细胞内外钙浓度的调节及意义

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1、细胞内外钙浓度的调节及意义[日期：2007-12-13]来源：桂林中学校园网作者：毛敏[字体：大中小]摘要：在正常生理状态下，细胞膜内外钙浓度相差高达1万倍左右。维持如此大的浓度梯度，主要靠细胞膜对Ca2+极低的通透性、钙亲合蛋白的缓冲以及依赖质膜两侧钙泵，Na+-Ca2+交换系统将Ca2+主动排除，或通过细胞内Ca2+库摄取于贮存Ca2+。细胞内游离钙离子浓度的升高可能触发肌肉收缩、递质释放、激素分泌等生理过程，甚至引起细胞死亡，神经细胞老化等。关键词：细胞钙离子钙泵正常细胞中，细胞膜内游离的Ca2+浓度约为0•.1umol/L~1.0umol/L,细胞外钙离子浓度比细胞

2、内钙离子浓度高1万倍，约为1.5mmol/L。一、细胞内Ca2+浓度调节机理细胞膜构成了Ca2+流动的屏障，同时也是细胞功能调节的基础。正常细胞中。膜内Ca2浓度比膜外Ca2+浓度低1万倍左右，这并不等于说细胞内缺少Ca2+，事实上某些细胞器，如：线粒体、内质网和突轴小泡能摄取和贮存Ca2+，其中线粒体是细胞内最重要的钙库之一。另外，细胞内还有一些钙结合到带负电的脂和蛋白上，当细胞受刺激时，细胞外及细胞器中的Ca2+都可能被动的进入细胞质，使游离钙浓度升至1~10umol/L，从而引起一定的生理反应。细胞内Ca2+浓度升高，主要由于Ca2+按浓度梯度通过Ca2+通道进入细胞

3、的结果。膜系统上的Ca2+通道可以是电压依赖的，也可以是激动剂依赖的，前者主要在肌肉和神经细胞中起作用。电压依赖的钙通道常有三种类型：L-型，长程型：需要较强的去激化刺激才能开放，失活也慢；T-型，瞬时型：较弱的去激化电压即能使通道开放，但失活也快；N-型，需要较强的去激化电压，失活快。此外，神经元细胞上还存在一种P-型钙通道，需要较强电压激活，失活也慢。激动剂依赖型的钙通道，也称受体操纵性钙通道，主要通过激动剂与质膜上特点受体结合后，启动通道开放，使细胞外钙进入细胞内，或使细胞器钙库释放，使细胞内游离Ca2+上升。细胞内Ca2+的排出是由另一类细胞功能蛋白——Ca2+泵来

4、完成的。Ca2+泵逆浓度梯度将Ca2+排到细胞外或使其进入细胞内贮存库中。细胞膜上还有另一类不直接与ATP水解偶联的Ca2+主动传递，就是Na+/Ca2+交换体系，它是利用细胞膜两侧Na+浓度梯度通过Na+-Ca2+交换将Ca2+排到细胞外。可见，Ca2+在细胞内外保持动态平衡，依赖四个主要系统维持：1、电压依赖性钙通道；2、受体或神经递质操控的钙通道；3、钙泵；4、细胞内第二信使（1、4、5三磷酸肌酸IP3）内在机制。二、钙在细胞中的作用Ca2+对细胞膜的兴奋性是不可缺少的。当细胞内游离的Ca2+从静息水平的10-8M上升时，则肌体的分泌、收缩、通道门控和其他过程都处于活

5、动之中。钙离子具有胞内信使作用。胞外钙离子是胞内钙离子的主要来源。钙通道开放时，胞外Ca2+浓度的上升，可关闭电压依赖性通道，增加静息膜阻抗，从而也增加了神经和肌肉兴奋性的阈值；若降低胞外Ca2+浓度则引起触发性阈值变化，作用相反，神经和肌肉产生复极化，临床上，病人表现为甲状腺机能减退。Ca2+是生理活性物质，在中枢神经系统中作用倍受人们关注。神经元不少关键的过程如：神经递质的释放、膜对特种离子的通透性的调节、膜的稳定性、轴浆流，以及许多酶的控制都是由细胞内或膜内、外钙离子分布的改变来调节的近年来的研究表明，肌细胞中肌浆网的Ca2+ATP酶的作用是将Ca2+从细胞内转运并存

6、到肌浆网内部。当Ca2+ATP酶的激活可以迅速降低胞液中Ca2+的浓度，让肌肉得到舒张。心肌细胞内Ca2+浓度升高，可以引起心肌收缩。红细胞膜上的钙泵，含有一个调节蛋白亚基，当细胞液中Ca2+浓度升高时，钙调节蛋白的4个钙离子结合位点与Ca2+结合，产生变构效应，激活Ca2+ATP酶，使Ca2+排到细胞外。钙泵的作用，是维持细胞内Ca2+浓度，使之处于较低水平。据报道：在非缺血情况下，兴奋性氨基酸递质结合突触膜受体，引起Ca2+内流，其突触反应的终止是通过兴奋性氨基酸递质被再摄取和Ca2+、Na+-K+ATP酶转运系统使Ca2+从细胞内流出；在短暂性脑缺血时，使ATP耗竭，

7、引起兴奋性氨基酸再摄取和Ca2+外流减少，从而引起NMDA受体控制的Ca2+通道持续开放，结果细胞内Ca2+超载。神经细胞钙离子超载与老化有关。高浓度的Ca2+可以激活内质网上Ca2+，诱导Ca2+释放通道，使内质网膜上释放Ca2+。另外，一些激动剂可以与膜上受体结合，促发膜磷脂中磷酰肌醇-4，5二磷酸水解产生两种新的肌内第三信使，调节神经细胞的活动。钙超载对细胞损伤主要有几个方面：1．酸化脱偶联，呼吸作用受抑制；2．活磷脂酶C,A1,A2,使膜磷脂水解，花生四烯酸（AA）释放增加，同时产生大量自由基，使膜通透性增