Neuronale Ca²⁺-Signale

Übersicht: Entstehung von Ca²⁺-Signalen

Die Entstehung von Ca²⁺-Signalen

Grundlage aller zytoplasmatischen Ca²⁺-Signale sind die steilen Konzentrationsdifferenzen zwischen dem Interstitiallösung (ca. 1000 µM), dem Zytosol (0.1 µM) und dem endoplasmatischen Retikulum (ER, 100-1000 µM). Diese Ca²⁺-Verteilung wird durch Transportproteine aufrechterhalten, die Ca²⁺ aus dem Zytoplasma schaffen. Na⁺/Ca²⁺-Austauscher koppeln den Na⁺-Gradienten über der Plasmamembran an den Ca²⁺-Export, und Ca²⁺-Pumpen nutzen Energie aus der Hydrolyse von ATP zum Ca²⁺-Transport ins ER. Öffnung von Ca²⁺-Kanälen in der Plasmamembran führt zu Ca²⁺-Einstrom und zum Anstieg der zytoplasmatischen Ca²⁺- Konzentration. Dieses Ca²⁺-Signal kann durch positive Rückkopplung verstärkt werden, ein Prozess, der durch Ca²⁺-Kanäle im ER vermittelt wird. Vor allem Ryanodinrezeptoren (aber in geringerem Maß auch IP₃-rezeptoren) tragen zu dieser Signalverstärkung bei, denn sie werden direkt durch Bindung von Ca²⁺ geöffnet (Ca²⁺-induzierte Ca²⁺-Freisetzung, CICR). Die Ca²⁺-Kanäle des ER können auch durch intrazelluläre Botenstoffe (IP₃ und cADPR) aktiviert werden, ein Vorgang, der durch metabotrope Neurotransmitterrezeptoren ausgelöst werden kann.

Die Entstehung von Ca²⁺-Signalen

Grundlage aller zytoplasmatischen Ca²⁺-Signale sind die steilen Konzentrationsdifferenzen zwischen dem Interstitiallösung (ca. 1000 µM), dem Zytosol (0.1 µM) und dem endoplasmatischen Retikulum (ER, 100-1000 µM). Diese Ca²⁺-Verteilung wird durch Transportproteine aufrechterhalten, die Ca²⁺ aus dem Zytoplasma schaffen. Na⁺/Ca²⁺-Austauscher koppeln den Na⁺-Gradienten über der Plasmamembran an den Ca²⁺-Export, und Ca²⁺-Pumpen nutzen Energie aus der Hydrolyse von ATP zum Ca²⁺-Transport ins ER. Öffnung von Ca²⁺-Kanälen in der Plasmamembran führt zu Ca²⁺-Einstrom und zum Anstieg der zytoplasmatischen Ca²⁺- Konzentration. Dieses Ca²⁺-Signal kann durch positive Rückkopplung verstärkt werden, ein Prozess, der durch Ca²⁺-Kanäle im ER vermittelt wird. Vor allem Ryanodinrezeptoren (aber in geringerem Maß auch IP₃-rezeptoren) tragen zu dieser Signalverstärkung bei, denn sie werden direkt durch Bindung von Ca²⁺ geöffnet (Ca²⁺-induzierte Ca²⁺-Freisetzung, CICR). Die Ca²⁺-Kanäle des ER können auch durch intrazelluläre Botenstoffe (IP₃ und cADPR) aktiviert werden, ein Vorgang, der durch metabotrope Neurotransmitterrezeptoren ausgelöst werden kann.

Homepage Stephan Frings
Institut für Biologische Informationsverarbeitung im Forschungszentrum Jülich

Neuronale Ca2+-Signale

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