Calciumkanäle [von latein. calx, Gen. calcis = Kalk], Calciumionenkanäle, spannungsabhängige Calciumionenkanäle, Ca²⁺-Kanäle, E calcium channels, voltage-gated calcium channels (Abk. VGCC), spannungsaktivierte Ionenkanäle (transmembranäre Glykoproteine), die sich bei Depolarisation der Zellmembran öffnen und unter physiologischen Bedingungen selektiv für Ca²⁺-Ionen (Calcium) permeabel sind. Sie werden ubiquitär in elektrisch erregbaren Zellen (Nervenzellen, sekretorische Zellen, quergestreifte und glatte Muskulatur) exprimiert. Entsprechend ihren biophysikalischen Eigenschaften (unter anderem Aktivierungs- und Inaktivierungsverhalten) werden sogenannte hoch spannungsaktivierte Ca²⁺-Kanäle (E high voltage-activated, Abk. HVA) und niedrig spannungsaktivierte Ca²⁺-Kanäle (E low voltage-activated, Abk. LVA) unterschieden. Ihre weitere Einteilung beruht hauptsächlich auf pharmakologischen Eigenschaften (Blockierbarkeit durch bestimmte Medikamente oder Toxine; siehe Tabelle). – HVA Ca²⁺-Kanäle werden eingeteilt in L-Typ Ca²⁺-Kanäle ("lasting" bzw. "large conductance"), N-Typ Ca²⁺-Kanäle ("neither L- nor T-type" bzw. neuronal), P/Q-Typ Ca²⁺-Kanäle (zuerst beschrieben in Purkinje-Zellen des Kleinhirns) und R-Typ Ca²⁺-Kanäle (resistent gegenüber bekannten Ca²⁺-Kanalblockern). LVA Ca²⁺-Kanäle werden auch als T-Typ Ca²⁺-Kanäle ("transient aktivierend") bezeichnet. Sehr häufig fungieren sie als Koppler zwischen elektrischer Aktivität und nachfolgenden zellulären Funktionen. N- und P/Q-Typ Ca²⁺-Kanäle vermitteln den größten Teil des Aktionspotential-bedingten Ca²⁺-Einstroms, der zur Neurotransmitter-Freisetzung an zentralnervösen Synapsen führt. L-Typ Ca²⁺-Kanäle fungieren in der Skelettmuskulatur als Spannungssensoren, deren Aktivierung zur Ca²⁺-Freisetzung aus dem sarkoplasmatischen Reticulum führt, im Myokard vermitteln sie die Plateauphase des Aktionspotentials ( siehe Zusatzinfo ), in Neuronen führt ihre Öffnung unter anderem zu Ca²⁺-abhängiger Genexpression. Ca²⁺-Einstrom durch VGCC kann andere Ca²⁺-abhängige Ionenkanäle, z.B. Ca²⁺-abhängige K⁺- und Cl^--Kanäle oder Ca²⁺-abhängige unspezische Kationenkanäle (E CAN channels) und Ca²⁺-abhängige Enzyme, z.B. neuronale Stickoxid-Synthase) aktivieren. Die Aktivität vieler Ca²⁺-Kanäle steht unter der Kontrolle von G-Proteinen und von (de-)phosphorylierenden Enzymen. – HVA Ca²⁺-Kanäle bestehen aus einer die Kanalpore bildenden α1-Untereinheit sowie akzessorischen intra-, extra- oder transmembranären Untereinheiten (α2/δ, β und γ). Die α1-Untereinheit bestimmt die pharmakologischen Eigenschaften und die Ionenselektivität, akzessorische Untereinheiten beeinflussen unter anderem die G-Protein-vermittelte Modulation der Ca²⁺-Kanalöffnung. Die die Kanalpore bildenden α1-Untereinheiten sowie einige akzessorische Untereinheiten sind kloniert worden. Die den α1-Untereinheiten entsprechenden Proteine werden als Klasse S-, A-, B-, C-, D-, E-, F-, G-, H-, I-Ca²⁺-Kanalproteine bezeichnet ( siehe Tab. ). Es sind Proteine, die sich aus jeweils vier identischen Abschnitten (sogenannten internal repeats) zusammensetzen, die wiederum jeweils sechs transmembranäre Segmente enthalten. – Es gibt auch ligandengesteuerte calciumdurchlässige Ionenkanäle, z.B. die IP₃-gesteuerten Kanäle des endoplasmatischen und sarkoplasmatischen Reticulums oder auch die Glutamatrezeptoren vom NMDA-Typ. Diese werden meist als Calciumfreisetzungskanäle bezeichnet; unter Calciumkanälen versteht man normalerweise die spannungsabhängigen Kanäle. Exocytose, Kaliumkanäle, Natriumkanäle.

Calciumkanäle

In den Glattmuskelzellen der Blutgefäße fehlen funktionelle Na⁺-Kanäle, d.h. daß Aktionspotentiale hier ausschließlich durch Ca²⁺-Kanäle getragen werden (Ca²⁺-Spikes). In Zellen des Arbeitsmyokards des Herzens, existieren neben Ca²⁺-Kanälen auch Na⁺-Kanäle in hoher Dichte. Hier wird die schnelle Phase des Aktionspotentials durch Na⁺-Einstrom gebildet. Die Na⁺-Kanäle inaktivieren allerdings innerhalb von Millisekunden. Ca²⁺-Kanäle können dann die Depolarisation der Zellen für einige weitere 100 ms aufrechterhalten und somit die Depolarisation und letztendlich die Muskelkontraktion verlängern.

Calciumkanäle