生物膜电压门控离子通道的结构和功能性构象

生物膜离子通道具有多种重要的生理功能.近年,已分离、纯化了电压门控的Na~+、Ca~(2+)和K~+通道的蛋白质组分.Na~+和Ca~(2+)通道分别由一个构成离子孔洞的主要亚单位和数目不同的其他亚单位组成,K~+通道是单一的多肽.对Na~+、Ca~(2+)通道主要亚单位和K~+通道的氨基酸序列的测定表明,它们之间有许多相似性.已分别给出了三种通道跨膜排列的二级结构图象.考虑了Na~+通道的功能特性,包括电压敏感性、通道开放动力学、门控电流、神经毒素的作用等,已提出几种Na~+通道功能性构象模型.     

生物膜电压门控离子通道的结构和功能性构象

生物膜离子通道具有多种重要的生理功能.近年,已分离、纯化了电压门控的Na~+、Ca~(2+)和K~+通道的蛋白质组分.Na~+和Ca~(2+)通道分别由一个构成离子孔洞的主要亚单位和数目不同的其他亚单位组成,K~+通道是单一的多肽.对Na~+、Ca~(2+)通道主要亚单位和K~+通道的氨基酸序列的测定表明,它们之间有许多相似性.已分别给出了三种通道跨膜排列的二级结构图象.考虑了Na~+通道的功能特性,包括电压敏感性、通道开放动力学、门控电流、神经毒素的作用等,已提出几种Na~+通道功能性构象模型.     

电压门控通道家族的新成员——Ca~(2+)通道克隆成功

最近日本京都大学医学院 Numa 实验室丛家兔骨骼肌纯化了钙通道阻断剂二氢嘧啶(dihydropyridine,DHP)的受体,并利用重组 DNA 技术推出其一级结构。比较 DHP 受体、Na~+通道和 K~+通道及由此预测的二级结构,发现三者具有十分相似的共同特征,提示 DHP 受体就是骨骼肌细胞膜上起兴奋收缩偶联作用的电压感受器和 Ca~(2+)通道。因此,Na~+、K~+、Ca~(2+)这三种通道构成由一个祖先基因进化而来的电压门控通道家族。     

猪精子体外获能前后离子成分变化

应用扫描电镜和镜射电镜能谱技术,为猪精子获能前后质膜表面和内部的离子成分进行了研究,结果表明,猪精子获能后质膜表面的Na~+和Al~(3+)升高,而Cl~-和Ca~(2+)降低;精子顶体内Na~+和Cl~-降低,Ca~(2+)、K~+和Fe~(2+)升高;中段线粒体内的Na~+、Ca~(2+)和Fe~(2+)升高,而K~+和Cl~-降低。文章分析了精子获能后顶体内Na~+、Cl~-、K~+、Ca~(2+)和Fe~(2+)变化的浓度比和摩尔比。     

神经解剖学和神经生理学中的基本概念简述(三)

离子通道的类型神经元细胞膜上与神经传导和突触传递有关的离子通道,有对电压变化敏感的离子通道(v),由递质致活的离子通道(t),主动运输离子通道(a)以及漏泄通道(1) 等类型。神经元膜上的钠离子通道有:Na~+v 通道,在膜电位变化下开放(一般是去极化达到-55毫伏时)。Na~+t 通道,当递质与受体蛋白质结合时开放。Na~+a 通道,完成 Na~+从神经元排出的主动运输作用。     

钙对盐胁迫下冰叶日中花不同器官离子含量和根部K~+、Na~+吸收的影响

以冰叶日中花(Mesembryanthemum crystallinum L.)实生苗为材料,经NaCl、NaCl+ CaCl_2、NaCl+LaCl_3处理后,利用电感耦合等离子发射光谱仪检测叶、茎、根中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,计算K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+和Mg~(2+)/Na~+比值,利用非损伤微测技术测定根尖Na~+流和K~+流,研究盐胁迫下钙在维持离子平衡中的作用。结果显示,NaCl处理后,冰叶日中花各器官中Na~+含量增加,K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量降低,离子比值降低;CaCl_2处理降低了Na~+含量,提高了K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量,离子比值升高,而LaCl_3处理后的结果相反。经NaCl处理24 h后,冰叶日中花根尖Na~+和K~+明显外流,加入CaCl_2后,Na~+外流速度显著增加,K~+外流速度受到抑制,而加入LaCl_3后则降低了Na~+的外流速度,促进了K~+的外流。研究结果表明冰叶日中花受到盐胁迫后,钙参与了促进根部Na~+外排、抑制K~+外流的过程,进而保持各器官中较低的Na~+含量,表明钙在维持和调控离子平衡中起到重要作用。     

引进红树拉关木和两种乡土红树离子平衡及光合作用的比较研究

为了比较引进红树与乡土红树的耐盐性差异,该研究以引进红树植物拉关木(Laguncularia racemosa)和乡土红树植物木榄(Bruguiera gymnorrhiza)与秋茄(Kandelia obovata)幼苗作为实验材料,分析其在不同Na Cl浓度(100、200、300、400 mmol·L~(-1))处理下各器官离子浓度(Na~+、Cl~–、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))和叶光合作用的变化。结果表明:(1)高盐胁迫(400 mmol·L~(-1)Na Cl,28 d)处理下,拉关木根系Na~+增幅较小,秋茄根、叶Cl~–含量增幅均高于木榄和拉关木,说明拉关木在较高的盐浓度时能限制根系对Na~+、Cl~–的吸收,减少向地上部分运输。(2)高盐胁迫均增加3种红树根、叶的K~+浓度(木榄叶K~+略有降低,差异不显著),表明3种红树均可吸收K~+,来限制Na~+对植物的伤害;同时,降低3种红树根Ca~(2+)浓度,但拉关木根Ca~(2+)下降幅度小于秋茄和木榄,说明拉关木具有更强的防止Ca~(2+)流失的能力。(3)拉关木根维持Na~+/K~+、Na~+/Ca~(2+)平衡的能力强于秋茄和木榄。(4)高盐胁迫引起秋茄与木榄光合速率均降低,而拉关木光合速率却增加了54.1%。综上所述,拉关木能限制根系对Na Cl的吸收,有效维持Na~+/K~+、Na~+/Ca~(2+)的平衡,并保持较高的光合速率,这表明拉关木与木榄和秋茄相比具有更高的耐盐性。     

盐胁迫下外源脯氨酸和丙二醛对冰叶松叶菊愈伤组织中离子和脯氨酸含量的影响

盐胁迫下外源脯氨酸明显促进冰叶松叶菊愈伤组织中Ca~(2+)、Na~+和K~+及脯氨酸的积累。低浓度丙二醛(MDA)对Na~+、K~+和Ca~(2+)的积累略有促进,而高浓度MDA则有抑制作用。无NaCl时,MDA对细胞中脯氨酸的积累有促进,而在NaCl胁迫下则有抑制作用。     

粉防已碱与红细胞膜ATPase相互作用的研究

粉防已碱是一种新的钙调蛋白拮抗剂,专一性抑制人红细胞膜上依赖CaM的Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase。在较高浓度下,它也不同程度地抑制Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase基本活性、Na~+-K~+-ATPase和Mg~(2+)-ATPase的活性。 除CaM外,不饱和脂肪酸和有限水解均导致膜Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase的活化,所有这些活化作用被Tet在大约相同的浓度范围内抑制,表明Tet除与CaM结合外,也与膜Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase结合。 Tet具有抗抵渗溶血的性能,反映了拮抗CaM与药物的膜稳定性间存在相关性。     

在哺乳动物心肌中可记录出钠-钙交换电流

产电性Na-Ca 交换是心肌细胞膜排Ca~(2 )的重要机制,其交换率为3 Na∶/Ca。日本Kimura 用细胞灌流和全细胞电压钳制术,首次直接记录到外向Na-Ca 交换电流。用宽斜面玻璃管(直径4～5μm,阻抗1～2MΩ)将溶液注入豚鼠心室肌细胞。配制的浸浴液和管溶液可阻断大多数通道电流和产电性Na-K 泵,以减少时间依赖性电流成分,使电流-电压(I-V)近乎为直线关系。实验先用不含Na~ 的胞内溶液和不含游离Ca~(2 )的胞外溶液灌流,再灌流1 mmol/L Ca~(2 ),外向膜电     

肌醇1,4,5-三磷酸受体与阿尔茨海默病

细胞内质网上的肌醇1,4,5-三磷酸受体(inositol 1,4,5-trisphosphate receptors, IP3Rs)是调节Ca~(2+)释放的重要离子通道。Ca~(2+)稳态是维持机体细胞生理功能的重要基础,Ca~(2+)信号参与酶激活、囊泡释放和细胞凋亡等多种细胞过程。研究表明,Ca~(2+)信号异常与阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)密切相关,神经元中钙信号异常可以导致细胞稳态失衡、突触功能丧失,甚至细胞死亡。现对IP3Rs的生物特性及其介导的Ca~(2+)释放在阿尔茨海默病发生发展过程中的作用进行综述。     

NaCl处理对西伯利亚白刺幼苗生长及离子平衡的影响

以1年生西伯利亚白刺水培幼苗为材料,研究了不同浓度NaCl(0、200、400mmol·L~(-1))处理对幼苗生长及不同器官(根、茎、叶)中Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的吸收、运输与分配的影响,探讨西伯利亚白刺的盐适应机制。结果表明:(1)200mmol·L~(-1) NaCl处理促进了西伯利亚白刺幼苗的生长及叶片肉质化程度,400mmol·L-1 NaCl处理显著抑制其生长。(2)随着NaCl处理浓度的升高,西伯利亚白刺幼苗根、茎、叶中Na~+含量显著增加,且叶中Na~+含量显著高于茎和根中;根系中K~+含量显著增加;根、茎、叶中Ca~(2+)、Mg~(2+)含量在200mmol·L~(-1) NaCl处理下保持平稳或上升,而在400mmol·L-1 NaCl处理下显著下降。(3)各器官中K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+和Mg~(2+)/Na~+比值总体随NaCl处理浓度的升高呈下降趋势,且根部离子比值始终高于叶片和茎。(4)随着NaCl处理浓度的升高,西伯利亚白刺幼苗根-茎SK,Na显著下降,而根-茎SCa,Na、SMg,Na及茎-叶SK,Na、SCa,Na、SMg,Na逐渐提高。研究发现,西伯利亚白刺的盐适应机制主要是通过植株的补偿生长效应及叶片对Na~+的聚积作用实现的,同时也与根系对K~+的扣留及茎叶对K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)选择性运输能力增强有关。     

黄河三角洲柽柳植株周围土壤盐分离子的分布

为探讨柽柳的盐分富集效应及其对不同盐分离子分布的影响,以黄河三角洲盐碱地柽柳为研究对象,分析了离植株不同距离不同土层中的盐分离子组成、含量、离子比及不同离子之间的相关性。研究结果表明:各土层阳离子中Na~+含量最高,其次是Ca~(2+)和Mg~(2+),K~(+)最低,Cl~(-)在阴离子中的含量最高,SO_4~(2-)次之,HCO_3~-最低,而未检测到CO_3~(2-)。在柽柳植株周围,尤其是表层土壤中,离植株越近盐分含量越高,显示出柽柳对盐分的富集效应,其中对不同阳离子的富集程度表现为K~+Na~+Mg~(2+)Ca~(2+),而对阴离子的富集程度表现为HCO_3~-Cl~-SO_4~(2-)。冠层下凋落物中盐分的释放和树干径流可能是导致盐分在柽柳植株周围水平方向上存在差异的主要原因。土壤总可溶性盐含量随着土层的加深而升高。阳离子和阴离子向下迁移程度分别表现为Na~+Mg~(2+)Ca~(2+)K+和Cl~-SO_4~(2-)≈HCO_3~-,因而随土层加深而升高的Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)和Cl~-,显示出底聚特征,而K+、SO_4~(2-)和HCO_3~-含量则随着土层的加深而降低,具有表聚特征。降水淋溶、盐分离子迁移速率的差别和各土层中不同生物量根系对盐分吸收的差异可能是造成盐分在垂直方向上含量变化的主要因素。     

兴奋性氨基酸受体离子通道的新观点

中枢神经元至少有三种谷氨酸受体亚型,它们选择性地由谷氨酸结构类似物 N-methyl-D-aspartate(NMDA)、quisqualate 和 kainate 激活。NMDA 与其受体作用后可使 Na~+、K~+及 Ca~(2+)离子通透性增加,同时记录到40～50pS、5ms 的电导水平,Mg~(2+)离子可将其选择性阻断;而 quisqualate 和 kainate 与其受体作用后,仅 Na~+、K~+离子通透性增加,Ca~(2+)离子通透性无变化,此时记录到1～20pS,0.5ms 电导(kainate 引起的电导偏小),Mg~(2+)离子对其无作用。由于 NMDA,quisqualate 和 kainate 与各自的受体作用后引起不同的离子通透性、不同的电导水平,它们对 Mg~(2+)有不同的敏感性,因而传统上认为,谷氨酸受体的不同亚型有不同的离子通道。     

褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长及离子吸收和光合作用的影响

以香椿幼苗为材料,采用水培法研究不同浓度褪黑素(0、50、100、200和400μmol/L)对盐(150 mmol/L NaCl)胁迫下香椿幼苗生长指标、矿质元素离子(Na~+、K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+))含量、净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)和胞间CO_2浓度(C_i)等光合作用指标的影响,以探究外源物质褪黑素对盐胁迫下香椿幼苗生长和生理的调控作用。结果表明:(1)在盐胁迫条件下,香椿幼苗的生长受到显著抑制,叶绿素含量和P_n显著降低,叶片和根系中Na~+含量比对照(CK)显著增加,而K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)含量以及离子含量的比值(K~+/Na~+、Mg~(2+)/Na~+和Ca~(2+)/Na~+)则明显下降,且丙二醛含量显著增加。(2)施加适宜浓度褪黑素能显著促进盐胁迫下香椿植株生长,降低其叶片和根系中Na~+含量,提高其K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)含量和离子含量比值以及叶片P_n、T_r、水分利用效率(WUE)和G_s和C_i,但却降低了气孔限制值(L_s)。(3)适宜浓度褪黑素使盐胁迫下香椿植株叶片的丙二醛积累明显下降,叶绿素含量显著上升。研究发现,外施适宜浓度的褪黑素能降低盐胁迫下香椿幼苗叶片和根系内Na~+浓度,增加K~+、Mg~(2+)和Ca~(2+)浓度,调控植物体内细胞的离子平衡状态,增强对营养元素的吸收,提高光合作用效率,从而提高香椿幼苗对盐胁迫的抗性,并以100μmol/L褪黑素处理的效果最佳。     

钙通道与钙释放通道

1.Ca~(2+)的重要生理作用胞内游离钙浓度([Ca~(2+)])的变化调节着细胞的代谢、基因表达等细胞共有的活动,以及始动兴奋、收缩或出胞分泌以及激活和失活离子通道等细胞不同的反应。[Ca~(2+)]的升高主要依赖于胞外钙经质膜上的钙通道内流或/和胞内储存钙的释放。释放的内钙也是藉细胞器膜的钙释放通道进入胞浆。可见通道启闭活动的正常是维持[Ca~(2+)]正常的一个重要保证。2.离子通道及其分类离子通道是贯穿于质膜或细胞器膜的大分子蛋白质,其中央形成能通过离子的亲水性孔道(pores)。离子的跨膜转运是通过膜上通道蛋白的功能来完     

关于溴氰菊酯神经毒作用的生物化学研究

 本文利用生物化学的手段,对大鼠进行了急性和亚急性毒性实验,研究溴氰菊酯对动物中枢神经系统离子调节作用的影响。急性实验结果表明:<1>溴氰菊酯能显著抑制脑微粒体上的Ca~(2+)+Mg~(2+)-ATP酶和Na~++K~+-ATP酶活性,但并不降低ecto-Ca~(2+)-ATP酶(细胞表面的Ca~(2+)-ATP酶)的活性;<2>溴氰菊酯对大鼠小脑组织中的环腺苷酸含量无明显影响,但却能显著升高与其作用相反的环鸟苷酸含量。体外实验证明,溴氰菊酯能够减少线粒体对Ca~(2+)的主动摄取。在对大鼠进行的亚急性实验中,发现溴氰菊酯中毒组与对照组大鼠的Ca~(2+)+Mg~(2+)-ATP酶、Na~++K~+-ATP酶和ecto-Ca~(2+)-ATP酶的活性均无显著性差异。根据以上结果推测,在急性中毒的条件下,溴氰萄酯能引起大鼠脑神经细胞内Ca~(2+)和Na~+的浓度增高,致使神经兴奋性发生改变。     

心脏钙矛盾现象的研究

钙矛盾现象的形态学变化特点是细胞在闺盘处分离,细胞内肌节聚集为单一收缩带;心肌代谢的改变以高能磷酸键迅速减少、离子平衡失调为主。产生的机制是细胞膜钠泵、钙泵功能减弱,造成细胞排钙能力下降,细胞内 Na~+浓度升高,使恢复正常钙灌注时 Na~—Ca~(2+)迅速交换,造成 Ca~(2+)大量内流而导致一系列心肌细胞损伤。     

NaCl胁迫对圆柏幼苗生长和离子吸收及分配的影响

以当年生圆柏幼苗为实验材料,采用温室调控盆栽土培法研究了不同浓度NaCl(0、100、200、300mmol·L-1)胁迫21d对其生长情况及不同器官(根、茎、叶)中K~+、Na~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)的吸收和分配的影响,以探讨圆柏幼苗对盐环境的生长适应性及耐盐机制。结果表明:(1)随着NaCl胁迫浓度的增加,圆柏幼苗生长,包括株高、地径、相对生长量以及生物量的积累均呈下降趋势,而其根冠比却增加。(2)在各浓度NaCl胁迫处理下,圆柏幼苗根、茎、叶中Na~+含量较对照均显著增加,而且叶中Na~+含量显著高于茎和根,叶中Na~+含量是根中的5倍。(3)随着NaCl胁迫浓度的升高,圆柏幼苗各器官中K~+、Ca~(2+)和Mg~(2+)含量以及K~+/Na~+、Ca~(2+)/Na~+及Mg~(2+)/Na~+比值均呈下降趋势。(4)在NaCl胁迫条件下,圆柏幼苗根系离子吸收选择性系数SK,Na、SCa,Na、SMg,Na显著提高,茎、叶离子转运选择性系数SCa,Na、SMg,Na则逐渐降低,叶中离子转运选择性系数SK,Na则随着NaCl胁迫浓度的升高显著降低,大量Na~+进入地上部,减缓了盐胁迫对根系的伤害。研究认为,圆柏幼苗的盐适应机制主要是通过根系的补偿生长效应及茎、叶对Na~+的聚积作用来实现的,同时也与根对K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的选择性运输能力增强和茎、叶稳定的K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的选择性运输能力有关。     

不同淋洗水量下胶州湾养殖池塘土壤盐分淋洗规律

针对养殖池塘严重盐渍化现象,为确保土地资源和水资源的有效利用,通过室内土柱试验探讨不同淋洗水量下胶州湾养殖池塘土壤盐分淋洗规律,并确定最佳用水量。结果表明:随着淋洗水量的增加,土壤及其淋滤液的含盐量均以指数形式下降,为兼顾淋洗效果和节约用水,接近1:1的水土比可以达到较好的改良效果;在脱盐过程中,土壤中Ca~(2+)、Mg~(2+)、K~+、Na~+、Cl~-含量均呈下降趋势,SO_4~(2-)含量呈先上升后下降的趋势,CO_3~(2-)、HCO_3~-含量呈上升趋势;淋滤液中各盐离子浓度与土壤各盐离子变化规律类似;土壤各盐离子脱盐率大小大致表现为Cl~-Na~+K~+Ca~(2+)Mg~(2+)SO_4~(2-)HCO_3~-;随着淋洗水量的增加,土壤中离子组成由原来的Cl~-和Na~+为主先转变为以Na~+、K~+和SO_4~(2-)为主,最后转变为Na~+、HCO_3~-和K~+为主。土壤脱盐过程伴随着土壤碱化现象,因此需要对盐渍土脱盐过程中的碱化现象进行进一步研究。