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。     

植物体内的钙信使系统

Ca对植物不仅仅是一种大量营养元素,更重要的是作为偶连胞外信号与胞内生理生化反应的第二信使,作为植物代谢和发育的主要调控者。本文介绍了Ca在植物细胞中的分布及其体内平衡机制,以及Ca~(2+)信使系统调控的植物生理生化过程,讨论了外界信号通过Ca~(2+)信使系统的传递和表达过程,Ca~(2+)信使系统对基因表达的可能影响,以及Ca~(2+)信使系统的作用机制,并提出了今后的研究方向。     

一株脂肪酶产生菌的鉴定及钙在其发酵产酶过程中的作用

通过16S rDNA序列分析,结合菌株形态和生理生化特征,对一株脂肪酶产生菌株Y-G进行了分类鉴定,研究了Ca~(2+)在菌株发酵过程中产脂肪酶的作用。结果表明,实验菌株为不动杆菌(Acinetobacter sp.),一定浓度的Ca~(2+)(5 mmol/L)能够显著提高发酵液酶活,而稀土离子La~(3+)、Ca~(2+)螯合剂EGTA或三氟拉嗪(TFP)的加入都会不同程度的影响发酵液中酶活产量,说明钙信号系统可能参与细菌脂肪酶分泌的调控。     

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。     

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。     

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。     

芍药苷对大鼠背根神经元细胞内Ca~(2+)的影响

目的建立一种评价芍药苷对大鼠背根神经节神经元细胞内游离Ca~(2+)浓度影响的方法。方法显微解剖获取大鼠背根神经节(DRG),通过胰蛋白酶消化,过筛,用DF-12和抗有丝分裂培养液交替培养纯化,获得原代大鼠DRG神经元细胞,并采用细胞免疫荧光技术测定DRG神经元细胞纯度;采用激光共聚焦显微成像技术,观察细胞内Ca~(2+)荧光强度的变化,并对Ca~(2+)荧光强度变化率进行分析,探讨芍药苷对DRG细胞内游离钙离子浓度及辣椒素受体的影响。结果采用上述方法分离得到的DRG细胞纯度可高达95%以上,辣椒平可通过阻断辣椒素激活的瞬时受体电位通道的作用而抑制细胞内Ca~(2+)的增加。芍药苷表现出与辣椒平类似的作用,可以阻断细胞外Ca~(2+)内流。结论芍药苷可能是通过作用于TRPV1通道,而抑制DRG细胞内Ca~(2+)大量增加,本方法可以用于评价药物对大鼠DRG细胞内Ca~(2+)浓度的影响。     

稀土元素Pr~(3+)、Nd~(3+)对蚕豆(Vicia feba)叶片原生质膜上Ca~(2+)·Mg~(2+)-ATPase活性的影响

本文介绍用二相分配法制备蚕豆叶片原生质膜上的Ca~(2+)·Mg~(2+)-ATPase,用以研究镧系,稀土离子对此酶活性的影响。初步证实Pr~(3+)、Nd~(3+)对依赖于CaM的以及不依赖于CaM的蚕豆叶片原生质膜上Ca~(2+)·Mg~(2+)-ATPase活性的抑制不是CaM专一的。     

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。     

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.     

MCU及MICU1在心血管疾病中的研究进展

钙离子(Ca~(2+))进入线粒体基质对细胞凋亡途径、生理功能以及胞浆内Ca~(2+)信号的调控起重要作用。在心肌细胞损伤中,线粒体Ca~(2+)转运是参与能量代谢、钙超载以及氧化磷酸化的关键环节。而线粒体钙单向转运体(mitochondrial calcium uniporter,MCU)和调节蛋白如线粒体钙摄取蛋白1(mitochondrial calcium uptake 1,MICU1),作为调控线粒体Ca~(2+)摄取的重要组成部分与心血管疾病密切相关。文章归纳总结了MCU及MICU1的结构和特点,并简要介绍了其在心血管疾病中的作用。     

H_2S与Ca~(2+)互作提高黄瓜幼苗耐冷性

硫化氢(hydrogen sulfide,H_2S)是一种新型气体信号分子,钙离子(calcium,Ca~(2+))为重要的第二信使,两者在调控植物生长发育及多种逆境胁迫中分别起着重要作用。然而,H_2S和Ca~(2+)信号在调控植物耐冷性中的作用关系并不十分清楚。本研究针对以上问题以‘津优35号’黄瓜为试材进行研究,结果表明,低温胁迫可诱导H_2S信号的产生,且这种信号可被外源Ca~(2+)增强;低温胁迫可诱导Ca~(2+)信号转导相关基因CaM、CIPK5的mRNA表达,且外源H_2S能够上调低温下CaM、CIPK5的表达量;进一步研究发现,外源H_2S和Ca~(2+)可显著增强植株的抗氧化能力,减少活性氧积累,从而降低低温胁迫对黄瓜幼苗的损伤,且加入Ca~(2+)螯合剂乙二醇二乙醚二胺四乙酸(ethylene glycol tetraacetic acid,EGTA)或钙调素拮抗剂氯丙嗪(chlorpromazine,CPZ)后,H_2S对黄瓜幼苗抗氧化能力的促进效应明显减弱,同样的,H_2S清除剂次牛磺酸(hypotaurine,HT)也会降低Ca~(2+)的作用。以上结果表明H_2S与Ca~(2+)信号间存在着复杂的联系,而且他们可以通过相互作用调控黄瓜幼苗的抗氧化系统,从而增强植株耐冷性。     

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.     

钙离子振荡对肝糖磷酸化酶激活的随机效应研究

在复杂生化系统的研究过程中,仿真与建模变得越来越重要.对于参与分子数量比较大的生化系统,通常可以采用常微分方程来解决这一问题.对于分子数量比较小的系统,离散粒子基础上的随机模拟方法更精确.然而目前还没有明确的理论方法来确定,对于实际问题用哪种方法能得到更合理的结果.因此需要在一个普遍研究的体系中,通过Ca~(2+)振荡传导信号来研究从随机行为到确定行为的过渡过程.本文以肝细胞中Ca~(2+)振荡对肝糖磷酸化酶激活随机效应为例,讨论了利用随机微分方程来解决分子数量比较小的生化系统的仿真与建模问题,利用细胞内Ca~(2+)有关的Li-Rinzel随机模型,研究了在磷酸化酶降解肝糖的磷酸化-去磷酸化作用循环过程中,三磷酸肌醇受体通道(IP_3R)释放Ca~(2+)的调控作用.结果表明,肝糖磷酸化酶的激活率随受体通道IP_3R的总数增大而减弱,而且三磷酸肌醇浓度比较小时出现相干共振.     

线粒体钙单向转运体和线粒体应激关系的研究进展

钙离子(calcium ion,Ca~(2+))在线粒体功能障碍及细胞损伤凋亡过程中发挥重要的细胞信号作用。近些年来关于Ca~(2+)通道以及其调控蛋白的研究越来越多,其中,线粒体单向转运体(uniporter)复合物的结构组成及其相关蛋白的分布特点成为主要研究热点。作为uniporter复合物中关键的通道蛋白,线粒体钙单向转运蛋白(mitochondrial calcium uniporter,MCU)可顺电化学梯度摄入Ca~(2+),将Ca~(2+)从胞质转运到线粒体基质并控制转运速率,其在胞内Ca~(2+)信号转导、Ca~(2+)稳态、线粒体能量代谢以及细胞凋亡方面具有重要意义。识别调控线粒体内Ca~(2+)信号的MCU及其相关蛋白可深入阐明线粒体应激在相关疾病中的发生发展,并为进一步的疾病治疗提供理论依据。     

钙离子调控樟芝深层发酵无性产孢及其分子机制

樟芝是原产于台湾的珍稀药用真菌,具有保肝、抗癌等活性。樟芝在深层发酵过程中能够产生大量无性孢子,但是目前对樟芝无性产孢的影响因素及其分子机制尚不明确。本研究报道了樟芝发酵培养基中Ca~(2+)浓度能够有效调控樟芝无性产孢的现象;采用双向电泳(2-DE)技术,对不添加Ca~(2+)培养(对照)的菌丝体、添加1 mmol/L Ca~(2+)培养(促进产孢)的菌丝体及添加200 mmol/L Ca~(2+)培养(抑制产孢)的菌丝体进行差异蛋白质组学分析,鉴定了参与Ca~(2+)/钙调素信号通路的CaM蛋白和HSP90蛋白,以及参与FluG调控产孢信号通路的AbaA蛋白;进一步通过生物信息学分析,预测了Ca~(2+)/钙调素和FluG介导的樟芝无性产孢信号通路模型图;采用实时定量PCR(RT-qPCR)技术,对该通路上23个功能基因的转录水平进行了分析,发现了受Ca~(2+)调控最为灵敏的7个产孢相关功能基因:crz1、hsp90、flbB、brlA、abaA、wetA及fadA。本研究结果为解析樟芝无性产孢机制提供了实验依据。     

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。     

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。     

金属离子与CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase相互作用的荧光光谱和荧光偏振研究

根据Cd~(2+)、Pb~(2+)、Hg~(2+)和Al~(3+)对丹磺酰标记钙调蛋白(D-CaM)的荧先强度、最大发射波长及偏振度的影响来研究它们对CaM及Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase构象变化的影响.研究发现,无论溶液中是否存在Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase,Cd~(2+)、Pb~(2+)和Hg~(2+)对D-CaM的荧光最大发射波长、偏振度的影响以Cd~(2+)的最大,Pb~(2+)次之,Hg~(2+)最小,Al~(3+)对D-CaM产生的影响与这三种二价金属离子的并不相同.这证明这几种离子与CaM和Ca~(2+)-Mg~(2+)-ATPase的作用并不遵循同样的机理.     

用Fura-2测定缺氧时海马细胞内游离钙离子浓度的变化

本文用Fura-2荧光测定技术直接监测了缺氧时大鼠海马细胞内游离钙离子浓度[Ca~(2+)]_1的变化。实验发现,缺氧可使海马细胞[Ca~(2+)]_1显著增高,并且在缺氧过程中其增高呈现明显的时相性变化。在去除细胞外钙的情况下,缺氧仍能使[Ca~(2+)]_1增高,仅增高幅度有所降低;另外[Ca~(2+)]_1不再出现时相性变化特征。结果提示,胞外Ca~(2+)的内流以及内源Ca~(2+)的释放均参与了缺氧所致海马细胞[Ca~(2+)]_1的增高过程,缺氧时[Ca~(2+)]_1升高的时相性变化为胞外Ca~(2+)内流引起。