Eine redaktionelle Zusammenstellung darüber, welche Eiweiße das Kation an den Kontaktstellen zweier Nervenzellen erkennen — und welche einzelne Formulierung die Europäische Union dazu freigegeben hat.
Zum FaktenblattZwischen zwei Nervenzellen liegt ein Zwischenraum, den kein elektrischer Impuls überspringt. Was ihn überquert, ist ein Stoff, und was diesen Stoff auf die Reise schickt, ist ein kurzer Anstieg der Zahl freier Calciumteilchen im Inneren der sendenden Endigung. Dieser Anstieg selbst trifft keine Auswahl: Er ist zunächst nichts als Ladung an einem Ort, an dem vorher kaum welche war.
Bedeutung bekommt er erst durch Eiweiße, die eigens dafür gebaut sind, ein Teilchen dieser Größe und dieser Ladung zu fassen und ihre eigene Gestalt daraufhin zu ändern. Erst diese Formveränderung wird von weiteren Bauteilen bemerkt. Deshalb handeln die folgenden Abschnitte nicht vom Weg des Kations in die Zelle, sondern von dem, was mit ihm im Inneren geschieht.
Die vier Stationen darunter sind unterschiedlich gut belegt und unterschiedlich weit vom Verordnungstext entfernt. Nur die erste trägt eine zugelassene Angabe; die drei folgenden sind Sachbeschreibung aus der Fachliteratur und werden hier auch nicht anders ausgewiesen.
Ordnungszahl 20, ein Mengenelement. Im Nervengewebe zählt weniger der Gesamtbestand als jener verschwindend kleine Anteil, der im Zellinneren frei und zweifach geladen vorliegt. Genau darin liegt die Brauchbarkeit dieses Kations als Zeichengeber: nicht in der Menge, sondern darin, dass sich seine Zahl an einem eng begrenzten Ort binnen Millisekunden vervielfachen und ebenso rasch wieder senken lässt.
Die Positivliste der Europäischen Union führt dazu eine Zeile, und zwar im folgenden Wortlaut:
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Eiweiße fassen das Kation nicht mit irgendeiner Vertiefung ab, sondern mit einem wiederkehrenden Bauteil: zwei kurzen Wendeln, zwischen denen eine Schleife aus zwölf Aminosäuren hängt. Sechs Sauerstoffatome dieser Schleife richten sich so aus, dass sie ein zweifach geladenes Teilchen von rund hundert Pikometern Radius umschließen.
Die Geometrie ist wählerisch. Ein einfach geladenes Natriumteilchen findet in derselben Anordnung keinen Halt, obwohl es in der Zellflüssigkeit ungleich häufiger vorkommt. Diese Trennschärfe ist der Grund, weshalb ausgerechnet Calcium und nicht das mengenmäßig führende Kation die Rolle des Zeichengebers übernommen hat.
Das bekannteste dieser Eiweiße trägt vier solcher Schleifen, verteilt auf zwei kugelige Enden mit einem beweglichen Stück dazwischen. Sind die Taschen besetzt, klappt die Kette auf und legt eine fettliebende Rinne frei. An dieser Rinne finden Kinasen, Phosphatasen und Synthasen einen Angriffspunkt, der ihnen vorher nicht zur Verfügung stand.
Chemisch verändert wird an dem Kation dabei nichts. Es bleibt so lange in den Schleifen, wie die örtliche Zahl hoch bleibt, und räumt sie danach wieder. Was in dieser Zeitspanne geschieht, hängt weniger vom Kation ab als davon, welche Abnehmer in der jeweiligen Zelle überhaupt vorhanden sind.
Ein Zeichen, das nicht endet, ist keines. Zwei Bauteilgruppen halten den Anstieg im Zytosol kurz: Bindeeiweiße ohne Ableserfunktion fangen einen Teil der Teilchen ab, während Pumpen in der Zellmembran und in der Membran des endoplasmatischen Retikulums den Rest hinausbefördern oder einlagern.
Beide Gruppen arbeiten unterschiedlich schnell, und aus diesem Unterschied ergibt sich, wie weit ein einzelnes Ereignis in der Zelle überhaupt reicht. In manchen Zelltypen bleibt der Vorgang auf wenige zehn Nanometer um die Eintrittsstelle beschränkt, in anderen erfasst er den halben Zellfortsatz.
Wer eine Zahlenreihe zu einem Mineralstoff liest, rechnet unwillkürlich linear: doppelt so viel, doppelt so viel Ergebnis. Für den hier beschriebenen Vorgang trifft das nicht zu, und der Grund liegt in der Bauweise der Bindestellen. Mehrere Schleifen müssen nahezu gleichzeitig besetzt sein, bevor sich am Zielmolekül etwas ändert. Ein solcher Zusammenhang steigt nicht geradlinig, sondern mit einer Potenz an.
Diese Eigenheit ist der Grund, weshalb sich aus einer Nahrungsmitteltabelle keine Aussage über Vorgänge im Nervengewebe ableiten lässt. Die Tabelle beziffert Milligramm in hundert Gramm eines Erzeugnisses; der Vorgang in der Zelle spielt sich in Nanomol je Liter ab, an einem Ort, den keine Ernährungsangabe erreicht. Zwei Maßstäbe, die nichts miteinander verrechnen.
Anfang der 1960er-Jahre begannen Arbeitsgruppen, die Zahl der freigesetzten Botenstoffpakete an einer gut zugänglichen Nervenendigung des Frosches gegen den Calciumgehalt der Badeflüssigkeit aufzutragen. Das Ergebnis war eine Kurve, die im doppelt logarithmischen Maßstab eine Gerade mit der Steigung von etwa vier ergab.
Aus dieser Steigung schlossen die Autoren, dass mehrere Teilchen an derselben Stelle gebunden sein müssen, damit ein Bläschen überhaupt entleert wird. Der Wert vier ist keine Naturkonstante, sondern ein Messergebnis unter festgelegten Bedingungen; spätere Arbeiten an Säugerpräparaten nannten Exponenten zwischen drei und fünf. Er beschreibt eine Kooperation von Bindestellen und nichts, was sich auf einen Speiseplan übertragen ließe.
Wie weit ein einzelnes Ereignis in der Zelle reicht, lässt sich mit zwei künstlichen Fangstoffen prüfen, die das Kation ungefähr gleich fest binden, aber unterschiedlich schnell zugreifen. Wird ein Vorgang nur von dem schnelleren der beiden unterbunden, muss das ablesende Eiweiß unmittelbar an der Eintrittsstelle sitzen. Bremst auch der langsamere, liegt zwischen Eintritt und Ableser mehr Weg.
Dieses Verfahren ist seit Ende der 1980er-Jahre gebräuchlich und hat den Blick auf die räumliche Anordnung verschoben: Nicht die Zahl der Teilchen in der ganzen Zelle bestimmt den Ablauf, sondern ihre Zahl in einem sehr kleinen Umkreis von wenigen zehn Nanometern. Eine Angabe zur Ernährung ergibt sich daraus nicht.
Bevor ein Eiweiß im Zellinneren etwas ablesen kann, muss das Kation durch eine Pore gelangt sein, die es von häufigeren Teilchen unterscheidet. In den dafür zuständigen Kanälen bilden vier saure Aminosäurereste einen Ring, dessen negative Ladungen zweifach geladene Teilchen deutlich fester halten als einfach geladene.
Bemerkenswert daran ist, dass gerade die feste Bindung den Durchsatz ermöglicht: Erst wenn ein zweites Teilchen nachrückt und das erste abstoßt, geht es weiter. Die Fachliteratur beschreibt diesen Zusammenhang seit den 1980er-Jahren; eine gesundheitsbezogene Aussage lässt sich daraus nicht ableiten. Zitierfähig bleibt allein die eine freigegebene Zeile:
„Calcium trägt zu einer normalen Signalübertragung zwischen den Nervenzellen bei“
Gemäß Verordnung (EU) Nr. 432/2012
Dissoziationskonstanten, Messbedingungen und Fundstellen zu den hier genannten Bindeproteinen füllen 41 Seiten, die sich auf einer Webseite nicht sinnvoll unterbringen lassen. Dazu kommen vier Tabellen, der Registerausschnitt im Wortlaut und ein Frageteil mit Seitenangaben zur Fachliteratur.
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