Pénétration dans la cellule.
La pénétration de calcium dans la cellule s’effectue par différentes structures :
- L’échangeur Na+/Ca2+ lorsqu’il fonctionne en sens inverse du sens habituel, c’est-à-dire faisant sortir le sodium et entrer le calcium.
- Les canaux calciques messager-dépendants : ces canaux sont parfois appelés canaux calciques voltage-indépendants. On en distingue ainsi des canaux :
- Les canaux dépendants du potentiel membranaire qui s’ouvrent lors de la dépolarisation et laissent entrer le calcium dans la cellule. Il existe un canal s’ouvrant à un potentiel bas, le canal T, et cinq types de canaux s’ouvrant à un potentiel élevé, les canaux L, N, P, Q et R. Les canaux L, T et N sont pour le moment les principales cibles des médicaments. Leur répartition diffère selon les tissus. Les canaux L sont les mieux connus.
- Le canal de type L (Long) s’appelle ainsi parce qu’il a une longue durée d’ouverture. Cette ouverture est favorisée par la dépolarisation cellulaire (– 20 mv à – 10 mv) et l’hypoxie. Ce canal est perméable aux ions calcium, baryum et strontium. Pour qu’il puisse s’ouvrir lors de la dépolarisation, il faut qu’il soit préalablement phosphorylé par des protéines kinases qui dépendent de l’AMP cyclique et donc de l’effet de certains médiateurs comme la noradrénaline. L’élévation des ions calcium à l’intérieur du cytoplasme entraîne leur fermeture. Les canaux de type L sont abondants au niveau du coeur, des muscles squelettiques et des muscles lisses vasculaires. Le médicament de référence, inhibiteur de l’ouverture des canaux de type L, est la nifédipine. Il existe, à l’opposé, des substances, dont certaines toxines, qui favorisent leur ouverture.
- Le canal de type T s’appelle ainsi parce que sa durée d’ouverture est très courte (Transient ou Transitoire). Il s’ouvre à une potentiel plus bas (de – 90 à – 30 mv) que le canal de type L et s’inactive rapidement à la dépolarisation.
- Le canal de type N, appelé ainsi parce que présent dans les neurones, est moins bien connu. Il est inhibé par un peptide neurotoxique, la conotoxine, et par certains antiépileptiques.
Sortie de la cellule
Le calcium sort de la cellule grâce essentiellement à la pompe calcium-ATPase qui utilise l’énergie fournie par l’hydrolyse de l’ATP pour son fonctionnement. Cette pompe est stimulée par le complexe calcium-calmoduline et inhibée par le lanthane et le vanadate.
L’échangeur Na+/ Ca2+ dans les conditions habituelles fait sortir un ion Ca2+ et entrer deux ou trois ions Na+.
Échanges intracellulaires
La concentration de calcium dans le cytoplasme est extrêmement faible parce que, outre les mécanismes de régulation de ses échanges avec le milieu extra-cellulaire, il existe dans la cellule des organites susceptibles de le capter. Ces organites sont le réticulum sarcoplasmique, les mitochondries et le noyau cellulaire.
- Réticulum sarcoplasmique
- Le captage de calcium par le réticulum sarcoplasmique s’effectue par la pompe calcium-ATPase qui est activée par le phospholamban. Dans les muscles, l’accélération du recaptage du calcium raccourcit la durée de la contraction.
- La libération de calcium par le réticulum sarcoplasmique dans le cytoplasme, s’effectue par l’intermédiaire d’au moins deux types de canaux :
- des récepteurs canaux dont l’ouverture est stimulée par l’inositol triphosphate, IP3.
- des récepteurs canaux à la ryanodine. Ils sont appelés ainsi car la ryanodine, alcaloïde d’origine végétale non utilisé en thérapeutique, se fixe spécifiquement à eux et peut, selon les concentrations, soit les inhiber, soit les activer. L’augmentation de la concentration du calcium intracytoplasmique favorise la libération de calcium par le récepteur canal-ryanodine ; le magnésium a l’effet inverse. L’adénosine cyclique 5′-diphosphate ribose, cADPR (cyclic ADP-ribose) qui résulte de la transformation du ß-NAD sous l’influence de l’ADPR cyclase, est considéré comme l’activateur endogène de ce récepteur. L’activité de l’ADPR cyclase est stimulée par l’acide tout-trans rétinoïque. Les récepteurs à la ryanodine sont présents surtout au niveau du muscle cardiaque et du muscle squelettique.
- La caféine et l’halothane augmentent la libération de calcium à partir du réticulum sarcoplasmique alors que le magnésium et le dantrolène l’inhibent.
- Les hyperthermies malignes avec une rigidité musculaire, parfois observées après anesthésie à l’halothane, seraient la conséquence de l’augmentation de la libération de calcium par le réticulum sarcoplasmique en raison d’une anomalie des récepteurs à la ryanodine. Le dantrolène est utilisé pour traiter ces hyperthermies.
- Mitochondries
- Il existe des transferts de calcium entre le cytoplasme et les mitochondries : le calcium pénètre dans la mitochondrie grâce à un transporteur spécifique. Il en sort par un échangeur qui fait entrer le sodium en contre-partie. L’inhibition de cet échangeur entraîne une augmentation du Ca2+ intramitochondrial.
- Noyau cellulaire
Au total, la concentration de calcium dans le cytoplasme peut augmenter essentiellement par entrée du calcium extracellulaire et par libération de calcium à partir du réticulum sarcoplasmique. On admet que ces deux mécanismes agissent d’une manière complémentaire : la pénétration de calcium d’origine extracellulaire à l’intérieur du cytoplasme déclenche un relargage de calcium par le réticulum sarcoplasmique.
La présente description ne fait pas intervenir les échanges oscillatoires de calcium entre les diverses structures cellulaires.
