L’importanza del Calcio per l’organismo
Il Calcio nel nostro organismo riveste un ruolo importante; oltre ad essere uno dei
costituenti base delle ossa e dei denti (99% di tutto il Calcio organico), il rimanente 1%
svolge importanti funzioni che spaziano dalla contrazione muscolare alla coagulazione
sanguigna, dalla secrezione di ormoni e neurotrasmettitori all’attività enzimatica.
Il Calcio che non si trova immagazzinato nelle ossa e nei denti, è diffuso nelle cellule, nei
liquidi extracellulari e nel plasma. Se andiamo a considerare la quantità di Calcio libero
all’interno della cellula, salta agli occhi che la concentrazione di ioni Ca 2+ non supera
l’ordine di 10-7 - 10-8 M. Ciò è dovuto alla presenza di una ATPasi sulla membrana
cellulare che trasporta in modo attivo gli ioni Ca2+ al di fuori della cellula. Se invece ci
troviamo in cellule muscolari questa pompa ATPasica si trova sulla membrana del reticolo
sarcoplasmatico e pompa il Calcio dal citosol all’interno del reticolo accumulandolo come
riserva, dove la concentrazione del Calcio può arrivare fino a 10 -2 M. All’interno del reticolo
sarcoplasmatico il Calcio non è libero ma sequestrato da due proteine che hanno alta
affinità per il Calcio: la calsequestrina e la proteina legante il Ca2+ con alta affinità. In
questo modo la concentrazione di ioni Ca2+ all’interno del reticolo è bassa, perché tutti
legati alle proteine, e la pompa ATPasica consuma meno energia nel trasportare gli ioni
Ca2+ all’interno del reticolo perché non lavoro contro un gradiente troppo alto.
L’assorbimento del Calcio a livello intestinale
Gli alimenti contengono una notevole quantità di Calcio, sia in forma di sali inorganici che
legato a composti organici; al termine della digestione enzimatica, una consistente
frazione di Calcio si trova quindi nel lume intestinale, in forma dissociata di ioni Ca 2+.
Il trasferimento di questi ioni attraverso l’epitelio dell’intestino tenue è però abbastanza
complesso, non solo perché il Ca2+ può formare facilmente ioni poco solubili, quindi
difficilmente assorbibili, ma soprattutto perché l’assorbimento intestinale dello ione Ca 2+
richiede la presenza di un fattore di natura ormonale: l’1,25-diidrossicalciferolo (calcitriolo),
che viene prodotto dai tessuti epatico e renale sotto stimolo dell’ormone paratiroideo. Il
calcitriolo è un derivato della vitamina D3.
Occorre inoltre tenere presente che, in forma libera, per l’intensa azione che esso ha nella
regolazione di molti processi intracellulari, lo ione Ca2+ può essere presente nelle cellule
assorbenti solo in minima concentrazione; il passaggio del Ca 2+ attraverso gli enterociti
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richiede perciò che esso sia costantemente legato da proteine trasportatrici. Queste
difficoltà spiegano perché di regola viene assorbita solo una modesta frazione del Calcio
contenuto negli alimenti.
Vi sono ampie prove che l’assorbimento intestinale del Ca 2+ avviene nella prima parte del
tenue e che ad esso partecipino meccanismi attivi che gli consentono di superare le
membrane enterocitarie, e quindi la mucosa enterica per via transcellulare. Il calcitriolo
viene trasportato agli enterociti dal sangue; l’ormone, grazie alla sua liposolubilità, supera
la loro membrana baso-laterale, passa nel citoplasma e poi nel nucleo; qui determina la
trascrizione degli mRNA necessari alla sintesi di almeno due proteine implicate
nell’assorbimento del Ca2+:
una proteina Ca-fissatrice (Calcium Binding Protein, CaBP), che a livello della
membrana dei microvilli favorisce l’ingresso del Ca2+ nell’enterocita, mentre
all’interno della cellula impedisce che la concentrazione dello ione libero possa
aumentare oltre i ristrettissimi liniti fisiologici;
una ATPasi Ca-dipendente, che opera nella membrana baso-laterale dell’enterocita
come una pompa del Ca2+, determinandone l’espulsione nello spazio perimucosale.
Ne deriva che l’assorbimento del Ca2+ dipende criticamente dalla disponibilità
nell’organismo della vitamina D3, dalla quale deriva infatti il calcitriolo: ad una carenza di
questa vitamina ne consegue una diminuzione del contenuto in Ca2+ in tutti i liquidi
organici, con forte aumento dell’eccitabilità neuro-muscolare che può giungere fino alla
tetania. La carenza cronica di vitamina D3 ha gravi conseguenze nello sviluppo somatico,
poiché determina un esteso difetto nella calcificazione delle ossa, che nel periodo della
crescita risultano deformate in modo caratteristico (rachitismo).
La vitamina D3 è un composto liposolubile, per cui essa si trova associata a grassi
alimentari e con essi viene assorbita a livello intestinale; un alterato assorbimento
intestinale dei lipidi può quindi facilmente determinare nell’organismo carenza di vitamina
D3 e di conseguenza carenza di Ca2+.
Il Calcio e la contrazione muscolare
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La contrazione di un muscolo si propaga come impulso lungo la fibra. Il passaggio di
questo impulso che cambia il potenziale d’azione della fibra stessa è accompagnato dal
liberarsi del Ca2+ dalle cisterne del reticolo sarcoplasmatico, provocando la contrazione dei
sarcomeri, quindi la contrazione della fibra muscolare. Questo perché il Calcio liberato dal
reticolo aumenta la concentrazione del Calcio libero che innesca il legame della miosina
all’actina provocando la contrazione muscolare. Fintantoché la concentrazione del Calcio
rimane elevata ed è presente ATP, i ponti tra miosina ed actina continuano a riformarsi in
modo ciclico permettendo la contrazione muscolare. Perché il meccanismo di contrazione
abbia inizio è necessario che la concentrazione del Calcio extra-reticolo passi da 10-7 M a
10-6 M.
A livello delle cellule muscolari, la liberazione del Calcio dal reticolo sarcoplasmatico oltre
ad indurre la contrazione muscolare, provoca la degradazione del glicogeno intracellulare.
Il glicogeno è la fonte di riserva di glucosio per queste cellule. All’aumentare della
concentrazione del Ca2+ intracellulare il glicogeno viene degradato da un enzima,
glicogeno fosforilasi chinasi, la cui attivazione dipende oltre che dalla fosforilazione
dell’enzima stesso anche dal livello di Calcio citosolico. L’enzima attivato degrada il
glicogeno a glucosio 1-fosfato, carburante necessario per la contrazione e di immediato
utilizzo.
Il Calcio come secondo messaggero intracellulare
Molti ormoni si legano a recettori di superfice innalzando i livelli intracellulari di Ca2+
attraverso secondi messaggeri inositidici. I secondi messaggeri cellulari inositidici sono
Inositolo-trifosfato (IP3) e Diacil-glicerolo (DAG). La loro presenza implica l’apertura dei
canali proteice del Calcio presenti sulla membrana del reticolo endoplasmatico. Gli ioni
Ca2+ intracellulari liberi nel citosol sono potenti attivatori di molti processi intracellulari,
come esocitosi e contrazione muscolare. L’aumento di ioni Ca2+ all’interno della cellula è
dovuto sia alla sua entrata nella cellula dai liquidi extracellulari per apertura dei canali
ionici, sia per il rilascio dal reticolo endoplasmatico.
Nel citosol il Calcio viene legato da una proteina allosterica Ca-affine detta calmodulina,
che legando questo ione cambia la sua conformazione molecolare e diviene capace di
attivare un determinato processo intracellulare, sempre in risposta all’ormone che ha
attivato la cascata del segnale dei secondi messaggeri inositidici.
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Il Calcio e la coagulazione del sangue
La coagulazione consiste nella trasformazione di una parte del sangue in massa solida e
questo passaggio è possibile grazie allo svolgersi di due fasi:
1. la formazione del coagulo
2. la retrazione del coagulo.
Il coagulo è costituito da un reticolo di fibrina, proteina filamentosa che deriva dal
fibrinogeno tramite una complessa catena di reazioni e con l’intervento di numerose
sostanze presenti nel plasma e nelle piastrine.
Il fibrinogeno viene trasformato in fibrina dalla trombina, un enzima che non è presente
normalmente nel sangue in forma attiva, ma come forma inattiva: la protrombina. La
protrombina si attiva a trombina solo in presenza di un altro fattore: la tromboplastina o
trombochinasi, che si forma a sua volta in presenza di Calcio.
PROTROMBINA + Ca2+
→
TROMBINA + FIBRINOGENO
TROMBINA
→
FIBRINA
Il Calcio e gli ormoni
Gli ormoni che esplicano la loro azione attraverso o sulla concentrazione del Calcio sono:
la prolattina e la calcitonina.
La prolattina è un ormone proteico ad attività connessa con la riproduzione e/o nutrizione
della prole. Nella specie umana stimola le secrezione del latte da parte della ghiandola
mammaria e presenta un’azione favorente lo sviluppo della mammella. Le cellule bersaglio
della prolattina sono le cellule secernenti della ghiandola mammaria, qui l’ormone si lega
ad un recettore di membrana innescando un aumento della produzione di enzimi
necessari per la sintesi dei più importanti componenti organici del latte: la caseina e il
lattosio. L’attività secretoria a livello delle cellule bersaglio è provocata dall’aumento della
concentrazione intracellulare degli ioni Ca2+, si è visto infatti che la prolattina perde la sua
capacità di stimolare la secrezione quando il liquido extracellulare è carente di ioni Ca 2+.
La calcitonina è un ormone polipeptidico secreto dalle cellule parafollicolari della tiroide. La
calcitonina è attiva sul metabolismo del Ca2+ e dei fosfati. Sul metabolismo del Calcio
agisce riducendo la calcemia, lavorando a livello del tessuto osseo, dove inibisce l’osteolisi
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ed il riassorbimento della matrice promossi dagli osteoclasti. L’azione della calcitonina più
importante si ha nel periodo dell’accrescimento, quando è in corso il rimodellamento delle
ossa.
Fonti:
-
Principi di Fisiologia, vol I e II, Casella e Taglietti, La Goliardica Pavese ed.
-
Biologia Molecolare della Cellula, Darnell, Lodish e Baltimore, Zanichelli
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