แคลเซียมในทางชีววิทยา
ไอออนแคลเซียม (Ca 2+ ) มีส่วนช่วยในสรีรวิทยาและชีวเคมี ของ เซลล์ของสิ่งมีชีวิตพวกมันมีบทบาทสำคัญในเส้นทางการส่งสัญญาณ[ 2 ] [ 3 ]โดยทำหน้าที่เป็นตัวส่งสัญญาณตัวที่สองใน การปล่อย สารสื่อประสาทจากเซลล์ประสาทในการหดตัวของ เซลล์ กล้ามเนื้อ ทุก ชนิด และในการปฏิสนธิเอนไซม์หลายชนิดต้องการไอออนแคลเซียมเป็นโคแฟคเตอร์รวมถึงปัจจัยการแข็งตัวของเลือด หลายชนิด แคลเซียมภายนอกเซลล์ยังมีความสำคัญต่อการรักษาความต่างศักย์ข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่สามารถกระตุ้นได้ ตลอดจนการสร้างกระดูกที่เหมาะสม
ระดับแคลเซียมในพลาสมาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมได้รับการควบคุมอย่างเข้มงวด[ 2 ] [ 3 ]โดยกระดูก ทำหน้าที่เป็นแหล่ง เก็บสะสมแร่ธาตุหลักไอออนแคลเซียมCa 2+จะถูกปล่อยจากกระดูกเข้าสู่กระแสเลือดภายใต้สภาวะที่ควบคุมได้ แคลเซียมจะถูกขนส่งผ่านกระแสเลือดในรูปของไอออนที่ละลายหรือจับกับโปรตีน เช่น อัลบูมิ น ในซีรัมฮอร์โมนพาราไทรอยด์ที่หลั่งจากต่อมพาราไทรอยด์จะควบคุมการดูดซึม Ca 2+จากกระดูก การดูด ซึมกลับเข้าสู่การไหลเวียนในไต และเพิ่มการกระตุ้นวิตามิน D ให้เป็นแคลซิ ไตรออล แคล ซิไตรออล ซึ่งเป็นรูปแบบที่ออกฤทธิ์ของวิตามิน D ส่งเสริมการดูดซึมแคลเซียมจากลำไส้และกระดูก แคลซิไตรออลยังมีบทบาทสำคัญในการเพิ่มระดับแคลเซียมภายในเซลล์ และระดับไอออนนี้ที่สูงดูเหมือนจะช่วยป้องกันมะเร็งเต้านมและมะเร็งต่อมลูกหมาก การยับยั้งแคลซิไตรออลโดยแคลเซียมในอาหารที่มากเกินไปเชื่อว่าเป็นกลไกหลักสำหรับความเชื่อมโยงที่อาจเกิดขึ้นระหว่างผลิตภัณฑ์นมกับมะเร็ง อย่างไรก็ตาม วิตามินดีที่มีอยู่ในผลิตภัณฑ์นมหลายชนิดอาจช่วยชดเชยผลเสียจากอาหารที่มีแคลเซียมสูงได้โดยการเพิ่มระดับแคลซิไตรออลในเลือด แคลซิ โทนินที่หลั่งจากเซลล์พาราฟอลลิคูลาร์ของต่อมไทรอยด์ก็มีผลต่อระดับแคลเซียมเช่นกัน โดยมีฤทธิ์ตรงข้ามกับฮอร์โมนพาราไทรอยด์ แต่ความสำคัญทางสรีรวิทยาของแคลซิโทนินในมนุษย์ยังเป็นที่ถกเถียงกันอยู่
แคลเซียม ภายในเซลล์จะถูกเก็บไว้ในออร์แกเนลล์ซึ่งจะปล่อยและสะสมไอออน Ca 2+ ซ้ำๆ เพื่อตอบสนองต่อเหตุการณ์เฉพาะของเซลล์: สถานที่เก็บสะสมได้แก่ไมโตคอนเดรียและเอนโดพลาสมิกเรติคูลัม[ 4 ]
ความเข้มข้นของแคลเซียมที่เป็นลักษณะเฉพาะในสิ่งมีชีวิตจำลองมีดังนี้: ในE. coli 3 mM (จับตัว), 100 nM (อิสระ), ในยีสต์ที่กำลังแตกหน่อ 2 mM (จับตัว), ในเซลล์สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 10–100 nM (อิสระ) และในพลาสมาในเลือด 2 mM [ 5 ]
มนุษย์
| อายุ | แคลเซียม (มิลลิกรัม/วัน) |
|---|---|
| 1–3 ปี | 700 |
| 4–8 ปี | 1000 |
| 9–18 ปี | 1300 |
| อายุ 19-50 ปี | 1000 |
| อายุมากกว่า 51 ปี | 1000 |
| การตั้งครรภ์ | 1000 |
| การให้นมบุตร | 1000 |
ในปี 2022 ยานี้เป็นยาที่ถูกสั่งจ่ายบ่อยที่สุดเป็นอันดับที่ 277 ในสหรัฐอเมริกา โดยมีใบสั่งยามากกว่า 700,000 ใบ[ 8 ] [ 9 ]
คำแนะนำด้านโภชนาการ
สถาบันการแพทย์แห่งสหรัฐอเมริกา (IOM) ได้กำหนดปริมาณสารอาหารที่แนะนำต่อวัน (RDA) สำหรับแคลเซียมในปี 1997 และปรับปรุงค่าเหล่านั้นในปี 2011 [ 6 ]ดูตาราง หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) ใช้คำว่าปริมาณอ้างอิงของประชากร (PRI) แทน RDA และกำหนดตัวเลขที่แตกต่างกันเล็กน้อย: อายุ 4–10 ปี 800 มก., อายุ 11–17 ปี 1150 มก., อายุ 18–24 ปี 1000 มก. และอายุมากกว่า 25 ปี 950 มก. [ 10 ]
เนื่องจากความกังวลเกี่ยวกับผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ในระยะยาว เช่น การเกิดหินปูนในหลอดเลือดแดงและนิ่วในไต ทั้ง IOM และ EFSA จึงกำหนดระดับปริมาณสูงสุดที่ยอมรับได้ (ULs) สำหรับแคลเซียมจากอาหารและอาหารเสริม จากข้อมูลของ IOM ระบุว่า ผู้ที่มีอายุ 9–18 ปี ไม่ควรบริโภคเกิน 3,000 มก./วัน ผู้ที่มีอายุ 19–50 ปี ไม่ควรบริโภคเกิน 2,500 มก./วัน และผู้ที่มีอายุ 51 ปีขึ้นไป ไม่ควรบริโภคเกิน 2,000 มก./วัน[ 11 ] EFSA กำหนด UL ไว้ที่ 2,500 มก./วัน สำหรับผู้ใหญ่ แต่ตัดสินใจว่าข้อมูลสำหรับเด็กและวัยรุ่นไม่เพียงพอที่จะกำหนด ULs ได้[ 12 ]
การติดฉลาก
สำหรับการติดฉลากอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารของสหรัฐอเมริกา ปริมาณในหนึ่งหน่วยบริโภคจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของปริมาณที่แนะนำต่อวัน (%DV) สำหรับการติดฉลากแคลเซียม 100% ของปริมาณที่แนะนำต่อวันคือ 1000 มิลลิกรัม แต่เมื่อวันที่ 27 พฤษภาคม 2016 ได้มีการแก้ไขเป็น 1300 มิลลิกรัมเพื่อให้สอดคล้องกับปริมาณที่แนะนำต่อวัน (RDA) [ 13 ] [ 14 ]ตารางแสดงปริมาณที่แนะนำต่อวันสำหรับผู้ใหญ่ทั้งแบบเก่าและแบบใหม่มีให้ดูได้ที่ ปริมาณอ้างอิงที่แนะนำต่อวัน (Reference Daily Intake )
การเรียกร้องด้านสุขภาพ
แม้ว่าโดยทั่วไปแล้ว การติดฉลากและการตลาดผลิตภัณฑ์เสริมอาหารจะไม่ได้รับอนุญาตให้กล่าวอ้างเกี่ยวกับการป้องกันหรือรักษาโรค แต่ FDA ได้ทบทวนวิทยาศาสตร์สำหรับอาหารและผลิตภัณฑ์เสริมอาหารบางชนิด และสรุปว่ามีความเห็นพ้องทางวิทยาศาสตร์อย่างมีนัยสำคัญเกี่ยวกับผลดีของแคลเซียมในอาหารต่อความหนาแน่นของแร่ธาตุในกระดูก (ควบคู่กับวิตามินดีเพื่อช่วยในการดูดซึม) และได้เผยแพร่คำกล่าวอ้างด้านสุขภาพที่อนุญาตไว้โดยเฉพาะ กฎเบื้องต้นที่อนุญาตให้กล่าวอ้างด้านสุขภาพเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแคลเซียมและโรคกระดูกพรุนได้รับการแก้ไขในภายหลังให้รวมถึงผลิตภัณฑ์เสริมอาหารแคลเซียมและวิตามินดีด้วย โดยมีผลบังคับใช้ตั้งแต่วันที่ 1 มกราคม 2553 ตัวอย่างคำที่อนุญาตแสดงไว้ด้านล่าง เพื่อให้มีคุณสมบัติสำหรับการกล่าวอ้างด้านสุขภาพเกี่ยวกับแคลเซียม ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารต้องมีแคลเซียมอย่างน้อย 20% ของปริมาณอ้างอิงที่ควรได้รับต่อวัน ซึ่งสำหรับแคลเซียมหมายถึงอย่างน้อย 260 มก./หนึ่งหน่วยบริโภค[ 15 ]
- "การได้รับแคลเซียมอย่างเพียงพอตลอดช่วงชีวิต โดยเป็นส่วนหนึ่งของอาหารที่สมดุล อาจช่วยลดความเสี่ยงต่อโรคกระดูกพรุนได้"
- "การได้รับแคลเซียมอย่างเพียงพอในอาหารที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพ ควบคู่กับการออกกำลังกาย อาจช่วยลดความเสี่ยงต่อโรคกระดูกพรุนในวัยชราได้"
- "การได้รับแคลเซียมและวิตามินดีอย่างเพียงพอตลอดช่วงชีวิต โดยเป็นส่วนหนึ่งของอาหารที่สมดุล อาจช่วยลดความเสี่ยงต่อโรคกระดูกพรุนได้"
- "การได้รับแคลเซียมและวิตามินดีอย่างเพียงพอในอาหารที่มีประโยชน์ต่อสุขภาพ ควบคู่กับการออกกำลังกาย อาจช่วยลดความเสี่ยงต่อโรคกระดูกพรุนในวัยชราได้"
ในปี พ.ศ. 2548 องค์การอาหารและยา (FDA) ได้อนุมัติคำกล่าวอ้างด้านสุขภาพที่มีคุณสมบัติเหมาะสม (Qualified Health Claim) สำหรับแคลเซียมและความดันโลหิตสูง โดยพิจารณาจากหลักฐานที่มีอยู่ในขณะนั้น โดยมีข้อความแนะนำว่า "หลักฐานทางวิทยาศาสตร์บางส่วนชี้ให้เห็นว่าอาหารเสริมแคลเซียมอาจช่วยลดความเสี่ยงของความดันโลหิตสูงได้ อย่างไรก็ตาม FDA ได้พิจารณาแล้วว่าหลักฐานไม่สอดคล้องกันและไม่เป็นที่สรุปได้" หลักฐานเกี่ยวกับความดันโลหิตสูงที่เกิดจากการตั้งครรภ์และภาวะครรภ์เป็นพิษถือว่าไม่เป็นที่ สรุปได้ [ 16 ]ในปีเดียวกันนั้น FDA ได้อนุมัติ QHC สำหรับแคลเซียมและมะเร็งลำไส้ใหญ่ โดยมีข้อความแนะนำว่า "หลักฐานบางส่วนชี้ให้เห็นว่าอาหารเสริมแคลเซียมอาจช่วยลดความเสี่ยงของมะเร็งลำไส้ใหญ่/ทวารหนักได้ อย่างไรก็ตาม FDA ได้พิจารณาแล้วว่าหลักฐานนี้มีจำกัดและไม่เป็นที่สรุปได้" หลักฐานเกี่ยวกับมะเร็งเต้านมและมะเร็งต่อมลูกหมากถือว่าไม่เป็นที่สรุปได้[ 17 ]ข้อเสนอสำหรับ QHC สำหรับแคลเซียมในการป้องกันนิ่วในไตหรือความผิดปกติหรืออาการปวดประจำเดือนถูกปฏิเสธ[ 18 ] [ 19 ]
หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) สรุปว่า "แคลเซียมมีส่วนช่วยในการพัฒนาของกระดูกตามปกติ" [ 20 ] EFSA ปฏิเสธข้ออ้างที่ว่ามีความสัมพันธ์แบบเหตุและผลระหว่างการบริโภคแคลเซียมและโพแทสเซียมในอาหารกับการรักษาสมดุลกรด-เบสตามปกติ[ 21 ] EFSA ยังปฏิเสธข้ออ้างเกี่ยวกับแคลเซียมและเล็บ ผม ไขมันในเลือด กลุ่มอาการก่อนมีประจำเดือน และการรักษาน้ำหนักตัว[ 22 ]
แหล่งอาหาร
เว็บไซต์ของกระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกา ( USDA) มีตารางข้อมูลปริมาณแคลเซียม (ในหน่วยมิลลิกรัม) ในอาหารที่สามารถค้นหาได้อย่างครบถ้วน โดยวัดตามปริมาณทั่วไป เช่น ต่อ 100 กรัม หรือต่อหนึ่งหน่วยบริโภคปกติ [ 23 ] [ 24 ]
| ปริมาณแคลเซียมในอาหารต่อ 100 กรัม |
|---|
| พาร์เมซาน ( ชีส ) = 1140 มิลลิกรัม |
| นมผง = 909 มิลลิกรัม |
| ชีสแข็งจากนมแพะ = 895 มิลลิกรัม |
| ชีสเชดดาร์ = 720 มิลลิกรัม |
| ทาฮินีเพสต์ = 427 มก. |
| กากน้ำตาล = 273 มิลลิกรัม |
| ปลาซาร์ดีน = 240 มิลลิกรัม |
| อัลมอนด์ = 234 มิลลิกรัม |
| collard greens = 232 mg |
| kale = 150 mg |
| goat milk = 134 mg |
| sesame seeds (unhulled) = 125 mg |
| nonfatcow milk = 122 mg |
| plain whole-milk yogurt = 121 mg |
Measurement in blood
The amount of calcium in blood (more specifically, in blood plasma) can be measured as total calcium, which includes both protein-bound and free calcium. In contrast, ionized calcium is a measure of free calcium. An abnormally high level of calcium in plasma is termed hypercalcemia and an abnormally low level is termed hypocalcemia, with "abnormal" generally referring to levels outside the reference range.
| Target | Lower limit | Upper limit | Unit |
| Ionized calcium | 1.03,[26] 1.10[27] | 1.23,[26] 1.30[27] | mmol/L |
| 4.1,[28] 4.4[28] | 4.9,[28] 5.2[28] | mg/dL | |
| Total calcium | 2.1,[29][30] 2.2[27] | 2.5,[27][30] 2.6,[30] 2.8[29] | mmol/L |
| 8.4,[29] 8.5[31] | 10.2,[29] 10.5[31] | mg/dL |
The main methods to measure serum calcium are:[32]
- O-Cresolphalein Complexone Method; A disadvantage of this method is that the volatile nature of the 2-amino-2-methyl-1-propanol used in this method makes it necessary to calibrate the method every few hours in a clinical laboratory setup.
- Arsenazo III Method; This method is more robust, but the arsenic in the reagent is a health hazard.
The total amount of Ca2+ present in a tissue may be measured using Atomic absorption spectroscopy, in which the tissue is vaporized and combusted. To measure Ca2+ concentration or spatial distribution within the cell cytoplasmin vivo or in vitro, a range of fluorescent reporters may be used. These include cell permeable, calcium-binding fluorescent dyes such as Fura-2 or genetically engineered variant of green fluorescent protein (GFP) named Cameleon.
Corrected calcium
As access to an ionized calcium is not always available a corrected calcium may be used instead. To calculate a corrected calcium in mmol/L one takes the total calcium in mmol/L and adds it to ((40 minus the serum albumin in g/L) multiplied by 0.02).[33] There is, however, controversy around the usefulness of corrected calcium as it may be no better than total calcium.[34] It may be more useful to correct total calcium for both albumin and the anion gap.[35][36]
Other animals
Vertebrates
In vertebrates, calcium ions, like many other ions, are of such vital importance to many physiological processes that its concentration is maintained within specific limits to ensure adequate homeostasis. This is evidenced by human plasma calcium, which is one of the most closely regulated physiological variables in the human body. Normal plasma levels vary between 1 and 2% over any given time. Approximately half of all ionized calcium circulates in its unbound form, with the other half being complexed with plasma proteins such as albumin, as well as anions including bicarbonate, citrate, phosphate, and sulfate.[37]
เนื้อเยื่อแต่ละชนิดมีแคลเซียมในความเข้มข้นที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น Ca 2+ (ส่วนใหญ่เป็นแคลเซียมฟอสเฟตและบางส่วนเป็นแคลเซียมซัลเฟต ) เป็นธาตุที่สำคัญที่สุด (และจำเพาะที่สุด) ในกระดูกและกระดูก อ่อนที่แข็งตัว ในมนุษย์ ปริมาณแคลเซียมทั้งหมดในร่างกายส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของแร่ธาตุในกระดูก (ประมาณ 99%) ในสภาวะนี้ แคลเซียมส่วนใหญ่ไม่สามารถนำไปแลกเปลี่ยน/ใช้ประโยชน์ได้ วิธีที่จะเอาชนะปัญหานี้คือผ่านกระบวนการสลายกระดูกซึ่งแคลเซียมจะถูกปลดปล่อยเข้าสู่กระแสเลือดโดยการทำงานของเซลล์สลายกระดูก(osteoclasts ) ส่วนที่เหลือของแคลเซียมจะอยู่ในของเหลวภายนอกและภายในเซลล์
ภายในเซลล์ทั่วไป ความเข้มข้นของแคลเซียมไอออนภายในเซลล์อยู่ที่ประมาณ 100 nM แต่จะเพิ่มขึ้น 10 ถึง 100 เท่าในระหว่างการทำงานของเซลล์ต่างๆ ระดับแคลเซียมภายในเซลล์จะอยู่ในระดับต่ำเมื่อเทียบกับของเหลวภายนอกเซลล์ โดยมีค่าประมาณ 12,000 เท่า ความแตกต่างของระดับนี้ได้รับการรักษาไว้โดยปั๊มแคลเซียม ที่เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งใช้ATPเป็นพลังงาน รวมถึงการเก็บสะสมจำนวนมากภายในช่องภายในเซลล์ ในเซลล์ที่สามารถกระตุ้นด้วยไฟฟ้าได้เช่น กล้ามเนื้อโครงร่าง กล้ามเนื้อหัวใจ และเซลล์ประสาท การลดขั้วของเยื่อหุ้มเซลล์จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงของ Ca 2+โดยความเข้มข้นของ Ca 2+ ในไซโตพลาสซึมจะสูงถึงประมาณ 1 μM [ 39 ]ไมโทคอนเดรียสามารถกักเก็บและสะสม Ca 2+ บางส่วนได้มี การประมาณการว่าความเข้มข้นของแคลเซียมอิสระ ในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรียจะเพิ่มขึ้นถึงระดับหลายสิบไมโครโมลาร์ในแหล่งกำเนิดระหว่างการทำงานของเซลล์ประสาท[ 40 ]
ผลกระทบ
ผลกระทบของแคลเซียมต่อเซลล์ของมนุษย์นั้นมีความเฉพาะเจาะจง หมายความว่าเซลล์ประเภทต่างๆ จะตอบสนองในรูปแบบที่แตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม ในบางสถานการณ์ การทำงานของมันอาจเป็นไปในวงกว้างมากขึ้น ไอออน Ca 2+ เป็นหนึ่งใน ตัวส่งสัญญาณรองที่แพร่หลายที่สุดที่ใช้ในการส่งสัญญาณพวกมันเข้าสู่ไซโตพลาซึมจากภายนอกเซลล์ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์โดยผ่านช่องแคลเซียม (เช่นโปรตีนที่จับกับแคลเซียมหรือช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า) หรือจากแหล่งเก็บแคลเซียม ภายในบางแห่ง เช่น เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม[ 4 ]และไมโทคอนเดรียระดับของแคลเซียมภายในเซลล์ถูกควบคุมโดยโปรตีนขนส่งที่นำแคลเซียมออกจากเซลล์ ตัวอย่างเช่น ตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมใช้พลังงานจากความชันทางไฟฟ้าเคมีของโซเดียมโดยการเชื่อมโยงการไหลเข้าของโซเดียมเข้าสู่เซลล์ (และตามความชันของความเข้มข้น) กับการขนส่งแคลเซียมออกจากเซลล์ นอกจากนี้พลาสมาเมมเบรน Ca 2+ ATPase (PMCA) ยังได้รับพลังงานเพื่อสูบแคลเซียมออกจากเซลล์โดยการไฮโดรไลซ์อะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ในเซลล์ประสาทช่องไอออนที่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและเลือกเฉพาะแคลเซียมมีความสำคัญต่อ การส่ง สัญญาณประสาทผ่านการปล่อยสารสื่อประสาทเข้าสู่ช่องว่างไซแนปส์โดยการหลอมรวมของถุงไซแนปส์
ริงเกอร์ค้นพบ หน้าที่ของแคลเซียมในการหดตัวของกล้ามเนื้อตั้งแต่ปี ค.ศ. 1882 การวิจัยในเวลาต่อมาได้เปิดเผยบทบาทของมันในฐานะสารสื่อประสาทในอีกประมาณหนึ่งศตวรรษต่อมา เนื่องจากหน้าที่ของมันเชื่อมโยงกับcAMPจึงเรียกพวกมันว่าสารสื่อประสาทแบบซินนาร์คิก (synarchic messengers) แคลเซียมสามารถจับกับโปรตีนที่ถูกควบคุมด้วยแคลเซียมหลายชนิด เช่นโทรโปนิน-ซี (โปรตีนตัวแรกที่ถูกระบุ) และแคลโมดูลินซึ่งเป็นโปรตีนที่จำเป็นต่อการส่งเสริมการหดตัวของกล้ามเนื้อ
ในเซลล์บุผนังหลอดเลือดที่เรียงตัวอยู่ด้านในของหลอดเลือด ไอออน Ca 2+สามารถควบคุมเส้นทางการส่งสัญญาณหลายเส้นทางซึ่งทำให้กล้ามเนื้อเรียบที่ล้อมรอบหลอดเลือดคลายตัว เส้นทางที่ ถูกกระตุ้นด้วย Ca 2+ เหล่านี้บางส่วน ได้แก่ การกระตุ้น eNOS ให้ผลิตไนตริกออกไซด์ รวมถึงการกระตุ้นช่อง K ให้ขับ K + ออก และทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เกิดภาวะไฮเปอร์โพลาไรเซชัน ทั้งไนตริกออกไซด์และภาวะไฮเปอร์โพลาไรเซชันทำให้กล้ามเนื้อเรียบคลายตัวเพื่อควบคุมปริมาณความตึงในหลอดเลือด[ 41 ] อย่างไรก็ตาม ความผิดปกติในเส้นทางที่ถูกกระตุ้นด้วย Ca 2+ เหล่านี้ อาจนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของความตึงที่เกิดจากการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบที่ไม่ได้รับการควบคุม ความผิดปกติประเภทนี้สามารถพบได้ในโรคหัวใจและหลอดเลือด ความดันโลหิตสูง และโรคเบาหวาน[ 42 ]
การประสานงานของแคลเซียมมีบทบาทสำคัญในการกำหนดโครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน ตัวอย่างโปรตีนที่มีการประสานงานของแคลเซียมคือปัจจัยฟอนวิลเลแบรนด์ (vWF) ซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างลิ่มเลือด มีการค้นพบโดยใช้ การวัด ด้วยแหนบแสงระดับ โมเลกุลเดี่ยว ว่า vWF ที่จับกับแคลเซียมทำหน้าที่เป็นเซนเซอร์แรงเฉือนในเลือด แรงเฉือนนำไปสู่การคลายตัวของโดเมน A2 ของ vWF ซึ่งอัตราการพับตัวใหม่จะเพิ่มขึ้นอย่างมากเมื่อมีแคลเซียมอยู่[ 43 ]
การปรับตัว
การไหลของไอออน Ca 2+ควบคุมระบบตัวกลางรองหลายระบบในการปรับตัวของระบบประสาทสำหรับระบบการมองเห็น การได้ยิน และการดมกลิ่น มักจะจับกับแคลโมดูลินเช่นในระบบดมกลิ่น เพื่อเพิ่มหรือยับยั้งช่องไอออนบวก[ 44 ]ในบางครั้ง การเปลี่ยนแปลงระดับแคลเซียมสามารถปลดปล่อยกัวนิลไซเคลสจากการยับยั้งได้ เช่นในระบบรับแสง[ 45 ] ไอออน Ca 2+ยังสามารถกำหนดความเร็วของการปรับตัวในระบบประสาทได้ ขึ้นอยู่กับตัวรับและโปรตีนที่มีความสัมพันธ์ที่แตกต่างกันในการตรวจจับระดับแคลเซียมเพื่อเปิดหรือปิดช่องที่ความเข้มข้นสูงและต่ำของแคลเซียมในเซลล์ในขณะนั้น[ 46 ]
| ประเภทเซลล์ | ผล |
|---|---|
| เซลล์เยื่อบุผนังหลอดเลือด | ↑การขยายหลอดเลือด |
| เซลล์หลั่งสาร (ส่วนใหญ่) | ↑การหลั่ง ( การรวมตัวของถุง ) |
| เซลล์จุกซ์ตาโกลเมอรูลาร์ | ↓การหลั่ง[ 47 ] |
| เซลล์หลักของต่อมพาราไทรอยด์ | ↓การหลั่ง[ 47 ] |
| เซลล์ประสาท | การส่งสัญญาณ ( การหลอมรวมของถุงบรรจุสารสื่อประสาท ), การปรับตัวของระบบประสาท |
| เซลล์ T | การกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อการนำเสนอแอนติเจนไปยังตัวรับเซลล์ T [ 48 ] |
| ไมโอไซต์ |
|
| หลากหลาย | การกระตุ้นโปรตีนไคเนสซีอ่านเพิ่มเติม: หน้าที่ของโปรตีนไคเนสซี |
ผลกระทบเชิงลบและพยาธิสภาพ
การลดลงอย่างมากของความเข้มข้นของไอออน Ca 2+นอกเซลล์อาจส่งผลให้เกิดภาวะที่เรียกว่า โรคชัก เกร็งจากภาวะแคลเซียมต่ำ (hypocalcemic tetany ) ซึ่งมีลักษณะเด่นคือ การปล่อยกระแสไฟฟ้า ของเซลล์ประสาทสั่ง การโดยไม่ตั้งใจ นอกจากนี้ภาวะแคลเซียม ต่ำอย่างรุนแรง จะเริ่มส่งผลกระทบต่อกระบวนการแข็งตัวของเลือดและการส่งสัญญาณภายในเซลล์ ด้วย
ไอออน Ca²⁺ สามารถทำลายเซลล์ได้หากมีปริมาณมากเกินไป (ตัวอย่างเช่น ในกรณีของภาวะกระตุ้นมากเกินไป หรือการกระตุ้นวงจรประสาท มากเกินไป ซึ่งอาจเกิดขึ้นในโรคความเสื่อมของระบบ ประสาท หรือหลังจากการบาดเจ็บ เช่นการบาดเจ็บที่สมองหรือโรคหลอดเลือดสมอง ) การที่แคลเซียมเข้าสู่เซลล์มากเกินไปอาจทำให้เซลล์เสียหายหรือแม้กระทั่งทำให้เกิด ภาวะ อะพอพโทซิสหรือการตายโดยเนื้อตายแคลเซียมยังทำหน้าที่เป็นหนึ่งในตัวควบคุมหลักของภาวะเครียดจากออสโมซิส (ภาวะช็อกจากออสโมซิส ) ระดับแคลเซียมในพลาสมาที่สูงขึ้นเรื้อรัง ( ภาวะแคลเซียมในเลือดสูง ) สัมพันธ์กับภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ และการลดลงของความสามารถในการกระตุ้นของกล้ามเนื้อและระบบประสาท สาเหตุหนึ่งของภาวะ แคลเซียมในเลือดสูงคือภาวะที่เรียกว่าภาวะต่อมพาราไทรอยด์ทำงานเกิน
สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลัง
สัตว์ไม่มีกระดูกสันหลังบางชนิดใช้สารประกอบแคลเซียมในการสร้างโครงกระดูกภายนอก ( เปลือกและกระดอง ) หรือโครงกระดูกภายใน ( แผ่น ของเม่นทะเลและหนามแคลเซียมของฟองน้ำ )
พืช
ปากใบปิด
เมื่อกรดแอบซิสิกส่งสัญญาณไปยังเซลล์ยาม ไอออน Ca 2+อิสระจะเข้าสู่ไซโตซอลจากทั้งภายนอกเซลล์และแหล่งเก็บภายใน ทำให้ความเข้มข้นกลับทิศทาง ส่งผลให้ไอออน K+ เริ่มออกจากเซลล์ การสูญเสียสารละลายทำให้เซลล์เหี่ยวเฉาและปิดรูปากใบ[ 49 ]
การแบ่งเซลล์
แคลเซียมเป็นไอออนที่จำเป็นในการสร้างแกนแบ่งเซลล์ (mitotic spindle ) หากไม่มีแกนแบ่งเซลล์ การแบ่งเซลล์จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้ แม้ว่าใบอ่อนจะต้องการแคลเซียมมากกว่า แต่ใบแก่จะมีปริมาณแคลเซียมสูงกว่า เนื่องจากแคลเซียมเคลื่อนที่ได้ค่อนข้างยากในพืช มันไม่ถูกลำเลียงผ่านท่อลำเลียงอาหาร (phloem)เพราะมันสามารถจับกับไอออนของสารอาหารอื่นๆ และตกตะกอนออกจากสารละลายได้
บทบาทเชิงโครงสร้าง
ไอออน Ca 2+เป็นส่วนประกอบที่จำเป็นของผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ ของพืช และใช้เป็นแคตไอออนเพื่อปรับสมดุลแอนไอออนอินทรีย์ ในแวคิวโอลของ พืช [ 50 ] ความเข้มข้นของ Ca 2+ ในแวคิวโอลอาจสูงถึงระดับมิลลิโมลาร์ การใช้ไอออน Ca 2+เป็นองค์ประกอบโครงสร้างที่โดดเด่นที่สุด ในสาหร่ายเกิดขึ้นใน โคคโคลิโทฟอร์ ในทะเล ซึ่งใช้ Ca 2+ในการสร้าง แผ่น แคลเซียมคาร์บอเนตที่ปกคลุมตัวพวกมัน
แคลเซียมเป็นสิ่งจำเป็นในการสร้างเพคตินในชั้นกลางของเซลล์ที่เกิดขึ้นใหม่
แคลเซียมมีความจำเป็นต่อการรักษาเสถียรภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ หากขาดแคลเซียม ผนังเซลล์จะไม่สามารถคงสภาพและกักเก็บสารภายในได้ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งในผลไม้ที่กำลังเจริญเติบโต หากขาดแคลเซียม ผนังเซลล์จะอ่อนแอและไม่สามารถกักเก็บสารภายในผลไม้ได้
พืชบางชนิดสะสมแคลเซียมในเนื้อเยื่อ ทำให้เนื้อเยื่อแข็งแรงขึ้น แคลเซียมถูกเก็บสะสมในรูปผลึกแคลเซียมออกซาเลตในพลาสติด
การส่งสัญญาณของเซลล์
โดยปกติไอออน Ca 2+จะถูกรักษาไว้ในระดับนาโนโมลาร์ในไซโตพลาสซึมของเซลล์พืช และทำหน้าที่เป็นตัว ส่ง สัญญาณ รองในหลายเส้นทางการส่งสัญญาณ
ดูเพิ่มเติม
- ชีววิทยาและเภสัชวิทยาของธาตุเคมี
- ไอโอดีนในทางชีววิทยา– การใช้ไอโอดีนของสิ่งมีชีวิต
- แมกนีเซียมในทางชีววิทยา– การใช้แมกนีเซียมของสิ่งมีชีวิต
- โรคกระดูกพรุน– ความผิดปกติของโครงกระดูก
- โพแทสเซียมในทางชีววิทยา– การใช้โพแทสเซียมของสิ่งมีชีวิต
- ซีลีเนียมในทางชีววิทยา– ผลกระทบของธาตุเคมี
- โซเดียมในทางชีววิทยา– การใช้โซเดียมของสิ่งมีชีวิต
- วิตามินดี– สารอาหารที่จำเป็นต่อร่างกาย
ลิงก์ภายนอก
- กระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกา: วิตามินดีและแคลเซียมเก็บถาวรเมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2020 ที่Wayback Machine
- มูลนิธิโรคกระดูกพรุนแห่งชาติ: แคลเซียมและวิตามินดี