跨膜Ca~(2+)梯度对肌质网Ca~3+-ATP酶调节的特异性

我们曾报道跨膜Ca~(2+)梯度可通过膜脂影响肌质网Ca~(2+)-ATP 酶的构象和活性。本文就跨膜Ca~(2+)梯度对肌质网Ca~(2+)-ATP 酶的调节是否具有特异性作进一步研究。结果表明这种特异性表现在两方面:一是跨膜Ca~(2+)梯度对肌质网Ca~(2+)-ATP 酶功能的调节不能归结于跨膜Ca~(2+)浓度梯度所导致的膜电位的作用,离子载体FCCP 可消除跨膜电位但并不影响肌质网Ca~(2+)-ATP 酶的活力;二是其它二价金属离子如Sr~(2+)的跨膜梯度对肌质网Ca~(2+)-ATP 酶活力基本无影响。荧光偏振系列探剂n-AS 测定的结果表明跨膜Ca~(2+)与Sr~(2+)梯度对嵌有Ca~(2+)-ATP 酶的脂酶体的中部流动性的影响有较大差异。而Ca~(2+)-ATP 酶的Ca~(2+)结合位点正处于脂双层中部,这进一步提示膜脂参与了跨膜Ca~(2+)梯度对Ca~(2+)-ATP 酶的调节作用。     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)-ATP酶和Ca~(2+)转运系统的特性

用大麦质膜微囊研究细胞质膜 Ca~(2+)转运过程,发现质膜 Ca~(2+)—ATP酶在反应系统中不存在Mg~(2+)时可正常表现活性。跨膜Ca~(2+)转运按其对Mg~(2+)的需求可分为两个过程,一个是不需Mg~(2+)的、具高Ca~(2+)亲和力和较低的转运能力;另一个则是需Mg~(2+)的、具低Ca~(2+)亲和力和较高的转运能力。前者的动力学特征与Ca~(2+)—ATP酶相近,而后者则相差很大。据此推测,大麦根细胞质膜上除Ca~(2+)—ATP酶外,还存在另一个不同的Ca~(2+)转运系统。由两者分别承担的Ca~(2+)转运过程在细胞钙信使系统中可能起着不同的作用。     

Ca~(2+)对植物磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的抑制作用

低浓度Ca~(2+)明显抑制高粱、马齿苋及大叶伽兰菜叶片PEPCase活性。Ca~(2+)对马齿苋及大叶伽兰菜PEPCase的抑制程度大于对高粱PEPCase的。Ca~(2+)对PEPCase的抑制作用因底物PEP浓度提高而加强,因必需金属离子Mg~(2+)的浓度增加而减弱。提高Mg~(2+)浓度可解除高粱PEPCase的Ca~(2+)抑制作用,但不能完全解除马齿苋PEPCase的抑制作用。G6P、gly可消除Ca~(2+)对高粱PEPCase的抑制作用,但G6P不能消除Ca~(2+)对马齿苋PEPCase的抑制作用。     

Ca~(2+)通过膜脂影响肌质网Ca~(2+)-ATP酶的活性与Ca~(2+)转运功能

重建在大豆磷脂脂质体上的兔骨骼肌肌质网Ca~(2+)—ATP酶在ATP驱动下可将溶液中的Ca~(2+)转运到脂酶体内部;外加EGTA则可除去脂酶体外部的Ca~(2+),由此可得到四种含Ca~(2+)状态不同的脂酶体:(1)内、外都无Ca~(2+);(2)仅外部有Ca~(2+);(3)内、外都有Ca~(2+);(4),仅内部有Ca~(2+).用DPH和AS系列萤光探针对这四种含Ca~+状态不同的脂酶体的膜脂流动性进行了测定,结果表明:脂酶体外部加入Ca~(2+),脂双层外表面的流动性降低.当Ca~(2+)进入脂酶体内部后,内表面膜脂的流动性也降低,而且外层膜脂流动性进一步降低.脂酶体内、外的Ca~(2+)含量不同时,Ca~(2+)—ATP酶功能状态也不同.转运到脂酶体内部的ca~(2+)积累到一定浓度后,通过Ca~(2+)泵向内转运的Ca~(2+)及Ca~(2+)—ATP酶活力都受到了抑制.转运进行到第四分钟时的酶活只有第一分钟的9%.但在相同的实验条件下,失去了完整的膜结构的纯化的Ca~(2+)—ATP酶蛋白没有被抑制.这提示完整的膜结构是这种抑制作用所必需的,而且膜两侧Ca~(2+)浓度的梯差可通过影响膜脂来调节Ca~(2+)—ATP酶的功能.     

大麦根细胞质膜Ca~(2+)转运系统对盐胁迫的反应

大麦幼苗经短时间盐处理,尚未发生伤害时,虽然质膜上需Mg~(2+)和不需Mg~(2+)的两个Ca~(2+)转运系统的转运能力均基本未变,但两者的动力学特征却有所不同。在盐处理3h内,不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力便明显降低,而需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程对Ca~(2+)的亲和力变化不大。较长时间盐处理,两个Ca~(2+)转运系统的转运能力和ATP亲和力均有不同程度的减小。这种减小与幼苗的伤害相伴出现,随处理时间加长而加剧。不同时间的盐处理下,质膜Ca~(2+)—ATP酶活性与不需Mg~(2+)的Ca~(2+)转运过程变化规律一致。Ca~(2+)—ATP酶受钙调素激活的特性在盐处理3h内即有所减小,至处理24h基本丧失。由动力学分析结果推测,短时间盐胁迫下质膜上两个Ca~(2+)转运系统的不同变化是植物的一种调节反应,它们在钙信使系统传递胁迫信号的过程中起不同作用。Ca~(2+)—ATP酶驱动的初级Ca~(2+)转运系统可能与胁迫信号的传递有关,而次级Ca~(2+)转运系统即可能起着信息传递之后将剩余 Ca~(2+)运出胞外的功能。较长时间盐胁迫下两系统Ca~(2+)转运能力的降低则是一种伤害反应。     

锰重组钙调蛋白水质子弛豫速率的研究

钙调蛋白(CaM)是一种多功能调节蛋白,它含有4个Ca~(2+)结合域.晶体研究表明所有Ca~(2+)都与主链氧原子及酸性残基侧链氧原子配位,但Ca~(2+)的配位层中是否有水分子存在尚未确定.木文利用核磁共振技术,以Mn~(2+)为探针,通过测定水质子的核磁弛豫速率T_(1P)_(-1)建立了有关Ca~(2+)配位层中水分子数目的模型,该模型指出Cam中高、低亲和位上Ca~(2+)结合水的能力不同,高亲和位上Ca~(2+)的配位层中没有水分子存在,而低亲和位上Ca~(2+)配位层中含两个水分子.     

红光对绿豆下胚轴线粒体Ca~(2+)积累、ATPase及NAD激酶活性的影响

绿豆下胚轴切段经红光处理后10min,其线粒体的Ca~(2+)积累下降15％,Ca~(2+)-ATPase 及 Mg~(2+)-ATPase活性也分别下降29％和10％,切段CaM含量增加近1倍。Ca~(2+)存在时,红光能促进线粒体NAD 激酶活性。说明Ca~(2+)-ATPase及一部分Mg~(2+)-ATPase可作为钙泵控制Ca~(2+)进入线粒体。     

Ca~(2+)与细胞功能的调节

Ca~(2+)做为一种信使参与多种细胞功能的调节。本文着重从激动剂引起的Ca~(2+)动员(Ca~(2+)mobilization)方面阐述 Ca~(2+)对某些细胞反应系统的调节机理,这种调节作用对于细胞生理功能的表现有极其重要的意义。     

电针、吗啡镇痛和耐受时某些脑区线粒体结合钙的变化

采用 Tb~(3+)荧光探针和离子选择电极研究了电针和吗啡镇痛及镇痛耐受时,动物不同脑区游离 Ca~(2+)和线粒体膜结合 Ca~(2+)的变化。实验结果表明,电针和吗啡都有较强的镇痛作用,与此同时,导水管周围灰质和下丘脑的线粒体膜结合 Ca~(2+)升高。脑室内预注钌红,则能降低这两个脑区的线粒体膜结合 Ca~(2+)和痛阈。另一方面,在电针或吗啡耐受时,两脑区的游离 Ca~(2+)浓度增加,线粒体膜结合 Ca~(2+)降低。结果提示,神经细胞质膜内外 Ca~(2+)的移动可能在电针和吗啡镇痛中起某种调节作用。     

心肌细胞核Ca2+库特点及其调节的离体研究

研究核外Ca~(2+)浓度对核Ca~(2+)的影响,及细胞核Ca~(2+)摄取和释放的关系,以探讨核Ca~(2+)转运的调节机制。采用差速离心和密度梯度离心法分离纯化心肌细胞核,以Fluo-4/AM荧光指示剂负载心肌细胞核,应用激光共聚焦扫描显微镜和荧光分光光度计进行观察和测定。结果显示,分离纯化的成年大鼠心肌细胞核内自由[Ca~(2+)]随着核外[Ca~(2+)]的增加而逐渐增加,孵育液[Ca~(2+)]为1000 nmol/L达高峰,但二者增加的程度并不一致,之后随核外[Ca~(2+)]浓度的增加而呈降低趋势。ATP和100—600nmol/L的核外游离Ca~(2+),使心肌细胞核显示核被膜腔Ca~(2+)荧光,ATP和1000nmol/L的核外游离Ca~(2+)则进一步引起核浆内的Ca~(2+)荧光强度升高。荧光染色观察可见IP_3受体染色主要位于核内膜,而钙泵和ryanodine受体染色主要位于核外膜。IP_3和Ryancodine使核Ca~(2+)短暂升高1.68倍和1.93倍(P<0.001),而钙泵抑制剂Thapsigargin和IP_3受体抑制剂Heparin则分别使核Ca~(2+)降低64%和35.6%(p<0.05)。ryanodine使IP_3升高的核Ca~(2+)显著回落至正常水平以下(p<0.001)。Thapsigargin不能阻断IP_3和Ryanodine所致的核Ca~(2+)释放增加(p<0.05),但事先采用钙泵抑制剂Thapsigargin预处理心肌细胞核,则能显著的阻断IP_3和Ryanodine所致的核Ca~(2+)升高作用(Ca~(2+)释放作用)(p<0.05)。结果提示大鼠心肌细胞核可能也是细胞内的钙库之一,心肌细胞核上存在Ca~(2+)-ATPase、ryanodine受体和IP_3受体等Ca~(2+)转运系统,可能参与核Ca~(2+)摄取和释放的调节。     

在ts-RSV LA90细胞转化过程中钙流变化的研究

本文以ts-RSV LA90细胞为模型,用放射性同位素示踪技术测定了通过细胞质膜的~(45)Ca~(2+)流水平;同时用钙指示剂Indo-1 AM和光学多道分析仪测定了胞内[Ca~(2+)]_i,初步研究了Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i在v-src基因引起细胞转化过程中的动态变化。结果表明LA90细胞质膜上~(45)Ca~(2+)流的改变是细胞转化过程中可以检测到的早期事件之一,转化状态(33℃)细胞的~(45)Ca~(2+)流大于正常状态(40℃)的,细胞从正常到转化(40℃→33℃)的25分钟内~(45)Ca~(2+)流就有明显增大。TMB-8可以抑制转化引起的~(45)Ca~(2+)流出的增大,小牛血清可以刺激正常状态细胞的~(45)Ca~(2+)流出增大,~(45)Ca~(2+)流出与温度有一定依赖关系;细胞转化引起的~(45)Ca~(2+)流入增大,可被异博定抑制,~(45)Ca~(2+)流入不受温度的影响。LA90细胞[Ca~(2+)]_i在转化早期有明显升高,并维持在较正常细胞高2—3倍的水平,A23187-Br可提高正常LA90细胞[Ca~(2+)]_i,[Ca~(2+)]_i不受温度的影响。从质膜上~(45)Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i的增大说明转化细胞虽然对胞外Ca~(2+)浓度依赖性下降,但维持增殖及转化状态仍然需要一定的胞外Ca~(2+),并通过提高质膜Ca~(2+)流入和释放内源性Ca~(2+),使转化细胞[Ca~(2+)]_i维持在较高水平上。LA90细膜质膜上~(45)Ca~(2+)流和[Ca~(2+)]_i的增大在细胞转化中起着重大作用。     

Con A刺激致T淋巴细胞胞浆游离Ca~(2+)浓度升高

本文分别应用荧光Ca~(2+)指示剂Quin2和Indo-1研究了Con A刺激的T淋巴细胞[Ca~(2+)]i升高过程及其发生机制.结果表明Con A与T淋巴细胞作用可导致细胞[Ca~(2+)]i的迅速升高.这种增加的胞内游离Ca~(2+)不仅来自胞外Ca~(2+)的内流,也来源于胞内钙库的释放.其中Ca~(2+)内流与T细胞钙通道的开放有关.可被钙通道抑制剂戊脉胺抑制,细胞的去极化及钾通道阻断剂四乙胺均不能阻断Ca~(2+)的内流,提示Ca~(2+)内流不是通过电位操纵的钙通道实现的,也与拥通道的开闭无关.Ca~(2+)内流可能是通过Con A受体活化的受体操纵的钙通道而实现的.     

钙(Ca2+)在植物抗寒中的作用

Ca~(2+)作为植物细胞的第二信使对不同抗寒性植物起着不同的作用。冷敏感植物在冷胁迫下引起的Ca~(2+)流入不撤退,结果细胞内高浓度Ca~(2+)导致冷敏感植物的Ca~(2+)毒害。抗寒植物在冷胁迫中引起的细胞内Ca~(2+)水平的升高是短暂性的,它们在完成信使作用后即撤退。这种短暂性的高浓度Ca~(2+)可能通过激活某些有关的蛋白激酶,使某些相应的蛋白质磷酸化,从而诱发抗冻基因表达,使植物进入抗寒锻炼,发展各种抗寒特性。Ca~(2+)对抗寒特性的形成,除通过诱发抗冻基因表达发展抗寒特性外,Ca~(2+)也可能对某些抗寒特性的形成直接起作用,如Ca~(2+)对膜结构的稳定作用,刺激木质素和非纤维素多糖的合成及其在细胞壁内的沉积,以及直接调节胞间连丝孔道的开放与关闭等。     

豚鼠精子在发生及顶体反应过程中细胞内Ca~(2+)的定位研究

实验利用焦锑酸钾法对豚鼠精子在发生及顶体反应过程中的Ca~(2+)定位作了较详细的研究。在精母细胞及精子细胞上都有Ca~(2+)分布,但睾丸中的精子上则无Ca~(2+)。成熟精子中Ca~(2+)主要定位于顶体帽的整个腹面及背面的两个特定区域。发生顶体反应的精子上Ca~(2+)则位于顶体外膜上或囊泡内,已发生顶体反应的精子中Ca~(2+)则位于顶体内膜上。     

非损伤微测技术实时检测海马脑片跨膜钙离子流

脑内β-淀粉样蛋白(amyloid-βprotein,Aβ)的聚集是阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)的重要病理特征。Aβ的神经毒性作用机制与其扰乱神经元Ca~(2+)稳态有密切关系。非损伤微测技术(non-invasive micro-test technique,NMT)是近年发展起来的一种利用Fick第一扩散定律和Nernst方程,通过非接触方式检测膜外扩散电位获取离子跨膜流速的最新技术手段。本研究在C57BL/6小鼠海马脑片,利用NMT首次检测了Aβ对谷氨酸(Glu)诱发的Ca~(2+)内流以及细胞外低钙引起的Ca~(2+)外排的影响,并初步探讨了Aβ扰乱神经元Ca~(2+)稳态的相关机制。结果显示:(1)急性给予Glu可诱发海马脑片CA1区神经元产生起始快、继而缓慢衰减的持续性内向Ca~(2+)流;(2)Aβ预处理浓度依赖性地增强海马神经元对Glu的反应性,显著提高给药后5 min内Ca~(2+)内流的平均流速,而NMDA受体拮抗剂D-APV可有效阻断Aβ对神经元Glu反应的这种易化作用;(3)用低钙人工脑脊液急性灌流脑片可引起海马CA1区神经元产生持续的外向跨膜Ca~(2+)流,其大部分可被特异性Na+/Ca~(2+)交换体抑制剂KB-R7943所阻断;(4)Aβ预处理可部分抑制低钙人工脑脊液引起的Ca~(2+)外排。这些结果表明:Aβ引起的细胞内Ca~(2+)超载不仅涉及到Ca~(2+)内流增加,也与其对Ca~(2+)外排的抑制有关;Aβ易化Glu的兴奋毒作用主要是通过NMDA受体介导的,其抑制Ca~(2+)外排的靶点主要是Na+/Ca~(2+)交换体。NMT具有操作相对简单、实时获取结果、非损伤的优点,适用于脑片Ca~(2+)内流和Ca~(2+)外排的长时间测定。因此,本研究不仅为解释Aβ所致Ca~(2+)超载的神经毒性机制提供了新的实验证据,也为开展跨膜Ca~(2+)信号转导机制的脑研究提供了新的技术方法。     

共聚焦显微镜不同倍数物镜下肠系膜动脉三级分支张力和Ca~(2+)信号同步变化的比较

本文旨在建立优化的观察肠系膜动脉三级分支(sMA,直径100~300μm)血管张力和血管平滑肌细胞(vascular smooth muscle cells,VSMCs)内Ca~(2+)信号的同步变化的实验方法。分别采用DMT 360CW激光共聚焦微血管张力测定系统和Nikon C2激光共聚焦显微镜,同时记录Ca~(2+)通道激动剂KCl、内皮素-1(endothelin-1,ET-1)以及Ca~(2+)通道抑制剂钆离子(Gd3+)诱导的去内皮sMA血管张力和VSMCs内Ca~(2+)信号的变化,并对共聚焦显微镜不同物镜(10×、20×、40×)下记录到的Ca~(2+)信号荧光值变化量进行对比分析,探索最佳的实验条件。结果显示,KCl可引起sMA显著收缩,20×、40×物镜下VSMCs内Ca~(2+)信号会同步增强,相比40×物镜,20×物镜下Ca~(2+)信号变化量更大,荧光值更稳定,而10×物镜下VSMCs内Ca~(2+)信号变化不明显;不同浓度的ET-1能够引起sMA浓度依赖性收缩,同样20×物镜下VSMCs内Ca~(2+)信号也呈浓度依赖性同步增强;ET-1预收缩sMA后加入Gd3+显著降低ET-1诱导的血管收缩效应,相应地20×物镜下VSMCs内Ca~(2+)信号也显著降低。以上结果表明,Ca~(2+)通道激动剂或抑制剂引起血管收缩或舒张的同时,VSMCs内Ca~(2+)信号会发生相应的变化,提示本实验方法可同步记录两者的变化,而且共聚焦显微镜20×物镜为最佳的实验条件。与分别应用血管张力检测技术测定血管张力变化和动态细胞荧光成像技术测定VSMCs内Ca~(2+)信号变化的方法相比,同步检测张力和Ca~(2+)信号的变化更简单实用,有效避免了不必要的实验误差。     

甲基-β-D-半乳糖与Ca~(2+)及β-唾液酸相互作用的NMR研究

本文主要研究Ca~(2+)与甲基-β-D-半乳糖、Ca~(2+)-β-唾液酸二元复合物与甲基-β-D-半乳糖之间的相互作用.在不同Ca~(2+)浓度时,用500MHz核磁共振波谱仪测得半乳糖与唾液酸质子的化学位移变化.由实验结果的分析得出:半乳糖与Ca~(2+)的专一结合较弱,其结合常数约为24.2M~(-1);半乳糖对Ca~(2+)-唾液酸的二元复合物的作用,增强了二元复合物中唾液酸与Ca~(2+)的亲和力,其结合常数为121.5M~(-1).     

血管平滑肌细胞的钙动力学

血管平滑肌细胞外的Ca~(2+)通过多种通道进入细胞内。Ca~(2+)通道的本质是镶嵌在膜脂质双分子层中的糖蛋白,神经介质和药物可影响Ca~(2+)通道的功能。靠近胞膜的肌质网和胞膜内侧面的高亲和性Ca~(2+)结合位点是血管平滑肌细胞内储存和释放Ca~(2+)的主要部位。胞浆[Ca~(2+)]增高后在钙调蛋白的介导下引起血管收缩。高血压等血管性疾病的发生与其平滑肌细胞的钙动力学异常有关。     

重金属离子对猪红细胞膜Ca~(2+)-ATP酶的作用

猪红细胞膜Ca~(2+)-ATP酶是一种钙调蛋白(CaM)依赖酶,其活力又依赖巯基的完整性。实验应用Ca~(2+)-ATP酶这一模型体系观察到重金属离子,Pb~(2+)、Cd~(2+)和Hg~(2+)都能替代Ca~(2+),激活CaM,从而激活Ca~(2+)-ATP酶;其最大刺激活力分别为85％、80％和30％,半刺激浓度分别为32、27和0.7μmol/L。当三种重金属离子的浓度增加时,则与Ca~(2+)-ATP酶的巯基结合,抑制酶的活力,Pb2~(2+)、Cd~(2+)和Hg~(2+)的半抑制浓度分别为370、440和2μmol/L。抑制作用为渐进性过程,而刺激作用为即时效应。抑制作用可为巯基化物,特别是二巯基化物所逆转。研究结果提示,CaM可能是重金属中毒最初作用的靶分子,而重金属中毒不仅使CaM“开关”失灵,还可能导致细胞内Ca~(2+)的调节全面失控。     

Ca~(2+)和Mg~(2+)对红薯叶总黄酮提取及抑菌活性的影响

为考察Ca~(2+)和Mg~(2+)对红薯叶总黄酮提取率和抑菌活性的影响。本实验采用单因素实验确定Ca~(2+)浓度、Mg~(2+)浓度、料液比、乙醇浓度、提取时间的最佳因素水平,通过响应面法优化得到引入Ca~(2+)和Mg~(2+)后红薯叶总黄酮的最佳提取工艺,即Ca~(2+)浓度187 mg/L、Mg~(2+)浓度176 mg/L、乙醇浓度71%、料液比1∶40,提取时间为1 h,经验证,该工艺总黄酮提取率为2. 76%,略高于传统的提取工艺。该提取物对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌的MIC值分别为62. 5、31. 25、31. 25μg/m L,明显低于不含Ca~(2+)和Mg~(2+)的红薯叶总黄酮提取物(对应MIC值依次为250、125、62. 5μg/m L),由此可见,在提取过程中引入Ca~(2+)和Mg~(2+)可以明显增强红薯叶总黄酮的抑菌活性。