ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Κωνσταντίνος Αδαμίδης, Νεφρολόγος 5ο Ετήσιο Μετεκπαιδευτικό Σεμινάριο Υγρών, Ηλεκτρολυτών & Οξεοβασικής Ισορροπίας 23 & 24 Σεπτεμβρίου 2011

ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ Μηχανική ενίσχυση οστών (υδροξυαπατίτης) Διαμόρφωση δυναμικού ενεργείας Νευρική διεγερσιμότητα Διαβίβαση μεταβολικών μηνυμάτων (ενεργοποίηση ενζύμων και σηματοδοτικών οδών) Μυϊκή συστολή Εκκριτική λειτουργία κυττάρων Κυτταρική αύξηση Μνήμη και μάθηση Αιμόσταση Κυτταρική βλάβη και θάνατος

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ 2 %ΣΒ 1400 gr 70kg 1. Οστά και δόντια 99% 2. Εξωκυττάριος χώρος 3. Ενδοκυττάριος χώρος < 1%

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΟΣΤΑ Οστεοβλάστη Ca10(PO4)6(OH)2 Ανόργανα κρυσταλλικά άλατα υδροξυαπατίτη Ca5(PO4)3(OH)

ΑΝΤΑΛΛΑΞΙΜΟ ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΤΩΝ ΟΣΤΩΝ Ως άμορφα φωσφορικά άλατα οστών (<1%)... CaHPO4·2H2O και Ca3(PO4)2·3H2Ο PTH Ca2+ ΕΞΚΥ ...σε ισορροπία με το Ca2+ του ΕΞΚΥ

ΑΣΒΕΣΤΩΣΗ ΜΑΛΑΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ ΑΝΑΣΤΟΛΕΙΣ ΑΣΒΕΣΤΩΣΗΣ ΜΑΛΑΚΩΝ ΜΟΡΙΩΝ Πυροφωσφορικό Φετουϊνη-A Matrix-gla Protein (MGP)

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ στο ΕΞΚΥ Συνδεμένο με πρωτεΐνες Σύμπλοκα με ανιόντα 9% Ιονισμένο iCa2+ Συνδεμένο με πρωτεΐνες 50% 10-3 Μ 41%

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ Ca2+ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ 10-7 Μ Ca2+ [iCa2+] ΕΝΚΥ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ενδοπλασματικό Δίκτυο ΠΥΡΗΝΑΣ

ΔΙΑΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ Ca2+ Ca2+ NXC ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ Ca2+ Ca2+ 3Na+ ATP ATP ADP Ca2+ ADP Ca2+ Ca2+ Ca2+ PMCA Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ ATP Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ ADP Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ενδοπλασματικό Δίκτυο ΠΥΡΗΝΑΣ

ΔΙΑΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ Ca2+ NXC Ca2+ Ca2+ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ 3Na+ Ca2+ ATP ATP PMCA ADP Ca2+ ADP Ca2+ Ca2+ ATP Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ ADP Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ενδοπλασματικό Δίκτυο Buffers-EF hand ΠΥΡΗΝΑΣ Ca2+

ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ca2+- Δεσμευτικές (EF-hand) πρωτεΐνες Calmodulin Troponin-C Parvalbumin Calbindin-D28k Calbindin-D9k Αποκωδικοποίηση και διαβίβαση μηνυμάτων Ρυθμστική δράση

TRPc (Transient Receptor Potential cation channel) Νεφρικό σωληνάριο Εντερικό επιθήλιο

ΔΙΑΥΛΟΙ ΙΟΝΤΩΝ Διάνοιξη των διαύλων: Κατόπιν επίδρασης κάποιου διαβιβαστή (λ.χ. ακετυλοχολίνης) (Ligand-gated channels) Κατόπιν μεταβολών του δυναμικού της μεμβράνης (Voltage-Gated channels)

ΑΡΓΟΙ ΔΙΑΥΛΟΙ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ L-type Voltage-gated calcium channels Αργή αντίδραση Παρατεταμένη διάρκεια (Long Lasting) Κυρίως στα λεία μυϊκά και στα μυοκαρδιακά κύτταρα Αποκλεισμός από τους ανταγωνιστές διαύλων Ca2+

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Διαβιβαστής (λ.χ. ach) Εισοδος Na+ Εκπόλωση της κυτταρικής μεμβράνης Διάνοιξη των διαύλων Ca2+ (Voltage-gated) Εισοδος Ca2+ Επέκταση και περαιτέρω εκπόλωση

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΔΥΝΑΜΙΚΟ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Voltage-Gated Calcium channel Na+ Ca2+ Ach +++++++++++ − − − − − − − − +++++++++ − − − − − − − − ++ – – +++++++++ − − − − − − − − +++++++++++ − − − − − − − − Ca2+

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΝΕΥΡΙΚΗ ΔΙΕΓΕΡΣΙΜΟΤΗΤΑ Επίδραση στην ενεργοποίηση των διαύλων Na+ [iCa2+] ΕΞΚΥ Eύκολη διάνοιξη των διαύλων Na+ Εύκολη διέγερση των νευρικών ινών Τετανία

ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ - ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΖΕΥΞΗ Σαρκοπλασματικό Δίκτυο Γραμμωτοί μύες Δυναμικό ενεργείας Ηρεμία +++++ ----- ----- +++++ ATP Ca2+ Σαρκοπλασματικό Δίκτυο ADP Ca2+ DHPr Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Δίαυλος απελευθέρωσης Ca2+ (Ryanodine receptor channel) Ca2+ Ca2+ Σύνδεση του Ca2+με Troponin-C και έναρξη συστολής

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ Θέσεις δέσμευσης της Μυοσίνης Θέσεις δέσμευσης Ca2+ Troponin-C Troponin-I Troponin-T Τροπομυοσίνη Σύμπλεγμα Τροπονίνης Ακτίνη Ca2+ Αναδιαμόρφωση της Τροπομυοσίνης και αποκάλυψη της θέσης δέσμευσης της Μυοσίνης Θέσεις δέσμευσης της Μυοσίνης

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ Myosin Light Chain Kinase Λείοι μύες L-type Ca2+-Channel Calmodulin (+) Ca2+- CaM Myosin Light Chain Kinase Ca2+ P MLC Ερέθισμα MLC Ca2+ Ca2+ Ca2+ Μυϊκή συστολή Σαρκοπλασματικό δίκτυο

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ Καρδιακός μυς – Δυναμικό Ενεργείας Ca2+ Παράταση της διάρκειας της καρδιακής συστολής K+ Na+ K+ Φάση 0: Διάνοιξη των ταχέων διαύλων Na+ - ταχεία εκπόλωση Φάση 1: Σύγκλειση διαύλων Na+ και διάνοιξη διαύλων Κ+ - ταχεία επαναπόλωση Φάση 2: Διάνοιξη των βραδέων διαύλων Ca2+ - Πλατό στο δυναμικό ενεργείας Φάση 3: Σύγκλειση διαύλων Ca2+ - τελική φάση ταχείας επαναπόλωσης Φάση 4: Φάση ηρεμίας

ΔΙΑΒΙΒΑΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ 1ος Αγγελιοφόρος – μέσω CaSR PTH κύτταρο Μεταγραφής PTH − Έκκρισης PTH − ΠΥΡΗΝΑΣ Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ COOH IP3r DAG + IP3 PIP2 G Ca2+ PLC NH2 PLC: Φωσφολιπάση C, PIP2:Διφωσφορική Φωσφο-ινοσιτόλη, IP3:Τριφωσφορική Ινοσιτόλη, DAG: Διακυλογλυκερόλη

ΔΙΑΒΙΒΑΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ 2ος Αγγελιοφόρος – οδός της IP3 ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ ΠΥΡΗΝΑΣ ΕΚΚΡΙΣΗ Calmodulin Ca-CaM ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΥΞΗΣΗ Ενδοπλασματικό Δίκτυο ΚΙΝΑΣΕΣ ΦΩΣΦΑΤΑΣΕΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΟΙ ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ IP3r DAG + IP3 PIP2 G Ορμόνη PLC ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ

ΔΙΑΒΙΒΑΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ STIM 1 υποδοχείς – ORAI δίαυλοι ΚΜ STIM 1 ΕΔ Store Operated Ca2+ Entry (SOCE)

ΔΙΑΒΙΒΑΣΗ ΜΕΤΑΒΟΛΙΚΩΝ ΜΗΝΥΜΑΤΩΝ 3ος Αγγελιοφόρος Ca2+ NXC ΠΥΡΗΝΑΣ 3Na+ PMCA CaSR ATP Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ ADP NH2 Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ COOH Ca2+ Ca2+ G Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ IP3r DAG + IP3 PIP2 G Ορμόνη PLC ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΕΚΚΡΙΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ Κλίση συγκέντρωσης [Ca 2+] Κλείσιμο δίαυλου Κ+ Δίαυλος Κ+ Διάνοιξη Διαύλου Ca2+ Εκπόλωση Δίαυλος Ca2+ GLUCOSE Αναδιοργάνωση ινιδίων ακτίνης Σύντηξη εκκριτικών κοκκίων με κυτ. μεμβρ. GLUT 2 ATP Ινίδια Ακτίνης Κλίση συγκέντρωσης [Ca 2+] Syntaxin Annexin VAMP Μεταβολισμός Εκκριτικά κοκκία ΠΥΡΗΝΑΣ β-ΚΥΤΤΑΡΟ ΠΑΓΚΡΕΑΤΟΣ

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΑΥΞΗΣΗ DHPr G PLC PIP2 RyR DAG Ca2+ IP3r IP3 PKC Ca2+ + Ca2+ + Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ c-fos c-jun Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Cyclin-E1 Ca2+ Ca-CaM Ca2+ CaM Cyclin dependent kinases Ενδοπλασματικό δίκτυο Calcineurin P NFAT DNA NFAT + P ΠΥΡΗΝΑΣ

ΑΣΒΕΣΤΙΟ, ΜΝΗΜΗ ΚΑΙ ΜΑΘΗΣΗ Αυτο-ενίσχυση νευρικού σήματος Ca2+/Calmodulin εξαρτώμενη Κινάση (CaMK) Calmodulin Ca2+ + COOH Πρωτεϊνικό Υπόστρωμα + ATP Φωσφοπρωτεΐνη NH2 Ca2+/Calmodulin-dependent protein kinase Αντίδραση

ΑΣΒΕΣΤΙΟ, ΜΝΗΜΗ ΚΑΙ ΜΑΘΗΣΗ Ca2+/Calmodulin εξαρτώμενη Κινάση - Αυτο-φωσφορυλίωση Ca2+-Calmodulin P P P P P P P Αδρανής CaΜΚΙΙ Ενεργοποίηση παρουσία Ca2+-CaM Ενεργοποίηση γειτονικών υπομονάδων Αυτο-Φωσφορυλίωση γειτονικών υπομονάδων χωρίς τη συμμετοχή Ca2+-CaM

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΑΙΜΟΣΤΑΣΗ Αναδιοργάνωση Ινιδίων Ακτίνης TxA2 5-HT ATP Αναδιοργάνωση Ινιδίων Ακτίνης Αποκοκκίωση PLT Ενεργοποίηση επιφ. υποδοχέων Ιξώδης μεταμόρφωση Ινίδια Ακτίνης PIP2 PLC DAG G IP3 Ενδοπλασματικό Δίκτυο Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ STIM1 Ca2+ ORAI Αιμοπετάλιο

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΑΙΜΟΣΤΑΣΗ ΕΝΔΟΓΕΝΗΣ ΟΔΟΣ- τραύμα αγγείου ή επαφή με κολλαγόνο ΕΞΩΓΕΝΗΣ ΟΔΟΣ- Ιστικό τραύμα ΧΙΙ ΧΙΙa (HMW kininogen, preckallikrein) ΙΣΤΙΚΟΣ ΠΑΡΑΓΩΝ ΧΙ ΧΙa Ca2+ IΧ IΧa VIII VIIa VII Thrombin Ca2+ VIIIa X X Xa Ca2+ PLT φωσφολιπίδια Thrombin V Πολυμερισμός Prothrombin Activator PLT φωσφολιπίδια XIII XIIIa Prothrombin Thrombin Ινωδογόνο Ινώδες Ca2+

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΛΑΒΗ G-Protein υποδοχέας Διαταραχές κυτταρικής μεμβράνης PIP2 Ca2+ATPάση Na+/Ca2+ Ανταλλαγέας (+) P-lipase C (+) Μιτοχόνδρια Κυτταροπλασματικού Ca2+ Ενδοπλασμ. δίκτυο IP3 + DAG ΔΜΜ Οξειδωτικό Stress Πρωτεϊνική Κινάση C Καλμοντουλίνη CaBP Νουκλεάσες Υπεροξείδωση P-λιπάση Α2 Πρωτεάσες Διαταραχές του κυτταροσκελετού (Actin, Tubulin) Βλάβη μεμβράνης Διαταραχές κυτταρικής διαίρεσης & διαφοροποίησης Ρήξεις ελίκων DNA & RNA Εξοίδηση Φυσαλίδες Κυτταρικός θάνατος Ρήξη κυττάρου

ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΒΛΑΒΗ Φυσαλίδες κυττ. μεμβράνης (Blebbing) Οξεία σωληναριακή νέκρωση

Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ευχαριστώ !