 (паратгормон), № 171 (кальцитонин), тесты диагностики остеопороза – № 203 (бета-CrossLaps), № 146 (остеокальцин), № 147 ( ДПИД). Кальций (40,08 а.е.м.) — важнейший макроэлемент организма. Он участвует во многих жизненно важных процессах. 99% кальция организма входит в структуру костной ткани, обеспечивая её прочность. Необходимая концентрация кальция в крови поддерживается в жёстких пределах с помощью различных механизмов регуляции процессов метаболизма костной ткани, абсорбции в желудочно-кишечном тракте, реабсорбции в почках. Содержание кальция в волосах и ногтях, в отличие от его содержания в крови, колеблется в широких пределах. Уровень кальция в этих биоматериалах не связан прямо с уровнем потребления кальция. Повышение уровня кальция в волосах может отражать не только его избыточное поступление в организм, но и, напротив, повышенную мобилизацию и потерю кальция из костей (например, при остеопорозе в менопаузе). Снижение уровня кальция в волосах наблюдали в случаях инфарктов миокарда, сопровождающихся повышением кальцификации аорты. У детей в период активного роста, для которого характерно повышенное потребление кальция, его уровень в волосах может снижаться и не показывать корреляции с уровнем его поступления. Кальциевый обмен и содержание кальция в тканях связаны с метаболизмом других металлов и анионов: фосфора, магния, железа, цинка, кобальта, калия, натрия, тяжелых металлов. Метаболизм кальция изменяется при стрессорных ситуациях, длительном постельном режиме, патологии почек, поджелудочной и щитовидной желёз и при применении лекарственных препаратов.

Литература

Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М., Изд. дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004 г., 272 с.

Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПБ., Наука, 2008 г., 544 с.

Кальций, ногти (Calcium, nails; Ca)

Исследуемый материал
Ногти

Метод определения
Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).

Жизненно необходимый (эссенциальный) макроэлемент.

Данное исследование входит в состав Профиля:

Роль магния в регуляции физиологических процессов в организме

В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари называли ее горькой солью, а также английской или эпсомской. Химики при действии на растворы этой соли содой или поташом получали белый осадок — основной карбонат магния. Это была белая магнезия (magnesia alba), ее применяли (и сейчас применяют) наружно как присыпку, а внутрь — при повышенной кислотности и как легкое слабительное. Основной карбонат магния изредка встречается в природе, и белая магнезия также известна с древних времен. В 1808 году английский химик Гемфри Дэви при электролизе слегка увлажненной белой магнезии с ртутным катодом получил амальгаму нового металла (она содержала до 3 % магния), который он выделил отгонкой ртути и назвал магнезием (Р. Ляндрес, 1979).

Биологическая роль

Магний — один из важных биогенных элементов, который в значительных количествах содержится в тканях животных и растений. Он является одним из 12 основных структурных химических элементов, составляющих 99 % элементного состава организма человека. Магний — макроэлемент, который по количеству содержания в организме занимает четвертое место после натрия, калия и кальция. В организме взрослого человека содержится около 25 г магния. Наряду с калием магний представляет собой типичный внутриклеточный катион, который служит обязательным кофактором ферментов, регулирующих различные функции организма (В.В. Коломиец, Е.В. Боброва, 1998).

Магний — составная часть минерального вещества костей, участник работы трансфосфорилирующих ферментов и амино-ацил-тРНК-синтетаз, обеспечивающих условия для трансляции белков. В электрофизиологических процессах определенное значение имеет роль магния как антагониста кальция, проявляющаяся в их различном влиянии на ЦНС. В клетках организма содержится около 40 % от общего количества магния, и около 60 % его находится в костях скелета. При этом до 30 % этих запасов может быть достаточно быстро мобилизовано. В межклеточном пространстве находится до 1 % магниевого депо. Концентрация этого элемента в сыворотке крови — 0,8–1,2 ммоль/л. Приблизительно 60 % сывороточного магния ионизировано, Mg²⁺ является необходимой формой для восприятия клетками организма. Оставшаяся часть магния — это фракции, связанные с белками, фосфатами и цитратами.

Динамика магния в организме

Магний всасывается в тонком кишечнике при участии витамина D примерно на 40 % от его поступления с пищей. Избыток фитиновой кислоты и жирных кислот, а также алкоголь отрицательно влияют на его абсорбцию. Высокие концентрации магния в кишечном содержимом мешают всасыванию кальция, но не наоборот. Магний интенсивно экскретируется почками, однако регуляторные системы организма направлены на сохранение постоянной концентрации магния. Поэтому эффективность канальцевой реабсорбции может достигать 95 %. Почки варьируют экскрецию магния в равновесном по отношению к поступлению этого электролита режиме, в широчайшем диапазоне — от 1 до 250 мг в день. Алкоголь препятствует реабсорбции магния в нефронах. Кальций и магний конкурируют при реабсорбции, что обусловливает их тесную связь при поступлении в организм (A. Fleckenstein, 1998).

Ионы магния играют важнейшую роль в процессах регуляции практически всех органов и систем. Он является необходимым элементом для нормального обмена веществ. Этот катион — универсальный регулятор биохимических и физиологических процессов в организме. Неоценимо его участие и в энергетическом, пластическом и электролитном обменах.

Магний выступает в роли регулятора клеточного роста, необходим на всех этапах синтеза белковых молекул. Он является облигатным кофактором более 300 ферментных систем. Магний — незаменимый элемент триады Ca, P, Mg, обмен которых тесно взаимосвязан. Он принимает участие в обмене фосфора, энергетическом обмене, синтезе АТФ, обмене углеводов, регулирует гликолиз, уменьшает накопление лактата, участвует в построении костной ткани, обеспечивает функциональную способность нервной и мышечной тканей.

Особое значение имеет его участие в процессах мембранного транспорта, требующего больших энергетических затрат. Магний способствует фиксации калия в клетке и обеспечивает поляризацию клеточной мембраны. При регулировании мышечной возбудимости магний является естественным антагонистом Са. В определенных дозах он способен сдерживать сокращение изолированной гладкой и поперечно-полосатой мускулатуры независимо от причины этих спонтанных сокращений. Магний служит фактором расслабления миоцита, так как активный транспорт Са в цистерны, обеспечивающий снижение его концентрации в цитоплазме и приводящий к прекращению взаимодействия сократительных белков, осуществляется за счет гидролиза АТФ с участием кальций-магнийзависимой АТФазы саркоплазматического ретикулума. Кроме того, магний конкурирует с Са на селективных каналах мембраны клетки и на месте связывания кальция на сократительном аппарате миоцитов.

В организме человека в большинстве клеточных реакций поставщиком энергии является молекула АТФ. Мало кто знает, что в ее состав входит и магний. Таким образом, получается, что магний является тем элементом, который играет важную роль и в энергетике организма. Кроме того, магний является важным кофактором некоторых аденилатциклаз, фосфатаз и фосфорилаз, участником трансфосфорилирования, что связывает его и с фосфором в организме. Магний очень важен для нормальной активности клеточных мембран, способствуя всасыванию фосфора, калия, витаминов группы В, С, Е в кишечнике.

Патология

В последние годы все большее значение в патогенезе и развитии клинических симптомов самых различных патологий придается недостаточности и/или дисбалансу макро- и микроэлементов. Одним из наиболее часто встречающихся состояний в современном мире является дефицит магния (С.Г. Бурчинский, 2005). Его огромная роль в регуляции физиологических процессов обусловливает и разнообразную симптоматику, которая наблюдается при гипомагниемии.

Дефицит магния встречается значительно чаще, чем принято думать. Причиной этого является уменьшение его содержания в рафинированных продуктах питания. В каждодневном рационе обычно слишком мало продуктов, содержащих магний.

К недостатку магния в организме также приводят неправильный образ жизни, похудение с применением одностороннего пищевого рациона, слишком жирная пища, неправильное питание (избыток сладостей и продуктов из белой муки, жареных и жирных блюд), питание с большим содержанием кальция или недостаток витаминов В₁, В₂ и В₆, алкоголизм, курение, излишек фосфатов, употребление слабительных средств и диуретиков, некоторых антибиотиков, экстремальные виды спорта, беременность, кормление грудью, хронический стресс и экологические катаклизмы (большую часть своих скудных запасов магния организм тратит на борьбу со смогом, задымленностью, стрессом, пестицидами и т.д.). К тому же по мере старения и приобретения социальных болезней (ожирение, сахарный диабет типа 2, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда, ПМС и др.) мы употребляем все меньше пищи, содержащей магний (орехи, семечки и др.), все больше продуктов, содержащих белки и жиры, и принимаем больше различных лекарственных препаратов, истощающих запасы магния. Кроме того, алкоголь, токсикомания, наркомания, распространенные в наше время, усугубляют ситуацию — приводят к еще большим потерям магния.

Дефицит магния сложно диагностировать. Легкодоступный в клинике анализ крови не дает полной информации о содержании магния в организме, поскольку снижение концентрации магния может быть компенсировано его высвобождением из депо костей. Тем не менее при обнаружении концентрации ниже 0,8 ммоль/л в плазме крови практически можно поставить диагноз дефицита магния.

Недостаток магния может вызвать разнообразную симптоматику. Симптомы можно разделить на 4 группы:

1. Мышечно-тонические: мышечные судороги в области затылка, спины, лица, снижение слуха, парестезии конечностей, судороги икроножных мышц, мышц стоп и т.д.

2. Сердечно-сосудистые: стенокардия, тахикардия, экстрасистолия, аритмия, повышенная склонность к тромбозу, нарушение кровотока, головная боль, мигренеподобные состояния.

3. Церебральные: цефалгии, головокружение, страх, депрессия, снижение концентрации внимания, нарушения памяти, спутанность сознания и т.д.

4. Висцеральные: диффузные абдоминальные боли, кардиалгии, желудочно-кишечные спазмы, тошнота, рвота, диарея, запор, пилороспазм, спазм матки, бронхов, обострение бронхиальной астмы и т.д.

Многие ученые придают огромное значение дефициту магния как причинному фактору развития предменструального синдрома (Е.А. Межевитинова, В.Н. Прилепская, Н.М. Назарова, 2006). Отмечено, что у здоровых женщин перед менструацией количество магния в эритроцитах увеличивается. У женщин же, страдающих ПМС, наоборот, количество магния в эритроцитах снижается на 20–40 % по сравнению с нормой. Имеются данные, что у женщин с ПМС концентрация ионизированного магния во 2-ю фазу цикла понижена, а Са²⁺/Mg²⁺-коэффициент повышен.

Mauskop и Altura в 2003 г. доказали, что при менструальной головной боли снижается уровень ионизированного Mg²⁺ в крови и повышается Са²⁺/Mg²⁺-коэффициент. Недостаток магния может сопровождаться гиперагрегацией тромбоцитов и приводить к развитию сосудистой патологии.

Учитывая то, что Са способствует сокращению мышц, а Mg — их расслаблению, действуя как конкурентный блокатор кальциевых каналов, дефицит Mg и увеличение Са²⁺/Mg²⁺-коэффициента может стать причиной тонических состояний.

Лечение данной патологии должно включать комплекс нефармакологических и фармакологических средств. Свое место здесь находит и препарат Магнефар . При любых алгических симптомах, особенно при кардиалгиях, абдоминалгиях, цефалгиях, необходимо тщательное соматическое обследование для исключения органических заболеваний со стороны сердца, мозга и желудочно-кишечного тракта. И только при исключении органической патологии следует думать о медикаментозном лечении. Наряду с другими препаратами назначение магния, способствующего расслаблению мышц, приводит к ослаблению и исчезновению симптоматики.

Особое значение дефицит магния приобретает в акушерско-гинекологической практике. Гипомагниемия при беременности обусловлена, как уже упоминалось, как высокой потребностью в этом элементе, необходимом для обеспечения полноценного роста и развития плода, так и повышенным выделением магния почками. Существенную роль могут играть стрессовые ситуации, рвота в ранние сроки беременности, заболевания желудочно-кишечного тракта и другие осложнения (В.В. Коломиец, Е.В. Боброва, 1999).

Особенно актуальна данная проблема в третьем триместре беременности. Наиболее низкие значения концентрации магния в крови беременных женщин выявляются при поздних гестозах, в частности при эклампсии (О.А. Громова и соавт., 1998). Важным фактором, усугубляющим гипомагниемию и, соответственно, клиническое течение патологических состояний, является наличие в анамнезе гипертонической болезни (И.С. Чекман, Н.А. Горчакова, С.Л. Николай, 1996). Не менее значима роль дефицита магния в невынашивании беременности (Э.Н. Златопольска, 1998). В этих условиях происходит патологическая активация кальцийзависимых контрактильных реакций в миометрии и возрастает угроза прерывания беременности, особенно во втором-третьем триместрах. Кроме того, гипомагниемия способствует развитию повышенной возбудимости ЦНС, что провоцирует центральные механизмы спастической реакции матки.

При сопутствующей гипертонической болезни нарушается кровоснабжение плаценты и фетоплацентарного комплекса, повышается содержание в крови вазоконстрикторных факторов (ренин, ангиотензин II, простагландины F, серотонин), что усугубляет риск невынашивания беременности (П.Н. Горскин, 1990).

Кроме того, магний является физиологическим регулятором продукции альдостерона. Его недостаточность вызывает гипертрофию гломерулярной зоны коры надпочечников, ведет к увеличению секреции альдостерона и задержке жидкости в организме. Появление отеков обусловливает возникновение жалоб на пастозность конечностей, метеоризм, головную боль. При недостатке магния развивается относительная гиперэстрогения. Под влиянием избыточного уровня эстрогенов увеличивается секреция печенью ангиотензиногена. Высокий уровень ангиотензина II способствует увеличению уровня альдостерона, который, в свою очередь, приводит к задержке жидкости в организме и отекам (J. Pratt, 1976). В литературе имеется множество сообщений о задержке жидкости в организме. По мнению большинства авторов, это одно из проявлений дисбаланса в нейроэндокринной системе. При активации ренин-ангиотензиновой системы повышается уровень серотонина в плазме крови. В свою очередь он контролирует ренин-ангиотензиновую систему по принципу обратной связи. Магний блокирует кальциевые каналы и одновременно действует на все первопричины гипертензии, избыток инсулина в крови, низкий уровень калия, гипертонус и спазм кровеносных сосудов, расслабляя сосуды и снижая кровяное давление в них (В.В. Коломиец, 1999). Так, 50 % пациентов, у которых наблюдается гипертензия, страдают от гипомагниемии.

Продемонстрирована высокая эффективность препаратов магния в лечении невынашивания беременности прежде всего во втором и третьем триместрах (И.Г. Пуркин, М.Г. Коломий, 2001), причем как в случае угрозы прерывания, так и в начале самопроизвольного аборта при условии целостности плодного пузыря. Терапию начинают с острого токолиза путем внутривенного введения сульфата магния, внутримышечное его введение с успехом может быть заменено на пероральный прием указанной комбинации. В последующем при благоприятном эффекте целесообразен переход на пероральную терапию на протяжении 2–3 недель.

Эффективность лечения пероральными препаратами, содержащими магний и витамин В₆, достаточно высока. Более чем у 85 % женщин происходит дальнейшее развитие беременности, причем даже при наличии отягощенного акушерского анамнеза, в частности при истмико-цервикальной недостаточности (Г.А. Кореньков, 1999).

Следует отметить высокий уровень безопасности данных лекарственных средств. Из побочных эффектов отмечали только проявления диареи и умеренную гипотензивную реакцию. При угрозе невынашивания у женщин с артериальной гипертензией гипотензивное действие может играть и терапевтическую роль, таким образом, препарат оказывает комплексный патогенетический эффект.

Комбинированные препараты, содержащие магний и витамин В₆, оказались весьма эффективными не только в лечении, но и в профилактике невынашивания беременности, поздних гестозов, в частности эклампсии.

При длительном профилактическом приеме (начиная с 14–16-й недели беременности вплоть до родов) действие комбинированных препаратов, очевидно, связано не только со спазмолитическими свойствами, но и с благоприятным влиянием на психоэмоциональное состояние женщины, ослабляющим негативные последствия различных стрессовых воздействий. Также немаловажным фактом является нормализация гормонального баланса, прежде всего устраняющая прогестероновую недостаточность (П.Р. Рубен, 2001; И.Г. Кошелева, В.Ю. Аркадин, 2001).

В связи с повышенным риском развития поздних гестозов у беременных с гипертонической болезнью вполне оправдано максимально раннее включение данных препаратов в схемы лечения и профилактики эклампсии. Дополнительным положительным фактором является их благоприятное влияние на фетоплацентарный комплекс, а также на реакции плода (К.Р. Кошелев, 1999).

Таким образом, целесообразность применения комбинированных лекарственных средств, содержащих магний и витамин В₆, в акушерской практике определяется следующим:

— необходимостью нормализации содержания магния в организме в условиях повышенной потребности в нем и уменьшения риска развития его дефицита;

— профилактикой невынашивания беременности и эффективной терапией угрозы ее прерывания;

— профилактикой развития поздних гестозов за счет нормализации психоэмоционального состояния, гемодинамики и гормонального баланса;

— высоким уровнем безопасности.

В последние годы в психофармакологии наблюдается повышенный интерес к препаратам метаболического действия. Этот интерес можно объяснить несколькими причинами. Препараты, прицельно влияющие на определенные нейромедиаторные системы, оказывают на центральную нервную систему мощное воздействие, последствия которого не до конца ясны (так как сами нейрохимические механизмы различных психических состояний не до конца известны) и не могут быть точно спрогнозированы. Препараты метаболического действия часто сами являются естественными метаболитами, как, например, аминокислоты, или имеют экзогенное происхождение, но являются необходимой частью обмена веществ, как, например, микроэлементы.

Метаболические средства безопасны, действуют мягко, используют главным образом возможности саморегуляции без истощения ресурсов больного организма. В этом отношении привлекает внимание оригинальный препарат Магнефар, представляющий собой комбинацию микроэлемента магния и пиридоксина. Важно учесть, что это первый лекарственный препарат, в котором магний находится в виде легкоусвояемой соли аспарагиновой кислоты. Являясь дополнительным источником аспарагиновой кислоты, позитивно влияет при психическом и физическом истощении, в период реконвалесценции, при интеллектуальных нарушениях. Таблетки можно растворять в воде, что удобно для пациентов. В психиатрии и неврологии магний используют для коррекции метаболических нарушений и как седативное средство, в том числе для лечения тревоги, повышенной возбудимости, раздражительности, астении, нарушений сна, боли и спазма мышц. Известно, что ионы магния во внеклеточной жидкости ингибируют выброс нейромедиаторов (ацетилхолина и катехоламинов). За счет этого магний оказывает тормозящее действие на центральную нервную систему, расслабляет мышечные волокна, являясь, таким образом, естественным антистрессовым фактором. Магнефар рекомендуется при физическом или умственном переутомлении, в период роста у детей, лицам пожилого возраста, особенно при наличии в анамнезе сердечной недостаточности или артериальной гипертензии.

Ограничением к применению солей магния является необходимость назначать их в основном парентерально из-за недостаточно хорошего всасывания в желудочно-кишечном тракте. Расширились возможности для приема препаратов магния внутрь после появления комбинированных средств, содержащих магний и пиридоксин (витамин В₆).

Витамин В₆ и магний обладают взаимопотенцирующим действием. Кроме того, пиридоксин существенно улучшает всасывание магния в кишечнике и увеличивает его внутриклеточную концентрацию и фиксацию в клетке. Комплексное применение препаратов магния и такого нейротропного витамина, как пиридоксин, обусловило их широкое использование в неврологии, психиатрии и наркологии, а также при лечении любых состояний, сопровождающихся психоэмоциональным напряжением.

Препараты магния и пиридоксина успешно устраняют тревогу и ее соматовегетативные проявления. Эти средства сочетаются с другими психотропными лекарствами и не изменяют их метаболизм. Кроме того, они корригируют побочные экстрапирамидные и соматовегетативные действия нейролептических средств. Комбинация магния и пиридоксина может применяться как анксиолитик в качестве монотерапии или в сочетании с антидепрессантами, нейролептиками, транквилизаторами, снотворными. Препараты магния, в отличие от транквилизаторов, не взаимодействуют с алкоголем, поэтому нарушение режима трезвости амбулаторным больным не вызовет опасных осложнений. Кроме того, в наркологии роль соединений магния чрезвычайно важна при лечении алкогольного похмельного синдрома: эти препараты эффективно купируют вегетативные проявления абстиненции в виде потливости, тремора, гипертензии, а также улучшают психическое состояние — уменьшают раздражительность, тревогу, снижают патологическое влечение к алкоголю, улучшают сон.

В случае необходимости возможна одномоментная или постепенная замена бензодиазепиновых транквилизаторов на комбинацию магния и пиридоксина. Такая противотревожная терапия может продолжаться много месяцев без риска привыкания или возникновения состояния отмены.

Магнефар — это оптимальная комбинация магния и витамина В₆. 1 таблетка содержит 500 мг магния гидроаспарагината тетрагидрата (соответствует 34 мг Mg²⁺), 5 мг пиридоксина гидрохлорида. Витамин В₆ способствует усвоению магния в кишечном тракте, проникновению магния в клетки, удерживает его внутри клеток. В свою очередь, магний способствует активации витамина В₆ в печени и снижает токсический эффект других лекарственных препаратов на печень. Комбинированное применение витамина B₆ и магния восполняет дефицит этих веществ, возникающий вследствие неполноценного питания, при заболеваниях пищеварительной системы, а также в ряде других случаев. В упаковке 60 таблеток, предназначенных для 2-месячного курса профилактики дефицита магния.

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Исследуемый материал
Волосы

Метод определения
Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС).

Жизненно необходимый (эссенциальный) макроэлемент.

Литература

Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М., Изд. дом «Оникс 21 век»: Мир, 2004 г., 272 с.

Оберлис Д., Харланд Б., Скальный А. Биологическая роль макро- и микроэлементов у человека и животных. СПБ., Наука, 2008 г., 544 с.

Кальций в биологических системах — ScienceDirect

В физиологических жидкостях ион кальция принимает участие во многих процессах. Среди них — сокращение мышц, образование микротрубочек, гормональные реакции, экзоцитоз, оплодотворение, высвобождение нейромедиаторов, свертывание крови, стабилизация белка, межклеточная коммуникация, минерализация и слияние клеток, адгезия и рост. Большинство из этих связанных с Ca ²⁺ активностей происходит за счет взаимодействий с белками, которые Ca ²⁺ может стабилизировать, активировать и модулировать.

Во внеклеточных жидкостях концентрация свободного или слабосвязанного Ca ²⁺ составляет около 1 м M . Во многих клетках концентрация свободного Ca ²⁺ в цитозоле составляет всего 0,1 мкМ M , что в 10 ^{-4 в} раз меньше, чем во внеклеточных жидкостях. Клеточные мембраны содержат насосы, Са-АТФазы, которые помогают поддерживать необычный градиент концентрации. Однако значительное количество Ca ²⁺ находится внутри клеток, причем некоторые из них прочно связаны с белками.В ответ на раздражитель концентрация свободного Ca ²⁺ может увеличиваться примерно в 10 раз. Таким образом, белки, которые участвуют в этих ответах, обладают константами диссоциации Ca ²⁺ в диапазоне μ M . Изменение концентрации цитозольного Ca ²⁺ достигается быстро, а свободный Ca ²⁺ служит посредником или триггером для других взаимодействий.

Ca ²⁺ сайта в белках состоят из отрицательно заряженных и нейтральных доноров кислорода; доноры азота кажутся маловероятными, и не были обнаружены.Белковые доноры кислорода происходят из карбоксилатных групп, карбонильных атомов кислорода амидной основной цепи и гидроксильных групп сериновых и треониновых боковых цепей.

Ca ²⁺ различается по своему координационному числу и длинам связей. Частота координационных чисел Ca ²⁺ уменьшается в порядке 8> 7> 6> 9. Координация около Ca ²⁺ в основном ионная и сферическая. Расстояния связей Ca ²⁺ O составляют от 2,3 до 2,6 Å. В растворе, даже в пределах одного комплекса, могут быть различия в расстояниях связи и, во многих случаях, в координационном числе.Для связывания Ca ²⁺ белки создают карман подходящего размера и формы с двумя или более отрицательно заряженными боковыми карбоксилатными цепями. Конкретные приложения этих общих принципов появляются в других статьях этого симпозиума и в Vol. 17 из « Ионы металлов в биологических системах », Х. Сигель, изд.

За исключением разницы зарядов, обычно не критичной, триположительные ионы лантаноидов имитируют многие свойства Ca ²⁺. Передача энергии от соседнего возбужденного ароматического хромофора вызывает люминесценцию Tb ³⁺.Спектр и относительная интенсивность по сравнению с общей интенсивностью люминесценции циркулярно поляризованной люминесценции парвальбумина и тропонина-С почти идентичны. Следовательно, специфические сайты связывания Ca ²⁺ в двух типах белков подобны. Спектр возбуждения идентифицирует донорную группу в процессе передачи энергии как боковую цепь фенилаланина в парвальбумине и боковую цепь тирозина в тропонине-C. Две аминокислоты составляют гомологичные пары в двух белках.

роль в гомеостазе кальция и передаче сигналов

Mol Cell. Авторская рукопись; доступно в PMC 2018 15 июня.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC5657234

NIHMSID: NIHMS880061

Центр исследования митохондриальной визуализации и диагностики MitoCare, Отделение патологии, анатомии и клеточной биологии Томаса Джеффа Университет, Филадельфия, Пенсильвания, США

Для корреспонденции и ведущего контактного лица: Дьердь Хайноцки, MD, PhD, [email protected], Центр MitoCare, Департамент патологии, анатомии и клеточной биологии, Университет Томаса Джефферсона, Филадельфия, Пенсильвания, США, 1020 Locust Street, Suite 527 JAH Окончательная отредактированная версия этой статьи доступна на Mol CellSee другие статьи в ЧВК, цитирующих опубликованную статью.

Резюме

Ca ²⁺ — это повсеместный внутриклеточный мессенджер, который контролирует различные клеточные функции, но может становиться токсичным и вызывать гибель клеток. Избирательный контроль конкретных целей зависит от пространственно-временного паттерна кальциевого сигнала и его декодирования с помощью множества настраиваемых и часто стратегически расположенных чувствительных элементов Ca ²⁺.Ca ²⁺ обнаруживается с помощью специализированных мотивов на белках, которые были биохимически охарактеризованы десятилетия назад. Однако область зондирования Ca ²⁺ была обновлена благодаря недавнему прогрессу в флуоресцентных технологиях, генетике и крио-ЭМ. Эти подходы выявили локальные механизмы восприятия Ca ²⁺ внутри органелл и на интерфейсах органелл, показали, как связывание Ca ²⁺ может работать для открытия некоторых каналов, и выявили мутации и нарушения у человека, связанные с различными Ca ²⁺ чувствительные белки.Здесь мы пытаемся поместить эти новые разработки в контекст внутриклеточного гомеостаза кальция и передачи сигналов.

Ключевые слова: Эндоплазматическая сеть, рецептор IP3, митохондрии, STIM1, MICU1, Miro1

Гомеостаз кальция и передача сигналов

Внутриклеточный свободный Ca ²⁺ Концентрация широко варьируется в зависимости от его местоположения. Цитоплазматический [Ca ²⁺] ([Ca ²⁺] _c) в условиях покоя составляет ∼10 ^-7 M, 10 ⁴ раза ниже, чем [Ca ²⁺] во внеклеточных milieu (∼10 ^-3 M).Внутри клетки уровни Ca ²⁺ в ядерном матриксе ([Ca ²⁺] _n) и в митохондриальном матриксе ([Ca ²⁺] _mt) аналогичны таковым в цитоплазме. . Однако другие внутриклеточные органеллы, известные как запасы Ca ²⁺, могут накапливать Ca ²⁺ и поддерживать более высокий [Ca ²⁺], чем цитоплазма (1-5 × 10 ^-4 M). Основным внутренним хранилищем Ca ²⁺ является эндоплазматический ретикулум (ER), а в мышечных клетках — саркоплазматический ретикулум.

Низкий уровень [Ca ²⁺] _c поддерживается за счет действия плазматической мембраны Ca ²⁺ транспортной АТФазы (PMCA) и обменника Na ⁺ / Ca ²⁺ (NCX) в покоящаяся клетка. При повышенном уровне [Ca ²⁺] _c эта активность дополняется саркоэндоплазматической сетью Ca ²⁺ -АТФазы (SERCA), которая заполняет запас Ca ²⁺ ER / SR, и в меньшей степени за счет митохондриальный унипортер Ca ²⁺ (mtCU).Все эти белки воспринимают и активируются Ca ²⁺, и, следовательно, любое повышение [Ca ²⁺] _c стимулирует удаление цитоплазматического Ca ²⁺, что приводит к гомеостатическому контролю [Ca ²⁺] _c (, зеленые стрелки). Тем не менее, различные клеточные стимулы, такие как деполяризация мембраны, внеклеточные сигнальные молекулы или внутриклеточные мессенджеры, способствуют увеличению [Ca ²⁺] _c со 100 нМ до 1 мкМ или более. Это увеличение является результатом либо притока внеклеточного Ca ²⁺ через каналы плазматической мембраны (PM) Ca ²⁺, либо высвобождения Ca ²⁺ из внутренних запасов в основном через 1,4,5-трифосфатный рецептор. (IP3R) и рианодиновый рецептор (RyR) из ER / SR (синие стрелки).Увеличение [Ca ²⁺] _c обычно крутое, за ним следует спад, вызывающий всплески [Ca ²⁺] _c или повторяющиеся колебания [Ca ²⁺] _c, которые являются поддерживается множественными положительными и отрицательными эффектами обратной связи Ca ²⁺, способствующими синхронизированной активации и быстрой дезактивации каналов Ca ²⁺, а также гомеостатической регуляцией механизмов удаления Ca ²⁺. Белки, регулируемые Ca ²⁺, имеют разные пороги активности в зависимости от их функции.Например, насосы PMCA и SERCA имеют высокое сродство к Ca ²⁺ и низкую скорость откачки (≈30 и ≈10 Гц соответственно) (Juhaszova et al., 2000; Lytton et al., 1992), что делает их подходящими. реагировать на умеренное повышение цитоплазматических уровней Ca ²⁺ и восстанавливать уровень Ca ²⁺ в покое. NCX и MCU демонстрируют более низкое сродство к Ca ²⁺ и более высокие скорости переноса (150 — 300 Гц для NCX, (Boyman et al., 2009)) и, таким образом, могут ограничивать большее [Ca ²⁺] _c переходные процессы.Каждый тип клеток представляет собой уникальную комбинацию каналов и насосов Ca ²⁺ для создания кальциевого сигнала, специфичного для определенного типа клеток и агонистов, который соответствует их физиологическим требованиям (Berridge et al., 2000).

Схематическое изображение белков, регулируемых Ca ²⁺, участвующих в: клеточном гомеостазе Ca ²⁺ и передаче сигналов

A) [Ca ²⁺] в различных клеточных компартментах показано зеленой шкалой в диапазоне от 100 нм (светло-зеленый) до 1 мм (темно-зеленый).Системы транспорта Ca ²⁺, которые увеличивают [Ca ²⁺] _c, выделены синим, а красным — те, которые уменьшают [Ca ²⁺] _c. Зеленые стрелки указывают на эффекты положительной и отрицательной обратной связи [Ca ²⁺] _c на системы транспорта Ca ²⁺. Б) Клеточные процессы, регулируемые кальциевой передачей сигналов, перечислены на этой схеме, а также основные регулируемые Ca ²⁺ белки, участвующие в каждом процессе.В скобках указаны Ca ²⁺-связывающие мотивы белков, регулируемых Ca ²⁺, которые могут принадлежать: белкам EF-hand (EF — EF hand домены; CaM — кальмодулин), аннексинам или Белки с мотивом C2 (C2).

Низкий уровень покоя [Ca ²⁺] _c и сигнал кальция должны строго регулироваться, потому что почти каждый аспект функции клеток контролируется Ca ²⁺, включая секрецию, экспрессию генов, сокращение мышц и метаболизм. , и любое нерегулируемое повышение [Ca ²⁺] может вызвать повреждение или гибель клеток () (Clapham, 2007; Hajnoczky et al., 2006; Неер и Сакаба, 2008). Кроме того, регуляция специфичных для органелл функций клеток может зависеть от распространения сигнала [Ca ²⁺] _c в специфические органеллы, такие как ядро, для событий регуляции генов (Zhang et al., 2009) и митохондриального матрикса для окислительного метаболизма. (Гриффитс и Раттер, 2009).

Молекулярные механизмы восприятия Ca

²⁺

Информация, закодированная в кальциевом сигнале, расшифровывается различными внутриклеточными мотивами связывания Ca ²⁺.Эти мотивы присутствуют в эффекторных белках, включая белки канала Ca ²⁺ (т.е. IP3R и RyR) и белки, опосредующие функции клетки, контролируемые Ca ²⁺ (например, изоцитратдегидрогеназа (ICDH) (). Ca ²⁺ -связывающие мотивы также присутствуют в специализированных белках, чувствительных к Ca ²⁺, которые связывают изменения в [Ca ²⁺] с широким спектром клеточных функций в зависимости от их локализации, паттерна модуляции и Ca ²⁺ источник.Эти белки либо просто связываются с эффекторными белками (например, кальмодулином (CaM), тропонином C), либо проявляют ферментативную активность (например, кальциневрин или кальпаин), чтобы передать эффект связывания Ca ²⁺ на эффекторные белки (соответственно). CaM может также придавать Ca ²⁺ -чувствительность ферментам, таким как Ca ²⁺ / CaM-зависимая протеинкиназа (CaMK), которая фосфорилирует многие эффекторы Ca ²⁺, изменяя их активность (). В зависимости от геометрии петли их сайта (ов) связывания Ca ²⁺, белки, связывающие Ca ²⁺, можно разделить на три семейства: белки EF-hand, аннексины и белки домена C2.

Различные типы Ca ²⁺-зависимой регуляции эффекторной функции в зависимости от локализации Ca ²⁺-связывающего мотива

Сайты связывания Ca ²⁺ могут присутствовать в эффекторных белках (A) и тем самым регулируют свою функцию Ca ²⁺-зависимым образом или в специализированных белках, чувствительных к Ca ²⁺ (B — D). Эти белки могут регулировать активность эффекторных белков с помощью Ca ²⁺-зависимой ассоциации (например, Ca ²⁺-связывающих белков, CaBP) (B) или с помощью посттрансляционных модификаций (C — D).Эти модификации проявляются ферментами, которые регулируются Ca ²⁺-зависимым образом, либо потому, что они имеют мотив связывания Ca ²⁺ (например, ферменты, связывающие Ca ²⁺, CaBEnzyme) (C), либо потому, что они связаны с CaBP (D).

EF-hand белки

EF-hand обозначает Ca ²⁺-связывающий мотив, который содержит Ca ²⁺-скоординированную петлю, фланкированную двумя α-спиралями, ориентированными почти перпендикулярно друг другу.Связанный ион Ca ²⁺ координирован 7 лигандами (в первую очередь карбоксилатом) в виде пентагональной бипирамиды (Strynadka and James, 1989). EF-домены руки являются наиболее распространенными мотивами связывания Ca ²⁺, обнаруженными в белках. Это семейство белков выполняет широкий спектр функций, которые столь же разнообразны, как буферизация Ca ²⁺ в цитоплазме, передача сигнала между компартментами и экспрессия генов в ядре (). Разнообразие биологических функций, выполняемых этими белками в широком диапазоне [Ca ²⁺], возможно, потому что Ca ²⁺ связывается с доменами EF-hand с различным сродством, простирающимся от 10 ^-6 M до 10 ^-3 M (Gifford et al., 2007). Некоторые Ca ²⁺-связывающие белки с относительно высоким сродством ведут себя как Ca ²⁺ -буферные белки, которые модулируют форму и / или продолжительность сигналов Ca ²⁺ и помогают поддерживать гомеостаз Ca ²⁺. Напротив, Ca ²⁺ -сенсоры, имеющие константы сродства в диапазоне от 10 ^-5 M до 10 ^-7 M, могут обнаруживать физиологически релевантные изменения внутриклеточного [Ca ²⁺] и реагировать на них. Эти различия в функции коррелируют с различиями в конформационных изменениях, вызванных связыванием Ca ²⁺.Связывание Ca ²⁺ с EF-руками сенсорных белков Ca ²⁺ вызывает конформационные изменения, характеризующиеся значительным открытием их структуры, что делает возможным их взаимодействие с нижележащими мишенями (Zhang et al., 1995). Напротив, буферные белки Ca ²⁺ остаются в «закрытой» конформации при связывании Ca ²⁺, что аналогично их состоянию без Ca ²⁺ (Skelton et al., 1994).

Повсеместно экспрессируемый и хорошо охарактеризованный белок, специализирующийся на чувствительности к Ca ²⁺, представляет собой CaM.CaM имеет два глобулярных домена, каждый из которых содержит пару мотивов EF-hand, соединенных центральной спиралью. Активация связыванием Ca ²⁺ заставляет каждый из EF-доменов CaM подвергаться значительному раскрытию своей структуры. В результате гидрофобные сайты связывания внутри центральной спирали СаМ подвергаются взаимодействию с нижележащими мишенями (Zhang et al., 1995). Ca ²⁺-активированный CaM (Ca ²⁺ / CaM) взаимодействует зависимым от Ca ²⁺ образом с любым из их ферментов-мишеней, что приводит к их собственной активации (например,грамм. CaMK и кальциневрин) или активация их белков-мишеней, что приводит к регуляции их функции Ca ²⁺-зависимым образом (например, Orai,). СаМ-зависимая активация ферментов может происходить по прямым или последовательным механизмам (например, СаМК и кальциневрин, соответственно).

Локальная передача сигналов кальция опосредуется секционированными Ca ²⁺ -сенсорами внутри клетки

A) Схема, визуализирующая клеточную локализацию Ca ²⁺ -сенсоров, которые регулируют локальные функции, такие как хранилище Ca ²⁺ вход (SOCE) (B), митохондриальный захват Ca ²⁺ (C) или подвижность митохондрий (D).B) SOCE регулируется STIM1, который определяет содержание Ca ²⁺ просвета ER через свои EF-руки. После истощения ER Ca ²⁺, STIM1 претерпевает регулируемое Ca ²⁺ конформационное изменение, которое способствует его олигомеризации и активации каналов Orai Ca ²⁺. Увеличение [Ca ²⁺] _c подавляет приток Ca ²⁺ за счет запуска связывания CaM с Ora1. C) Захват Ca ²⁺ митохондриями через MCU регулируется белками, чувствительными к Ca ²⁺, MICU1 и MICU2.В условиях покоя взаимодействие MICUs с MCU предотвращает митохондриальный захват Ca ²⁺. Локальное высвобождение Ca ²⁺ с помощью IP3R способствует открытию пор MCU из-за регулируемого Ca ²⁺ конформационного изменения MICU. D) Подвижность митохондрий вдоль микротрубочек контролируется Ca ²⁺-чувствительным белком Miro. При низком уровне цитоплазмы [Ca ²⁺] Miro способствует ретроградному и антероградному движению митохондрий посредством взаимодействия через Milton / Trak с динеином и кинезином (KIF5), соответственно.После связывания Ca ²⁺ с руками Miro EF из-за увеличения [Ca ²⁺] _c подвижность митохондрий подавляется в обоих направлениях.

В первом случае CaM-взаимодействие и активация целевых ферментов происходят только при повышенном [Ca ²⁺] _c, тогда как в последовательном механизме частичная Ca ²⁺ -активация CaM в состоянии покоя Ca ²⁺, достаточно для взаимодействия с целевыми ферментами и образования неактивного комплекса с низким сродством.Для его активации этот комплекс требует дальнейшего связывания Ca ²⁺ с EF руками CaM. Этот специфический механизм обеспечит чувствительный переключатель для контроля активности фермента в узком диапазоне свободного [Ca ²⁺] (Kincaid and Vaughan, 1986). В дополнение к взаимодействию Ca ²⁺ / CaM с нижележащими мишенями, Ca ²⁺-свободный CaM (апо-CaM) также может взаимодействовать с белками-мишенями обратимым или необратимым образом и регулирует их активность. Следовательно, взаимодействию CaM с его белками-мишенями не только способствует его конформационное изменение, вызванное Ca ²⁺, но взаимодействие также может опосредоваться через Ca ²⁺-независимые сайты связывания, называемые IQ-motif.Эти мотивы последовательности IQXXXRGXXXR обеспечивают сайты связывания для CaM и других белков семейства EF-hand (Cheney and Mooseker, 1992).

Среди множества последующих мишеней CaM, ферменты CaMK являются одними из наиболее охарактеризованных (Swulius and Waxham, 2008). Как фермент киназа, CaMK катализирует перенос фосфата из гамма-положения АТФ в гидроксильную группу Ser, Thr или Tyr внутри белковых субстратов. Следовательно, этот CaM-зависимый фермент преобразует внутриклеточные кальциевые сигналы в изменения состояния фосфорилирования и активности белков-мишеней.CaMK также выполняет аутофосфорилирование для увеличения своего сродства к CaM, что приводит к их ассоциации на низком уровне [Ca ²⁺] _c. Способность CaMK улавливать CaM позволяет этим ферментам определять частоту сигналов кальция (Meyer et al., 1992). В зависимости от нижестоящих мишеней CaMK члены этого семейства можно разделить на два класса: многофункциональные киназы и субстрат-специфические киназы. Многофункциональные киназы имеют несколько последующих мишеней (например,CaMKK, CaMKI, CaMKII и CaMKIV), и их активация может приводить к передаче сигналов, которая влияет на многие нисходящие пути, контролирующие различные клеточные функции. Напротив, субстрат-специфические киназы имеют только одну известную нижестоящую мишень (например, CaMKIII, фосфорилазную киназу и киназы легкой цепи миозина) и, таким образом, они обычно выполняют специфическую функцию в клетке или ткани, где они экспрессируются.

Кальциневрин и кальпаин могут напрямую связывать и воспринимать Ca ²⁺, который влияет на их протеинфосфатазу и функцию протеазы, соответственно.Кальциневрин регулируется Ca ²⁺ как напрямую, так и через CaM. Кальциневрин участвует в широком спектре биологических реакций, включая активацию лимфоцитов, развитие нейронов и мышц (Schulz and Yutzey, 2004). С другой стороны, кальпаин однозначно регулируется связыванием Ca ²⁺ с его доменами EF-hand. Члены семейства кальпаинов связаны с различными биологическими процессами, включая опосредованную интегрином миграцию клеток, ремоделирование цитоскелета, дифференцировку клеток и апоптоз (Suzuki and Sorimachi, 1998).

Появляющаяся литература выделяет подветвь семейства CaM, белки нейронального сенсора кальция (NCS) (Burgoyne, 2007). Некоторые белки NCS уникально экспрессируются в нейронах, тогда как другие члены (такие как NCS-1) также экспрессируются в др. Тканях (Kapp-Barnea et al., 2003). Белки NCS участвуют в регуляции нескольких нейрональных функций. Тканевая экспрессия сенсорных белков Ca ²⁺, таких как NCS, может обеспечивать избирательный контроль определенных путей в различных парадигмах.

Аннексины и белки домена C2

Белки аннексинов и домена C2 обладают уникальной архитектурой своих сайтов связывания Ca ²⁺, которые позволяют им периферически стыковаться с отрицательно заряженными поверхностями мембран в их связанной с Ca ²⁺ конформации. В результате считается, что эти семейства обеспечивают связь между сигнализацией Ca ²⁺ и мембранными функциями (). Сайты связывания Ca ²⁺ аннексинов не представляют структуру спираль-петля-спираль типа EF-hand, и только пять из семи координационных сайтов обеспечиваются кислородом белка.Два других координационных сайта обеспечиваются молекулами воды, которые могут быть заменены фосфорильными группами, когда аннексин связывает липид (то есть Ca ²⁺— и фосфолипид-связывающий мотив) (Swairjo et al., 1995). Подходы с нокаутом и нокдауном показали, что множественные стадии процесса эндоцитоза и экзоцитоза зависят от аннексина (Ali et al., 1989; Mayran et al., 2003). В частности, аннексины 2 и 13 связаны с эндоцитозом, а аннексины 1, 2 и 6 связаны с экзоцитозом.Домен C2 является еще одним мотивом, связывающим Са ²⁺ и фосфолипид, но в этом случае структура ядра домена полностью основана на β-листах, а не на α-спиралях (характерных для структуры аннексина) ( Налефски и Фальке, 1996). Незначительные вариации в остатках соединяющих петель β-сэндвич-ядра придают доменам C2 разную способность реагировать на разные концентрации Ca ²⁺ и липиды. Например, C2-домены изоформ классической протеинкиназы C и синаптотагминов связываются с анионной головной группой фосфатидилсерина (Corbalan-Garcia et al., 1999; Fukuda et al., 1996), тогда как домен C2 cPLA2 связывается с нейтральным фосфатидилхолином (Nalefski et al., 1998). Это семейство белков участвует в мембранном переносе (например, синаптотагмины и E-синаптотагмины) и передаче сигналов (например, изоформ протеинкиназы C).

Крио-ЭМ определение Ca

²⁺ сенсорных мотивов

Недавние разработки в области крио-ЭМ позволили определять структуры, стойкие к рентгеновской кристаллографии, с высоким разрешением. Крио-ЭМ технологии позволили пролить свет на структурные аспекты восприятия Ca ²⁺ ионными каналами, такими как RyR (Bai et al., 2016; des Georges et al., 2016; Ефремов и др., 2015; Wei et al., 2016; Ян и др., 2015; Zalk et al., 2015), IP3R (Bosanac et al., 2005; Fan et al., 2015; Seo et al., 2012) и каналы K ⁺ (BK), активированные Ca ²⁺ ( Hite et al., 2017; Руссо и др., 2009). Исследования с использованием одночастичной крио-ЭМ идентифицировали пару EF-доменов в центральном домене RyR1 (4060-4134) (des Georges et al., 2016; Wei et al., 2016) и сайты связывания модулятора для Ca ^{. 2+}, АТФ и кофеин на междоменных поверхностях С-концевого домена (4957–5037) (des Georges et al., 2016). Хотя структура IP3R в его апо-состоянии была недавно выяснена с разрешением, близким к атомарному (4.7 A °) (Fan et al., 2015), необходимы дополнительные исследования для определения молекулярной архитектуры доменов, которые контролируют стробирование каналов. На сегодняшний день единственная доступная информация дается путем сопоставления сохранения последовательности в семействе RyR и IP3R. Этот анализ показал, что Ca ²⁺-связывающий домен, описанный на C-конце RyR1 на C-конце, является консервативным, тогда как пара EF-стрелок, расположенных в центральном домене RyR1, отсутствует в IP3R, что позволяет предположить что эти EF-руки не участвуют в активации Ca ²⁺ (des Georges et al., 2016). Эта гипотеза подтверждается тем фактом, что делеция или скремблирование последовательностей EF-доменов в RyR2 и RyR1 не влияет на активацию канала Ca ²⁺ (Fessenden et al., 2004; Guo et al., 2016). Кроме того, исследование BK-каналов в состояниях, связанных с Ca ²⁺ и без Ca ²⁺, выявило молекулярные основы стробирования каналов по напряжению и Ca ²⁺. На уровне чувствительности к Ca ²⁺ этот канал представляет собой «стробирующее кольцо» в цитоплазме, которое образовано четырьмя датчиками Ca ²⁺.Каждый датчик включает в себя два регулятора проводимости K ⁺ (RCK), которые регулируют проводимость K ⁺ посредством связывания двух ионов Ca ²⁺ и иона Mg ²⁺. Более того, центральный домен пор-затвор (расположенный в трансмембранном домене), по-видимому, связан как с датчиками напряжения, также расположенными в трансмембранном домене, так и с датчиками Ca ²⁺, расположенными в цитоплазме. Следовательно, эти данные предполагают новый общий путь активации канала (Hite et al., 2017; Тао и др., 2017).

Локализация и компартментализация

Ca ²⁺ регулирует множество различных клеточных функций. Для достижения этой универсальности кальциевый сигнал отображает ряд пространственных и временных паттернов, обнаруженных различными датчиками Ca ²⁺ по-разному. Хотя основная масса [Ca ²⁺] _c имеет максимум около 1 мМ, вблизи открытых каналов Ca ²⁺, [Ca ²⁺] _c может достигать 10-100 мМ. Эти «нанодомены» обеспечивают значимый сигнал для низкоаффинных сенсорных мотивов Ca ²⁺, не реагирующих на колебания глобального [Ca ²⁺] _c.

Основное направление недавнего прогресса в локальном зондировании Ca ²⁺ было сосредоточено на обнаружении Ca ²⁺ внутри органелл и на границах органелл (). Примером может служить процесс, известный как поступление Ca ²⁺, управляемое магазином (SOCE), при котором приток Ca ²⁺ через плазматическую мембрану активируется в ответ на снижение содержания ER Ca ²⁺ (). Основная роль SOCE заключается в пополнении запасов внутриклеточного Ca ²⁺ для поддержания первичного источника мобилизации внутриклеточного Ca ²⁺ и создания благоприятной среды для сворачивания белка в просвете ER.Недавно были обнаружены важные компоненты молекулярного механизма, ответственного за SOCE. Среди них STIM1 (и его изоформа STIM2) представляет собой трансмембранный белок ER, ответственный за восприятие изменений в [Ca ²⁺] _ER через пару Ca ²⁺-связывающего домена EF-hand, которые подвергаются воздействию просвет ER (Liou et al., 2005; Roos et al., 2005; Zhang et al., 2005). В условиях покоя обнаруживается, что STIM1 связан с SARAF, что предотвращает его спонтанную активацию (Jha et al., 2013; Palty et al., 2012). После активации высвобождения Ca ²⁺ из ER, уровень Ca ²⁺ в просвете ER падает, что вызывает диссоциацию Ca ²⁺ из EF-рук STIM1. Истощение запасов также сопровождается диссоциацией SARAF от STIM1 (Albarran et al., 2016; Jha et al., 2013). В результате STIM1 олигомеризуется и перемещается в определенные области ER, близкие к плазматической мембране (названные соединениями ER-PM), где он взаимодействует с плазматической мембраной Ca ²⁺ канала Orai и активирует ее (Park et al., 2009). Приток Ca ²⁺ через PM, такой как индуцированный SOCE, недавно был связан с накоплением расширенного синаптотагмина (E-Syt) 1 в сайтах контакта ER-PM (Idevall-Hagren et al., 2015). Было показано, что три E-Syt участвуют в привязке ER-PM через свои C2-домены. E-Syt1 взаимодействует с PM зависимым от Ca ²⁺ образом, тогда как для взаимодействия E-Syt2 и E-Syt3 с PM требуется только присутствие PI (4,5) P2 (Giordano et al., 2013). Недавним дополнением к механизму регуляции SOCE является открытие CRACR2A, цитоплазматического сенсора Ca ²⁺, который взаимодействует с комплексом STIM1-Orai и стабилизирует его при низких условиях [Ca ²⁺] _c (Srikanth et al. ., 2010). Увеличение [Ca ²⁺] _c вызывает диссоциацию CRACR2A из комплекса, что приводит к высвобождению остатков Orai, участвующих в связывании Ca ²⁺ / CaM, и тем самым к инактивации SOCE (Mullins et al. , 2009).

Недавно идентифицированные локальные механизмы восприятия Ca ²⁺ также расположены в митохондриях, где в межмембранном пространстве сенсоры Ca ²⁺ контролируют митохондриальный захват Ca ²⁺ () и нацеленность на поверхность митохондрий Ca ²⁺ — контроль датчиков подвижность и распределение митохондрий по микротрубочкам ().Поглощение митохондриальным Ca ²⁺ через mtCU является фундаментальным для энергетического метаболизма и выживания клеток. Долгожданный молекулярный состав mtCU был наконец раскрыт, так что можно изучить молекулярные детали транспортной системы, а также его физиологическое значение. Порообразующий компонент канала mtCU (MCU) расположен во внутренней митохондриальной мембране. Раскрытие MCU строго контролируется белками, чувствительными к Ca ²⁺ EF, MICU1 и MICU2, которые расположены в межмембранном пространстве, которое быстро уравновешивается [Ca ²⁺] _c.В субмикромолярных условиях [Ca ²⁺] _c требуется MICU1 / 2, чтобы держать MCU закрытым (Csordas et al., 2013; Mallilankaraman et al., 2012; Patron et al., 2014). Мутация потери функции EF-руки не мешает MICU1 / 2-зависимому закрытию MCU, указывая тем самым, что связывание Ca ²⁺ не участвует (Csordas et al., 2013). Высвобождение ER Ca ²⁺ через IP3R, которое включает опосредованные Ca ²⁺ петли обратной связи и, возможно, кластеризацию IP3R, приводит к увеличению [Ca ²⁺] _c до более 10 мкМ на ER-митохондриальный интерфейс.При высоком [Ca ²⁺] _c, Ca ²⁺, вероятно, связывается с доменами EF hand в MICU1 / 2, вызывая конформационные изменения, которые способствуют открытию MCU (). Высокая [Ca ²⁺] _c -индуцированная быстрая активация MCU, по-видимому, необходима для эффективного распознавания и декодирования краткосрочных [Ca ²⁺] _c всплесков и колебаний (Csordas et al., 2013 ). MCU-опосредованное увеличение [Ca ²⁺] _m активирует Ca ²⁺ -чувствительные дегидрогеназы (PDH, α-KGDH и ICDH), глицерин-3-фосфатдегидрогеназу (mtGPDH), а также ATPSynthase ( Тарасов и др., 2012) (), чтобы увеличить производство АТФ и, в свою очередь, удовлетворить потребности в энергии. Примечательно, что чрезмерное поглощение Ca ²⁺ ощущается в митохондриальном матриксе, чтобы активировать поры перехода проницаемости через циклофилин D, инициируя путь митохондриальной смерти, но точный механизм восприятия Ca ²⁺ в этой парадигме остается неуловимым (Baines et al. , 2005; Basso et al., 2005).

Передача сигналов кальция контролирует подвижность митохондрий вдоль микротрубочек, чтобы поддерживать динамическую локализацию митохондрий в местах повышения [Ca ²⁺], обеспечивая производство АТФ в местах потребности в энергии.Чувствительность Ca ²⁺ необходима для этого гомеостатического распределения митохондрий (Yi et al., 2004). Механизм действия Ca ²⁺ на митохондриальный транспорт до конца не выяснен. Однако была показана роль двух Ca ²⁺-чувствительных белков внешней мембраны митохондрий, Miro 1 и Miro 2 (Macaskill et al., 2009b; Saotome et al., 2008; Wang and Schwarz, 2009). Эти белки взаимодействуют с адапторными белками TRAK1 / 2, чтобы закрепить митохондрии на микротрубочках моторных белков кинезина для антероградного движения (MacAskill et al., 2009a; Wang and Schwarz, 2009) и dynein для ретроградного движения (Russo et al., 2009). При низком уровне [Ca ²⁺] _c Miro1 / 2 облегчает митохондриальные движения вдоль микротрубочек независимо от их EF-рук. Было показано, что при высоком [Ca ²⁺] _c функциональные EF-домены Miro1 / 2 необходимы для подавления движения митохондрий (Macaskill et al., 2009b;

Saotome et al., 2008; Wang и Шварц, 2009). Для антероградного движения были предложены два различных механизма, объясняющих ингибирование, индуцированное Ca ²⁺: (1) диссоциация кинезина от TRAK1 / 2 (MacAskill et al., 2009a) или (2) диссоциация кинезина из микротрубочек из-за его взаимодействия с EF-ручными доменами Miro1 / 2 (Wang and Schwarz, 2009). Для ретроградного движения механизм, ответственный за ингибирование митохондриального движения, вызванное Ca ²⁺, неизвестен.

Заболевание, связанное с генетическими нарушениями сенсорных белков Ca

²⁺

Человеческие мутации ряда транспортеров и сенсорных белков Ca ²⁺ были связаны с болезнью давно. Эти мутации вызывают нарушение специфических компонентов механизма, контролирующего и / или обрабатывающего Ca ²⁺ тканеспецифичным или глобальным образом, что приводит к нарушению гомеостаза Ca ²⁺ (Brini and Carafoli, 2009).Недавний прогресс в клинической генетике помог идентифицировать новые мутации и пациентов, проявляющих мутации / полиморфизм в сенсорных белках Ca ²⁺. Здесь мы сосредоточимся на мутациях некоторых белков, упомянутых в предыдущих разделах.

К настоящему времени идентифицировано более 300 болезненных мутаций в RyR, которые вызывают либо усиление, либо потерю функции. Большинство этих мутаций сгруппированы в трех разных областях последовательности RyR, которые расположены в: N-концевой области (первые ∼600 аминокислот), центральной области (аминокислоты ∼2100–2500) и C-концевой области ( аминокислота ∼3900 – конец).Мутации в C-концевой области RyR2 (включая EF-hand и поровые домены) недавно были связаны с механизмами восприятия Ca ²⁺ (Jiang et al., 2004; Uehara et al., 2017). Было показано, что три мутации в этой области (N4104K, R4496C и N4895D) снижают порог активации RyR2 просветом SR Ca ²⁺, тем самым влияя на вызванное перегрузкой высвобождение SR Ca ²⁺ (Jiang et al., 2004 г.). Единственная мутация в K4750Q в RyR2 вызывает гиперчувствительность к активации либо [Ca ²⁺] _c, либо SR luminal Ca ²⁺, а также к потере цитозольного Ca ²⁺ / Mg ²⁺, опосредованной инактивация и приводит к очень тяжелому клиническому фенотипу (Sugiyasu et al., 2009; Uehara et al., 2017). Мутации в RyR2 связаны с катехоламинергической полиморфной желудочковой тахикардией (Priori et al., 2001), тогда как мутации RyR1 связаны с центральным центральным заболеванием (Zhang et al., 1993) и злокачественной гипертермией (MacLennan, 1992).

Сообщалось также о мутациях

STIM1, которые можно классифицировать как мутации с потерей или усилением функции. В первом случае мутации в STIM1 вызывают почти полную потерю активности SOCE, хотя экспрессия белка снижается лишь умеренно.Напротив, мутации с усилением функции индуцируют непрерывную активацию SOCE, что приводит к увеличению внутриклеточных уровней Ca ²⁺ и, следовательно, к нарушению гомеостаза Ca ²⁺. В обоих случаях мутации могут быть локализованы на С-конце цитозоля и препятствовать внутри- и межмолекулярному взаимодействию белков с STIM1 и Orai1 или в просвете ER Ca ²⁺ -сенсорного домена. Среди них мутация p.R429C, как сообщается, препятствует активации SOCE на нескольких этапах, вызывая конститутивное накопление STIM1 в ассоциациях ER-PM без цитоплазматической олигомеризации и взаимодействия с ORAI1, необходимого для активации ORAI1 (Maus et al., 2015). Мутации потери функции в STIM1 клинически проявляются как тяжелое комбинированное иммунодефицитное заболевание, аутоиммунитет, мышечная гипотония и эктодермальная дисплазия. Мутации с усилением функции в STIM1 были связаны с более широким спектром заболеваний, начиная от несиндромальной тубулярной агрегатной миопатии (ТАМ) до синдромов тромбоцитов Йорка и Сторморкена, в зависимости от сайта мутации. В случае несиндромального ТАМ большинство мутаций, вызывающих это заболевание, локализованы в EF-ручном домене STIM1 (суммировано в (Lacruz and Feske, 2015)).

Поиск молекулярного состава mtCU и изучение того, как компоненты работают вместе, позволили провести молекулярную диагностику пациентов с неклассифицированной дисфункцией. Недавно два элегантных исследования показали, что мутации MICU1 человека приводят к потере белка MICU1 (Lewis-Smith et al., 2016; Logan et al., 2014). В обоих случаях дефицит MICU1 вызвал аномальную обработку митохондрий Ca ²⁺, демонстрируя решающую роль белков, чувствительных к Ca ²⁺, в регуляции митохондриального захвата Ca ²⁺.Более конкретно, клетки пациента обнаруживают повышенное содержание митохондриального Ca ²⁺ (Logan et al., 2014). На мышиных моделях также была показана перегрузка митохондрий Ca ²⁺ и повышенная чувствительность к переходу проницаемости, которые были связаны с патогенезом (Antony et al., 2016; Liu et al., 2016). Клинический фенотип потери функции MICU1 характеризуется проксимальной миопатией, трудностями в обучении и прогрессирующим экстрапирамидным двигательным расстройством (Logan et al., 2014) или утомляемостью и летаргией (Lewis-Smith et al., 2016).

На основании клинических проявлений мутаций RyR, STIM1 и MICU1 ожидается, что широкий спектр дисфункций органов и заболеваний человека будет связан с мутациями в белках, чувствительных к Ca ²⁺. Однако в случае эффекторных белков, чувствительных к Ca ²⁺, мутации обычно изменяют не только чувствительность к Ca ²⁺. Интересно, что несколько человеческих мутаций также были задокументированы в специализированном чувствительном белке Ca ²⁺, CaM, и некоторые из этих мутаций ограничены EF-руками C-домена и специфически изменяют сродство к связыванию Ca ²⁺.Мутации были задокументированы у младенцев, у которых обнаруживались опасные для жизни желудочковые аритмии, в разной степени сочетающиеся с эпилепсией и задержкой нервного развития (Crotti et al., 2013). Серьезные мультисистемные нарушения указывают на фундаментальное значение определения Ca ²⁺ для нормального развития и здоровья.

Перспективы

Огромная физиологическая значимость инструментария для определения внутриклеточного Ca ²⁺ подтверждается тяжелыми фенотипами мышей и заболеваниями человека, связанными с делециями / мутациями различных сенсорных белков Ca ²⁺.Интересно, что делеция некоторых чувствительных белков Ca ²⁺, таких как STIM1 и MICU1, имеет более серьезные последствия для мышей, чем мутация потери функции у человека. Это различие, вероятно, связано с более эффективной адаптацией человека, молекулярные основы которой еще предстоит изучить. Были определены основные внутриклеточные сенсорные мотивы Ca ²⁺, и недавно были идентифицированы долгожданные сенсорные белки Ca ²⁺, регулирующие поступление Ca ²⁺, управляемое хранилищем, и митохондриальный унипорт Ca ²⁺.Однако из-за разнообразия аминокислотных последовательностей в EF-hands и других сенсорных мотивах Ca ²⁺ вполне вероятно, что семейство сенсорных белков Ca ²⁺ будет продолжать расширяться. Ожидается также дальнейший прогресс в настройке сенсоров Ca ²⁺ путем посттрансляционных модификаций, включая изменения в окислительно-восстановительном состоянии тиола. Поскольку контролируемые элементы Ca ²⁺ часто стратегически расположены рядом с источником Ca ²⁺, важно измерить их экспозицию Ca ²⁺, что стало возможным благодаря связыванию генетически закодированных флуоресцентных датчиков Ca ²⁺ к интересующему белку и регистрации флуоресценции с визуализацией с высоким пространственным / временным разрешением.Более того, хотя многие белки были устойчивы к рентгеновской кристаллографии, совсем недавние результаты показывают, что структурные перестройки, вызванные связыванием Ca ²⁺, могут быть определены одночастичной крио-ЭМ и другими возникающими структурными подходами, по крайней мере, для некоторых ионов. каналы. Ожидается, что эта информация значительно облегчит разработку новых фармакологических подходов для нацеливания на нарушения регуляции клеточных функций Ca ²⁺.

Благодарности

Эта работа была поддержана грантом NIH DK051526 компании GH.Авторы благодарят докторов. Тамашу Балле, Сурешу К. Джозефу и Эрин Л. Зайферт за полезные комментарии.

Сноски

Заявление издателя: Это PDF-файл неотредактированной рукописи, принятой к публикации. В качестве услуги для наших клиентов мы предоставляем эту раннюю версию рукописи. Рукопись будет подвергнута копирайтингу, верстке и рассмотрению полученного доказательства, прежде чем она будет опубликована в окончательной форме для цитирования. Обратите внимание, что во время производственного процесса могут быть обнаружены ошибки, которые могут повлиять на содержание, и все юридические оговорки, относящиеся к журналу, имеют отношение.

Библиография

Albarran L, Lopez JJ, Amor NB, Martin-Cano FE, Berna-Erro A, Smani T., Salido GM, Rosado JA. Динамическое взаимодействие SARAF с STIM1 и Orai1, чтобы модулировать поступление кальция, управляемое хранилищами. Научные отчеты. 2016; 6: 24452. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Али С.М., Гейсов М.Дж., Бургойн Р.Д. Роль кальпактина в кальций-зависимом экзоцитозе в хромаффинных клетках надпочечников. Природа. 1989; 340: 313–315. [PubMed] [Google Scholar]
Энтони А.Н., Пайлард М., Моффат С., Юскевичуте Э., Корренти Дж., Болон Б., Рубин Э., Чордас Г., Зайферт Е.Л., Хук Дж. Б. и др.Регуляция MICU1 захвата митохондриального Ca (2+) определяет выживание и регенерацию тканей. Связь природы. 2016; 7: 10955. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Bai XC, Yan Z, Wu J, Li Z, Yan N. Центральная область RyR1 — это датчик для аллостерического стробирования открытия канала на большие расстояния. Клеточные исследования. 2016; 26: 995–1006. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Baines CP, Kaiser RA, Purcell NH, Blair NS, Osinska H, Hambleton MA, Brunskill EW, Sayen MR, Gottlieb RA, Dorn GW, et al.Потеря циклофилина D показывает критическую роль перехода митохондриальной проницаемости в гибель клеток. Природа. 2005; 434: 658–662. [PubMed] [Google Scholar]
Бассо Э., Фанте Л., Фаулкс Дж., Петронилли В., Форте М. А., Бернарди П. Свойства поры перехода проницаемости в митохондриях, лишенных циклофилина D. Журнал биологической химии. 2005; 280: 18558–18561. [PubMed] [Google Scholar]
Берридж MJ, Lipp P, Bootman MD. Универсальность и универсальность кальциевой сигнализации.Обзор природы Молекулярная клеточная биология. 2000; 1: 11–21. [PubMed] [Google Scholar]
Bosanac I, Yamazaki H, Matsu-Ura T., Michikawa T., Mikoshiba K, Ikura M. Кристаллическая структура домена-супрессора связывания лиганда инозитол-1,4,5-трифосфатного рецептора типа 1. Молекулярная клетка. 2005; 17: 193–203. [PubMed] [Google Scholar]
Бойман Л., Михасенко Х., Хиллер Р., Хананшвили Д. Кинетические и равновесные свойства регуляторных кальциевых сенсоров белка NCX1. Журнал биологической химии.2009. 284: 6185–6193. [PubMed] [Google Scholar]
Брини М., Карафоли Э. Кальциевые насосы для здоровья и болезней. Физиологические обзоры. 2009. 89: 1341–1378. [PubMed] [Google Scholar]
Burgoyne RD. Нейрональные сенсорные белки кальция: создание разнообразия нейрональной передачи сигналов Ca2 +. Обзор Nature Neuroscience. 2007. 8: 182–193. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Cheney RE, Mooseker MS. Нетрадиционные миозины. Современное мнение в клеточной биологии. 1992; 4: 27–35. [PubMed] [Google Scholar]
Clapham DE.Сигнализация кальция. Клетка. 2007. 131: 1047–1058. [PubMed] [Google Scholar]
Corbalan-Garcia S, Rodriguez-Alfaro JA, Gomez-Fernandez JC. Определение кальций-связывающих сайтов C2-домена протеинкиназы Calpha, которые имеют решающее значение для его транслокации на плазматическую мембрану. Биохимический журнал. 1999. 337 (Pt 3): 513–521. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Crotti L, Johnson CN, Graf E, De Ferrari GM, Cuneo BF, Ovadia M, Papagiannis J, Feldkamp MD, Rathi SG, Kunic JD, et al.Мутации кальмодулина, связанные с повторяющейся остановкой сердца у младенцев. Тираж. 2013; 127: 1009–1017. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Csordas G, Golenar T, Seifert EL, Kamer KJ, Sancak Y, Perocchi F, Moffat C, Weaver D, de la Fuente Perez S, Bogorad R, et al. MICU1 контролирует как пороговую, так и кооперативную активацию митохондриального унипортера Ca (2) (+). Клеточный метаболизм. 2013; 17: 976–987. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
des Georges A, Clarke OB, Zalk R, Yuan Q, Condon KJ, Grassucci RA, Hendrickson WA, Marks AR, Frank J.Структурная основа для стробирования и активации RyR1. Клетка. 2016; 167: 145–157 e117. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Ефремов Р.Г., Лейтнер А., Эберсолд Р., Раунсер С. Архитектура и механизм конформационного переключения рецептора рианодина. Природа. 2015; 517: 39–43. [PubMed] [Google Scholar]
Фан Г, Бейкер М.Л., Ван З., Бейкер М.Р., Синяговский П.А., Чиу В., Людтке С.Дж., Серышева II. Механизм стробирования каналов InsP3R, выявленный с помощью электронной криомикроскопии. Природа. 2015; 527: 336–341.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Fessenden JD, Feng W, Pessah IN, Allen PD. Мутационный анализ предполагаемых кальций-связывающих мотивов в изоформе скелетного рианодинового рецептора, RyR1. Журнал биологической химии. 2004; 279: 53028–53035. [PubMed] [Google Scholar]
Фукуда М., Кодзима Т., Микошиба К. Зависимость от Ca2 + -зависимого связывания фосфолипидов с доменом C2A синаптотагмина IV. Журнал биологической химии. 1996; 271: 8430–8434.[PubMed] [Google Scholar]
Gifford JL, Walsh MP, Vogel HJ. Структуры и свойства связывания ионов металлов Ca2 + -связывающих мотивов EF-руки спираль-петля-спираль. Биохимический журнал. 2007; 405: 199–221. [PubMed] [Google Scholar]
Джордано Ф., Сахеки Й., Идевалл-Хагрен О., Коломбо С.Ф., Пирруччелло М., Милошевич И., Грачева Е.О., Багрянцев С.Н., Боргезе Н., Де Камилли П.И. 2) -зависимые и регулируемые Ca (2 +) — взаимодействия ER-PM, опосредованные расширенными синаптотагминами. Клетка. 2013; 153: 1494–1509.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Griffiths EJ, Rutter GA. Митохондриальный кальций как ключевой регулятор продукции митохондриального АТФ в клетках млекопитающих. Biochimica et biophysica acta. 2009; 1787: 1324–1333. [PubMed] [Google Scholar]
Гуо В., Сунь Б., Сяо З, Лю И, Ван И, Чжан Л., Ван Р., Чен С.Р. Ca2 +-связывающий домен EF-hand не требуется для цитозольной активации Ca2 + сердечного рецептора рианодина. Журнал биологической химии. 2016; 291: 2150–2160. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Hajnoczky G, Csordas G, Das S, Garcia-Perez C, Saotome M, Sinha Roy S, Yi M.Передача сигналов кальция в митохондриях и гибель клеток: подходы к оценке роли захвата митохондриального Ca2 + в апоптозе. Клеточный кальций. 2006; 40: 553–560. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Hite RK, Tao X, MacKinnon R. Структурная основа стробирования канала K +, активированного Ca2 + с высокой проводимостью. Природа. 2017; 541: 52–57. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Idevall-Hagren O, Lu A, Xie B, De Camilli P. Триггерный приток Ca2 + необходим для расширенного связывания ER-плазматической мембраны, индуцированного синаптотагмином 1.Журнал EMBO. 2015; 34: 2291–2305. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Jha A, Ahuja M, Maleth J, Moreno CM, Yuan JP, Kim MS, Muallem S. Домен STIM1 CTID определяет доступ SARAF к SOAR для регулирования функции канала Orai1 . Журнал клеточной биологии. 2013; 202: 71–79. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Цзян Д., Сяо Б., Ян Д., Ван Р., Чой П., Чжан Л., Ченг Х., Чен С.Р. Мутации RyR2, связанные с желудочковой тахикардией и внезапной смертью, снижают порог выброса Ca2 +, вызванного перегрузкой магазинов (SOICR). Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.2004. 101: 13062–13067. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Юхашова М., Черч П., Блауштайн депутат, Стэнли Э. Ф. Расположение транспортеров кальция на пресинаптических окончаниях. Европейский журнал нейробиологии. 2000; 12: 839–846. [PubMed] [Google Scholar]
Капп-Барнеа Ю., Мельников С., Шефлер И., Джеромин А., Саги-Эйзенберг Р. Нейрональный кальциевый сенсор-1 и фосфатидилинозитол-4-киназа бета регулируют запускаемый рецептором IgE экзоцитоз в культивируемых тучных клетках. J Immunol. 2003. 171: 5320–5327.[PubMed] [Google Scholar]
Кинкейд Р.Л., Воан М. Прямое сравнение требований Ca2 + для взаимодействия кальмодулина и активации протеинфосфатазы. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 1986; 83: 1193–1197. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Lacruz RS, Feske S. Заболевания, вызванные мутациями в ORAI1 и STIM1. Летопись Нью-Йоркской академии наук. 2015; 1356: 45–79. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Lewis-Smith D, Kamer KJ, Griffin H, Childs AM, Pysden K, Titov D, Duff J, Pyle A, Taylor RW, Yu-Wai-Man P, и другие.Гомозиготная делеция в MICU1 проявляется утомляемостью и летаргией в детстве. Неврология Генетика. 2016; 2: e59. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Liou J, Kim ML, Heo WD, Jones JT, Myers JW, Ferrell JE, Jr, Meyer T. STIM — датчик Ca2 +, необходимый для истощения запасов Ca2 +. вызвал приток Ca2 +. Современная биология: CB. 2005; 15: 1235–1241. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Лю Дж. К., Лю Дж., Холмстром К. М., Менацца С., Паркс Р. Дж., Фергюссон М. М., Ю. З. X, Спрингер Д. А., Хэлси К., Лю С. и др.MICU1 служит молекулярным привратником для предотвращения перегрузки митохондрий кальцием in vivo. Сотовые отчеты. 2016; 16: 1561–1573. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Логан CV, Сабадкай Дж., Шарп Дж. А., Парри Д. А., Торелли С., Чайлдс А. М., Крик М., Фадке Р., Джонсон Калифорния, Робертс Нью-Йорк и др. Мутации с потерей функции в MICU1 вызывают расстройство мозга и мышц, связанное с первичными изменениями митохондриальной передачи сигналов кальция. Генетика природы. 2014; 46: 188–193. [PubMed] [Google Scholar]
Lytton J, Westlin M, Burk SE, Shull GE, MacLennan DH.Функциональные сравнения изоформ семейства кальциевых насосов саркоплазматического или эндоплазматического ретикулума. Журнал биологической химии. 1992; 267: 14483–14489. [PubMed] [Google Scholar]
MacAskill AF, Brickley K, Stephenson FA, Kittler JT. GTPase-зависимое рекрутирование Grif-1 с помощью Miro1 регулирует митохондриальный транспорт в нейронах гиппокампа. Молекулярная и клеточная нейронауки. 2009a; 40: 301–312. [PubMed] [Google Scholar]
Macaskill AF, Rinholm JE, Twelvetrees AE, Arancibia-Carcamo IL, Muir J, Fransson A, Aspenstrom P, Attwell D., Kittler JT.Miro1 представляет собой кальциевый сенсор для зависимой от рецептора глутамата локализации митохондрий в синапсах. Нейрон. 2009b; 61: 541–555. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
MacLennan DH. Генетическая основа злокачественной гипертермии. Направления фармакологических наук. 1992. 13: 330–334. [PubMed] [Google Scholar]
Маллиланкараман К., Дунан П., Карденас С., Чандрамурти ХК, Мюллер М., Миллер Р., Хоффман Н.Э., Гандираджан Р.К., Мольго Дж., Бирнбаум М.Дж. и др. MICU1 является важным привратником для MCU-опосредованного поглощения Ca (2+) митохондриями, который регулирует выживаемость клеток.Клетка. 2012; 151: 630–644. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Maus M, Jairaman A, Stathopulos PB, Muik M, Fahrner M, Weidinger C, Benson M, Fuchs S, Ehl S, Romanin C, et al. Миссенс-мутация у пациентов с иммунодефицитом показывает многофункциональную роль домена 3 спиральной спирали (CC3) в активации STIM1. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2015; 112: 6206–6211. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Майран Н., Партон Р.Г., Грюнберг Дж.Аннексин II регулирует биогенез мультивезикулярных эндосом в пути деградации клеток животных. Журнал EMBO. 2003; 22: 3242–3253. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Мейер Т., Хансон П.И., Страйер Л., Шульман Х. Захват кальмодулина кальций-кальмодулин-зависимой протеинкиназой. Наука. 1992; 256: 1199–1202. [PubMed] [Google Scholar]
Mullins FM, Park CY, Dolmetsch RE, Lewis RS. STIM1 и кальмодулин взаимодействуют с Orai1, вызывая Са2 + -зависимую инактивацию каналов CRAC.Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 2009; 106: 15495–15500. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Nalefski EA, Falke JJ. Кальций-связывающий мотив домена С2: структурное и функциональное разнообразие. Наука о протеине: публикация Белкового общества. 1996; 5: 2375–2390. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Налефски Е.А., МакДонах Т., Сомерс В., Сеера Дж., Фалке Дж. Дж., Кларк Дж. Д.. Независимый фолдинг и лигандная специфичность кальций-зависимого липид-связывающего домена C2 цитозольной фосфолипазы A2.Журнал биологической химии. 1998. 273: 1365–1372. [PubMed] [Google Scholar]
Neher E, Sakaba T. Множественные роли ионов кальция в регуляции высвобождения нейротрансмиттеров. Нейрон. 2008; 59: 861–872. [PubMed] [Google Scholar]
Palty R, Raveh A, Kaminsky I., Meller R, Reuveny E. SARAF инактивирует механизм поступления кальция в магазин, чтобы предотвратить его избыточное пополнение. Клетка. 2012; 149: 425–438. [PubMed] [Google Scholar]
Park CY, Hoover PJ, Mullins FM, Bachhawat P, Covington ED, Raunser S, Walz T., Garcia KC, Dolmetsch RE, Lewis RS.STIM1 объединяет и активирует каналы CRAC посредством прямого связывания цитозольного домена с Orai1. Клетка. 2009; 136: 876–890. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Patron M, Checchetto V, Raffaello A, Teardo E, Vecellio Reane D, Mantoan M, Granatiero V, Szabo I, De Stefani D, Rizzuto R. MICU1 и MICU2 мелко настроить митохондриальный унипортер Ca2 +, оказывая противоположные эффекты на активность MCU. Молекулярная клетка. 2014; 53: 726–737. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Priori SG, Napolitano C, Tiso N, Memmi M, Vignati G, Bloise R, Sorrentino V, Danieli GA.Мутации в гене сердечного рианодинового рецептора (hRyR2) лежат в основе катехоламинергической полиморфной желудочковой тахикардии. Тираж. 2001; 103: 196–200. [PubMed] [Google Scholar]
Роос Дж., ДиГрегорио П.Дж., Еромин А.В., Ольсен К., Лиудино М., Чжан С., Сафрина О., Козак Дж. А., Вагнер С.Л., Кахалан М.Д. и др. STIM1, важный и консервативный компонент функции канала Ca2 +, управляемой магазином. Журнал клеточной биологии. 2005; 169: 435–445. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Russo GJ, Louie K, Wellington A, Macleod GT, Hu F, Panchumarthi S, Zinsmaier KE.Drosophila Miro необходима как для антероградного, так и для ретроградного аксонального митохондриального транспорта. Журнал неврологии: официальный журнал Общества неврологии. 2009; 29: 5443–5455. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Saotome M, Safiulina D, Szabadkai G, Das S, Fransson A, Aspenstrom P, Rizzuto R, Hajnoczky G. Двунаправленный Ca2 + -зависимый контроль динамики митохондрий с помощью Miro GTPase . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки.2008; 105: 20728–20733. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Schulz RA, Yutzey KE. Передача сигналов кальциневрина и активация NFAT в развитии сердечно-сосудистой системы и скелетных мышц. Биология развития. 2004; 266: 1–16. [PubMed] [Google Scholar]
Seo MD, Velamakanni S, Ishiyama N, Stathopulos PB, Rossi AM, Khan SA, Dale P, Li C, Ames JB, Ikura M, et al. Структурная и функциональная консервация ключевых доменов в рецепторах InsP3 и рианодина. Природа. 2012; 483: 108–112. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Скелтон, штат Нью-Джерси, Кордел Дж., Акке М., Форсен С., Чазин В.Дж.Передача сигнала в сравнении с буферной активностью в Ca (2 +) — связывающих белках. Структурная биология природы. 1994; 1: 239–245. [PubMed] [Google Scholar]
Srikanth S, Jung HJ, Kim KD, Souda P, Whitelegge J, Gwack Y. Новый белок EF-hand, CRACR2A, представляет собой цитозольный датчик Ca2 +, который стабилизирует каналы CRAC в Т-клетках. Природа клеточной биологии. 2010; 12: 436–446. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Strynadka NC, James MN. Кристаллические структуры кальций-связывающих белков спираль-петля-спираль.Ежегодный обзор биохимии. 1989; 58: 951–998. [PubMed] [Google Scholar]
Sugiyasu A, Oginosawa Y, Nogami A, Hata Y. Случай с катехоламинергической полиморфной желудочковой тахикардией, выявленный после успешного удаления предсердных тахикардий из легочных вен. Электрокардиостимуляция и клиническая электрофизиология: PACE. 2009; 32: e21–24. [PubMed] [Google Scholar]
Сузуки К., Соримачи Х. Новый аспект активации кальпаина. Письма FEBS. 1998; 433: 1–4. [PubMed] [Google Scholar]
Swairjo MA, Concha NO, Kaetzel MA, Dedman JR, Seaton BA.Ca (2 +) — мостиковый механизм и распознавание головной группы фосфолипидов в мембранно-связывающем белке аннексине V. Природа структурной биологии. 1995; 2: 968–974. [PubMed] [Google Scholar]
Swulius MT, Waxham MN. Ca (2 +) / кальмодулин-зависимые протеинкиназы. Клеточные и молекулярные науки о жизни: CMLS. 2008. 65: 2637–2657. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Tao X, Hite RK, MacKinnon R. Крио-ЭМ структура открытого K + -канала с высокой проводимостью, активированного Ca2 +. Природа. 2017; 541: 46–51.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Тарасов А.И., Гриффитс Э.Дж., Раттер Г.А. Регулирование продукции АТФ митохондриальным кальцием Ca (2+) клеток. 2012; 52: 28–35. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Уэхара А., Мураяма Т., Ясукочи М., Филл М., Хори М., Окамото Т., Мацуура И., Уэхара К., Фудзимото Т., Сакураи Т. и др. Обширная утечка Ca2 + через сердечные рианодиновые рецепторы K4750Q, вызванная цитозольной и люминальной гиперчувствительностью к Ca2 +. Журнал общей физиологии.2017; 149: 199–218. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Wang X, Schwarz TL. Механизм Са2 + -зависимой регуляции кинезин-опосредованной подвижности митохондрий. Клетка. 2009. 136: 163–174. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Вэй Р., Ван Х, Чжан И, Мукхерджи С., Чжан Л., Чен Кью, Хуанг Х, Цзин С., Лю Ц., Ли С. и др. Структурное понимание Ca (2 +) — активировало стробирование дальнодействующих аллостерических каналов RyR1. Клеточные исследования. 2016; 26: 977–994. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Yan Z, Bai XC, Yan C, Wu J, Li Z, Xie T, Peng W, Yin CC, Li X, Scheres SH и др.Структура кроличьего рианодинового рецептора RyR1 при разрешении, близком к атомному. Природа. 2015; 517: 50–55. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Йи М., Уивер Д., Хайноцки Г. Контроль подвижности и распределения митохондрий с помощью сигнала кальция: гомеостатический контур. Журнал клеточной биологии. 2004. 167: 661–672. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Залк Р., Кларк О. Б., де Жорж А., Грассуччи Р. А., Рейкен С., Мансия Ф., Хендриксон В. А., Фрэнк Дж., Маркс А. Р.. Структура рианодинового рецептора млекопитающих.Природа. 2015; 517: 44–49. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Чжан М., Танака Т., Икура М. Индуцированный кальцием конформационный переход, выявленный структурой раствора апокальмодулина. Структурная биология природы. 1995; 2: 758–767. [PubMed] [Google Scholar]
Zhang SJ, Zou M, Lu L, Lau D, Ditzel DA, Delucinge-Vivier C, Aso Y, Descombes P, Bading H. Передача сигналов ядерного кальция контролирует экспрессию большого генофонда: идентификация генной программы приобретенной нейропротекции, вызванной синаптической активностью.PLoS генетика. 2009; 5: e1000604. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Zhang SL, Yu Y, Roos J, Kozak JA, Deerinck TJ, Ellisman MH, Stauderman KA, Cahalan MD. STIM1 — это датчик Ca2 +, который активирует каналы CRAC и мигрирует из хранилища Ca2 + к плазматической мембране. Природа. 2005; 437: 902–905. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar]
Чжан Ю., Чен Х.С., Ханна В.К., Де Леон С., Филлипс М.С., Шапперт К., Бритт Б.А., Брауэлл А.К., МакЛеннан Д.Х. Мутация гена рецептора рианодина человека, связанная с заболеванием центрального ядра.Генетика природы. 1993; 5: 46–50. [PubMed] [Google Scholar]

Кальций | Наука | The Guardian

Вы удивитесь, узнав, что на изображении выше изображен элементарный кальций? Конечно, это не похоже на мысленный образ кальция, который у большинства из нас есть, но мы в основном знакомы с соединениями кальция , которые почти всегда белые, — соединениями, такими как гидроксилапатит (Ca ₅ (PO ₄) ₃ (OH), который является основным компонентом костей и зубов.

Кальций представлен атомным символом Ca и имеет атомный номер 20 . Это пятый по распространенности элемент в земной коре (а также в морской воде), поэтому его очень много. Как и многие элементы, о которых мы узнали ранее, кальций является довольно реактивным, поэтому он никогда не встречается «в дикой природе» в своей элементарной форме, а вместо этого содержится в удивительном множестве минералов. Он очень полезен, поскольку входит в состав бетона, инсектицидов и пищевых добавок, а также других веществ, которых слишком много, чтобы перечислять их здесь.

Но самая важная особенность кальция — биологическая: он необходим для жизни. Как уже упоминалось, кальций является основным компонентом костей и зубов, он также содержится в раковинах и твердых кораллах, но он также выполняет более тонкую функцию: передачу сигналов клеткам. Ионы кальция действуют как посредники, которые опосредуют или запускают каскады биологических событий внутри клеток. Эти события включают распространение электрических сигналов по нейронам, сокращение мышц (в том числе сердечных мышц!), Рост клеток, секрецию гормонов, нейротрансмиттеров и других молекул, и это даже сигнализирует о том, что яйцеклетка была оплодотворена.

Поскольку кальций недавно был в новостях и поскольку НАСА планирует запустить свой последний космический челнок, я включаю это видео о том, как астронавты поддерживают здоровье костей во время космического полета и как ученые НАСА изучают содержание кальция в организме (держать в Обратите внимание, это видео было разработано для детских классов, но оно по-прежнему интересно и полезно):

Вы уже встречали эти элементы:

Калий: K , атомный номер 19
Аргон: Ar , атомный номер 18
Хлор: Cl , атомный номер 17
Сера: S , атомный номер 16
Фосфор: P , атомный номер 15
Кремний: Si , атомный номер 14
Алюминий: Al , атомный номер 13
Магний: Mg , атомный номер 12
Натрий: Na , атомный n umber 11
Neon: Ne , атомный номер 10
Фтор: F , атомный номер 9
Кислород: O , атомный номер 8
Азот: N , атомный номер 7
Углерод: C , атомный номер 6
Бор: B , атомный номер 5
Бериллий: Be , атомный номер 4
Литий: Li , атомный номер 3
Гелий: He , атомный номер 2
Водород: H , атомный номер 1

Вот замечательная интерактивная Периодическая таблица элементов, с которой действительно интересно играть!

электронная почта: [email protected]
twitter: @GrrlScientist

Специальный выпуск: кальций-связывающие белки: структура, свойства, функции

Уважаемые коллеги,

Кальций регулирует все важные аспекты клеточной активности, начиная с оплодотворения и заканчивая апоптотическим самоубийством в конце жизненного цикла. Белки, связывающие кальций, играют важную роль практически во всех биологических процессах. Сейчас мы знаем несколько больших семейств кальцийсвязывающих белков и хорошо известны трехмерные структуры их основных представителей.Тем не менее, каждый год приносит нам много новых построек. Анализ этих структур позволяет выявить общие принципы их построения, которые могут быть использованы в белковой инженерии. Большинство связывающих кальций белков играют регуляторные роли, активируя или дезактивируя различные биологические системы. Кальций-связывающие белки цитозоля и связывающие кальций мембраны белки, направленные в цитозоль, называются белками с модуляцией кальция, поскольку они участвуют в создании градиента кальция в клетках и / или передают информацию внешнего импульса.В то же время существуют кальций-связывающие белки, которые модулируют потоки кальция внутри клеток. Несмотря на знание трехмерных структур многих белков, связывающих кальций, точная физиологическая функция многих из них все еще неизвестна или известна только гипотетически.

Время от времени полезно собирать наши новые знания о связывающих кальций белках в нескольких хороших обзорах, чтобы сделать некоторые обобщения для дальнейшего успеха наших будущих академических исследований и прикладных разработок.Это основная цель настоящего специального выпуска Biomolecules .

Проф. Д-р Евгений Пермяков
Д-р Владимир Н. Уверский
Приглашенные редакторы

Информация для подачи рукописей

Рукописи должны быть представлены онлайн по адресу www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт. После регистрации щелкните здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до установленного срока. Все статьи будут рецензироваться.Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для запланированных статей название и краткое резюме (около 100 слов) можно отправить в редакцию для объявления на этом сайте.

Представленные рукописи не должны были публиковаться ранее или рассматриваться для публикации в другом месте (за исключением трудов конференции).Все рукописи тщательно рецензируются в рамках процесса одинарного слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая важная информация для подачи рукописей доступна на странице Инструкции для авторов. Biomolecules — это международный рецензируемый ежемесячный журнал с открытым доступом, публикуемый MDPI.

Пожалуйста, посетите страницу Инструкции для авторов перед отправкой рукописи.
Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 2000 швейцарских франков.Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и написаны на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI
Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время редактирования автора.

единиц кальция

Кальций — самый распространенный минерал в организме человека, составляющий около 2% от общей массы тела. Некоторые из ролей, которые кальций играет в организме, описаны ниже.

Биологическая роль кальция

Основная роль кальция в организме — обеспечивать структуру и прочность скелета.В самых ранних формах экзоскелета и раковин структурная жесткость обычно обеспечивается карбонатом кальция. У позвоночных, таких как рептилии, рыбы, млекопитающие и люди, структура скелета в основном обеспечивается формой фосфата кальция, называемой кристаллами гидроксиапатита, которые содержатся в коллагене. Ионы кальция на поверхностях костей взаимодействуют с теми, которые присутствуют в жидкостях организма, тем самым обеспечивая ионный обмен, который необходим для поддержания баланса кальция в крови и костях.

Во внеклеточной жидкости кальций служит резервуаром для циркулирующего кальция. Этот кальций попадает во внеклеточную жидкость через желудочно-кишечный тракт, где он всасывается из пищи, которую съел человек. Кальций также становится доступным в результате процесса, называемого резорбцией кости, то есть разрушения костной ткани клетками, называемыми остеокластами.

Циркулирующий в крови кальций участвует в нескольких жизненно важных процессах, включая коагуляцию, передачу нервных сигналов, передачу сигналов гормонов и сокращение мышц.

Общее использование кальция

Кальций можно использовать в качестве восстановителя в процессе извлечения металлов
Кальций также используется в производстве некоторых металлов в качестве связующего вещества.
Карбонат кальция используется для изготовления цемента и строительного раствора, а также в стекольной промышленности.

Карбонат алюминия

также добавляют в зубную пасту и минеральные добавки.
Карбид кальция используется для производства пластмасс и газообразного ацетилена.
Арсенат кальция действует как инсектицид, а фосфид кальция может использоваться как родентицид, а также в фейерверках и вспышках.
Фосфат кальция используется в комбикормах и удобрениях.
Раствор гидроксида кальция используется как мел для школьной доски и как гипс в форме полугидрата.
Глюконат кальция используется в качестве пищевой добавки.
Стеарат кальция используется для изготовления восковых мелков, косметики, пластмасс и красок.

Дополнительная литература

Биологическое значение магния и кальция — материалы исследования для IIT JEE

Биологическое значение или значение магния

Это центральный атом хлорофилла (растительный пигмент, необходимый для фотосинтеза).
Это кофактор для расщепления жиров и глюкозы .
Он необходим для синтеза энергетической валюты клетки, то есть АТФ.
Отвечает за стабильность и синтез ДНК.
Поддерживает баланс электролитов в организме.
Дефицит магния связан с расстройством сна .
Дефицит также приводит к нарушениям сердечного ритма .

Использование магния

Сплавы магния , такие как дюралюминий и магний , используются для изготовления факелов, плавких предохранителей для термитов.

Рис. 1. Пища, богатая магнием Источник изображения

В производстве деталей двигателей и колес.
Получение ковкого чугуна.
Используется для удаления серы при производстве чугуна и стали.
В качестве восстановителя для отделения урана от смеси других элементов.
Также необходим для контроля уровня глюкозы в крови .

Фиг.2. Симптомы дефицита магния

Биологическое значение кальция

Важный компонент клеточной стенки . Он присутствует в средних ламелях в виде пектата кальция.

Поддерживает анионный баланс в вакуоли растений.
Используется для стабилизации проницаемости клеточных мембран.
Важен для структуры и функции белков.
Важнейший компонент при свертывании крови .
Это также вызывает сокращение примерно мышцы.
Кальций действует как вторичный мессенджер во время передачи сигналов в клетке.
Помогает в правильном функционировании сердца и нервов.
Кальций необходим для крепких костей и зубов .

Кальций-магниевый баланс

Кальций и магний настолько важны, что известны как Twin Minerals . Идеальное соотношение кальция и магния — 1: 1. Оба имеют противоположные эффекты. Например, , если кальций сокращает мышцы, магний расслабляет мышцы. Низкое потребление магния увеличивает запасы кальция в организме.

Дисбаланс магния позволяет слишком большому количеству кальция накапливаться в организме.

Роль магния в абсорбции кальция

Магний необходим для усвоения кальция. Без магния кальций может откладываться в мягких тканях и вызывать артрит. Без магния кальций не может реабсорбироваться.

Часто задаваемые вопросы (FAQ)

1 кв. Растворим ли магний в воде в организме?

Сол. Да, магний растворяется в воде в организме.

2 кв. Что подразумевается под Mg и Mg ²⁺?

Сол. Mg представляет собой символ магния или атома магния, а Mg ²⁺ представляет ионы магния, образовавшиеся после потери двух валентных электронов.

Посмотрите это видео, чтобы получить дополнительную информацию

Дополнительная информация

Биологическое значение магния и кальция

Роль кальциевых каналов в здоровье и болезнях человека

Кальциевые каналы переносят ионы кальция в цитоплазму и органеллы. Ионы кальция участвуют в регулировании почти всех биологических функций организма, таких как сокращение сердца и мышц, передача нейроинформации, обучение и память, формирование и развитие эмбрионов, пролиферация и апоптоз клеток, деление и дифференциация клеток, энергетический метаболизм клеток, модификация фосфорилирования и дефосфорилирования белков, а также экспрессия и регуляция генов.Концентрация свободных ионов кальция в цитоплазме клеток млекопитающих обычно контролируется на уровне 100 ~ 200 нмоль / л, в то время как концентрация кальция во внеклеточных и органеллах поддерживается на уровне ммоль / л. Нарушения в этих кальциевых каналах могут вызвать нестабильность кальциевого гомеостаза и привести к заболеванию. Однако в патофизиологии все еще есть пробелы. Выяснение механизма регуляции кальциевых каналов является одним из основных звеньев, позволяющих раскрыть правила регуляции кальциевого гомеостаза и жизненных процессов.

Точные патофизиологические механизмы кальциевых каналов сложны, и их полные функции в настоящее время далеки от полного понимания. Ряд кальциевых каналов и нижестоящих путей был обнаружен и идентифицирован с использованием моделей тканей человека или животных, что позволит продвинуть исследования вперед на важном этапе. Цель данной темы исследования — собрать воедино статьи, связанные с патофизиологией кальциевых каналов, связанных со здоровьем и болезнями человека. Мы призываем заинтересованных исследователей представлять обзорные статьи и оригинальные исследования, основанные на клеточных моделях, моделях животных и человеческих образцах, с целью способствовать прогрессу исследований кальциевых каналов.

Потенциальные темы включают, но не ограничиваются следующими:

• Кальциевые каналы в аутофагии, ER стресс и контроль сосудистого тонуса в сердечно-сосудистой системе
• Кальциевые каналы в прогрессировании рака и множественной лекарственной устойчивости
• Механочувствительность, цитоскелет и каналы TRP
• Кальциевые каналы при окислительном стрессе и атеросклерозе
• Кальциевые каналы в моделировании болезни с использованием кардиомиоцитов, полученных из стволовых клеток
• Идентификация и разработка лекарств, нацеленных на кальциевые каналы из природных и синтетических источников
• Новые функциональные кальциевые каналы
• Выявление корреляции между не -кодирующая РНК с кальциевыми каналами
• Идентификация новых биомолекул, ферментов и метаболитов как регуляторов кальциевых каналов

Ключевые слова :
кальциевые каналы, передача сигналов кальция, биология сосудов, биология опухолей, нейробиология

Важное примечание :
Все материалы по данной теме исследования должны находиться в рамках того раздела и журнала, в который они были отправлены, как это определено в их заявлениях о миссии.

Кальций биологическая роль: Ошибка 404. Запрашиваемая страница не найдена

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Литература

Сдать анализ крови на кальций в Челябинске

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Литература

Кальций, ногти (Calcium, nails; Ca)

Литература

Кальций, ногти (Calcium, nails; Ca)

Роль магния в регуляции физиологических процессов в организме

Биологическая роль

Динамика магния в организме

Кальций, волосы (Calcium, hair; Ca)

Литература

Кальций в биологических системах — ScienceDirect

роль в гомеостазе кальция и передаче сигналов

Резюме

Гомеостаз кальция и передача сигналов

Молекулярные механизмы восприятия Ca

EF-hand белки

Аннексины и белки домена C2

Крио-ЭМ определение Ca

Локализация и компартментализация

Заболевание, связанное с генетическими нарушениями сенсорных белков Ca

Перспективы

Благодарности

Сноски

Библиография

Кальций | Наука | The Guardian

Специальный выпуск: кальций-связывающие белки: структура, свойства, функции

единиц кальция

Биологическая роль кальция

Общее использование кальция

Дополнительная литература

Биологическое значение магния и кальция — материалы исследования для IIT JEE

Роль кальциевых каналов в здоровье и болезнях человека

Leave a Reply Cancel Reply