14장. 칼슘의 역할

이번 포스팅이에서는 리간드와 수용체가 결합해서 활성화된  G단백질에 의해서 생긴 IP3에 의해 방출되는 칼슘의 작용과 생체내에서의 기능에 대해 살펴 보겠습니다.

 

 

              CHAPTER14.6

           (신호 전달에 있어서 칼슘의 역할)

 

 

●칼슘이온의 방출

 

 

앞에서 이야기 했던 것처럼 이노시톨 3인산(inositol-1,4,5-triphosphate; IP3)은 수용성으로 세포질에 녹아서 소포체(endolasmic reticulum; ER)에 있는 IP3 수용체인 리간드-개폐 칼슘 채널에 결합합니다. 그리고 채널이 열리면서 세포기질 안으로 칼슘이온이 많이 방출됩니다.

 

●칼슘이온의 활성 측정

 

(fura에 의해서 형광이 나타나는 모습)

 

 

 

칼슘이온이 분비되어 생리적 현상이 일어나는 것을 어떻게 알 수 있었을까요. 푸라-2(fura-2)와 같은 칼슘 의존적 형광염료를 표적세포에 주입하는 실험을 통해 확인 할 수 있었습니다. 이런 지시약들을 칼슘 지시약이라고 하는데 세포내 칼슘 농도가 증가하면 형광량이 증가하여 칼슘 활동의 민감한 척도로 사용됩니다. 최근에는 칼슘 농도의 변화에 따라 형광량을 증가시키는 카멜레온이라는 유전공학 단백질을 사용하여 세포기질내 칼슘이온의 농도 변화를 측정 합니다.

 

●칼슘이온운반체(calcium ionophore, 이오노마이신 또는 A23817 같은 약물)

세포 내의 칼슘이온 농도를 높이는 여러 가지 단백질 인산화효소의 활성화를 포함하여 특이적으로 세포를 자극하는 목적으로 실험에 사용됩니다. 이를 통해 칼슘의 생리적인 연구가 진행되었습니다.

 

●세포내 칼슘 이온 농도 조절

 

 

 

칼슘이온은 여러 가지 세포기능에 필수적인 역할을 수행합니다. 하지만 일반적으로 세포 내의 칼슘 농도는 일반적으로 세포막과 소포체에 존재하는 칼슘 ATPase에 의해 아주 낮게 유지됩니다. 세포막에 존재하는 칼슘ATPase는 칼슘을 세포밖으로 운반하고 ER에 존재하는 효소들은 세포내 칼슘을 ER 내부로 모으는 작용을 합니다. 여기에 몇몇 세포들은 세포질의 칼슘 농도를 더욱 낮추는 나트륨-칼슘 교환기를 가집니다. 미토콘드리아 또한 칼슘을 내부로 이동시킵니다. 그래서 휴지기일 때 세포질 내 칼슘이온 농도는 0.1µM로 유지됩니다.

 

●세포 내 칼슘이온 농도 증가 작용

세포 외액과 혈액 내 칼슘 농도는 약 1.2mM인데 이는 0.1µM인 세포기질 내 농도보다 1000배 이상 높습니다. 세포막의 칼슘 채널이 열리면 칼슘 농도의 차이에 의해 칼슘이온이 세포 안으로 들어오게 됩니다.

 

 

 

 

 

(칼슘 채널이 열려서 세포 안으로 칼슘이 들어와 심장 수축까지 단계적인 반응을 나타낸 모식도)

 

2. 이노시톨 3인산(inositol triphosphate)나 리아노딘 수용체 채널에 의해 소포체(endoplasmic reticulum; ER)안에 저장된 칼슘이 세포기질로 방출됩니다. 식물유래 알칼로이드 화합물인 리아노딘에 민감하게 반응하는 리아노딘 수용체 채널들은 심장과 근소포체에서 칼슘을 방출하는데 중요한 역할을 하며 신경세포와 같은 비근육성 세포들도 리아노딘 수용체를 가집니다.

 

 

 

★ 칼슘의존적 칼슘 방출(calcium induced calcium release)

신경세포의 탈분극에 의해 칼슘 채널이 열려 세포질로 칼슘이 들어오면 리아노딘 칼슘 채널이 열리고 ER에 축적된 칼슘이 세포질로 방출되는데 이를 칼슘 의존적 칼슘 방출이라고 합니다.