金属离子在神经系统中的作用.docx

·334· 化 学 世 界 2003 年 [ 44 ] Sanchez2L opez J C, Fernandez A. T h in So lid F ilm s [J ], 1998, 317 (1, 2) : 4972499. [ 45 ] W ang G Z, Chen W , L iang C H , et a l. Ino rg Chem Comm um [J ], 2001, 4 (4) : 2082210. [ 46 ] Y in Y D , Xu X L , Ge X W , et a l. R adia Phys Chem [J ], 1999, 55 (3) : 3532356. [ 47 ] O hko Y, Setain M , Sakata T , et a l. Chem L ett[J ], Ca2+ 泵的作用是调节细胞内 Ca2+ 的浓度。调节 Ca2+ 的流动和细胞内外 Ca2+ 的平衡对突触前 (如递 质释放) 和突触原过程 (兴奋性和第二信使) 都是重 要的。 细胞内溶解的自由 Ca2+ 是有生理活性的 Ca 池, 但它只占总神经元 Ca2+ 含量的 1?10000, 即正常 时细胞外钙浓度比细胞内游离钙高 1 万倍。 维持如 2+ 1999, 7: 6632664. 此大的浓度梯度的 Ca 内环境稳定, 主要靠胞膜对 冯学珠1 , 魏芳弟2 , 于俊生2 (1. 烟台师范学院化学系, 山东烟台 264025, 2. 南京大学化 学系, 江苏南京 210093) 金属离子在神经系统中的作用 神经系统是人体最重要的机能调节系统, 它能 全面地迅速地调节体内其它器官系统和生理过程以 适应体内外的环境变动, 维持正常的生命活动。神经 系统由神经细胞和神经胶质细胞所构成, 具有接受 刺激、传递兴奋, 甚至内分泌等功能[ 1 ]。 大脑是聚集 金属离子的专门器官。在大脑中, 金属的总浓度比产 生损害的金属离子的浓度要高得多。 在神经传递过 程中所释放的 Zn2+ 浓度大约为 300Λm o l?L , 它比在 神经细胞培养物中的急性神经中毒的 Zn2+ 浓度要 高一些。 1 跨膜转运的金属离子 Na+ 、K+ 和 Ca2+ 金属离子的跨膜转运是神经、肌肉以及其它细 胞, 具有兴奋性和产生生物电的基础。 通过膜的转 运, 细胞从周围环境中有选择地摄取必需的物质, 并 不断地排出代谢废物或者在细胞内外有选择地转运 某些物质, 以实现特定的生理功能。 大多数物质必需经膜上的蛋白质介导才能进行 跨膜转运。其中顺着物质的浓度梯度, 依靠浓度梯度 所构成的势能进行移动, 不需要另外提供能量的称 为被动扩散; 而逆着物质的浓度梯度进行转运, 需要 A T P 的高能磷酸键 提 供 能 量 的 称 为 主 动 扩 散。 N a+ 、K+ 逆浓度差而移动, 属主动转运[ 2 ]。它们是借 助于膜上的一种特殊的转运蛋白, 将细胞内的 N a+ 移到胞外, 同时将细胞外的 K+ 移入胞内, 对细胞来 说, 这种排 N a+ 蓄 K+ 过程需要有 A T P 的参加, 这 种转运蛋白称为 N a+ 、K + 2泵, 实质上就是 N a+ 、 K+ 2A T P 酶。 在N a+ 、K + 2泵运转过程中, N a+ 、K + 2 A T P 酶在两种构象, 即亲N a+ 构象状态的脱磷酸酶 (E 1 ) 以及亲 K+ 构象状态的磷酸化酶 (E 2 ) 之间相互 转化, 使神经细胞保持自身内环境的稳定, 实现正常 的生理功能。 Ca2+ 极低的通透性和依赖能量将钙从细胞内主动排 出来维持。所以, 细胞内?外 Ca2+ 比例的变动可对细 胞功能产生不良的影响。Ca2+ 稳定性的变化可影响 许多过程, 包括受体的活性变化和磷酸肌醇水解酶 的结合力以及 Ca2+ 运转系统、Ca2+ 结合蛋白和 Ca2+ 激活蛋白酶的机能等。在神经末梢, 一般认为细胞内 Ca2+ 的浓度为 0. 1Λm o l?L , 进入膜内的 Ca2+ 最终必 需经过N a+ 2Ca2+ 交换和Ca2+ A T P 酶二种机制排出 膜外以维持 Ca2+ 的稳定状态。所以, 细胞内自由 Ca 浓度的变化很可能和这些膜运转系统的相应变化有 关。Ca2+ 内流还可以调节神经突起的延伸和生长锥 的运动。 2 神经代谢的金属离子 Zn 2+ 、Cu2+ 在近十年中, 金属离子的神经代谢作用越来越 受到重视。 许多资料表明, Fe3+ 、Cu2+ 、Z