备课素材：钙离子参与人体生理活动的几大主要机制 高二上学期.docxVIP

钙离子参与人体生理活动的几大主要机制

2020版高中生物学必修一说：

那么，除此之外，Ca2+还参与哪些生理活动?

Ca2+参与调控神经传导、凝血、肌肉收缩、形态变化、神经细胞老化和腺体细胞分泌等多项生理活动。而这些细胞功能的调控大多依赖于细胞内外的Ca2+浓度差，浓度差的改变会引起细胞功能的损伤甚至于细胞死亡。而Ca2+浓度差的维持则依靠于细胞膜上的钙离子通道。钙离子通道可以维持细胞内外的浓度梯度，使细胞外的钙离子浓度远远大于细胞内的钙离子浓度。

根据不同钙离子通道参与的生理活动不同，钙离子通道也可以分为几大类。钙离子通道的主要分为电压依赖性钙通道（VDC)和受体操纵性钙通道(ROC)两大类，其中VDC介导钙内流，可以根据电活动特性分为L、T、N、R、P.Q等各种类型，而ROC可根据受体激活途径不同分为C蛋白偶联钙通道、Ca2+释放激活钙通道、胞内第二信使操纵钙通道等。电压依赖性钙通道是调节心脏及神经元交感张力的主要钙离子通道。而Ca2+发挥生理功能就是依赖于钙离子通道的不同生理功能。

正常细胞中的钙稳态

1.神经信号传导

机制：促进神经递质合成与释放、激素合成与分泌

神经细胞的兴奋是由Na+内流引起的，神经细胞膜上的电压门控Na+通道在静息状态下大多数是关闭的。受到一定强度的刺激会大量开放引起Na+内流，产生动作电位，引起神经系统兴奋。当血液中Ca2+增加时，细胞膜上的电压门控Na+通道受抑制时，细胞膜上的Ca2+通道开放减少，使该细胞神经递质分泌减少，从而引起神经系统兴奋性下降。反之血液中Ca2+浓度降低，Na+开放增加，Na+大量内流，就会引起神经兴奋性增加。而第一个细胞兴奋时产生了动作电位，引起了该细胞Ca2+内流，使得细胞分泌神经递质，神经递质与下一级神经细胞膜上蛋白分子结合，使下一级神经细胞产生新的动作电位，神经冲动一级级的传递形成了完整的信号传导，从而形成完整的生理功能。

2.参与心肌收缩，维持心脏跳动

机制：Ca2+带正电，使细胞内外产生电位差，引起动作电位。

带正电的钙离子，经细胞膜上的电压门控L-Ca通道进入心肌细胞，Ca2+一部分与RYR结合使肌浆网Ca2+释放，使胞浆内Ca2+浓度升高，形成较大电位差，Ca2+和肌钙蛋白结合，刺激引起了细胞膜收缩。心肌细胞收缩，SERCA（心肌肌浆网钙泵）逆浓度梯度将钙离子泵出细胞膜外，形成反向的电位差，心肌细胞膜在反向电位差作用下，开始舒张；舒张后，细胞膜的通透性增强，Ca2+再次穿过细胞膜进入心肌细胞，再次引起心肌收缩，如此往复，维持心肌的正常收缩舒张，心脏就有节律地跳动起来。

肌浆网的一些主要成分及其在心肌细胞中的功能

3.参与免疫系统的激活

机制：Ca2+帮助激活T细胞介导的信号通路，促使T细胞活化，抵御外来抗原。

T细胞的表面的TCR抗原受体可以感知抗原信号并传递给T细胞本身，即活化T细胞，T细胞被抗原活化后，细胞外的Ca2+经通道流入细胞内，浓度会迅速增加数十倍，并维持几个小时，这些Ca2+能直接结合TCR周围的脂质分子，促使TCR活化，放大抗原刺激信号，提高T细胞对外来抗原的敏感性，从而帮助机体清除病原体。

通过肌成纤维细胞TRPC6通道参与肠肌成纤维细胞分化和纤维化的多效机制

4.调节酶的活性

机制：Ca2+是人体内多种酶的激活剂，细胞内的钙调节蛋白与Ca2+结合，形成的复合物可激活体内多种酶的活性。

在血液凝固和抗凝的过程中，Ca2+是多种凝血因子（凝血酶）的激活剂，通过逐步的级联式酶促放大反应，最终使纤维蛋白原降解成纤维蛋白，聚合成凝固细丝，形成稳定的纤维蛋白凝胶，完成凝血过程。人体在利用碳水化合物提供能量的过程中，需要Ca2+与淀粉酶牢固结合以激活淀粉酶的活性。在催化蛋白质进行磷酸化的过程中，糖原磷酸化酶、磷酸化酶b激酶、糖元合成酶、鸟苷酸环化酶、腺苷酸环化酶、酪氨酸羟化酶、色氨酸羟化酶、HMGCoA还原酶及脂肪酸合成酶，以及细胞膜上的钙离子——ATP酶、Na+、K+——ATP酶等均可受C激酶催化而进行磷酸化，多种蛋白激酶催化特异底物蛋白质某些部位的氨基酸残基的磷酸化，其中C激酶因其活性依赖于Ca2+而得名。