ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΚΥΤΤΑΡΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ

1. 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

2. 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

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

4. ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΟΣΤΑ Οστεοβλάστη Ca10(PO4)6(OH)2 Ανόργανα κρυσταλλικά άλατα υδροξυαπατίτηCa5(PO4)3(OH)

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

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

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

8. ΚΑΤΑΝΟΜΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ 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

9. ΔΙΑΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ca2+ Ca2+ Ca2+ NXC ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ Ca2+ Ca2+ 3Na+ ATP ATP Ca2+ ADP 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

10. ΔΙΑΚΙΝΗΣΗ ΤΟΥ ΑΣΒΕΣΤΙΟΥ ΣΤΟ ΚΥΤΤΑΡΟ Ca2+ NXC Ca2+ Ca2+ Ca2+ ΜΙΤΟΧΟΝΔΡΙΑ 3Na+ Ca2+ ATP ATP PMCA Ca2+ ADP 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+

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

12. ΔΙΑΥΛΟΙ TRPc TRPc(Transient Receptor Potential cation channel) • Νεφρικό σωληνάριο • Εντερικό επιθήλιο

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

14. 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+

15. 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

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

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

18. ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ - ΗΛΕΚΤΡΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΣΥΖΕΥΞΗ Γραμμωτοί μύες Δυναμικό ενεργείας Ηρεμία +++++ ----- ----- +++++ ATP Ca2+ Σαρκοπλασματικό Δίκτυο ADP Ca2+ DHPr Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Δίαυλος απελευθέρωσηςCa2+(Ryanodine receptor channel) Ca2+ Ca2+ Σύνδεση του Ca2+με Troponin-C και έναρξη συστολής

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

20. ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΜΥΪΚΗ ΣΥΣΤΟΛΗ 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

21. 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

22. 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+ COOH Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ IP3r + G DAG IP3 PIP2 Ca2+ PLC NH2 PLC: Φωσφολιπάση C, PIP2:Διφωσφορική Φωσφο-ινοσιτόλη, IP3:Τριφωσφορική Ινοσιτόλη, DAG: Διακυλογλυκερόλη

23. 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 + G DAG IP3 PIP2 Ορμόνη PLC ΥΠΟΔΟΧΕΑΣ

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

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

26. ΑΣΒΕΣΤΙΟΚΑΙ ΕΚΚΡΙΤΙΚΗ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑ 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

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

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

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

30. ΑΣΒΕΣΤΙΟ ΚΑΙ ΑΙΜΟΣΤΑΣΗ 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

31. 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 Πολυμερισμός V Prothrombin Activator PLT φωσφολιπίδια XIIIa XIII Prothrombin Thrombin Ινωδογόνο Ινώδες Ca2+

32. 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 Πρωτεάσες P-λιπάση Α2 Διαταραχές του κυτταροσκελετού (Actin, Tubulin) Διαταραχές κυτταρικής διαίρεσης & διαφοροποίησης Βλάβη μεμβράνης Ρήξεις ελίκων DNA & RNA Εξοίδηση Φυσαλίδες Κυτταρικός θάνατος Ρήξη κυττάρου

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

34. Ca2+Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+Ca2+ Ευχαριστώ !