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Ca2+-Einstrom durch Ca2+-permeable Kanäle
Die Funktion zweier unterschiedlicher Typen von Ca2+-Kanälen in der Plasmamembran wird am Beispiel der glutamatergen Synapse dargestellt. Spannungsgesteuerte Ca2+-Kanäle in der präsynaptischen Membran öffnen bei Eintreffen von Aktionspotentialen in der Präsynapse. Diese Kanäle verfügen über Spannungssensoren, die bei Depolarisation der Plasmamembran die Kanalpore öffnen. Es entsteht ein Ca2+-Signal, das eine Exocytose auslöst: Glutamat-haltige Vesikel fusionieren mit der präsynaptischen Membran und entlassen den Neurotransmitter in den synaptischen Spalt. 
Glutamat diffundiert durch den synaptischen Spalt und bindet an Glutamatrezeptoren
in der postsynaptischen Membran. Glutamatrezeptoren sind ligandengesteuerte Ionenkanäle, die sowohl
Na+ als auch Ca2+ in die postsynaptische Zelle leiten. Der Kationeneinstrom depolarisiert
die postsynaptische Membran und leitet so die elektrische Erregung weiter. Der Ca2+-Einstrom
erzeugt ein Ca2+-Signal, durch das eine Reihe von Ca2+-abhängigen Proteinen
reguliert werden. Dazu gehören unterschiedliche Ionenkanäle sowie Enzyme der postsynaptischen
Zelle (zB NO-Synthase, Proteinkinase, Adenylatzyklase).
Dieses doppelte Signal - Depolarisation und Ca2+-Anstieg - ist von grundlegender Bedeutung für viele Aspekte der Kommunikation zwischen Nervenzellen. Die Regulation von Ca2+-ahängigen Enzymen in der postsynaptischen Zelle spielt eine wichtige Rolle bei der synaptischen Plastizität, der physiologischen Grundlage der Gedächtnisbildung. |
Der Ca2+-Einstrom durch Ca2+-permeable Kanäle wird durch negative
Rückkopplungsmechanismen kontrolliert. Bei den wichtigsten Ca2+-Kanälen
wird eine Rückkopplungshemmung durch das Ca2+-bindende Protein
Calmodulin (CaM) vermittelt.
Bei Spannungsgesteuerten Ca2+-Kanälen ist CaM fest
mit dem Kanalprotein verbunden. Einströmendes Ca2+ bindet an CaM, und
Ca2+/CaM inaktiviert den Kanal. Auch Glutamatrezeptoren
werden durch Ca2+/CaM inaktiviert; allerdings ist hier CaM nicht an den geschlosssenen
Kanal gebunden: Nach Öffnung der Kanäle wird CaM durch einströmendes Ca2+
aktiviert, bindet an den Glutamatrezeptor und inaktiviert ihn. Zyklisch-Nukleotid-
gesteuerte Kanäle leiten Ca2+ in die Zelle, wenn sie durch Bindung von cAMP oder
cGMP auf der Membraninnenseite geöffnet werden. Auch diese Kanäle werden durch Ca2+/CaM inaktiviert.
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