Химический состав живых организмов, потребности в веществах и энергии, страница 17

Основная роль кальция состоит в организации целостной скелетной системы, в которой и находится 99 % всего кальция организма в виде гидроксиапатита Ca5(PO4)3OH, или, в другой записи, 3Ca3(PO4)2·Са(OH)2. Из карбоната кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др. Гигантский резервуар кальция, содержащийся в скелетной системе, находится в состоянии динамического равновесия с кальцием в кровеносной системе и служит в качестве буфера для поддержания стабильного уровня его циркуляции. Оставшийся 1 %, присутствующий в трех формах: в комплексе с органическими и неорганическими кислотами (лимонной, фосфорной и т. д.), в связанной с белками форме, в ионизированном виде − играет важнейшую роль в свертывании крови, генерации и передаче нервных импульсов, сокращении мышечных волокон, активации определенных ферментативных систем и выделении некоторых гормонов.

Сам по себе скелет является не постоянным местом депонирования кальция, но динамическим, где образуются новые кальциевые кристаллы, а старые разрушаются. Скорость этого разрушения и построения значительно варьирует в зависимости от возраста. Пик костной массы может не быть достигнут вплоть до 25 лет. К 40−50 годам разрушение костей может превысить построение; при этом общая костная масса значительно уменьшается. Увеличение потери костной массы начинается раньше и проходит с резкими последствиями чаще у женщин, нежели у мужчин, у белых, нежели у черных, чаще у маленьких людей, нежели у высоких. Риск медицинских последствий потери костной массы, называемойостеопорозом, наибольший у маленьких белых женщин. При этом склонность к остеопорозу передается по наследству. Эта предрасположенность ответственна за преобладание переломов шейки бедра из-за ослабления кости при потере кальция в этой подгруппе женщин.

Всасывание кальция происходит как в толстом, так и тонком кишечнике и облегчается кислой средой, витаминами D и С, ионами железа, лактозой, ненасыщенными жирными кислотами. Немаловажна роль магния в кальциевом обмене, при его недостатке кальций «вымывается» из костей и осаждается в почках (почечные камни) и мышцах. Усвоению кальция препятствуют аспирин, щавелевая кислота, производные эстрогена. Соединяясь с щавелевой кислотой, кальций дает нерастворимые в воде соединения, которые являются компонентами камней в почках.

Почему организмы выбрали Са2+ в качестве универсального регулятора? Предполагают, что первоначально клетка пыталась избавиться от ионов кальция из-за образования плохо растворимых солей с фосфатами, которых достаточно много в клетке из-за использования для создания и накопления богатых энергией веществ (NTP). Чтобы избежать коллапса в клетке из-за выпадения в осадок фосфатов кальция, клетками были созданы специальные транспортные системы, удаляющие Са2+ из цитоплазмы, так что концентрация этого иона в клетке достаточно низкая (менее 10-7 М), и любое повышение концентрации Са2+  в цитоплазме клетками будет восприниматься как определенный сигнал к действию. Тушение кальциевого сигнала обеспечивают системы быстрого выведения кальция из цитоплазмы клетки.

Эти системы встроены в мембраны. В наружней плазматической мембране клеток обнаружена Са2+-АТРаза (кальциевый насос), которая за счет энергии гидролиза АТР выкачивает ионы кальция из клетки во внешнюю среду против градиента концентрации, и Na+/Ca2+-обменник, который при определенных условиях обменивает внутриклеточный ион кальция на внеклеточный ион Na+          (рис. 6.13).

В мембраны эндоплазматического ретикулума также встроена Са2+-АТРаза, удаляющая ион кальция из цитоплазмы в специальные цистерны ретикулума, где он депонируется до востребования. В митохондриях есть транспортная система, перемещающая ион кальция из цитоплазмы внутрь матрикса митохондрий.