Calciumabhängigen

Calciumabhängige Prozesse bezeichnen biologische Vorgänge, deren Aktivität oder Regulation maßgeblich von Calciumionen (Ca2+) abhängt oder durch sie gesteuert wird. Calcium fungiert dabei als zweiter Botenstoff im Zellinneren; durch Bindung von Ca2+ an Proteine ändern sich deren Konformation und Funktion.

Typische Calciumbindemotive sind EF-Hand-Domänen. Calmodulin dient als universeller Calcium-Sensor, der Ca2+-Bindung nutzt, um Enzyme wie Calcium/calmodulin-abhängige Kinasen (CaMKs), Phosphatasen sowie Transkriptionsfaktoren zu modulieren. Calciumabhängige Mechanismen finden sich in vielen Bereichen des Zelllebens: Muskelkontraktion wird durch Calciumbindung an Troponin C reguliert; in Nervenzellen löst der Ca2+-Einstrom in Synapsen die Vesikelfusion und Neurotransmitterfreisetzung aus. Calcium beeinflusst auch Endo-/Exocytoseprozesse sowie die Aktivität zahlreicher Enzyme und Proteine.

Signale des Calciums weisen räumliche und zeitliche Komplexität auf, etwa lokale Spitzen, globale Wellen oder Oszillationen. Calciumsensoren und Kalziumbindende Proteine übersetzen diese Muster in spezifische Antworten. Zu ihnen gehören S100-Proteine, Annexine und Reservoire wie Calsequestrin, die auch zur Pufferung beitragen.

In Pflanzen spielen calciumabhängige Proteinkinasen (CDPKs) eine zentrale Rolle, indem sie Calciumsignale direkt in Entwicklungs- oder Stressreaktionen übertragen. Die Calciumsignale werden durch SERCA-Pumpen, Plasma-Membran-Pumpen (PMCA) und Na+/Ca2+-Austauscher (NCX) sowie durch mitochondriale und endoplasmatische Speichersysteme reguliert, um cytosolischen Ca2+-Spiegel konstant zu halten.

Zusammenfassend bilden calciumabhängige Mechanismen eine zentrale Klassenbiologie der Signalgebung, deren Dynamik entscheidend für Vielfalt und Feinsteuerung zellulärer Prozesse ist.