钙离子的作用

钙离子的作用 钙离子的作用常识性问题 钙离子是机体各项生理活动不可缺少的离子。 它对于维持细胞膜两侧的生物电位维持正常的神经传导功能。维持正常的肌肉伸缩与舒张功能以及神经肌肉传导功能还有一些激素的作用均通过钙离子表现出来。它的主要生理功能均是基于以上的基本细胞功能主要有一下几点1.钙离子是凝血因子参与凝血过程2.参与肌肉包括骨骼肌、平滑肌收缩过程3.参与神经递质合成与释放、激素合成与分泌4.是骨骼构成的重要物质。其中几个重要作用的产生机制如下 作用1——传导神经信号机制促进神经递质分泌。当第一个细胞兴奋时产生了一个电冲动此时细胞外的钙离子流入该细胞内促使该细胞分泌神经递质神经递质与相邻的下一级神经细胞膜上的蛋白分子结合促使这一级神经细胞产生新的电冲动。以此类推神经信号便一级一级地传递下去从而构成复杂的信号体系乃至最终出现学习、记忆等大脑的高级功能。当机体缺钙时神经递质的释放受到阻隔人体的兴奋机制和抑制机制遭到破坏。如果是儿童缺钙会夜啼、夜惊、烦躁失眠严重的导致大脑发 育障碍出现反应迟钝、多动、学习困难等症影响大脑成熟和智力。 作用2——让心脏跳动机制带正电的钙离子让细胞内外发生电位差。带正电的钙离子穿过细胞膜进入心肌细胞因为细胞内外的钙浓度相差较大形成较大电位差产生了刺激细胞膜收缩的生理效应。心肌细胞收缩又将钙离子给泵出了细胞膜外形成反向的电位差心肌细胞膜在这种反向电位差的作用下开始舒张舒张后细胞膜的通透性增强钙离子再次穿过细胞膜进入心肌细胞再次引起心肌收缩如此往复心脏就有节律地跳动起来。 作用3——传递御敌信号机制外来抗原激活T细胞受体启动了钙离子介导的信号通路促使免疫细胞分化和生长。当病菌、细菌、毒物等外来入侵者侵入人体时是钙离子首先发出预警信号随后钙离子又发出入侵者有何特性的信号免疫系统随之组织相应的免疫细胞捕获和吞噬敌人。一旦钙缺乏就会发生免疫系统功能下降、紊乱引发疾病。如自身免疫性疾病红斑狼疮、风湿病皮肤病皮炎、痤疮等。补钙对治疗这些病有重要作用反证了钙的功能。 作用4——调节酶的活性机制细胞内的钙调节蛋白与钙离子结合形成的一种复合物可激活体内多种酶的活性。如果皮肤被割伤了流血了钙离子立刻发出信号逐级激活凝血酶启动凝血机制以止血。食物中的营养要靠酶的分解才能被人体吸收而蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、ATP酶等多种酶和激素要靠钙离子的作用才会充满活性因此营养学有“补钙是补充一切营养的根源”的说法。 作用5——调控生殖细胞的成熟和受精机制精子DNA的最前端是一个由钙组成的顶体。精子携带的DNA的最前端是一个由钙组成的顶体正是这个钙顶体使精子在到达卵细胞边缘时破坏和穿透卵细胞的内层膜受精的一瞬间就这样发生了。同时由钙组成的波状物环绕着卵细胞这被称为钙振荡。钙振荡起到了激活卵子的作用使卵子获得受精能力一个生命的孕育从此开始了。因此钙若不充足直接影响人的性功能和精子的活力导致不育。近期研究发现钙参与着更广泛的生理过程如细胞兴奋性的控制、细胞代谢、细胞形态的维持、细胞周期的调控等。 有关钙离子的神经分子机制专题 发表日期: 2008-10-17 14:44:54 来源: 科学网 钙离子作为信号转导通路中的第一信使对于整个中枢神经系统的突触神经元和神经胶质至关重要。然而只是随着近年来一些新的精密仪器的出现人们才开始对钙离子的潜在的分子机制及其引发的生理现象有所了解。就这个问题上9月25日的《神经元》Neuron杂志刊出了7篇有关突触钙离子动力学的综述。而封面的照片象征着钙离子流的动态本质以及突触受到刺激后引发钙瞬变。 一、从突触到神经核控制突触发育和功能的钙依赖型基因转录 高等生物的独 特的优势在于学习与适应环境变化的能力。这种可塑性很大程度上是由于大脑中枢具备将短暂刺激转换为长久改变的能力。实际上这个过程是非常复杂的涉及受体转运的改变部分mRNA的翻译蛋白质周转和新基因的合成等。Greer和Greenberg综述了神经元活动如何引发钙依赖型基因的表达从而调节突触的发育成熟和完善。有趣的是许多组成部分的活动依赖型基因的表达程序在人类认知障碍时发生突变这表明这种表达程序对脑的发育和功能非常关键。 二、钙离子在调节神经递质释放中扮演多重角色 胞内钙离子浓度Ca2对于触发神经递质释放和调节短期可塑性STP 具有重要作用。神经递质释放是由高浓度的微区引发而短期促进作用则被“剩余钙”的整体修复作用强烈地影响着。整体Ca2的增加会可以加速了释放囊泡的募集从而控制持续活动中出现短暂消退的程度以及细胞休息期间囊泡的恢复。Neher和 Sakaba综述了相关的研究数据结果表明在募集囊泡过程中Ca2扮演着两种截然不同的角色一是加快“分子启动”囊泡对接和释放机制的修复促进释放的囊泡育Ca2通道之间的紧密耦联。这种耦合耦联对于Ca2瞬时变化和产生激发囊泡的敏感性是必不可少的。 三、钙离子纳米/微区控制KCa通道 胞质钙离子的瞬时上升会引发中枢神经系统神经元和其他细胞类型的诸多钙离子依赖型活动。这些活动的特异性速度与可靠性的实现和保持是由钙离子信号时空领域的严格限制达成的即围绕钙离子渗透通路的“钙离子纳米和钙离子微区”。这种配置需要位于时空界限内的钙离子依赖型效应器在这里钙离子域和钙离子传感器的特性决定了通路效应活动。Fakler和Adelman运用微摩尔和亚微摩尔的Ca2激活K通道KCa和BKCa通道来亲和钙离子为钙离子效应器与钙离子的耦合提供距离的限制从而考察中枢神经系统中KCa通道对细胞生理中的重要性。该结果可能为研究其它钙离子区域的运行机制提供范例。 四、钙离子通道调控与突触前可塑性 电压依赖性钙离子Ca2通道在突触中引发神经递质的释放突触前Ca2通道调节对于突触的强度有很强大的影响。突触前Ca2通道可以形成一个庞大信号复杂系统它使突触囊泡指向Ca2通道进行有效的释放同时引导Ca2通道的调控。突触可塑性调节突触功能是以微妙到分钟的时间域来响应神经递质和动作电位的频率。Catterall 和 Few综述了Ca2信号效应器和调节器调控的突触前Ca2通道提供了大量数据描述了Ca2通道在调节和控制神经传递和突触可塑性等方面的重要作用。突触前Ca2通道调节功能的缺失会导致偏头痛步态不稳并可能引起其他形式的神经系统疾病。因此文章建议突触前Ca2通道作为一个动态、多层次的信号网络的管理节点在响应突触活动中发挥着短期控制神经传递的作用。 五、树突和树突棘中的钙信号应用与功能的思考 细胞内钙Ca离子浓度的变化以及随后的突触和阈上的活性可以被许多物质介导并有助于调节各种神经的功能。钙成像技术的发展大大增加了我们对由不同钙源和它们可以产生空间和时间特异性信号之间复杂的相互作用的理解即使这种相互作用发生在细胞内区域如树突和树突棘。然而现今钙成像技术的应用已比较普遍因此实验方法需要细心谨慎对数据的解读阐释也在不断增加。Higley和Sabatini综述了最近利用成像方法的研究树突钙信号的最新进展还描述了为衡量和阐释细胞内钙离子的改变而采用的荧光量化指标。 六、钙调蛋白激酶神经发育和可塑性的调节器 在中枢神经系统许多提升钙离子水平的胞内应答是由钙调蛋白激酶CaMKs介导的。钙调蛋白激酶的活性是由钙调蛋白与Ca2结合之后再磷酸化来调节的。目前大家公认CaMKII对突触可塑性与学习和记忆有很好的调节作用。但最近的一些研究表明一些归因于CaMKII的神经元发育和功能的活动已经被其他的CaMKs 替代或补充如CaMKK、CaMKI和CaMKIV。在这期《神经元》中Wayman等综述了CaMK在信号转导、基因转录、突触发育和可塑性以及行为等关键的神经元功能并讨论了细胞蛋白激酶信号通路等技术进展。 七、星形胶质细胞钙Astrocyte Calcium 的神经生理学功能 星形胶质细胞大约是成年哺乳动物大脑组成的一半它是神经细胞的主要结构并为其提供营养。星形胶质细胞一般是由不同的非重叠域组成它的组成精细、密集并与突触和多种神经活动密切相关。在上世纪90年代中期人们认为星形胶质细胞在激活神经递质释放G蛋白偶联受体之后可以提升细胞内钙离子的浓度。这种认识显示星形胶质细胞不仅是一种神经兴奋的形式而且可能是大脑信息处理的积极参与者。最近几年人们对星形胶质细胞提升钙浓度在神经生理学上的功能尤其是在调节神经元活动方面的研究非常深入。Agulhon了有关星形胶质细胞钙信号的神经生理过程功能的最新进展并就星形胶质细胞作用方面的一些争议问题进行了讨论这篇综述对进一步研究星形胶质细胞大有裨益。