細(xì)胞內(nèi)外鈣濃度的調(diào)節(jié)及意義

1、細(xì)胞內(nèi)外鈣濃度的調(diào)節(jié)及意義日期：來源：桂林中學(xué)校園網(wǎng) 作者：毛2007-12-13敏字體：大中小 摘要：在正常生理狀態(tài)下，細(xì)胞膜內(nèi)外鈣濃度相差高達(dá)1萬倍左右。維持如此大 的濃度梯度，主要靠細(xì)胞膜對(duì)Ca2+極低的通透性、鈣親合蛋白的緩沖以及依賴質(zhì) 膜兩側(cè)鈣泵，Na+-Ca2+交換系統(tǒng)將Ca2+主動(dòng)排除，或通過細(xì)胞內(nèi)Ca2+庫攝取于貯 存Ca2+。細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度的升高可能觸發(fā)肌肉收縮、遞質(zhì)釋放、激素分泌 等生理過程，甚至引起細(xì)胞死亡，神經(jīng)細(xì)胞老化等。關(guān)鍵詞：細(xì)胞鈣離子鈣泵正常細(xì)胞中，細(xì)胞膜內(nèi)游離的Ca2+濃度約為0.1umol/L1. 0umol/L,細(xì)胞外鈣 離子濃度比細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度高1

2、萬倍，約為1.5 m mol/Lo一、細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度調(diào)節(jié)機(jī)理細(xì)胞膜構(gòu)成了 Ca2+流動(dòng)的屏障，同時(shí)也是細(xì)胞功能調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。正常細(xì)胞中。 膜內(nèi)Ca2濃度比膜外Ca2+濃度低1萬倍左右，這并不等于說細(xì)胞內(nèi)缺少Ca2+，事 實(shí)上某些細(xì)胞器，如：線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和突軸小泡能攝取和貯存Ca2+，其中線粒 體是細(xì)胞內(nèi)最重要的鈣庫之一。另外，細(xì)胞內(nèi)還有一些鈣結(jié)合到帶負(fù)電的脂和蛋 白上，當(dāng)細(xì)胞受刺激時(shí)，細(xì)胞外及細(xì)胞器中的Ca2+都可能被動(dòng)的進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，使 游離鈣濃度升至110 umol/L，從而引起一定的生理反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，主要由于Ca2+按濃度梯度通過Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞的結(jié) 果。膜系統(tǒng)上的

3、Ca2+通道可以是電壓依賴的，也可以是激動(dòng)劑依賴的，前者主要 在肌肉和神經(jīng)細(xì)胞中起作用。電壓依賴的鈣通道常有三種類型： L-型，長程型：需要較強(qiáng)的去激化刺激才能開放，失活也慢；T-型，瞬時(shí)型：較弱的去激化電壓即能使通道開放，但失活也快；N-型，需要較強(qiáng)的去激化電壓，失活快。此外，神經(jīng)元細(xì)胞上還存在一種P-型鈣通道，需要較強(qiáng)電壓激活，失活也慢。 激動(dòng)劑依賴型的鈣通道，也稱受體操縱性鈣通道，主要通過激動(dòng)劑與質(zhì)膜上特點(diǎn) 受體結(jié)合后，啟動(dòng)通道開放，使細(xì)胞外鈣進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，或使細(xì)胞器鈣庫釋放，使 細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+上升。細(xì)胞內(nèi)Ca2+的排出是由另一類細(xì)胞功能蛋白Ca2+泵來完成的。Ca2+泵逆 濃度梯度將

4、Ca2+排到細(xì)胞外或使其進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)貯存庫中。細(xì)胞膜上還有另一類不 直接與ATP水解偶聯(lián)的Ca2+主動(dòng)傳遞，就是Na+/Ca2+交換體系，它是利用細(xì)胞 膜兩側(cè)Na+濃度梯度通過Na+ -Ca2+交換將Ca2+排到細(xì)胞外?？梢?，Ca2+在細(xì)胞內(nèi)外保持動(dòng)態(tài)平衡，依賴四個(gè)主要系統(tǒng)維持：1、電壓依賴性鈣通道；2、受體或神經(jīng)遞質(zhì)操控的鈣通道；3、鈣泵；4、細(xì)胞內(nèi)第二信使（1、4、5三磷酸肌酸IP3）內(nèi)在機(jī)制。二、鈣在細(xì)胞中的作用Ca2+對(duì)細(xì)胞膜的興奮性是不可缺少的。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)游離的Ca2+從靜息水平的 10-8M上升時(shí)，則肌體的分泌、收縮、通道門控和其他過程都處于活動(dòng)之中。鈣 離子具有胞內(nèi)信使作用。胞外鈣離

5、子是胞內(nèi)鈣離子的主要來源。鈣通道開放時(shí)， 胞外Ca2+濃度的上升，可關(guān)閉電壓依賴性通道，增加靜息膜阻抗，從而也增加了 神經(jīng)和肌肉興奮性的閾值；若降低胞外Ca2+濃度則引起觸發(fā)性閾值變化，作用相 反，神經(jīng)和肌肉產(chǎn)生復(fù)極化，臨床上，病人表現(xiàn)為甲狀腺機(jī)能減退。Ca2+是生理活性物質(zhì)，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中作用倍受人們關(guān)注。神經(jīng)元不少關(guān) 鍵的過程如：神經(jīng)遞質(zhì)的釋放、膜對(duì)特種離子的通透性的調(diào)節(jié)、膜的穩(wěn)定性、軸 漿流，以及許多酶的控制都是由細(xì)胞內(nèi)或膜內(nèi)、外鈣離子分布的改變來調(diào)節(jié)的 近年來的研究表明，肌細(xì)胞中肌漿網(wǎng)的Ca2+ATP酶的作用是將Ca2+從細(xì)胞內(nèi) 轉(zhuǎn)運(yùn)并存到肌漿網(wǎng)內(nèi)部。當(dāng)Ca2+ATP酶的激活可以迅速

6、降低胞液中Ca2+的濃度， 讓肌肉得到舒張。心肌細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高，可以引起心肌收縮。紅細(xì)胞膜上的鈣泵，含有一個(gè)調(diào)節(jié)蛋白亞基，當(dāng)細(xì)胞液中Ca2+濃度升高時(shí)， 鈣調(diào)節(jié)蛋白的4個(gè)鈣離子結(jié)合位點(diǎn)與Ca2+結(jié)合，產(chǎn)生變構(gòu)效應(yīng)，激活Ca2+ATP酶， 使Ca2+排到細(xì)胞外。鈣泵的作用，是維持細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度，使之處于較低水平。據(jù)報(bào)道：在非缺血情況下，興奮性氨基酸遞質(zhì)結(jié)合突觸膜受體，引起 Ca2+ 內(nèi)流，其突觸反應(yīng)的終止是通過興奮性氨基酸遞質(zhì)被再攝取和Ca2+、Na+-K+ATP 酶轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)使Ca2+從細(xì)胞內(nèi)流出；在短暫性腦缺血時(shí)，使ATP耗竭，引起興奮 性氨基酸再攝取和Ca2+外流減少，從而引起N

7、MDA受體控制的Ca2+通道持續(xù)開 放，結(jié)果細(xì)胞內(nèi)Ca2+超載。神經(jīng)細(xì)胞鈣離子超載與老化有關(guān)。高濃度的Ca2+可以激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上Ca2+，誘 導(dǎo)Ca2+釋放通道，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上釋放Ca2+。另外，一些激動(dòng)劑可以與膜上受體 結(jié)合，促發(fā)膜磷脂中磷酰肌醇-4, 5二磷酸水解產(chǎn)生兩種新的肌內(nèi)第三信使，調(diào) 節(jié)神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。鈣超載對(duì)細(xì)胞損傷主要有幾個(gè)方面：酸化脫偶聯(lián)，呼吸作用受抑制； 活磷脂酶C,A,A2,使膜磷脂水解，花生四烯酸（AA）釋放增加，同時(shí)產(chǎn)生 大量自由基，使膜通透性增加，鈣離子大量流入，造成惡性循環(huán)；活依賴Ca2+的中性蛋白酶活性增加，造成神經(jīng)元骨架破壞，蛋白質(zhì)廣泛降 解，神經(jīng)細(xì)絲分解，神經(jīng)微

8、管解聚，嚴(yán)重影響軸漿運(yùn)輸，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡。 Ca2+將死亡信號(hào)傳入細(xì)胞內(nèi)的機(jī)制仍然知之甚少。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加時(shí)，谷氨酰胺轉(zhuǎn)移酶活化，谷氨酰胺轉(zhuǎn)變成賴氨酸，從而形成位于膜下的穩(wěn)定的交換 蛋白，去參與凋亡小體的形成。Ca2+和鈣調(diào)蛋白能活化蛋白酶II，時(shí)細(xì)胞周期停 止在G2，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度降低，也能導(dǎo)致細(xì)胞凋亡，因?yàn)?細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度降低能抑制DNA和蛋白質(zhì)合成，增加細(xì)胞內(nèi)能量需求和影響許 多Ca2+依賴性的細(xì)胞活動(dòng)以及基因表達(dá)的變化等。在許多組織中，細(xì)胞質(zhì)Ca2+增加可活化細(xì)胞膜上的K+通道，使K+沿電化學(xué) 梯度從胞內(nèi)擴(kuò)散到胞外。此外Ca2+還可以調(diào)節(jié)Ca2+、

9、Cl-和Na+通道的開啟，可 以活化一類非專一性的陽離子通道。Ca2+對(duì)離子通道的活化與細(xì)胞的許多功能， 特別是對(duì)細(xì)胞的興奮性傳導(dǎo)以及內(nèi)分泌和外分泌均起著重要的調(diào)節(jié)作用。近年研究發(fā)現(xiàn)，K+誘導(dǎo)的去極化可通過電壓門控Ca2+通道導(dǎo)致Ca2+的內(nèi)流， 而谷氨酸的作用則經(jīng)突觸后非NMDA受體介導(dǎo)引起Ca2+內(nèi)流。視網(wǎng)膜中主要的 膠質(zhì)細(xì)胞受刺激后，會(huì)引起Ca2+從胞內(nèi)鈣庫釋放后流全胞內(nèi)不同部位，先是在細(xì) 胞頂端Ca2+濃度升高，然后以波動(dòng)的形式向終足區(qū)傳播。這種Ca2+波也許是視 網(wǎng)膜中信號(hào)傳遞的第二條通路。綜上所述，Ca2+在細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)作用極大，在神經(jīng)傳導(dǎo)、肌肉收縮、形態(tài) 變化、神經(jīng)細(xì)胞老化、腺體細(xì)胞的分泌和視網(wǎng)膜細(xì)胞的信號(hào)傳遞等生理過程都有 Ca2+的調(diào)節(jié)參與。細(xì)胞的許多功能都依賴于細(xì)胞內(nèi)外極高的Ca2+濃度差存在，一 旦這種濃度差減低，細(xì)胞功能就會(huì)受到損傷，甚至引起細(xì)胞死亡。參考書目：1、細(xì)胞膜離子通道劉安西、陳守同編譯2、薛沿寧周延沖生理科學(xué)進(jìn)展1988，19（4）： 3283333、張祖喧等 生理科學(xué)進(jìn)展1983，14（4）：4、周新良張玉泉生理科學(xué)進(jìn)展1987，18（2）： 1