鈣離子在細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)傳遞機(jī)制的研究進(jìn)展

鈣離子在細(xì)胞內(nèi)鈣信號(hào)傳遞機(jī)制的研究進(jìn)展

鈣是植物細(xì)胞中最重要的第二信號(hào)。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種刺激因素,包括機(jī)械刺激(觸動(dòng)和風(fēng))、低溫、紅光、植物激素、真菌激發(fā)子、缺氧、水分脅迫等,都使用細(xì)胞內(nèi)鈣離子作為第二信使來(lái)介導(dǎo)生物學(xué)反應(yīng),鈣離子在細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳遞中的作用是顯而易見的。鈣離子通道是鈣信號(hào)產(chǎn)生的重要途徑,Ca2+通過Ca2+通道自胞外和胞內(nèi)貯鈣器進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)造成胞質(zhì)Ca2+濃度升高。正常細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度為30~200nmol·L-1,比細(xì)胞外空間和細(xì)胞器內(nèi)的鈣離子濃度低2~4個(gè)數(shù)量級(jí),細(xì)胞質(zhì)相對(duì)于細(xì)胞外空間和細(xì)胞器來(lái)說帶有較多的負(fù)電荷,因此在細(xì)胞質(zhì)膜和細(xì)胞器膜上存在指向細(xì)胞質(zhì)的鈣離子濃度和電荷梯度,這一梯度由位于這些膜系統(tǒng)上的鈣離子泵維持,一旦位于這些膜系統(tǒng)上的鈣通道打開,鈣離子即在這些梯度驅(qū)動(dòng)下通過鈣通道迅速流入細(xì)胞質(zhì)中,產(chǎn)生鈣信號(hào)。高等植物細(xì)胞中存在著許多種具有不同的空間分布和不同開放調(diào)控機(jī)制的Ca2+通道,參與各種不同的刺激-偶聯(lián)反應(yīng)。不同的刺激信號(hào)通過活化不同的Ca2+通道產(chǎn)生具有特定時(shí)間和空間特征的Ca2+信號(hào),保證刺激與反應(yīng)之間的高度特異性。根據(jù)鈣通道在細(xì)胞內(nèi)的位置,鈣通道分為兩類:位于細(xì)胞質(zhì)膜上的鈣離子內(nèi)流通道和位于細(xì)胞內(nèi)膜上的鈣離子釋放通道。這些通道根據(jù)活化機(jī)制又可以分為3類,即電壓依賴性(voltage-dependent)、配體激活(ligand-activated)和牽張激活(stretch-activated)的鈣通道。1細(xì)胞內(nèi)的鈣離子經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)膜鈣通道的鈣離子內(nèi)流可以在細(xì)胞內(nèi)凈積累對(duì)于細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能非常重要的鈣離子。由于跨越細(xì)胞質(zhì)膜的鈣離子濃度梯度最為陡峭,在細(xì)胞受到刺激時(shí),細(xì)胞質(zhì)膜上的鈣通道打開,跨越細(xì)胞質(zhì)膜的鈣離子迅速內(nèi)流會(huì)明顯提高細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度。已經(jīng)在細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)了電壓依賴性鈣通道和牽張激活鈣通道兩類鈣離子通道。1.1正內(nèi)負(fù)正內(nèi)負(fù)一般說來(lái),高等植物細(xì)胞質(zhì)膜存在-120~-180mV范圍的電勢(shì)差(外正內(nèi)負(fù))。許多生理性刺激因素(如結(jié)瘤因子、生長(zhǎng)素、脫落酸、光以及植物毒素等)都可以使植物細(xì)胞質(zhì)膜電壓迅速發(fā)生變化,隨后胞質(zhì)Ca2+濃度升高,產(chǎn)生特定反應(yīng),這些刺激因素有可能通過質(zhì)膜電壓依賴性Ca2+通道完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。1.1.1質(zhì)膜預(yù)去極化誘導(dǎo)的電壓依賴機(jī)制在細(xì)胞質(zhì)膜上最先發(fā)現(xiàn)的電壓依賴性鈣通道是去極化激活的。細(xì)胞質(zhì)膜的去極化通常由陽(yáng)離子(如鉀離子)內(nèi)流引起。Thuleau等用膜片鉗技術(shù)在胡蘿卜懸浮培養(yǎng)細(xì)胞原生質(zhì)體質(zhì)膜中發(fā)現(xiàn)了可以由質(zhì)膜去極化激活的鈣通道,這些通道對(duì)Ca2+比對(duì)K+有更高的通透性,同時(shí)表現(xiàn)出對(duì)Mg2+及Ba2+很高的通透性。這是第一次在高等植物細(xì)胞質(zhì)膜上直接發(fā)現(xiàn)的電壓依賴性的鈣通道。1995年,Pineros和Tester在小麥根細(xì)胞的質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)了一類電壓控制的鈣離子通道,命名為rca通道。該通道對(duì)鈣離子具有較強(qiáng)的選擇性,對(duì)不同陽(yáng)離子的選擇性順序分別為Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>Mn2+,也允許某些一價(jià)陽(yáng)離子通過。在正常膜電壓水平下這些通道主要保持關(guān)閉狀態(tài),只有在膜電壓發(fā)生去極化時(shí)才開放。細(xì)胞質(zhì)膜上去極化激活的鈣通道活性非常不穩(wěn)定,在活化之后其活性隨時(shí)間而迅速下降。如果預(yù)先進(jìn)行脈沖式去極化,使細(xì)胞質(zhì)膜電壓接近于0mV左右,不但可以誘導(dǎo)活性下降的鈣通道恢復(fù)活性,而且可以使原來(lái)處于休眠狀態(tài)的電壓依賴性鈣離子通道被激活,使跨膜電流成倍增加,這一過程稱為復(fù)原(recruiment)。復(fù)原的效果依賴于細(xì)胞質(zhì)膜預(yù)去極化的強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間,預(yù)去極化的時(shí)間越長(zhǎng)、強(qiáng)度越大,復(fù)原效果越明顯。預(yù)去極化到+118mV達(dá)30s,可使最初的鈣離子流動(dòng)增加5~10倍,推測(cè)此類電壓依賴的鈣通道可能是由預(yù)去極化誘導(dǎo)的生物學(xué)機(jī)制控制的。高等植物細(xì)胞質(zhì)膜上存在大量電壓依賴性鈣通道,其中主要是不活化或者處于休眠狀態(tài)的,復(fù)原可以迅速激活休眠的鈣通道,使參與信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的鈣離子大量增加。這種由預(yù)去極化誘導(dǎo)的復(fù)原機(jī)制是細(xì)胞質(zhì)膜上去極化激活的電壓依賴性鈣通道活性調(diào)節(jié)的重要因素。對(duì)于鈣通道復(fù)原機(jī)制的研究近年取得初步進(jìn)展。Thion等用胡蘿卜原生質(zhì)體進(jìn)行的膜片鉗實(shí)驗(yàn)表明,細(xì)胞骨架在電壓依賴性鈣離子通道的活性和穩(wěn)定性的調(diào)節(jié)方面發(fā)揮重要作用,加入干擾微管聚合的藥物秋水仙素可以使鈣通道活性和半壽期提高(延長(zhǎng))6~10倍,而微管穩(wěn)定劑紫杉醇對(duì)上述參數(shù)沒有明顯影響,表明細(xì)胞骨架與電壓依賴性鈣離子通道的作用抑制了通道的活性,并且縮短其半壽期,而微管骨架的解聚則消除了這種抑制作用,使通道對(duì)外界刺激的反應(yīng)能力明顯加強(qiáng),推測(cè)細(xì)胞骨架的變化可能介導(dǎo)了預(yù)去極化過程對(duì)鈣通道的激活作用。Mazars等用秋水仙素、長(zhǎng)春花堿等微管解聚劑處理煙草原生質(zhì)體,使原生質(zhì)體對(duì)外界低溫刺激的反應(yīng)能力明顯加強(qiáng),細(xì)胞內(nèi)鈣離子變化幅度明顯高于未處理細(xì)胞,對(duì)微管解聚不起作用的秋水仙素類似物對(duì)低溫刺激之后的鈣信號(hào)沒有明顯影響,表明微管骨架系統(tǒng)在調(diào)節(jié)鈣通道對(duì)外界刺激的敏感程度方面發(fā)揮重要作用。Thion等用擬南芥進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明,細(xì)胞骨架中的微管網(wǎng)絡(luò)參與細(xì)胞質(zhì)膜上去極化激活的電壓依賴性鈣通道的活性調(diào)節(jié)過程。在與微管有關(guān)的基因發(fā)生變異的擬南芥突變體中,去極化激活的鈣離子通道活性要比野生型中高10倍,其半壽期也延長(zhǎng)3倍,影響微管聚合的藥物秋水仙素在野生型中可以激活并穩(wěn)定鈣通道的活性,而在突變體中則沒有作用。他們進(jìn)一步用免疫細(xì)胞化學(xué)對(duì)微管蛋白進(jìn)行染色發(fā)現(xiàn),野生型和突變體在微管骨架網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)以及與膜結(jié)合的微管數(shù)量上沒有明顯差別,這一結(jié)果表明,微管對(duì)鈣通道活性調(diào)節(jié)可能并非是骨架對(duì)鈣通道的直接作用,而是由在突變體中未能表達(dá)產(chǎn)生的某種成分介導(dǎo)的。1.1.2膜片鉗研究根毛端面鈣通道的意義一些刺激因素可以通過激活細(xì)胞質(zhì)膜上的質(zhì)子泵,質(zhì)子泵驅(qū)動(dòng)氫離子外流導(dǎo)致細(xì)胞質(zhì)膜超極化,可以被超極化激活的細(xì)胞質(zhì)膜電壓依賴性鈣通道也相繼發(fā)現(xiàn)。Gelli和Blumwald用膜片鉗技術(shù)發(fā)現(xiàn)番茄細(xì)胞質(zhì)膜上超極化激活的鈣離子通道負(fù)責(zé)鈣離子內(nèi)流,膜電壓水平超極化到低于-120mV時(shí)該通道被激活,激活程度依賴于超極化的電壓和持續(xù)時(shí)間,該通道對(duì)鈣離子具有強(qiáng)選擇性,可以受10μmol·L-1La3+或者100μmol·L-1尼群地平強(qiáng)烈抑制,對(duì)Ba2+的電導(dǎo)率高于鈣離子,低鈣條件下其活性很低,而高水平的細(xì)胞質(zhì)鈣離子促進(jìn)其活性的提高。Very和Davis用激光切除了擬南芥根毛尖端局部的細(xì)胞壁,用膜片鉗技術(shù)研究根毛尖端細(xì)胞質(zhì)膜上參與尖端鈣離子內(nèi)流的鈣通道的性質(zhì)時(shí)發(fā)現(xiàn),該鈣通道是電壓依賴性的,而且是由超極化條件激活的。該通道對(duì)鈣離子具有強(qiáng)選擇性,受到低于100μmol·L-13價(jià)陽(yáng)離子(La3+、Al3+、Gd3+)的完全抑制,對(duì)2價(jià)陽(yáng)離子的通透選擇性從強(qiáng)到弱依次為Ba2+>Ca2+>Mg2+,推測(cè)這種鈣通道是參與根毛尖端生長(zhǎng)過程中鈣離子內(nèi)流的固有因素。這一工作具有很重要的意義。第一,根毛的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)與花粉管的尖端生長(zhǎng)、藻類假根的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)以及真菌菌絲的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)都與尖端鈣離子濃度梯度有關(guān)。該梯度由位于尖端細(xì)胞質(zhì)膜上的鈣離子內(nèi)流引起,已經(jīng)證實(shí)這一梯度是調(diào)節(jié)尖端生長(zhǎng)的基本因素。負(fù)責(zé)尖端鈣離子內(nèi)流的鈣通道的性質(zhì)是人們長(zhǎng)期關(guān)注的焦點(diǎn),但是有關(guān)研究始終沒有取得突破性進(jìn)展。Garrill等發(fā)現(xiàn)水霉菌絲生長(zhǎng)過程中,牽張激活的鈣通道參與菌絲尖端鈣離子梯度的形成,但是高等植物尖端生長(zhǎng)過程中鈣離子局部?jī)?nèi)流由何種因素控制一直存在疑問。Very等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明細(xì)胞質(zhì)膜上超極化激活的鈣通道也參與鈣離子梯度的形成和維持,這一結(jié)果為今后人們研究尖端生長(zhǎng)過程的機(jī)制提供了新的思路。第二,到目前為止,只在少數(shù)未分化的培養(yǎng)植物細(xì)胞內(nèi)發(fā)現(xiàn)了超極化激活的鈣離子通道,但對(duì)這些材料中發(fā)現(xiàn)的鈣通道的生理功能知之甚少,而這一試驗(yàn)結(jié)果巧妙地揭示了電壓依賴性鈣通道與生理反應(yīng)之間的關(guān)系,是目前發(fā)現(xiàn)的細(xì)胞質(zhì)膜超極化激活的鈣通道中唯一有比較確切生理功能的一個(gè)。第三,從研究方法的角度考慮,在用膜片鉗技術(shù)研究植物細(xì)胞質(zhì)膜上鈣通道的性質(zhì)時(shí),必須去除細(xì)胞壁制成原生質(zhì)體,但是由于原生質(zhì)體失去了原有的細(xì)胞形態(tài),無(wú)法確定鈣通道所在的位置,對(duì)于那些集中分布于細(xì)胞膜某個(gè)局部位置的鈣通道而言,研究起來(lái)非常困難。Very等的試驗(yàn)結(jié)果無(wú)疑為今后進(jìn)行類似的研究提供了方法上的啟迪。1.2機(jī)械敏感性離子通道Cosgrove和Hedrich在蠶豆細(xì)胞質(zhì)膜上發(fā)現(xiàn)了對(duì)牽張刺激敏感的Ca2+通道。這種機(jī)械敏感性的通道具有較短的平均開放時(shí)間、較為嚴(yán)格的離子選擇性、較低的電流幅度。所有這些特性有利于對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞的體積或膨壓進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié),這些機(jī)械敏感性離子通道是其他細(xì)胞所不具備的。這暗示保衛(wèi)細(xì)胞可能具有多種高度特化的機(jī)制進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制細(xì)胞體積和膨壓的變化。這對(duì)于它們作為由水分控制的調(diào)節(jié)氣體交換的閥門是至關(guān)重要的。另外一種機(jī)械敏感性鈣離子通道發(fā)現(xiàn)于洋蔥表皮。這種通道對(duì)牽張刺激敏感,而且該通道對(duì)牽張刺激的敏感性受溫度、電勢(shì)、生長(zhǎng)素、酸堿度的調(diào)節(jié)。認(rèn)為該通道可能普遍存在于植物界,幾乎所有細(xì)胞可能都有這種對(duì)機(jī)械敏感,能通透Ca2+的陽(yáng)離子通道。近年來(lái)對(duì)此類鈣通道研究的進(jìn)展不大,雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)某些刺激因素(如膨壓、觸動(dòng)以及某些金屬離子等)可以導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鈣離子升高,推測(cè)他們可能會(huì)激活牽張活化的鈣離子通道,但是牽張活化的鈣通道激活導(dǎo)致某些生理反應(yīng)的證據(jù)還不足。2植物內(nèi)囊卵巢2.1胞內(nèi)ca2+現(xiàn)有植物的液泡是細(xì)胞內(nèi)貯量最大的鈣離子庫(kù),估計(jì)其游離鈣離子水平在10-3mol·L-1左右,它是信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中胞內(nèi)Ca2+信使的重要來(lái)源。液泡膜上有可對(duì)刺激因子起反應(yīng)的鈣離子通道,受刺激時(shí)釋放鈣離子到細(xì)胞質(zhì)中,提高細(xì)胞質(zhì)Ca2+水平。2.1.1慢液泡通道的活性采用放射性同位素和膜片鉗技術(shù)在液泡膜上發(fā)現(xiàn)了電壓依賴性的鈣離子通道。在液泡膜電壓接近于0mV時(shí),該通道保持關(guān)閉狀態(tài),在體內(nèi)生理水平的電勢(shì)范圍內(nèi),在細(xì)胞質(zhì)比液泡中帶有更多的負(fù)電荷(超極化)時(shí),該通道被激活。此類通道對(duì)Ca2+的通透性超過K+,Gd3+顯著抑制其活性,降低這類通道的開放頻率,推測(cè)一些由Gd3+抑制的生理效應(yīng)可能是由此類鈣通道介導(dǎo)的。液泡中鈣離子濃度和pH的變化可以影響該通道對(duì)膜電壓變化的敏感性。細(xì)胞質(zhì)鈣離子對(duì)其活性的影響尚未確定,有人報(bào)道它對(duì)該通道的活性沒有影響,但也有報(bào)道認(rèn)為具有抑制作用。Turnquist等發(fā)現(xiàn)含羞草葉枕細(xì)胞運(yùn)動(dòng)過程中背軸一側(cè)運(yùn)動(dòng)細(xì)胞中液泡膜上電壓依賴性鈣通道激活導(dǎo)致小葉合攏,異搏定明顯抑制小葉合攏反應(yīng),而鈣泵抑制劑偏釩酸鈉明顯抑制小葉復(fù)原的速度和程度,電壓依賴性鈣通道激活劑Bay-K8644可以增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)效果。這些現(xiàn)象表明液泡膜上電壓依賴性鈣通道介導(dǎo)了感震性運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生,而鈣泵則參與復(fù)原的過程。這一結(jié)果也是液泡膜上電壓依賴性鈣通道參與某些生理反應(yīng)的一個(gè)具體例證。液泡膜上另外一類電壓依賴性鈣通道稱為慢液泡通道(slowk-vacuolecalciumchannel)。這是一種激活慢,失活也慢,開放時(shí)間較長(zhǎng)的離子通道。其活性受到鈣離子、鈣調(diào)素以及液泡膜電壓的調(diào)節(jié)(去極化條件下激活,正常膜電壓和超極化條件下失活)。這種通道最初被認(rèn)為是一種陰離子通道,但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在保衛(wèi)細(xì)胞的液泡中選擇性地允許陽(yáng)離子(如鈣離子)通過。胞質(zhì)中Ca2+濃度的升高引起胞質(zhì)貯鈣器中動(dòng)員更多的Ca2+釋放,這種Ca2+誘導(dǎo)的Ca2+釋放(calciuminducedcalciumrelease,CICR)是一種能時(shí)空地?cái)U(kuò)大刺激誘導(dǎo)的胞質(zhì)Ca2+濃度升高的正反饋機(jī)制,這一現(xiàn)象已在某些植物保衛(wèi)細(xì)胞中觀察到。慢液泡通道的發(fā)現(xiàn)使人們意識(shí)到它可能在CICR過程中發(fā)揮重要作用,但是它對(duì)鈣離子的選擇性是在非生理離子濃度條件下獲取的,其通透性和選擇性在不同離子濃度下出現(xiàn)很大差異,因此它在這一過程中所起的作用還存在疑問。2.1.2鈣通道的激活2.1.2.促進(jìn)鈣離子從液泡中釋放-activatedCa2+releasechannels)采用放射性同位素分析法在液泡膜上發(fā)現(xiàn)了IP3激活的鈣通道,其Km值為60nmol·L-1IP3,膜片鉗技術(shù)測(cè)定的結(jié)果對(duì)此給予了有力的支持。早在上世紀(jì)80年代末期,就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在許多植物組織中,IP3可以促進(jìn)鈣離子從液泡中釋放出來(lái),但更為直接的證據(jù)則來(lái)自于甜菜上的工作。Brosnan和Sanders發(fā)現(xiàn)抑制IP3對(duì)鈣離子通道激活的肝素能抑制甜菜液泡膜上IP3誘導(dǎo)的鈣釋放;Alexandre等用膜片鉗技術(shù)在甜菜中發(fā)現(xiàn)IP3能夠從液泡中動(dòng)員Ca2+釋放,在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中跨液泡膜電流是由IP3專一性誘導(dǎo)產(chǎn)生,而且膜片鉗記錄到的電流是由Ca2+流動(dòng)引起的。這充分說明IP3是通過激活位于液泡膜上的Ca2+通道而從液泡中動(dòng)員Ca2+釋放的。以后對(duì)IP3從富含液泡膜的微粒體中動(dòng)員Ca2+的動(dòng)力學(xué)及液泡膜上假定存在的IP3受體特性的研究表明,植物細(xì)胞也含有與動(dòng)物細(xì)胞中特性極其相似的IP3受體。顯微注射IP3的結(jié)果表明,IP3可能參與氣孔開關(guān)、細(xì)胞滲透勢(shì)、運(yùn)動(dòng)細(xì)胞膨壓的調(diào)節(jié)以及花粉自交不親和反應(yīng)等生理過程。這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果反映出IP3激活的鈣通道可能參與植物體內(nèi)許多重要生理過程的調(diào)節(jié)。2.1.2.cadpr對(duì)ca2+通道活性的作用)液泡膜上發(fā)現(xiàn)的另一種配體激活的鈣離子通道是由cADPR(環(huán)腺苷二磷酸核糖)控制的。cADPR刺激該通道開放,提高胞質(zhì)Ca2+,其Km值為20~25nmol·L-1。這一結(jié)果同樣得到了放射性同位素和膜片鉗技術(shù)的相互印證。cADPR對(duì)通道的激活作用可受釕紅抑制。這個(gè)受cADPR控制的Ca2+通道的活性有賴于液泡膜兩側(cè)生理范圍內(nèi)的膜電壓,對(duì)Ca2+比對(duì)K+有更高的通透性。cADPR也是普遍存在于動(dòng)物和植物體內(nèi)的一種第二信使分子,顯微注射cADPR引起保衛(wèi)細(xì)胞胞質(zhì)Ca2+水平升高,在某些信號(hào)刺激下細(xì)胞內(nèi)首先合成cADPR,從而引起細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平升高。Leckie等向保衛(wèi)細(xì)胞內(nèi)注射cADPR后,細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度升高,以致氣孔關(guān)閉。Bauer等發(fā)現(xiàn)咖啡因誘導(dǎo)單細(xì)胞綠藻細(xì)胞質(zhì)鈣離子產(chǎn)生振蕩,這一振蕩引起膜電壓的振蕩,加入咖啡因的類似物異咖啡因、茶堿、異茶堿都會(huì)導(dǎo)致膜電壓的振蕩,這與這些藥物在動(dòng)物細(xì)胞內(nèi)與cADPR受體結(jié)合后產(chǎn)生的效果相似,揭示在這一植物材料中可能存在著可以對(duì)cADPR起反應(yīng)的受體。2.2克氏原螯蝦c9鈣通道植物細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中鈣離子濃度估計(jì)為10-6mol·L-1左右?？缭絻?nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的鈣離子流動(dòng)非常活躍,快速鈣離子內(nèi)流和外流之間的動(dòng)態(tài)平衡維持著內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)外鈣離子梯度的相對(duì)穩(wěn)定,刺激也引起Ca2+通道開放,向胞質(zhì)釋放Ca2+。Kluesener等在薯蕷卷須組織的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了鈣選擇性離子通道,在50mmol·L-1的CaCl2溶液中,其單通道電導(dǎo)率為29pS,對(duì)鈣離子具有強(qiáng)選擇性,該鈣通道為電壓依賴性的。在生理?xiàng)l件下該通道的開放的可能性大部分由鈣離子的化學(xué)梯度控制,而鈣離子梯度由同樣位于該膜上的Ca2+-ATPase控制。該鈣通道可以被釓(Gd3+)離子有效地抑制,而Gd3+離子可以完全抑制卷須對(duì)觸動(dòng)的反應(yīng),表明這一通道有可能是高等植物觸覺信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的關(guān)鍵成分。1999年Kluesener等又用平面脂雙層技術(shù)研究了來(lái)自擬南芥的近親獨(dú)行菜根尖細(xì)胞內(nèi)膜系統(tǒng)中的一種鈣通道LCC1,對(duì)單通道記錄的分析表明,該通道是電壓依賴性的,而且受到嚴(yán)格的控制,對(duì)鈣離子具有高度的選擇性,并允許其他一些2價(jià)陽(yáng)離子(Ba2+、Sr2+)通過。在外來(lái)刺激條件下,顯示出突然激活的特征,開放的可能性和平均開放時(shí)間也都很短。抑制劑實(shí)驗(yàn)表明,該通道可以被μmol水平的藻紅B抑制,La3+和Gd3+也可以抑制其活性,而有機(jī)抑制劑異搏定則沒有阻塞效應(yīng)。LCC1在調(diào)節(jié)根尖和根冠細(xì)胞中鈣離子水平中有重要作用,該鈣通道可能在向重力性產(chǎn)生的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中也有一定的作用。有跡象表明,由IP3激活的鈣通道也可能存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中。Muir和Sanders用蔗糖密度梯度離心的方法從花椰菜組織中提取到了密度大于液泡的囊泡,其中含有大量的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)成分,IP3可以誘導(dǎo)鈣離子從這些囊泡中釋放出來(lái),推測(cè)在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中可能含有可以對(duì)IP3起反應(yīng)的鈣通道。2.3對(duì)2價(jià)陽(yáng)離子的選擇性1996年P(guān)ottosin和Schonknecht用膜片鉗技術(shù)研究了菠菜類囊體中一種電壓依賴性鈣通道開放產(chǎn)生的鈣離子電流。盡管這種鈣通道對(duì)1價(jià)陽(yáng)離子的電導(dǎo)率高于2價(jià)陽(yáng)離子,但是這種通道對(duì)2價(jià)陽(yáng)離子的選擇性是1價(jià)陽(yáng)離子的2倍,當(dāng)類囊體膜的葉綠體間質(zhì)一側(cè)相對(duì)于類囊體內(nèi)部帶有較多正電荷時(shí),該通道的開放能力明顯加強(qiáng)。由于此類鈣通道控制的是類囊體內(nèi)液與葉綠體間質(zhì)之間的鈣離子交換,它在信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中是否起作用還有待研究。3抑制劑實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)壳爸参镡}通道的研究仍然處于初級(jí)階段,大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都是來(lái)自于抑制劑的實(shí)驗(yàn)。廣泛使用的有兩大類抑制劑,即無(wú)機(jī)抑制劑和有機(jī)抑制劑。除了這些被認(rèn)為可以直接作用于鈣通道的抑制劑之外,還有一些間接抑制鈣信號(hào)產(chǎn)生的藥劑(如肝素)也廣泛使用,但在此不作介紹。3.1價(jià)金屬離子nmf抑制檢測(cè)許多金屬離子抑制鈣離子流動(dòng),如μmol水平的La3+、Gd3+、Al3+可以減弱原生質(zhì)體的鈣離子流動(dòng),以及細(xì)胞質(zhì)膜和液泡膜囊泡上的鈣離子流動(dòng)。在有鋁離子存在條件下,細(xì)胞質(zhì)膜上牽張激活的鈣通道受到抑制,來(lái)自內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和液泡膜上的電壓依賴性鈣通道受到μmol水平Gd3+的抑制。某些2價(jià)金屬離子(如Ni2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+)也可以抑制細(xì)胞質(zhì)膜和液泡膜上的鈣離子流動(dòng)。這些陽(yáng)離子的阻塞作用一般都是可逆的,這可能反映了兩類對(duì)作用位點(diǎn)具有類似親合性的離子之間的競(jìng)爭(zhēng)。3.2異博弈定和紅由于對(duì)植物細(xì)胞內(nèi)的鈣通道的結(jié)構(gòu)和功能了解還很少,目前主要還是用動(dòng)物細(xì)胞鈣通道研究中經(jīng)常使用的調(diào)節(jié)鈣通道活性的有機(jī)物研究植物鈣通道的活性和功能。這些藥物對(duì)植物生理生化反應(yīng)的影響,常常推定是它們對(duì)鈣通道活性的影響造成的,而這些鈣通道分子中是否有這些藥劑的高親和力結(jié)合位點(diǎn),它們除了直接影響鈣通道活性之外是否還會(huì)影響其他生理反應(yīng),則還都存在疑問。常用的有機(jī)抑制劑主要有兩類:一種是苯氨基醇類化合物,如異搏定和D600,另一類是二氫吡啶類化合物,如尼群地平。抑制植物的鈣通道比抑制動(dòng)物細(xì)