Funkcije

Funkcije kalcija su:

• Strukturni dio kostiju
• Stanična signalizacija
• Kontrakcija mišića
• Zgrušavanje krvi
  

Strukturni dio kostiju

Kost se sastoji od minerala odloženih u organskom matriksu i koštanih stanica. Glavni strukturni mineral naših kostiju je upravo kalcij. Naime, oko 90 % ukupne količine kalcija u našem organizmu nalazi se u kostima i zubima, gdje se primarno nalazi u obliku kristala hidroksiapatita (Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂). Ovaj mineralni kompleks je pohranjen u organskom matriksu koji je građen većinom od kolagena, dok minerali u kostima čine skoro 40 % ukupne težine kosti. Hidroksiapatit nije čisti kalcijev fosfat, on može adsorbirati neke ione na svoju površinu (magnezij, željezo, natrij, klorid), dok se drugi ioni (stroncij, fluorid i karbonat) mogu uključiti u ovaj mineralni kompleks. Poznato je da se ova unutrašnja građa kostiju neprestano mijenja, tj. stare se kosti razgrađuju, a nove se stvaraju. Brzina procesa razgradnje kostiju jednaka je brzini sinteze nove kosti, no do smanjenja sinteze nove kosti dolazi u postmenopauzi. Posebne koštane stanice, osteoblasti, zadužene su za sintezu nove kosti, tj. za proizvodnju kolagenih vlakana koji čine glavninu organskog matriksa. Druge koštane stanice, osteoklasti, zadužene su za razgradnju mreže kolagenih vlakana i stvaranje prostora gdje osteoblasti stvaraju novu kost. Također, osteoklasti imaju važnu ulogu u povećanju razina kalcija u krvi, kada ovog minerala u organizmu nedostaje. Osteokalcin je protein koji se nalazi u kostima, a njegovo djelovanje ovisi o kalciju, ali i o vitaminu K (karboksilacija). Luče ga osteoblasti, a sudjeluje u sintezi nove kosti, mineralizaciji kostiju i homeostazi kalcija.^[1-6]

Ostale uloge

Malen dio kalcija, oko 1 %, nalazi se u stanici, tj. unutar raznih organela (mitohondrij, endoplazmatski retikulum, jezgra, vezikule) i izvan stanice, tj u krvi, limfi i tjelesnim tekućinama. Oko 50 % kalcija koji se nalazi u plazmi je u obliku iona (Ca²⁺), tj. u aktivnom obliku u kojem kalcij regulira brojne funkcije našeg organizma. Kalcij tako sudjeluje u zgrušavanju krvi, provođenju živčanih impulsa, kontrakciji mišića, regulaciji enzima, permeabilnosti membrana, izlučivanju hormona, vazokonstrikciji i vazodilataciji. Neki od enzima koji su regulirani kalcijem i/ili kalmodulinom su adenilat ciklaza, glikogen sintaza, miozin kinaza, piruvat kinaza, piruvat karboksilaza, Ca-Mg ATPaza, glicerol-3-fosfat dehidrogenaza, NAD kinaza, fosfolipaza A2, piruvat dehidrogenaza i dr. Dakle, kalcij ima važnu ulogu u metabolizmu ugljikohidrata i raznim drugim biokemijskim procesima.

Stanična signalizacija

Važan dio sustava stanične signalizacije je i kalcij, a njegov protok iz jednog dijela stanice u drugi ima važnu ulogu u regulaciji metabolizma. Protok kalcija je olakšan intracelularnim proteinom koji veže kalcij, kalmodulinom. Kalmodulin sadrži četiri mjesta za vezanje kalcija i nalazi se u svim stanicama te posreduje u mnogim biokemijskim procesima zajedno s kalcijem. Mnogi od utjecaja kalcijevih iona događaju se kada se otpušteni kalcij veže i aktivira kalmodulin, koji može aktivirati protein kinaze ovisne o kalciju i kalmodulinu ili može djelovati direktno na druge proteine. Uz kalmodulin, postoje mnogi drugi proteini koji vežu kalcij i posreduju u biološkoj funkciji kalcija. Jedan od enzima kojem je potreban kalcij kao kofaktor je i fosfodiesteraza koja katalizira reakciju pretvorbe cikličkog AMP-a (cAMP) u 5′-AMP. Ciklički AMP je stanični glasnik važan za kontrolu proliferacije i diferencijacije stanica, ali i za fosforilacije proteina, koja ima ulogu u promjeni djelovanja samog proteina. Također, sudjeluje u regulaciji djelovanja nekih hormona, a kalcij ovisna fosfodiesteraza regulira djelovanje cikličkog AMP-a. Kalcij ima ulogu i u drugim signalnim putevima, osim navedenog signalnog puta cAMP-a. Signalni put koji povećava koncentraciju kalcija u citoplazmi je i put fosfolipaze C, tj. fosfatidilinozitolni sustav. U ovom slučaju, fosfolipaza C, protein koji je vezan na membranu, aktivira se vezanjem signalne molekule, npr. hormonom. Tako aktivirana fosfolipaza C katalizira hidrolizu fosfatidil-inozitol-4,5-bisfosfata, jednog od fosfolipida plazma membrane. Hidrolizom nastaju diacilglicerol i inozitol-1,4,5-trifosfat, koji se premještaju u citoplazmu. Diacilglicerol se veže za protein kinazu C i  aktivira ju uz pomoć kalcijevih iona. Protein kinaza C katalizira reakcije fosforilacije brojnih proteina. Nekim od tih enzima je potrebna fosforilacija za povećanje ili smanjenje njihove metaboličke aktivnosti. Inozitol-1,4,5-trifosfat se u međuvremenu veže se na membranu endoplazmatskog retikuluma, gdje dalje potiče otpuštanje kalcija. Kalcijevi ioni izlaze iz endoplazmatskog retikuluma, povećavajući razine kalcija u citosolu. Povišene razine kalcijevih iona aktiviraju različite proteine u jednom ili više signalnih puteva. Kalcij i signalni sustavi cAMP-a i fosfatidilinozitola objašnjavaju djelovanje mnogih hormona i staničnih regulatora. Angiotenzin, kolecistokinin, acetilkolin, inzulinu slični faktori rasta, inzulin i glukagon su neki od hormona za čije djelovanje je potreban kalcij i navedeni signalni sustavi.^[1-5,7,8]

Provođenje živčanih signala i kontrakcija mišića

Kalcij je potreban za provođenje živčanih impulsa. Acetilkolin je neuroprijenosnik, kojeg ispuštaju živčane stanice, a kontrolira kontrakciju svih skeletnih mišića i utječe na kontrakciju srčanog mišića. Zadržava se u sinaptičkim vezikulama živčane stanice sve dok električni signal ne uzrokuje njegovo otpuštanje u sinaptičku pukotinu. Kada se živčani impuls prenese do kraja motoričkog neurona, promjena membranskog napona otvara kalcijeve kanale što rezultira ulaskom kalcija u neuron. Navedeno rezultira otpuštanjem acetilkolina, koji se, nakon izlaska, veže za specijalizirani dio membrane mišićne stanice koja sadrži receptore za acetilkolin. Ti receptori su zapravo ionski kanali regulirani acetilkolinom, a njegovim vezanjem acetilkolina dolazi do otvaranja ionskog kanala, tj. do ulaska natrijevih iona u, a izlazak kalijevih iz mišićne stanice. Navedena promjena rezultira depolarizacijom, što posljedično potiče otpuštanje kalcija iz sarkoplazmatksog retikuluma unutar mišićne stanice. Sarkoplazmatski retikulum je posebno mjesto skladištenja kalcija unutar mišićne stanice, gdje se kalcij nalazi vezan za enzim, ATPazu (75 %). ATPaza služi kao pumpa kalcija koja koristi energiju dobivenu razgradnjom hidrolizom ATP-a, a kojom se kalcij prenosi iz citosola u sarkoplazmatski retikulum. Tamo kalcij ostaje sve dok nije potreban za kontrakciju mišića. Kada je kontrakcija potrebna, dolaskom signala, otvaraju se kalcijevi kanali na sarkoplazmatskom retikulumu i kalcij ulazi u citoplazmu mišićne stanice. U stanici se veže za troponin, kontraktilni protein skeletnih i srčanih mišića. Troponin je dug protein, s četiri vezna mjesta za kalcij. Vezanje kalcija rezultira konformacijskom promjenom ovog proteina, tj. on se skraćuje. Navedena promjena pak omogućava međudjelovanje aktina i miozina, što rezultirakontrakcijom mišića. Nakon repolarizacije membrane, troponin otpušta kalcij, a aktin i miozin više ne reagiraju te se kalcij vraća natrag u sarkoplazmatski retikulum. Također, vezanje kalcija za kalmodulin rezultira aktivacijom enzima koji razgrađuju mišićni glikogen, čime se dobija energija za kontrakciju samog mišića.^[1-5,9,10]

Zgrušavanje krvi

Kalcij sudjeluje i u procesu zgrušavanja krvi. Naime, kalcij je potreban za aktivaciju nekoliko faktora zgrušavanja koji su ovisni o vitaminu K. Zgrušavanje je proces koji se odvija u četiri faze, prva faza uključuje stvaranje tromboplastina, druga aktivaciju istog, treća stvaranje trombina, dok četvrta faza uključuje stvaranje fibrina. Nakon ozljede, stvara se krvni ugrušak pretvorbom proteina, fibrinogena, u netopljivu mrežu vlakana, fibrin. Ovu pretvorbu katalizira sam trombin, koji nastaje iz protrombina. Prije aktivacije, protrombin se adsorbira na fosfolipide oštećenih stanica pomoću kalcijevih mostova. Faktor IV u zgrušavanju krvi je sam kalcij, koji jepotreban i za sintezu te aktivaciju, tj. uspješno djelovanje protrombina ( faktor II), prokonvertina (faktor VII), Christmas-ovog faktora (IX) te Stuart-Prower-ovog faktora (X). Naravno, bez pomoći vitamina K, navedeno se ne može dogoditi, jer je on potreban za procese karboksilacije, tj. ako ti proteini nisu karboksilirani, na njih se ne može vezati kalcij (Vidjeti “Vitamin K”).  Kalcij aktivira i faktore koji inhibiraju koagulaciju, točnije protein S i protein C, kojem je protein S kofaktor. Također, ovaj mineral ima ulogu i u aktivaciji fosfolipaze A2, koja hidrolizira masne kiseline iz membranskih fosfolipida, kao što je arahidonska kiselina. Otpuštena arahidonska kiselina se dalje može metabolizirati tvoreći tromboksan A2 koji je moćan vazokonstriktor i potiče agregaciju trombocita.^[1-6,11-14]