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第八章

第八章. 钙离子与信号转导. 【 目的要求 】. 1 ．掌握质膜上的钙转移系统；内质网 / 肌质网钙转移系统；钙调素及膜联蛋白家族的概念。 2 ．熟悉细胞钙的分布；钙调素的结构；钙调素的活化及作用方式。. Ca 2 ＋ 作为细胞信使的基础是胞浆 Ca 2 ＋ 与胞内钙库或胞外 Ca 2 ＋ 之间存在浓度梯度。当某种刺激使胞内 Ca 2 ＋ 浓度大幅度增加时，就起到传递信号的作用。 Ca 2 ＋ 本身的特性更有利于和靶蛋白结合，从而传递信息。　. 一、细胞总钙　. （一）细胞钙的分布

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第八章

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  1. 第八章 钙离子与信号转导

  2. 【目的要求】 1．掌握质膜上的钙转移系统；内质网/肌质网钙转移系统；钙调素及膜联蛋白家族的概念。 2．熟悉细胞钙的分布；钙调素的结构；钙调素的活化及作用方式。

  3. Ca2＋作为细胞信使的基础是胞浆Ca2＋与胞内钙库或胞外Ca2＋之间存在浓度梯度。当某种刺激使胞内Ca2＋浓度大幅度增加时，就起到传递信号的作用。Ca2＋作为细胞信使的基础是胞浆Ca2＋与胞内钙库或胞外Ca2＋之间存在浓度梯度。当某种刺激使胞内Ca2＋浓度大幅度增加时，就起到传递信号的作用。 Ca2＋本身的特性更有利于和靶蛋白结合，从而传递信息。　

  4. 一、细胞总钙　 （一）细胞钙的分布 　　结合钙：与储钙蛋白结合的钙。占99.9%，主要分布在细胞核、线粒体、内质网/肌质网和质膜； 　　游离钙：0.1mol/L。

  5. 　　储钙蛋白： 　　肌细胞中主要有集钙蛋白（CSQ），还有小清蛋白（parvalbumin）和钙结合蛋白（calbindin）； 　　　　非肌细胞中主要是钙网蛋白（calreticulin），还有二硫异构酶、免疫球蛋白重链结合蛋白（BIP）和内质网素（endoplasmin）等。

  6. 细胞钙的分布及平衡

  7. （二）质膜上的钙转移系统 cytosol

  8. 1. 质膜钙泵（plasma membrane calcium pump，PMCA ）（Ca2＋-ATP酶） 1 10 2 3 4 5 6 7 8 9 C端 N端 CaM结合位点磷酸化位点 活性中心

  9. 高亲和力低容量，在调节胞内Ca2＋稳态上起微调作用。高亲和力低容量，在调节胞内Ca2＋稳态上起微调作用。 • 质膜Ca2＋泵的调控机制： ① CaM的激活 Ca2＋↑→ Ca2＋-CaM→与钙泵C端结合→钙泵活化

  10. ②PIP2水解的双重效应 ③ 有限水解 　　胰蛋白酶切去钙泵C端的抑制肽。 ④PKC和PKA的磷酸化 PIP2 钙泵活性 PIP2水解 IP3 Ca2＋ 钙泵活性

  11. 2. Na＋-Ca2＋交换器（Sodium-Calcium Exchanger，NCE） 　　　利用Na＋的电化学梯度从胞内排出Ca2＋。 低亲和力高容量，在调节胞内Ca2＋稳态上起主导作用。 　　　主要用于兴奋性细胞受到刺激后从胞内除去大量的Ca2＋ 。

  12. 3. 钙离子通道 　　（1）电压门控性Ca2＋通道（voltage-gated Ca2＋channel，VGCC）： 　　　受控于膜电压的变化。除极时， Ca2＋通道打开，胞外Ca2＋内流。

  13. VGCC有6种亚型： T型：又称低电压激活的Ca2＋通道，激活后可迅速失活。 L、N、P、Q、R 型：又称高电压激活的Ca2＋通道，激活后可缓慢失活。

  14. L型Ca2＋通道的组成

  15. 　　激动剂-受体门控性Ca2＋通道（receptor -gated Ca2＋channel）： 　　配体结合于受体后激活。 　　如：NMDA受体是Ca2＋进入神经细胞的通道； ATP受体调节Ca2＋通道，是Ca2＋进入平滑肌的通道。

  16. 　机械操纵型Ca2＋通道： 　　　对机械牵张敏感。 　　　主要与血管内皮细胞感受血液压力、分泌相关因子以影响血管紧张状态有关。

  17. （三）内质网/肌质网钙转移系统 　　细胞内膜钙转移系统： 　　　　表面积大；耗能少。

  18. 1. 内质网/肌质网（ER/SR）钙泵

  19. 2. ER/SR钙离子通道 RyR 和 IP3R： 　　　咖啡因、腺苷酸、 Ca2＋及低浓度的Ryanodine促进通道开放；Mg2＋、过高浓度的Ca2＋ 、钙红、CaM等抑制其开放。 RyR的真正激活剂是cADPR。

  20. cGMP ADPRC NAD+ cADPR

  21. cGMP-cADPR促进钙释放

  22. Ca2＋信号基本单位： 　　单个钙通道开放记录到的钙信号为反射脉冲（blip）和夸克（quark）； 　　一组钙通道开放记录到的钙信号为钙火花（spark）和钙泡（puff）； 　　钙团。

  23. 　　基本单位Ca2＋信号共同特点： • 钙通道开放时， Ca2＋浓度快速上升并扩散形成梯度； • 钙通道关闭时，缓慢复原。 • 钙信号由组成各自相对独立的Ca2＋信号的基本单位所产生。

  24. 3. 线粒体钙转移系统 　　 　线粒体对细胞内Ca2＋起着持久的、大容量的调节作用。可防止细胞内Ca2＋大幅度波动。 　　　线粒体存在钙的单向转运体，能量来自呼吸代谢形成的膜内的负电位，使钙向内移动。它对钙的亲和力很低，但运送钙的量很大。

  25. 　　　线粒体内的HPO4 2－对Ca2＋起缓冲作用。 　　　线粒体还存在钙的运送器，进行Na＋ －Ca2＋交换，可缓慢释放钙。

  26. 二、钙信号的产生、终止及传递途径　 （一）钙信号的产生与终止 　　钙信号产生：　　 质膜Ca2＋通道开放 Ca2＋浓度升高 钙库Ca2＋通道开放

  27. 　钙信号终止： 胞质中Ca2＋结合蛋白对钙的缓冲 质膜Ca2＋泵 Ca2＋浓度下降 SERCA

  28. （二）钙信号的时空性 　钙信号的时空模型： 　　　在反应的初始阶段和持续阶段， Ca2＋信号作用的空间区域不一样； 　　　在持续反应中， Ca2＋内流与外流形成的循环起基本作用； Ca2＋和其他信使一起通过激活PKC等，完成持续反应。

  29. 　　　钙通道分布不平衡：是胞内Ca2＋浓度升高呈不均一分布的一个主要因素；　　　钙通道分布不平衡：是胞内Ca2＋浓度升高呈不均一分布的一个主要因素； 　　　钙信号的时间形式：是指Ca2＋信号的不应期、传播速度和频率，这取决于钙库重充盈至可再次发生反应所需的时间。

  30. CaM CaMK 瞬时反应 Ca2＋ PKC 持续反应 DAG

  31. （三）钙信号的传递途径 Ca2＋信使的靶分子是钙结合蛋白和Ca2＋调节蛋白。 　　　钙信号的传递是通过钙结合蛋白介导的。

  32. 　　　钙结合蛋白的分类： ①与Ca2＋结合后构象改变，再激活其他酶； 　　　②本身是一种调节酶； 　　　③与Ca2＋结合后参与其他离子通道的调节； 　　　④与Ca2＋结合后起缓冲作用，调节细胞内Ca2＋浓度。

  33. 三、钙调素　 （一） 钙调素的发现 1968~1970年，美籍华人张槐耀在研究PDE对cAMP浓度的调节作用时，发现了钙调素。　 　　

  34. （二）钙调素的结构 EF手

  35. CaM CaM与靶蛋白结合

  36. （三）钙调素的理化特性 CaM是由148个氨基酸组成的耐热、酸性小分子可溶性球形蛋白。 　　　特性： ①在有Ca2＋与无Ca2＋情况下，SDS电泳迁移率不同； ②耐热性。　　

  37. CaM的结构特征： ①含30%的酸性氨基酸，为结合钙提供羧基； ②无易氧化的Cys和Trp，因而稳定、耐热； ③不含能使肽链定型的Hyp，因此具有高度灵活性，可与靶蛋白结合；　　　

  38. ④Phe和Tyr比值高，形成特异的有5个紫外吸收峰的光谱，可作为鉴定特征。④Phe和Tyr比值高，形成特异的有5个紫外吸收峰的光谱，可作为鉴定特征。 ⑤115位氨基酸为三甲基赖氨酸，可增加与靶酶的亲和力。

  39. （四）钙调素的活化及作用方式 • CaM的作用方式： 　　①直接和靶酶结合，调节其活性； 　　②通过活化CaMK，再磷酸化靶酶，间接调节其活性。

  40. CaM的活化： CaM通过与Ca2＋结合而活化。 CaM活化后的构象改变：①二级结构改变，导致疏水基团暴露，以利于与靶酶结合；②形成球形构象。 CaM激活靶酶的机制： 靶酶存在自抑制结构域，结合CaM后，消除了自抑制作用而被活化。

  41. 四、膜联蛋白家族　 膜联蛋白（annexin）家族： 　　　与Ca2＋结合后可进一步与膜磷脂结合的Ca2＋结合蛋白，即钙依赖性磷脂或膜结合蛋白。 　　　此家族有12个成员，存在于细胞质膜下、储Ca2＋细胞器附近以及在核内或细胞外基质中。

  42. （一） 膜联蛋白家族的共同特点 1. 在mol/L浓度水平的Ca2＋就可与磷脂或膜结合，而且对Ca2＋及磷脂结合有特异性。 2. 在蛋白质的结构上有同源性。 3. 在细胞中的分布都直接或间接地与细胞质膜或内膜系统相联系。

  43. （二）膜联蛋白的生理功能 • 参与胞吐作用； • 在两膜之间形成膜桥，有利于膜的黏着、聚集和融合； • 具有离子通道功能； • 对PLA2有抑制作用； • 与细胞骨架有关。　

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