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Spannungsabhängiger Calciumkanal

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Synonyme: spannungsabhängiger Kalziumkanal, spannungsaktivierter Kalziumkanal
Englisch: voltage-gated calcium channel, voltage-dedendent calcium channel, VGCC, VDCC

1 Definition

Spannungsabhängige Calciumkanäle sind Calciumkanäle, die durch eine Änderung des Membranpotentials einer Zelle, d.h. eine Depolarisation, aktiviert werden.

2 Physiologie

Spannungsabhängige Calciumkanäle finden sich in der Zellmembran erregbarer Zellen, z.B. bei Muskelzellen, Nervenzellen oder Gliazellen. Sie werden durch eine Depolarisation der Zelle geöffnet und leiten dann Calciumionen aus dem Extrazellulärraum in das Zellinnere. Während des Ruhepotentials sind sie geschlossen. Sie besitzen auch eine Leitfähigkeit für Natriumionen, die jedoch etwa um den Faktor 1000 geringer ist.

Im Extrazellulärraum ist die Konzentration von Calciumionen deutlich höher als im Intrazellulärraum. Die Öffnung der Calciumkanäle führt daher zu einem spontanen Einstrom der Ionen in Richtung ihres Konzentrationsgefälles. In der Zelle löst das eingeströmte Calcium - je nach Zelltyp - sehr unterschiedliche Effekte aus. Unter anderem kommt es zur Öffnung kalziumsensitiver Kaliumkanäle, zur Muskelkontraktion, zur Ausschüttung von Neurotransmittern oder zur Hochregulierung der Expression bestimmter Gene.

3 Biochemie

Alle spannungsabhängigen Calciumkanälen sind sich strukturell ähnlich. Sie sind aus mehreren Untereinheiten aufgebaut, die man als α1-, α2δ-, β- und γ-Untereinheit bezeichnet.

3.1 α1-Untereinheit

Die α1-Untereinheit hat ein Molekulargewicht von rund 190 kDa und ist aus vier homologen Domänen aufgebaut. Sie ist das eigentliche morphologische Substrat der Ionenkanalfunktion. Die Domänen bestehen jeweils aus 6 α-Helices, die zusammen eine kalziumselektive Pore bilden.

3.2 α2δ-Untereinheit

Die α2δ-Untereinheit besteht aus den Untereinheiten α2 und δ, die durch eine Disulfidgruppe verbunden sind. Zusammen haben sie ein Molekulargewicht von 170 kDa. Die α2-Subunit ist glycosyliert und interagiert mit der α1-Untereinheit. Die δ-Subunit dient als Anker in der Zellmembran.

Die α2δ-Untereinheit ist das Drug Target der Gabapentinoide, die antikonvulsive Eigenschaften haben.

3.3 β-Untereinheit

Die 55 kDa große β-Untereinheit ist ein intrazelluläres, MAGUK-ähnliches Protein ("Membrane-Associated Guanylate Kinase"). Sie hat eine Guanylatkinase- und SH3-Domäne. Ihre Funktion ist nicht vollständig geklärt. Wahrscheinlich reguliert sie die Aktivität des Calciumkanals und den Transport der α1-Untereinheit vom endoplasmatischen Retikulum zur Zellmembran.

3.4 γ-Untereinheit

Die kleine γ-Untereinheit (33 kDa) ist ein Glykoprotein, das aus vier Helices aufgebaut ist, welche die Zellmembran durchspannen. Sie wurde bislang (2019) nur bei VGCCs der Skelettmuskulatur nachgewiesen.

4 Typen

Kanal Akronym Spannung Vorkommen
L-Typ-Calciumkanal "Long-lasting" HVA Skelettmuskulatur, glatte Muskulatur, Osteoblasten, Kardiomyozyten, Neuronen
P-Typ-Calciumkanal "Purkinje" HVA Purkinjezellen, Körnerzellen (Kleinhirn)
N-Typ-Calciumkanal "Neural" HVA ZNS, PNS
R-Typ-Calciumkanal "Residual IVA Körnerzellen (Kleinhirn) und andere Neuronen
T-Typ-Calciumkanal "Transient" LVA Neuronen, Schrittmacherzellen, Osteozyten

Legende: HVA = "high voltage activated" (hochspannungsaktiviert); IVA = "intermediate voltage activated" (mittelspannungsaktiviert); LVA = "low voltage activated" (niederspannungsaktiviert)

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