Биохимические функции кальция

22.01.2014

Основной физиологически активной формой кальция в тканях и жидкостях организма является ионизированная форма, величина которой в плазме крови составляет 4,4—5,2 мг%. В цитоплазме, субклеточных структурах и ядре ионизированный кальций, по-видимому, отсутствует; он более или менее прочно связан с белками и нуклеиновыми кислотами, а в поверхностной мембране — с белками и фосфолипидами.
Наличие в клетках многообразных механизмов связывания Ca2+ в комплексные или труднорастворимые соединения обусловлено, по-видимому, ингибирующей способностью ионов Ca2+ по отношению к окислительному фосфорилированию.
Точная функция ионов Ca2+ в мембранах не известна. Однако очевидно, что они являются одним из важных компонентов системы, регулирующей ее проницаемость и другие сопряженные процессы в организме.
Ионы Ca2+, находящиеся в саркоплазматическом ретикулуме, выходя в межфибриллярные щели, способствуют взаимодействию актина и миозина, т. е. сокращению мышечных волокон. Этот эффект осуществляется в присутствии Mg, АТФ путем взаимодействия Ca2+ с заряженными группами «тропомиозина», выступающего из глубины актиновых спиралей. В результате снимается ингибирующий механизм и свободная энергия расщепившейся АТФ преобразуется в движение. Из саркоплазмического ретикулума выделен особый белок — кальсеквестрин, ответственный за связывание и перенос кальция через мембраны. В клетках гладкой мускулатуры со спонтанной активностью, а также в клетках проводящей системы сердца и миокарда ионы Ca2+ непосредственно участвуют в генерации нервных импульсов. Степень этого влияния зависит от соотношения Ca : Na в среде.
Ионам кальция, по-видимому, принадлежит важная роль в процессах адгезии, т. е. соединения мембранных поверхностей смежных клеток. Эта функция осуществляется либо путем участия кальция в составе Ca — мукополисахаридного межклеточного цемента, либо путем снижения кальцием поверхностного отрицательного заряда клеток.
Кальций является антагонистом натрия в его действии на протоплазму. Освобождаемые из кальций-протеиновых комплексов ионы Ca2+ понижают гидрофильность клеточных коллоидов, в результате чего увеличивается вязкость гиалоплазмы. Это отмечается, в частности, в период, предшествующий митозу клеток.
Влияние ионов Ca2+ на деятельность центральной и периферической нервной системы обусловлено их участием в регуляции ионной проницаемости мембран и генерации процесса возбуждения в теле нейрона и нервных окончаниях. Изменение концентрации кальция в тканевой жидкости влияет на проницаемость мембраны нейронов для ионов натрия и калия и соответственно на ее возбудимость. Иначе говоря, ионы Ca2+ оказывают стабилизирующий эффект на мембрану нейрона.
В нервно-мышечных синапсах ионы Ca2+ способствуют выделению ацетилхолина и связыванию его с холин-рецептором, а при избытке ацетилхолина активируют расщепляющий его фермент — холинэстеразу.
Ионы Ca2+ активируют ферментативные процессы на первых двух стадиях свертывания крови (образование тромбопластина и образование тромбина). Связывание ионов кальция в плазме ок-салатами или цитратами предохраняет кровь от свертывания.
Ионы Ca2+ принимают участие в образовании крупных белковых молекул-мультмеров из субъединиц протомеров. В присутствии Ca2+ стабилизируется, в частности, третичная и четвертичная структуры фермента α-амилазы, устойчивые к пептидгидролазам желудочно-кишечного тракта. Аналогичные данные имеются в отношении трипсина. Ионы Ca2+ активируют ферменты актомиозинаденозинтрифосфатазу, рибонуклеазу, лецитиназу и др.
В заключение следует сказать, что для формирования скелета, образования молока, формирования скорлупы яиц в основном используется также ионная форма кальция, извлекаемая соответствующими органами из крови и преобразуемая в комплексные соединения. Источниками, поддерживающими необходимый уровень ионизированного кальция в крови, являются: а) кальций, абсорбируемый в ионной форме в кишечнике, б) способные к диссоциации кальций-протеиновые комплексы сыворотки, в) поверхностно-активный (быстрообмениваемый) фонд кальция скелета, г) кальций, освобождающийся при резорбции кости под влиянием паратиреоидного гормона.