Calciumstoffwechsel.

Cạlciumstoffwechsel.

 

Die physiologisch aktive Form des Calciums ist das zweiwertige Calciumion (Ca²⁺), das, mit der Nahrung aufgenommen, durch einen aktiven Transport im Zwölffingerdarm resorbiert wird. Die Konzentration der aufgenommenen Ca²⁺-Menge wird durch Vitamin C, Parathormon und Calcitonin reguliert. Ein konstanter Calciumspiegel im Blut (Normalwert 10 mg/100 ml) ist für den Organismus von großer physiologischer Bedeutung. Sinkt die Konzentration unter 8 mg/100 ml (Hypocalcämie), so führen schon leichte, normalerweise unterschwellige Reize durch tonische Kontraktion der Skelettmuskulatur zu unter Umständen lebensgefährdenden Muskelkrämpfen (Tetanie), die auch die Atemmuskulatur betreffen können. Ein Anstieg des Blutcalciumgehaltes auf etwa 17 mg/100 ml (Hypercalcämie), der bei Tumoren der Nebenschilddrüse auftreten kann, führt zu Kalkeinlagerungen in den Blutgefäßen und der Niere (Nierensteine) und gelegentlich auch zu Herzstillstand. - Ca²⁺ ist ein »zweiter Botenstoff« (englisch second messenger), der aufgrund extrazellulärer Signale biochemischer Interaktionen im Zytoplasma der Zelle aktiviert. Diese Regulation beruht auf der sich verändernden intrazellulären Konzentration des Ca²⁺, die im Normalfall 10^-7 Mol/l (= 4 millionstel Gramm je Liter) beträgt. Kommt ein elektrisches oder chemisches Signal an der äußeren Zellmembran an, so öffnen sich die Calciumkanäle sowohl in der Zellmembran als auch in den Membranen der als Calciumspeicher dienenden Mitochondrien und des endoplasmatischen Retikulums (im Muskel: sarkoplasmatisches Retikulum), und Calcium tritt in die Zelle ein. Durch diese intrazelluläre Zunahme bindet Ca²⁺ fest und hochspezifisch an bestimmte Proteine (Calmodulin) und kann so zahlreiche intrazelluläre Stoffwechselreaktionen »anschalten«. Auf diese Weise ist Ca²⁺ u. a. beteiligt an der Kontraktion der Muskulatur, der Erregungsübertragung in den Synapsen der Nervenzellen und primären Sinneszellen, der Freisetzung von Hormonen aus endokrinen Drüsen, der Aktivierung von Enzymen, der Ausbildung der Gestalt von Zellen, der Zellteilung, der Blutgerinnung und dem Knochenstoffwechsel. Ein intrazellulärer Ca²⁺-Anstieg aktiviert auch in der Zellmembran lokalisierte Calciumpumpen, die, zum Teil im Gegenaustausch mit anderen Ionen (H⁺, Na⁺), Ca²⁺ wieder aus der Zelle ausschleusen und dadurch die entsprechende Stoffwechselreaktion wieder »abschalten«. Die Transportkapazität dieser Ionenpumpen kann sehr hoch sein, z. B. bei einer einzelnen Herzzelle bis zu 3 Mrd. Ca²⁺-Ionen je Sekunde. Eine weiter gehende Aufklärung molekularer Interaktionen des Calciumstoffwechsels ist auch für die Entwicklung klinisch-therapeutischer Maßnahmen von großer Bedeutung. Ein Beispiel ist der Einsatz von Substanzen, die selektiv die Calciumkanäle blockieren (Calciumantagonisten).

 

Pflanzen nehmen Ca²⁺ über die Wurzeln auf und transportieren es spitzenwärts. Ein Rücktransport findet nicht statt, sodass die Blätter mit zunehmendem Alter calciumreicher werden. Es wird als Salz v. a. in Form von Oxalat, Carbonat und Phosphat abgelagert. Der Gesamtgehalt beträgt rd. 20 mg/kg Trockensubstanz. Es beeinflusst die Quellungsprozesse, ist Bestandteil der Mittellamelle der Zellwände und fördert das Wurzel- und Zellstreckungswachstum.