'การนำแคลเซียม' คืออะไร?

We are searching data for your request:

Forums and discussions:

Manuals and reference books:

Data from registers:

Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Go to search results >>>

ความหมายของการนำแคลเซียมในช่องไอออนคืออะไร ฉันพบสิ่งนี้ในข้อความต่อไปนี้:

เป็นที่ยอมรับว่าตัวรับ µ และ δ opioid เปิดช่องโพแทสเซียมซึ่งส่งผลให้การนำแคลเซียมลดลง (ไซมอน 2548).

เหตุใดจึงควรเปิดช่องโพแทสเซียมเพื่อลดการนำแคลเซียม พวกเขาเกี่ยวข้องกันอย่างไร?

อ้างอิง:

ไซม่อน อี. เจ. (2005). หลับใน: ชีววิทยา. ใน J. H. Lowinson, P. Ruiz, R. B. Millman & J. G. Langrod (Eds.), Substance abuse : a excellent textbook (4th ed., pp. xxiv, 1421 p.). ฟิลาเดลเฟีย: ลิปพินคอตต์ วิลเลียมส์ แอนด์ วิลกินส์.

---

ค่าการนำไฟฟ้าเป็นค่าผกผันของความต้านทาน และวัดว่าสารที่กำหนดไหลผ่านช่องหนึ่งเท่าใด ในบริบทนี้ หมายถึงจำนวนแคลเซียมไอออนที่เข้าสู่เซลล์ในช่วงเวลาหนึ่ง

ช่องทางโพแทสเซียมอย่างน้อยสองวิธีอาจป้องกันไม่ให้แคลเซียมเข้าสู่เซลล์

1) การบริโภคโพแทสเซียมโดยช่องไอออนจะลดศักย์ของเมมเบรน ทำให้กลับสู่สถานะพัก เนื่องจากช่องแคลเซียมจำนวนมากขึ้นกับแรงดันไฟฟ้า การลดลงของศักย์ของเมมเบรนจะปิดช่องเหล่านี้ ส่งผลให้การนำแคลเซียมลดลงอย่างมีประสิทธิภาพ

2) ช่องโพแทสเซียมอาจเชื่อมต่อกับเส้นทางการส่งสัญญาณที่แตกต่างกัน (เช่น โปรตีน G) ซึ่งอาจส่งผลต่อช่องแคลเซียมอื่นๆ ทางอ้อม

ในกรณีของตัวรับฝิ่น ดูเหมือนว่าจะเป็นกลไกแรก เมื่อเปิดช่องโพแทสเซียม เซลล์ประสาทจะมีโอกาสกระตุ้นน้อยลง เนื่องจากต้องการการกระตุ้นที่สูงกว่าจึงจะไปถึงศักยภาพในการดำเนินการ ช่องแคลเซียมเปิดในเซลล์ประสาทส่วนใหญ่ระหว่างเหตุการณ์ที่อาจเกิดขึ้น (แม้ว่าช่องแคลเซียมอาจมีช่องแคลเซียมอื่นที่เปิดในสภาวะอื่น เช่น เพื่อตอบสนองต่อฮอร์โมนหรือสารกระตุ้นประสาท)

การส่งสัญญาณแคลเซียมของเซลล์ประสาท

ในเซลล์ประสาท แคลเซียมมีบทบาทสองหน้าที่เป็นตัวพาประจุและตัวส่งสารภายในเซลล์ สัญญาณแคลเซียมควบคุมกระบวนการพัฒนาต่างๆ และมีบทบาทสำคัญในการตายของเซลล์ การปลดปล่อยสารสื่อประสาท และความตื่นเต้นง่ายของเมมเบรน ผู้ส่งสารภายในเซลล์ที่แพร่หลายหนึ่งคนจะควบคุมกระบวนการสำคัญที่แตกต่างกันมากมายได้อย่างไรในแบบคู่ขนาน แต่ยังทำงานอย่างอิสระได้อย่างไร คำตอบอยู่ในความเก่งกาจของกลไกการส่งสัญญาณแคลเซียมในแง่ของแอมพลิจูดและรูปแบบ spatiotemporal ภายในเซลล์ประสาท ในที่นี้เราจะอธิบายปัจจัยหลักบางประการในการส่งสัญญาณแคลเซียมของเซลล์ประสาท

ช่องแคลเซียมแบบมีรั้วรอบขอบชิด (VGCC)

ช่องแคลเซียมที่ปิดด้วยแรงดันไฟฟ้าเป็นตัวกลางหลักของการเข้าแคลเซียมที่เหนี่ยวนำให้เกิดการสลับขั้วในเซลล์ประสาท ชนิดย่อยของช่องแคลเซียมมีความหลากหลายอย่างมากเนื่องจากยีนหลายตัวที่เข้ารหัสหน่วยย่อยของช่องแคลเซียม การต่อประกบทางเลือก และการประกอบร่วมด้วยหน่วยย่อยแคลเซียมแชนเนลที่หลากหลาย สิ่งนี้ยอมให้ VGCC ดำเนินบทบาทที่แตกต่างออกไปในชนิดย่อยของเส้นประสาทที่จำเพาะและที่ตำแหน่งย่อยของเซลล์ที่จำเพาะ

ภายใต้สภาวะการพักผ่อน ความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์อยู่ในช่วง 100 นาโนโมลาร์ เนื่องจากโมเลกุลของแคลเซียมบัฟเฟอร์และการกักเก็บแคลเซียมภายในเซลล์ การเปิด VGCCs ส่งผลให้เกิดการไหลเข้าของแคลเซียมตามเกรเดียนต์ทางไฟฟ้าเคมี นำไปสู่การยกระดับความเข้มข้นของแคลเซียมภายในเซลล์แบบชั่วคราวและเฉพาะที่ลงในช่วงไมโครโมลาร์สูง สิ่งนี้จะกระตุ้นกระบวนการที่ขึ้นกับแคลเซียมมากมาย ซึ่งรวมถึง การถอดรหัสยีน การปลดปล่อยสารสื่อประสาท การเจริญของนิวไรท์ และการกระตุ้นของเอนไซม์ที่ขึ้นกับแคลเซียม เช่น โปรตีนไคเนส II ที่ขึ้นกับคาโมดูลิน และโปรตีนไคเนสซี

การปลดปล่อยแคลเซียมจากร้านค้าภายใน

การจัดเก็บแคลเซียมเป็นหนึ่งในหน้าที่ที่มักเกิดจากเอนโดพลาสมิกเรติคิวลัม (ER) ผ่านทางช่องปล่อยแคลเซียม ตัวรับอิโนซิทอลไตรฟอสเฟต (IP₃Rs) และตัวรับไรอาโนดีน (RyRs) สัญญาณแคลเซียมที่เกิดจากการปลดปล่อยแคลเซียมจากร้านค้าภายในพบได้ในเซลล์ประสาทประเภทต่างๆ ในระยะการพัฒนาที่แตกต่างกัน ในขณะที่ IP₃- การปล่อยแคลเซียมที่เป็นสื่อกลางส่วนใหญ่ถูกกระตุ้นโดยสารสื่อประสาท เช่น กลูตาเมต (ดูด้านล่าง) RyRs สามารถกระตุ้นได้โดยการเพิ่มความเข้มข้นของแคลเซียมในเซลล์ การปลดปล่อยแคลเซียมที่เกิดจากแคลเซียมนี้โดยอาศัย RyR สามารถนำไปสู่การขยายของการไหลเข้าของแคลเซียมที่เกิดจากการกระตุ้นปฏิกิริยาในเซลล์ประสาท ทั้ง IP ₃Rs และ RyRs ถูกควบคุมโดยแคลเซียมเองพร้อมกับปัจจัยภายในเซลล์อื่นๆ การพึ่งพาแคลเซียมนี้สร้างลูปป้อนกลับที่ประสานการไหลเข้าของแคลเซียมจากแหล่งสะสมภายในสู่ไซโตซอล ในกรณีของ IP₃Rs การไหลเข้าของแคลเซียมมีบทบาทสำคัญในการสร้างคลื่นแคลเซียมในเซลล์ประสาทชนิดนีโอคอร์ติคัลและเซลล์ประสาทชนิดอื่นๆ

ตัวรับ NMDA

NMDA receptors เป็น ionotropic glutamate receptors และเป็นสื่อกลางของการไหลเข้าของแคลเซียม postsynaptic ในกระดูกสันหลัง dendritic ของเซลล์ประสาทชนิดต่างๆ และเยื่อหุ้มสมอง ความเข้มข้นของแคลเซียมในกระดูกสันหลังที่เพิ่มขึ้นนี้มีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการปรับเปลี่ยนความแข็งแรงของซินแนปติกในระยะยาว ช่องรับ NMDA เป็นช่องไอออนบวกที่ไม่จำเพาะเจาะจงที่ซึมผ่านได้สำหรับโซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียมไอออน

ตัวรับ AMPA ที่ดูดซึมแคลเซียมได้

ตัวรับ AMPA ที่ดูดซึมแคลเซียมเป็นอีกกลุ่มหนึ่งของตัวรับไอโอโนทรอปิกกลูตาเมต พบได้ในหลายรูปแบบของเซลล์ประสาท GABAergic ที่มี aspiny และมีลักษณะเฉพาะโดยขาดหน่วยย่อยของตัวรับ GluR2 ตัวรับ AMPA ที่ขาด GluR2 สามารถดูดซึมโซเดียม แคลเซียม โพแทสเซียม และสังกะสีไอออนได้ ตัวรับ AMPA ที่ดูดซึมแคลเซียมได้มีความนำไฟฟ้าสูงในการตอบสนองต่อการกระตุ้นของบาดทะยัก และช่วยให้เซลล์ประสาทแต่ละเซลล์สร้างการตอบสนองประเภทต่างๆ ต่ออินพุต synaptic ที่แตกต่างกัน ที่สำคัญ การมีอยู่ของ GluR2 ที่ประกอบด้วย (ตัวรับ AMPA ดั้งเดิม) และตัวรับ AMPA ที่ขาด GluR2 (ตัวรับ AMPA ที่ดูดซึมแคลเซียมได้) นั้นไม่คงที่ แต่มีการควบคุมอย่างเข้มงวด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการตอบสนองต่อกิจกรรมของเซลล์ประสาท ดังนั้น การซึมผ่านได้ของตัวรับ AMPA ต่อแคลเซียมจึงเป็นไดนามิกภายในเซลล์ประสาทที่กำหนด และด้วยเหตุนี้จึงสามารถนำไปสู่กลไกการสังเคราะห์พลาสติกในเซลล์ประสาท aspiny

การป้อนแคลเซียมโดยตรงผ่านตัวรับ AMPA สามารถกระตุ้นการตายของเซลล์ประสาทได้ ดังนั้นความแตกต่างในการซึมผ่านของแคลเซียมสัมพัทธ์ของตัวรับ AMPA ระหว่างเซลล์ประสาทประเภทต่างๆ อาจเป็นตัวกำหนดที่สำคัญของความอ่อนแอของเส้นประสาทที่เลือกได้

ตัวรับเมตาโบโทรฟิกกลูตาเมต (mGluRs)

mGluRs คือตัวรับโปรตีน 7-transmembrane G ที่ควบคู่กันซึ่งมีการกระจายอย่างกว้างขวางภายในระบบประสาทส่วนกลางและอุปกรณ์ต่อพ่วง จัดอยู่ในกลุ่ม I, II และ III mGluRs ซึ่งแสดงออกในรูปแบบเฉพาะประเภทเซลล์ และมีบทบาททางสรีรวิทยาที่หลากหลาย คลาสของตัวรับต่างกันในกลไกการส่งสัญญาณที่ปลายน้ำ ตัวอย่างเช่น mGluR1 ถูกจับคู่กับโปรตีน Gq ในระบบการแสดงออก ชนิดย่อย mGluR1 ของกลุ่มนี้จะเป็นสื่อกลางทั้งการเพิ่มขึ้นของแคลเซียมภายในเซลล์และกระแสภายในที่ขึ้นกับ TRPC3 เมื่อเปิดใช้งาน mGluR1 ฟอสโฟไลเปส C จะเป็นสื่อกลางในการสร้าง IP₃ซึ่งจับกับตัวรับใน ER และกระตุ้นการปลดปล่อยแคลเซียม ในทางตรงกันข้าม การกระตุ้นของ mGluR5 ดั้งเดิมในเซลล์ประสาททำให้เกิดผลต่อเซลล์ที่แตกต่างกัน ในเซลล์ประสาทของฮิปโปแคมปัส mGluR5 กระตุ้นการตอบสนองของแคลเซียมภายในเซลล์ที่มีจุดพีคเพียงจุดเดียว ในขณะที่ในนีโอคอร์เทกซ์จะกระตุ้นการสั่นของแคลเซียมภายในเซลล์

สรุป

ความท้าทายที่สำคัญในการวิเคราะห์แหล่งที่มาต่างๆ ของการส่งสัญญาณแคลเซียมของเซลล์ประสาทคือโดยทั่วไปแล้วพวกมันจะไม่ทำงานทีละตัว แต่มีกิจกรรมที่ทับซ้อนกันและมีปฏิสัมพันธ์ที่รุนแรง ดังนั้นการถ่ายภาพแคลเซียมจึงมีค่าสำหรับการถอดรหัสกลไกการส่งสัญญาณเฉพาะในเซลล์ประสาท

สารบัญ

โครงสร้าง ช่อง BK มีความคล้ายคลึงกันกับช่องโพแทสเซียมที่มีแรงดันไฟฟ้าและลิแกนด์ที่มีรั้วรอบขอบชิดโดยมีเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าและรูพรุนเป็นโดเมนที่ขยายผ่านเมมเบรนและโดเมน cytosolic สำหรับการจับแคลเซียมและแมกนีเซียมภายในเซลล์ [5] โมโนเมอร์แต่ละตัวของหน่วยย่อยอัลฟาที่สร้างช่องสัญญาณเป็นผลผลิตจากยีน KCNMA1 (หรือที่เรียกว่า Slo1) หน่วยย่อย Slo1 มีโดเมนโครงสร้างหลักสามโดเมน แต่ละโดเมนมีฟังก์ชันที่แตกต่างกัน: โดเมนการตรวจจับแรงดันไฟฟ้า (VSD) ตรวจจับศักย์ของเมมเบรนทั่วทั้งเมมเบรน โดเมน cytosolic (สัมผัสถึงความเข้มข้นของแคลเซียม ไอออน Ca²⁺) และโดเมน pore-gate (PGD) ) ซึ่งเปิดและปิดเพื่อควบคุมการซึมผ่านของโพแทสเซียม ประตูเปิดใช้งานอยู่ใน PGD ซึ่งอยู่ที่ด้านไซโตซอลิกของ S6 หรือตัวกรองการเลือก [5] โดเมนการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าและโดเมนที่มีรูพรุนถูกเรียกรวมกันว่าโดเมนที่ทอดข้ามเมมเบรนและเกิดขึ้นจากส่วนของเมมเบรน S1-S4 และ S5-S6 ตามลำดับ ภายในเกลียว S4 ประกอบด้วยชุดของสารตกค้างที่มีประจุบวกซึ่งทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าหลัก [6]

ช่อง BK ค่อนข้างคล้ายกับช่องสัญญาณ K⁺ แบบปิดด้วยแรงดันไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม ในช่อง BK มีสารตกค้างที่มีประจุบวกเพียงตัวเดียว (Arg213) เท่านั้นที่เกี่ยวข้องกับการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าข้ามเมมเบรน [5] เฉพาะสำหรับช่อง BK เป็นส่วน S0 เพิ่มเติม ส่วนนี้จำเป็นสำหรับการปรับหน่วยย่อย β [7] [8] และความไวของแรงดันไฟฟ้า [9]

โดเมน Cytosolic ประกอบด้วยโดเมน RCK (ตัวควบคุมของตัวนำโพแทสเซียม) สองโดเมน RCK1 และ RCK2 โดเมนเหล่านี้มีไซต์การจับ Ca²⁺ ที่มีสัมพรรคภาพสูงสองแห่ง: หนึ่งแห่งในโดเมน RCK1 และอีกแห่งในบริเวณที่เรียกว่าชามCa²⁺ที่ประกอบด้วยชุดของกรด Aspartic (Asp) เรซิดิวที่อยู่ในโดเมน RCK2 ตำแหน่งการจับ Mg²⁺ ตั้งอยู่ระหว่าง VSD และโดเมน cytosolic ซึ่งเกิดขึ้นจาก: Asp เรซิดิวภายในลูป S0-S1, Asparagine เรซิดิวที่ปลาย cytosolic ของ S2 และ Glutamine เรซิดิวใน RCK1 [5] ในการสร้างตำแหน่งการจับ Mg²⁺ สารตกค้างสองชนิดมาจาก RCK1 ของหน่วยย่อย Slo1 หนึ่งหน่วย และสารตกค้างอีกสองรายการมาจาก VSD ของหน่วยย่อยที่อยู่ใกล้เคียง เพื่อให้สารตกค้างเหล่านี้ประสานกับ Mg²⁺ ไอออน VSD และโดเมน cytosolic จากหน่วยย่อยที่อยู่ใกล้เคียงต้องอยู่ใกล้กัน [5] Modulatory beta subunits (เข้ารหัสโดย KCNMB1, KCNMB2, KCNMB3 หรือ KCNMB4) สามารถเชื่อมโยงกับช่องสัญญาณ tetrameric ยูนิตย่อย β มีสี่ประเภท (β1-4) ซึ่งแต่ละยูนิตมีรูปแบบการแสดงออกที่แตกต่างกันซึ่งปรับเปลี่ยนคุณสมบัติเกตติ้งของช่อง BK หน่วยย่อย β1 มีหน้าที่หลักในการแสดงออกของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ ทั้งหน่วยย่อย β2 และ β3 นั้นแสดงออกทางเซลล์ประสาท ในขณะที่ β4 แสดงออกภายในสมอง [5] VSD เชื่อมโยงกับ PGD ผ่านการโต้ตอบหลักสามประการ:

1. การเชื่อมต่อทางกายภาพระหว่าง VSD และ PGD ผ่านตัวเชื่อมโยง S4-S5
2. ปฏิกิริยาระหว่างตัวเชื่อมโยง S4-S5 และด้านไซโตซอลิกของ S6
3. การโต้ตอบระหว่าง S4 และ S5 ของหน่วยย่อยที่อยู่ใกล้เคียง

แชนเนล BK เชื่อมโยงและมอดูเลตโดยปัจจัยภายในและนอกเซลล์ที่หลากหลาย เช่น หน่วยย่อยเสริม (β, γ), Slobs (โปรตีนการจับสโลว์), ฟอสโฟรีเลชัน, แรงดันเมมเบรน, ลิแกนด์เคมี (Ca²⁺, Mg²⁺), PKC , ยูนิตย่อย BK α ประกอบเป็น 1:1 โดยมีหน่วยย่อย β เสริมสี่ประเภทที่แตกต่างกัน (β1, β2, β3 หรือ β4) [10]

การค้ามนุษย์และการแสดงออกของช่อง BK ในพลาสมาเมมเบรนถูกควบคุมโดยรูปแบบการประกบที่แตกต่างกันซึ่งอยู่ภายในโดเมน RCK ของขั้ว C ภายในเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ตัวแปร splice ที่ไม่รวมลวดลายเหล่านี้ป้องกันการแสดงออกของพื้นผิวเซลล์ของช่อง BK และแนะนำว่ากลไกดังกล่าวส่งผลกระทบต่อสรีรวิทยาและพยาธิสรีรวิทยา [10]

ช่อง BK ในระบบหลอดเลือดถูกปรับโดยสารที่ผลิตตามธรรมชาติในร่างกาย เช่น แองจิโอเทนซิน II (Ang II) กลูโคสสูง หรือกรดอาราคิโดนิก (AA) ซึ่งปรับในผู้ป่วยเบาหวานด้วยความเครียดจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ROS) [10]

ความไวต่อแรงดันไฟฟ้าที่อ่อนลงทำให้ช่อง BK ทำงานในศักยภาพของเมมเบรนได้หลากหลาย เพื่อให้แน่ใจว่าช่องสัญญาณสามารถทำหน้าที่ทางสรีรวิทยาได้อย่างถูกต้อง (11)

การยับยั้งกิจกรรมช่อง BK โดยฟอสโฟรีเลชันของ S695 โดยโปรตีนไคเนส C (PKC) ขึ้นอยู่กับฟอสโฟรีเลชันของ S1151 ในปลาย C ของช่องอัลฟา-subunit ฟอสโฟรีเลชันเหล่านี้ในโครงสร้างเตตระเมอริกเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่จำเป็นต่อการยับยั้งจึงจะประสบผลสำเร็จ โปรตีน phosphatase 1 ต่อต้าน phosphorylation ของ S695 PKC ลดความน่าจะเป็นในการเปิดช่องโดยลดเวลาเปิดช่องและขยายสถานะปิดของช่อง PKC ไม่ส่งผลต่อการนำไฟฟ้าช่องทางเดียว การพึ่งพาแรงดันไฟฟ้า หรือความไวของแคลเซียมของช่อง BK (11)

ช่อง BK ถูกกระตุ้นโดยการทำงานร่วมกันผ่านการจับกันของไอออนแคลเซียมและแมกนีเซียม แต่ยังสามารถเปิดใช้งานผ่านการพึ่งพาแรงดันไฟฟ้าได้อีกด้วย [10] Ca²⁺ - การเปิดใช้งานขึ้นอยู่กับเกิดขึ้นเมื่อCa²ภายในเซลล์จับกับไซต์ที่มีสัมพรรคภาพสูงสองแห่ง: ไซต์หนึ่งอยู่ในปลาย C ของโดเมน RCK2 (ชาม Ca²⁺) และอีกไซต์หนึ่งอยู่ในโดเมน RCK1 [5] ตำแหน่งที่มีผลผูกพันภายในโดเมน RCK1 มีความสัมพันธ์กับแคลเซียมค่อนข้างต่ำกว่าชามCa²⁺ แต่มีส่วนรับผิดชอบต่อความไวของCa²⁺ส่วนใหญ่ [12] แรงดันไฟและแคลเซียมเปิดใช้งานช่อง BK โดยใช้กลไกคู่ขนานสองกลไก โดยที่เซ็นเซอร์แรงดันไฟและ Ca²⁺ จะเชื่อมโยงไซต์ที่เชื่อมต่อกับเกตการเปิดใช้งานอย่างอิสระ ยกเว้นการโต้ตอบที่อ่อนแอระหว่างกลไกทั้งสอง โถ Ca²⁺ เร่งจลนศาสตร์ในการกระตุ้นที่ความเข้มข้น Ca²⁺ ต่ำ ในขณะที่ไซต์ RCK1 มีอิทธิพลต่อจลนศาสตร์การเปิดใช้งานและการปิดใช้งาน [11] ต้นแบบกลไกหนึ่งเสนอโดย Monod, Wyman และ Changeux หรือที่รู้จักในชื่อ MWC model โมเดล MWC สำหรับช่อง BK อธิบายว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเกตการเปิดใช้งานในการเปิดช่องจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างไปยังไซต์การผูก Ca²⁺ ซึ่งเพิ่มความสัมพันธ์ของการผูกCa²⁺ (12)

การเปิดใช้งานช่อง BK ขึ้นอยู่กับแมกนีเซียมจะเปิดใช้งานผ่านไซต์การจับโลหะที่มีความสัมพันธ์ต่ำซึ่งไม่ขึ้นกับการเปิดใช้งานที่ขึ้นกับCa²⁺ เซ็นเซอร์Mg²⁺เปิดใช้งานช่อง BK โดยเปลี่ยนแรงดันกระตุ้นเป็นช่วงเชิงลบมากขึ้น Mg²⁺เปิดใช้งานช่องเฉพาะเมื่อโดเมนเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าอยู่ในสถานะเปิดใช้งาน โดเมนส่วนท้ายของไซโตซอล (CTD) เป็นเซ็นเซอร์ทางเคมีที่มีตำแหน่งการจับหลายตำแหน่งสำหรับลิแกนด์ที่ต่างกัน CTD เปิดใช้งานช่อง BK เมื่อผูกกับ Mg²⁺ ภายในเซลล์ เพื่อให้สามารถโต้ตอบกับโดเมนเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า (VSD) [11] แมกนีเซียมส่วนใหญ่ประสานกันโดยอะตอมของออกซิเจนหกอะตอมจากสายโซ่ด้านข้างของสารตกค้างที่มีออกซิเจน กลุ่มคาร์บอนิลในสายโซ่หลักในโปรตีน หรือโมเลกุลของน้ำ [12] D99 ที่ปลาย C ของลูป S0-S1 และ N172 ในลูป S2-S3 มีออกซิเจนในสายโซ่ด้านข้างในโดเมนเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าที่จำเป็นสำหรับการจับ Mg²⁺ เช่นเดียวกับโมเดลการเปิดใช้งานที่ขึ้นกับ Ca²⁺ การเปิดใช้งานที่ขึ้นกับ Mg²⁺ ยังสามารถอธิบายได้ด้วยโมเดลเกตติ้ง MCW แบบอัลโลสเตอริก ในขณะที่แคลเซียมเปิดใช้งานช่องโดยส่วนใหญ่ไม่ขึ้นกับเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า แมกนีเซียมจะเปิดใช้งานช่องทีละช่องโดยปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตกับเซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้า [12] สิ่งนี้เรียกอีกอย่างว่าแบบจำลองการผลัก ซึ่งแมกนีเซียมกระตุ้นช่องสัญญาณโดยการผลักเซ็นเซอร์แรงดันไฟผ่านปฏิกิริยาไฟฟ้าสถิตและเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างโซ่ด้านข้างในโดเมนโครงสร้างที่แตกต่างกัน [5] พลังงานที่ได้จากแรงดันไฟฟ้า การผูก Ca²⁺ และMg²⁺ จะแพร่กระจายไปยังประตูการเปิดใช้งานของช่อง BK เพื่อเริ่มต้นการนำไอออนผ่านรูพรุน [5]

ระดับเซลลูล่าร์ แก้ไข

ช่อง BK ช่วยควบคุมทั้งการยิงของเซลล์ประสาทและการปลดปล่อยสารสื่อประสาท [13] การปรับการส่ง synaptic และการคายประจุไฟฟ้าในระดับเซลล์นี้เกิดจากการแสดงออกของช่อง BK ร่วมกับช่องโพแทสเซียม-แคลเซียมอื่นๆ [10] การเปิดช่องเหล่านี้ทำให้เกิดการขับเคลื่อนไปสู่ศักย์สมดุลของโพแทสเซียม และด้วยเหตุนี้จึงมีบทบาทในการเร่งปฏิกิริยารีโพลาไรเซชันของศักยภาพในการดำเนินการ [10] สิ่งนี้จะช่วยให้เกิดการกระตุ้นที่รวดเร็วขึ้นอย่างมีประสิทธิภาพ [10] นอกจากนี้ยังมีบทบาทในการสร้างการรีโพลาไรเซชันทั่วไปของเซลล์ และหลังจากเกิดไฮเปอร์โพลาไรเซชัน (AHP) ของศักยะงาน [14] บทบาทที่ช่อง BK มีในระยะที่รวดเร็วของ AHP ได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางในฮิบโปแคมปัส [14] นอกจากนี้ยังสามารถมีบทบาทในการยับยั้งการหลั่งสารสื่อประสาท [15] มีแชนเนล BK จำนวนมากในเซลล์ Purkinje ในซีรีเบลลัม ซึ่งเน้นถึงบทบาทในการประสานงานและการทำงานของมอเตอร์ [14] นอกจากนี้ ช่อง BK ยังมีบทบาทในการปรับกิจกรรมของเดนไดรต์ เช่นเดียวกับแอสโตรไซต์และไมโครเกลีย [15] พวกมันไม่เพียงแต่มีบทบาทใน CNS (ระบบประสาทส่วนกลาง) แต่ยังรวมถึงการหดตัวของกล้ามเนื้อเรียบ การหลั่งของเซลล์ต่อมไร้ท่อ และการเพิ่มจำนวนของเซลล์ [13] หน่วยย่อย γ ต่างๆ ในระหว่างการพัฒนาของสมองในระยะแรกๆ มีส่วนเกี่ยวข้องกับความตื่นตัวของเส้นประสาทและในเซลล์ที่ไม่สามารถกระตุ้นได้ พวกมันมักจะมีหน้าที่ในการขับเคลื่อนของแคลเซียม [10] ดังนั้น หน่วยย่อยเหล่านี้จึงสามารถเป็นเป้าหมายสำหรับการบำบัดรักษาในฐานะตัวกระตุ้นช่อง BK [10] มีหลักฐานเพิ่มเติมว่าการยับยั้งช่อง BK จะป้องกันการไหลออกของโพแทสเซียม และทำให้ลดการใช้ ATP ซึ่งมีผลทำให้เซลล์ประสาทอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนต่ำ [10] ช่อง BK ยังสามารถทำหน้าที่เป็นตัวป้องกันเซลล์ประสาทในแง่ของการจำกัดการเข้าแคลเซียมเข้าสู่เซลล์ผ่านออกซิเดชันของเมไทโอนีน [10]

แก้ไขระดับอวัยวะ

ช่อง BK ก็มีบทบาทในการได้ยินเช่นกัน [14] สิ่งนี้ถูกค้นพบเมื่อยูนิตย่อย BK ɑ ถูกกระแทกในหนูและพบว่าเซลล์ขนของ cochlear ค่อยๆ หายไป และทำให้สูญเสียการได้ยิน [14] ช่อง BK ไม่เพียงแต่เกี่ยวข้องกับการได้ยินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงจังหวะชีวิตด้วย โปรตีนที่จับกับสโลว์ (Slobs) สามารถมอดูเลตช่อง BK เป็นหน้าที่ของจังหวะชีวิตในเซลล์ประสาท [10] ช่อง BK แสดงในนิวเคลียส suprachiasmatic (SCN) ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่มีอิทธิพลต่อพยาธิสรีรวิทยาของการนอนหลับ [14] ที่เปิดช่อง BK ยังสามารถมีผลป้องกันต่อระบบหัวใจและหลอดเลือด [10] ที่ช่องแคลเซียม BK ที่มีความเข้มข้นต่ำจะส่งผลต่อเสียงของหลอดเลือดมากขึ้น [10] นอกจากนี้ ระบบสัญญาณของช่อง BK ในระบบหัวใจและหลอดเลือดมีอิทธิพลต่อการทำงานของการไหลเวียนของเลือดในหลอดเลือดหัวใจ [10] หนึ่งในหน้าที่ของหน่วยย่อย β ในสมองรวมถึงการยับยั้งช่อง BK ทำให้คุณสมบัติของช่องสัญญาณช้าลงเช่นเดียวกับความสามารถในการป้องกันการชักในกลีบขมับ [10]

ระดับการทำงานของร่างกาย Edit

การกลายพันธุ์ของช่อง BK ส่งผลให้มีการแสดงออกใน mRNA น้อยลง พบได้บ่อยในผู้ที่มีปัญหาทางจิต (ผ่านทาง hypofunction [15] ), โรคจิตเภทหรือออทิสติก [10] ยิ่งไปกว่านั้น การรีโพลาไรเซชันที่เพิ่มขึ้นซึ่งเกิดจากการกลายพันธุ์ของช่อง BK อาจนำไปสู่การพึ่งพาแอลกอฮอล์ในการเริ่มต้นของดายสกิน, โรคลมบ้าหมู หรือความผิดปกติของการเคลื่อนไหว paroxysmal[10] ช่องทาง BK ไม่เพียงแต่มีความสำคัญในกระบวนการเซลล์จำนวนมากในผู้ใหญ่เท่านั้น แต่ยังมีความสำคัญสำหรับการจัดหาสารอาหารที่เหมาะสมให้กับทารกในครรภ์ที่กำลังพัฒนา [10] ดังนั้น เอสโตรเจนอาจทำให้ความหนาแน่นของช่อง BK ในมดลูกเพิ่มขึ้น [10] อย่างไรก็ตาม พบการแสดงออกที่เพิ่มขึ้นของช่อง BK ในเซลล์เนื้องอก และอาจส่งผลต่อการรักษามะเร็งในอนาคต พูดคุยเพิ่มเติมในส่วนเภสัชวิทยา [10] ช่อง BK มีอยู่ทั่วไปทั่วร่างกาย ดังนั้นจึงมีผลกระทบอย่างมากต่อร่างกายโดยรวมและในระดับเซลล์มากขึ้น ตามที่กล่าวไว้

ปัญหาที่อาจเกิดขึ้น แก้ไข

ปัญหาหลายอย่างเกิดขึ้นเมื่อช่อง BK ขาดดุล ผลที่ตามมาของช่อง BK ที่ชำรุดอาจส่งผลต่อการทำงานของบุคคลในหลาย ๆ ด้านซึ่งเป็นอันตรายถึงชีวิตมากกว่าคนอื่น ช่อง BK สามารถเปิดใช้งานโดยสารมลพิษจากภายนอกและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ภายในร่างกาย คาร์บอนมอนอกไซด์ [16] [17] ไนตริกออกไซด์ และไฮโดรเจนซัลไฟด์ [18] การกลายพันธุ์ในโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับช่อง BK หรือยีนที่เข้ารหัสช่อง BK เกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ ความผิดปกติของช่อง BK สามารถแพร่ขยายในโรคต่างๆ เช่น โรคลมบ้าหมู มะเร็ง เบาหวาน โรคหอบหืด และความดันโลหิตสูง [13] โดยเฉพาะ β1 บกพร่องสามารถเพิ่มความดันโลหิตและการกักเก็บ hydrosaline ในไต [13] ทั้งการสูญเสียการทำงานและการเพิ่มของการกลายพันธุ์ของการทำงานพบว่ามีส่วนเกี่ยวข้องกับความผิดปกติเช่นโรคลมบ้าหมูและอาการปวดเรื้อรัง [15] นอกจากนี้ การเพิ่มการเปิดใช้งานช่องสัญญาณ BK ผ่านการกลายพันธุ์และการขยายสัญญาณที่เพิ่มขึ้น มีส่วนเชื่อมโยงกับโรคลมบ้าหมูและมะเร็ง [13] นอกจากนี้ ช่อง BK ยังมีบทบาทในเนื้องอกและมะเร็งอีกด้วย ในมะเร็งบางชนิด gBK จะพบช่องไอออนที่เรียกว่า glioma BK channel [14] เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าช่อง BK มีอิทธิพลต่อการแบ่งตัวของเซลล์ในระหว่างการทำซ้ำ ซึ่งเมื่อไม่มีการควบคุมสามารถนำไปสู่มะเร็งและเนื้องอกได้ [14] ยิ่งกว่านั้น แง่มุมที่ศึกษารวมถึงการอพยพของเซลล์มะเร็งและบทบาทที่ช่อง BK สามารถอำนวยความสะดวกในการย้ายถิ่นนี้ แม้ว่าจะยังไม่ทราบอะไรมากนัก [14] อีกเหตุผลหนึ่งที่ความเข้าใจช่อง BK มีความสำคัญเกี่ยวข้องกับบทบาทในการผ่าตัดปลูกถ่ายอวัยวะ นี่เป็นเพราะการเปิดใช้งานช่อง BK ที่มีอิทธิพลต่อการรีโพลาไรเซชันของศักยภาพของเมมเบรนที่อยู่นิ่ง [10] ดังนั้น ความเข้าใจเป็นสิ่งสำคัญสำหรับความปลอดภัยในการปลูกถ่ายที่มีประสิทธิภาพ

พัฒนาการปัจจุบัน Edit

ช่อง BK สามารถใช้เป็นเป้าหมายทางเภสัชวิทยาสำหรับการรักษาความผิดปกติทางการแพทย์หลายอย่าง รวมทั้งโรคหลอดเลือดสมอง [19] และกระเพาะปัสสาวะไวเกิน [20] มีความพยายามที่จะพัฒนาโมเลกุลสังเคราะห์ที่มุ่งเป้าไปที่ช่อง BK [21] อย่างไรก็ตาม ความพยายามของพวกเขาได้รับการพิสูจน์แล้วว่าไม่ได้ผลอย่างมากจนถึงตอนนี้ ตัวอย่างเช่น BMS-204352 ซึ่งเป็นโมเลกุลที่พัฒนาโดยบริสตอล-ไมเยอร์ส สควิบบ์ ล้มเหลวในการปรับปรุงผลลัพธ์ทางคลินิกในผู้ป่วยโรคหลอดเลือดสมองเมื่อเทียบกับยาหลอก [22] อย่างไรก็ตาม มีความสำเร็จบางอย่างจากตัวเอกไปยังช่อง BKCa, BMS-204352 ในการรักษาภาวะขาดดุลที่พบในหนูที่น่าพิศวง Fmr1 ซึ่งเป็นแบบจำลองของกลุ่มอาการ Fragile X [23] [24] ช่อง BK ยังทำหน้าที่เป็นตัวบล็อกในภาวะขาดเลือดและเป็นจุดสนใจในการตรวจสอบการใช้เป็นวิธีการรักษาโรคหลอดเลือดสมอง [10]

ทิศทางในอนาคต แก้ไข

มีแอปพลิเคชั่นมากมายสำหรับกลยุทธ์การรักษาที่เกี่ยวข้องกับช่อง BK มีการวิจัยที่แสดงว่าการอุดตันของช่อง BK ส่งผลให้มีการปล่อยสารสื่อประสาทเพิ่มขึ้น ซึ่งบ่งชี้ถึงความเป็นไปได้ในการรักษาในอนาคตในการเสริมสร้างความรู้ความเข้าใจ ความจำที่ดีขึ้น และบรรเทาอาการซึมเศร้า [13] พฤติกรรมตอบสนองต่อแอลกอฮอล์ยังถูกปรับโดยช่องทาง BK [10] ดังนั้น ความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับความสัมพันธ์นี้สามารถช่วยรักษาผู้ป่วยที่ติดสุราได้ ความเครียดออกซิเดชันในช่อง BK สามารถนำไปสู่ความบกพร่องทางลบของการลดความดันโลหิตผ่านการผ่อนคลายของหัวใจและหลอดเลือดได้กับทั้งอายุและโรค [10] ดังนั้น ระบบสัญญาณสามารถมีส่วนร่วมในการรักษาความดันโลหิตสูงและหลอดเลือด [10] ผ่านการกำหนดเป้าหมายของหน่วยย่อย ɑ เพื่อป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายเหล่านี้ นอกจากนี้ บทบาทที่ทราบกันดีว่าช่อง BK สามารถเล่นในมะเร็งและเนื้องอกได้จำกัด ดังนั้นจึงไม่มีความรู้ในปัจจุบันเกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของช่อง BK ที่อาจส่งผลต่อเนื้องอกและมะเร็ง [14] การศึกษาเพิ่มเติมเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากอาจนำไปสู่การพัฒนาอย่างมากในการรักษาผู้ป่วยโรคมะเร็งและเนื้องอก เป็นที่ทราบกันดีว่าโรคลมชักเกิดจากการที่เซลล์ประสาทตื่นตัวมากเกินไป ซึ่งช่อง BK มีผลกระทบอย่างมากต่อการควบคุมความสามารถในการกระตุ้นมากเกินไป [4] ดังนั้น ความเข้าใจอาจส่งผลต่อการรักษาโรคลมบ้าหมู โดยรวมแล้ว ช่อง BK เป็นเป้าหมายของตัวแทนเภสัชวิทยาในอนาคตที่สามารถนำมาใช้ในการรักษาโรคได้

ศักยภาพของเมมเบรน

บทนำ

เมมเบรนที่กระตุ้นได้จะมีศักย์คงที่เมื่อไม่มีกระแสไอออนสุทธิไหลผ่านเมมเบรน ปัจจัยสองประการกำหนดการไหลสุทธิของไอออนผ่านช่องไอออนแบบเปิด: ศักย์ของเยื่อหุ้มเซลล์และความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนระหว่างช่องว่างภายในเซลล์และช่องว่างนอกเซลล์ เนื่องจากเซลล์มีศักย์ไฟฟ้าภายในเซลล์เป็นลบ แรงทางไฟฟ้าจึงมีแนวโน้มที่จะควบคุมไอออนที่มีประจุบวก (ไอออนบวก เช่น โซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียม) ให้ไหลเข้าสู่เซลล์ ดังนั้น แรงไฟฟ้าจะกำหนดทิศทางการไหลเข้าของโซเดียม โพแทสเซียม และแคลเซียมไอออนเข้าด้านใน และไอออนคลอไรด์ไหลออกด้านนอก ทิศทางการเคลื่อนที่ของไอออนที่เกิดจาก 'แรงความเข้มข้น' ขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความเข้มข้นของไอออนระหว่างเซลล์ภายในเซลล์และส่วนต่างๆ นอกเซลล์ โซเดียม แคลเซียม และคลอไรด์ไอออนมีความเข้มข้นนอกเซลล์สูงกว่าเมื่อเทียบกับความเข้มข้นภายในเซลล์ ความเข้มข้นของโพแทสเซียมภายในเซลล์มากกว่าความเข้มข้นภายนอกเซลล์ ความเข้มข้นจะกำหนดทิศทางการไหลเข้าของโซเดียม แคลเซียม และคลอไรด์ไอออนเข้าสู่ภายใน และให้โพแทสเซียมไอออนไหลออกด้านนอก ศักย์ของเมมเบรนที่แรงทางไฟฟ้าและความเข้มข้นมีความสมดุลสำหรับไอออนที่กำหนด เรียกว่า ดุลยภาพหรือศักย์ Nernst สำหรับไอออนที่กำหนด ที่ศักย์สมดุล การเคลื่อนที่ของกระแสเข้าและออกจะสมดุลกันสำหรับไอออนจำเพาะอันเนื่องมาจากการปรับสมดุลของแรงทางไฟฟ้าและความเข้มข้น สำหรับไอออนบวกที่กำหนด ที่ศักย์เมมเบรนที่เป็นลบเมื่อเทียบกับศักย์ดุลยภาพ ไอออนจะไหลเข้าสู่เซลล์ และที่ศักย์ของเมมเบรนที่เป็นบวกมากกว่าศักย์สมดุล กระแสที่ประจุโดยไอออนจำเพาะจะไหลออกจากเซลล์ ทิศทางการเคลื่อนที่ในปัจจุบันของไอออนจำเพาะมักจะนำศักย์ของเมมเบรนกลับไปสู่ศักย์สมดุลของไอออนจำเพาะนั้น ตัวอย่างของศักย์สมดุลโดยประมาณสำหรับไอออนในกล้ามเนื้อโครงร่างแสดงไว้ในตารางที่ 1

ตารางที่ 1 . ศักยภาพสมดุล

ไอออน	ศักย์สมดุล (mV)
โซเดียม	65
โพแทสเซียม	−105
แคลเซียม	&gt100
คลอไรด์	−95 (ศักยภาพการพัก)
ศักยภาพในการพักผ่อน	−95

ศักย์ของเมมเบรนแสดงถึงความสมดุลระหว่างศักย์สมดุลของไอออนที่เมมเบรนสามารถซึมผ่านได้ ยิ่งมีการนำไฟฟ้าของไอออนมากเท่าใด ไอออนก็จะยิ่งมีอิทธิพลต่อศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์มากขึ้นเท่านั้น ตัวนำไฟฟ้าหลักที่รับผิดชอบในการสร้างศักย์ของเมมเบรนพักคือของคลอไรด์ โพแทสเซียม และโซเดียม การนำคลอไรด์มีมากในเส้นใยกล้ามเนื้อโครงร่าง ซึ่งเป็นสื่อกลางโดยช่องคลอไรด์ของกล้ามเนื้อโครงร่าง เส้นใยประสาทส่วนปลายมีตัวนำคลอไรด์ที่เล็กกว่า ในกล้ามเนื้อโครงร่าง คลอไรด์เป็นสื่อนำไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์หลัก ซึ่งคิดเป็นประมาณ 80% ของสื่อนำไฟฟ้าของเยื่อหุ้มพัก ช่องคลอไรด์ในกล้ามเนื้อโครงร่างนั้นผิดปกติตรงที่พวกมันถูกปิดกั้นโดยการปรากฏตัวของไอออนที่ช่องปากภายในเซลล์และนอกเซลล์มากกว่าที่จะเกิดจากศักยภาพของเมมเบรน ช่องทางมีแนวโน้มที่จะเปิดเมื่อมีคลอไรด์ไอออนแสดงตัวเอง คุณสมบัติเกตติ้งเฉพาะของช่องคลอไรด์ส่งผลให้ไอออนของคลอไรด์ถูกกระจายไปทั่วเมมเบรนตามศักยภาพของเมมเบรน ดังนั้น ค่าการนำไฟฟ้าคลอไรด์จึงไม่กำหนดศักย์ไฟฟ้าของเมมเบรน

แต่การนำคลอไรด์ทำหน้าที่เป็นเบรกเพื่อทำให้เมมเบรนเกิดการแยกขั้วได้ยากขึ้น ดังนั้นค่าการนำไฟฟ้าคลอไรด์จึงมีอิทธิพลต่อเสถียรภาพที่สำคัญต่อศักยภาพของเมมเบรน

ไอออนที่เด่นในการตั้งค่าศักย์ของเมมเบรนพักคือโพแทสเซียม การนำโพแทสเซียมคิดเป็นประมาณ 20% ของการนำเยื่อหุ้มเซลล์พักผ่อนในกล้ามเนื้อโครงร่าง และถือเป็นสื่อกระแสไฟฟ้าส่วนที่เหลือในเซลล์ประสาทและเส้นใยประสาท สาเหตุหลักมาจากช่องไอออนที่ไม่มีเกตซึ่งประกอบขึ้นจากวงจรเรียงกระแสขาเข้าและช่อง "รั่วช้า" ช่องเรียงกระแสขาเข้ามีหน้าที่รักษาศักย์ของเมมเบรนในกรณีที่ไม่มีกระแสไฟฟ้ากระตุ้น เป็นช่องไอออนที่ไม่มีการควบคุมซึ่งมีหน้าที่รับผิดชอบความแตกต่างในการตอบสนองทางไฟฟ้าของเซลล์ประเภทต่างๆ ตัวอย่างเช่น เซลล์ประสาทซึ่งประกอบด้วยช่องไอออนที่ไม่มีเกตสำหรับโพแทสเซียม โซเดียม และคลอไรด์ มีศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์พักซึ่งเบี่ยงเบนไปจากศักย์ไฟฟ้า Nernst ที่คำนวณได้สำหรับ K + (โดยเฉพาะที่ความเข้มข้นต่ำ) ในขณะที่เซลล์เกลียซึ่งมีช่องไอออนที่ไม่ผ่านการควบคุมเพียง โพแทสเซียม มีศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์พักซึ่งใกล้เคียงกับศักยภาพของ Nernst ที่คำนวณได้สำหรับ K +

การนำโซเดียมในปริมาณเล็กน้อยในกล้ามเนื้อโครงร่างที่พักผ่อนหรือเยื่อหุ้มเส้นประสาท ส่งผลให้ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์พักตัวมีค่าเป็นบวกเล็กน้อยหรือเป็นขั้วลบเมื่อเทียบกับศักย์สมดุลของโพแทสเซียม ( ตารางที่ 2 ) ระดับเฉพาะของโพแทสเซียมแชนเนลที่กำหนดศักย์ของเมมเบรนที่พักผ่อนคือช่องโพแทสเซียมตัวเรียงกระแสด้านในหรือผิดปกติ ค่าการนำไฟฟ้าแคลเซียมขณะพักมีขนาดเล็กมาก ดังนั้นแคลเซียมจึงไม่มีส่วนทำให้เกิดศักยภาพของเมมเบรนที่พักผ่อน

ตารางที่ 2 . ศักยภาพของเมมเบรนภายใต้สภาวะต่างๆ

สถานะของเมมเบรน	การนำเมมเบรนที่โดดเด่น	ศักยภาพของเมมเบรน
พักผ่อน	K +	ใกล้เคียงกับ K + ศักย์สมดุล ประมาณ −95 mV
ศักยภาพสูงสุดของการดำเนินการ	นา +	ใกล้กับ Na + ศักย์สมดุล ประมาณ 40 mV

ระหว่างศักย์ไฟฟ้าในการดำเนินการ ช่อง Na + จะเปิดขึ้น และค่าการนำไฟฟ้าของเมมเบรนที่เด่นคือของ Na + ดังนั้นศักย์ของเมมเบรนจึงใกล้เคียงกับศักย์สมดุลของ Na + ( ตารางที่ 2 )

ประเด็นอื่นๆ

แบบจำลองที่อิงตามการนำไฟฟ้าสำหรับเซลล์ที่กระตุ้นได้ได้รับการพัฒนาเพื่อช่วยให้เข้าใจกลไกพื้นฐานที่นำไปสู่การสร้างศักยภาพในการดำเนินการ การยิงซ้ำๆ และการระเบิด (เช่น รูปแบบการสั่น) และอื่นๆ ในทางกลับกัน ลักษณะภายในเหล่านี้ส่งผลต่อพฤติกรรมในเครือข่ายประสาท

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากจำนวนกระแสที่รวมอยู่ในแบบจำลองที่ใช้สื่อนำไฟฟ้าเพิ่มขึ้น การทำความเข้าใจและทำนายไดนามิกของแบบจำลองที่เป็นผลลัพธ์จึงยากขึ้นเนื่องจากจำนวนสมการเชิงอนุพันธ์ที่เพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น โมเดล Hodgkin-Huxley ดั้งเดิมคือระบบลำดับที่ 4 ของ ODE มีความพยายามไม่เพียงแต่จับไดนามิกเชิงคุณภาพของแบบจำลองที่ใช้สื่อนำไฟฟ้า (เช่น โมเดล FitzHugh-Nagumo) แต่ยังลดความซับซ้อนของระบบด้วย (เช่น Kepler et al. 1992)

มีความแตกต่างทางคณิตศาสตร์ในแบบจำลองตามการนำไฟฟ้าโดยใช้ระบบไดนามิกและการวิเคราะห์แบบแยกสองส่วน รายละเอียดอธิบายไว้ใน Izhikevich (2007)

โครงสร้างสามมิติของแบคทีเรีย K + Channel แสดงให้เห็นว่าช่องไอออนสามารถทำงานได้อย่างไร

ความสามารถอันน่าทึ่งของช่องไอออนในการรวมการเลือกไอออนที่ยอดเยี่ยมกับค่าการนำไฟฟ้าสูงทำให้นักวิทยาศาสตร์งงงวยมานาน ตัวอย่างเช่น ช่องสัญญาณรั่ว K + นำ K + 10,000 เท่าได้ดีกว่า Na + แต่ไอออนทั้งสองเป็นทรงกลมไร้รูปร่างที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใกล้เคียงกัน (0.133 นาโนเมตร และ 0.095 นาโนเมตร ตามลำดับ) การแทนที่กรดอะมิโนเดี่ยวในรูพรุนของช่อง K + อาจส่งผลให้สูญเสียการเลือกไอออนและการตายของเซลล์ หัวกะทิปกติไม่สามารถอธิบายได้ด้วยขนาดรูพรุนเพราะ Na + มีขนาดเล็กกว่า K + ยิ่งไปกว่านั้น อัตราการนำไฟฟ้าที่สูงนั้นไม่เข้ากันกับช่องที่มีไซต์ K + -binding ที่มีการคัดเลือกและมีความสัมพันธ์สูง เนื่องจากการรวมตัวของ K + ไอออนกับไซต์ดังกล่าวจะทำให้การผ่านของพวกมันช้าลงอย่างมาก

ปริศนาถูกไขเมื่อโครงสร้างของ แบคทีเรีย K + ช่องถูกกำหนดโดยผลึกเอ็กซ์เรย์ ช่องนี้สร้างจากหน่วยย่อยของเมมเบรนที่เหมือนกันสี่ยูนิต ซึ่งรวมกันเป็นรูพรุนตรงกลางผ่านเมมเบรน (รูปที่ 11-23) กรดอะมิโนที่มีประจุลบถูกทำให้เข้มข้นที่ทางเข้าของ cytosolic ของรูพรุน และคาดว่าจะดึงดูดไอออนบวกและขับไล่แอนไอออน ทำให้ช่องเลือกไอออนบวก แต่ละหน่วยย่อยมีส่วนสร้างเกลียวของเมมเบรนสองอัน ซึ่งเอียงออกไปด้านนอกในเมมเบรนและรวมกันเป็นกรวย โดยปลายด้านกว้างของมันหันไปทางด้านนอกของเซลล์โดยที่ไอออน K + ออกจากช่อง สายโพลีเปปไทด์ที่เชื่อมต่อเฮลิซของทรานส์เมมเบรนสองอันก่อให้เกิดเกลียวสั้น α ( เกลียวรูพรุน) และห่วงสำคัญที่ยื่นออกมาในส่วนกว้างของกรวยเพื่อสร้างตัวกรองการเลือก วงจรการคัดเลือกจากหน่วยย่อยทั้งสี่ก่อให้เกิดรูพรุนที่สั้น แข็ง และแคบ ซึ่งเรียงรายไปด้วยอะตอมของคาร์บอนิลออกซิเจนของกระดูกสันหลังของโพลีเปปไทด์ เนื่องจากลูปการคัดเลือกของช่อง K + ที่รู้จักทั้งหมดมีลำดับกรดอะมิโนที่คล้ายคลึงกัน จึงมีแนวโน้มว่าพวกมันจะสร้างโครงสร้างที่คล้ายกันอย่างใกล้ชิด โครงสร้างผลึกแสดงไอออน K + สองตัวในไฟล์เดียวภายในตัวกรองการคัดเลือก โดยคั่นด้วยประมาณ 8 Å คิดว่าการผลักกันระหว่างไอออนทั้งสองจะช่วยเคลื่อนผ่านรูพรุนไปสู่ของเหลวนอกเซลล์

รูปที่ 11-23

โครงสร้างช่อง K+ ของแบคทีเรีย (A) แสดงเฉพาะหน่วยย่อยที่เหมือนกันสองในสี่หน่วยเท่านั้น จากด้าน cytosolic รูพรุนจะเปิดออกสู่ส่วนหน้าที่อยู่ตรงกลางของเมมเบรน ด้นหน้าอำนวยความสะดวกในการขนส่งโดยให้ K + ไอออน (เพิ่มเติม. )

โครงสร้างของตัวกรองการคัดเลือกจะอธิบายการเลือกไอออนที่ยอดเยี่ยมของช่องสัญญาณ เพื่อให้ไอออน K + เข้าสู่ตัวกรอง จะต้องสูญเสียโมเลกุลของน้ำที่ถูกผูกไว้เกือบทั้งหมด และโต้ตอบกับออกซิเจนคาร์บอนิลที่อยู่ในตัวกรองการคัดเลือก ซึ่งเว้นระยะห่างอย่างแน่นหนาในระยะห่างที่แน่นอนเพื่อรองรับไอออน K + ในทางตรงกันข้าม Na + ion ไม่สามารถเข้าสู่ตัวกรองได้เนื่องจากคาร์บอนิลออกซิเจนอยู่ไกลจาก Na + ion ที่มีขนาดเล็กกว่าเพื่อชดเชยค่าใช้จ่ายด้านพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียโมเลกุลของน้ำที่จำเป็นสำหรับการเข้า (รูปที่ 11-24)

รูปที่ 11-24

K + ความจำเพาะของตัวกรองการเลือกในช่อง K + ภาพวาดแสดง K + และ Na + ไอออน (A) ในส่วนหน้าและ (B) ในตัวกรองการคัดเลือกของรูพรุน ดูในส่วนตัดขวาง ในด้นหน้า ไอออนจะไฮเดรท ในตัวกรองการเลือก (เพิ่มเติม. )

การศึกษาโครงสร้างของช่อง K + ของแบคทีเรียได้ระบุว่าช่องเหล่านี้สามารถเปิดและปิดได้อย่างไร ลูปที่สร้างตัวกรองการเลือกนั้นเข้มงวดและไม่เปลี่ยนรูปแบบเมื่อช่องเปิดหรือปิด ในทางตรงกันข้าม แผ่นเมมเบรนชั้นในและชั้นนอกจะบิดเป็นเกลียวซึ่งเรียงแถวส่วนที่เหลือของรูพรุนเมื่อช่องปิดลง ทำให้รูพรุนหดตัวเหมือนไดอะแฟรมที่ส่วนปลายของเซลล์ (รูปที่ 11-25) แม้ว่ารูพรุนจะไม่ปิดสนิท แต่ช่องเปิดเล็กๆ ที่หลงเหลืออยู่นั้นเรียงรายไปด้วยโซ่ด้านข้างของกรดอะมิโนที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งปิดกั้นการเข้ามาของไอออน

รูปที่ 11-25

แบบจำลองสำหรับกั้นช่อง K+ ของแบคทีเรีย ช่องนี้ดูแบบตัดขวาง เพื่อนำโครงสร้างปิดมาใช้ เมมเบรนทรานส์เมมเบรนชั้นในทั้งสี่ที่เรียงแถวรูพรุนที่ด้านไซโตซอลิกของฟิลเตอร์คัดเลือก (ดูรูปที่ 11-22) จัดเรียงใหม่ (เพิ่มเติม )

เซลล์ที่ใช้ประโยชน์จากช่องไอออนมากที่สุดคือเซลล์ประสาท ก่อนหารือเกี่ยวกับวิธีการทำเช่นนั้น เราต้องพูดนอกเรื่องเพื่อทบทวนสั้น ๆ ว่าเซลล์ประสาททั่วไปถูกจัดระเบียบอย่างไร

SK Channels ควบคุมคุณสมบัติการพักและความน่าเชื่อถือในการส่งสัญญาณของเซลล์ประสาทที่กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็ว

การส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้และแม่นยำเป็นสิ่งสำคัญในวงจรของก้านสมองในการได้ยินเพื่อเข้ารหัสจังหวะเวลาด้วยความแม่นยำระดับมิลลิวินาที เซลล์ที่มีลักษณะเป็นพวงทรงกลมส่งสัญญาณสไปค์อย่างน่าเชื่อถือและเที่ยงตรงไปยังเซลล์ประสาทหลักของนิวเคลียสที่อยู่ตรงกลางของร่างกายสี่เหลี่ยมคางหมู (MNTB) ผ่านไซแนปส์กลูตามาเตอจิกขนาดยักษ์ กลีบเลี้ยงของเฮลด์ ดังนั้น MNTB จึงทำงานเป็นนิวเคลียสรีเลย์ที่รักษารูปแบบชั่วคราวของการยิงที่ความถี่สูง เมื่อใช้การบันทึกแบบแพตช์แคลมป์ทั้งเซลล์ เราสังเกตการนำไฟฟ้า K + ที่มีสื่อกลางโดยช่องโพแทสเซียมที่กระตุ้นแคลเซียม (SK) ที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าขนาดเล็กในเซลล์ประสาท MNTB จากหนูเพศใดเพศหนึ่ง ช่อง SK ถูกกระตุ้นโดยประกายไฟ Ca 2+ ภายในเซลล์และสื่อกระแสภายนอกชั่วคราวที่เกิดขึ้นเองในเซลล์ประสาท MNTB ที่กำลังพัฒนา ช่อง SK ยังถูกกระตุ้นโดยการไหลเข้าของ Ca 2+ ผ่านช่องสัญญาณ Ca 2+ ที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าและตัวรับ NMDA ที่กระตุ้นด้วยไซแนปติคัล การปิดกั้นช่องสัญญาณ SK ด้วย apamin ทำให้ศักย์ของเมมเบรนที่พักพิงลดลง ค่าการนำไฟฟ้าที่ลดลง และส่งผลต่อการตอบสนองของเซลล์ประสาท MNTB ต่อสัญญาณเข้า นอกจากนี้ ช่อง SK ยังเปิดใช้งานโดยศักยภาพในการดำเนินการและส่งผลกระทบต่อการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วหลังไฮเปอร์โพลาไรเซชัน การปิดกั้นแชนเนล SK ขัดขวางการส่งสัญญาณแบบหนึ่งต่อหนึ่งจากคาไลซิสพรีซินแนปติกไปจนถึงเซลล์ประสาท MNTB แบบโพสต์ซินแนปติก และกระตุ้นศักยภาพการดำเนินการโพสซินแนปติกเพิ่มเติมเพื่อตอบสนองต่อการยิงพรีไซแนปติก ข้อมูลเหล่านี้เปิดเผยว่าช่องสัญญาณ SK มีบทบาทสำคัญในการควบคุมคุณสมบัติการพักและรักษาการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้ของเซลล์ประสาท MNTBข้อความแสดงความสำคัญ จำเป็นต้องมีการส่งสัญญาณที่เชื่อถือได้และแม่นยำในวงจรก้านสมองในการได้ยินเพื่อกำหนดแหล่งกำเนิดเสียง กลีบเลี้ยงของเฮลด์ไซแนปส์ในนิวเคลียสอยู่ตรงกลางของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมของลำตัวสี่เหลี่ยมคางหมู (MNTB) มีบทบาทสำคัญในการแปลเสียง เราตรวจสอบช่องโพแทสเซียมที่สร้างความน่าเชื่อถือของการถ่ายโอนสัญญาณผ่านไซแนปส์ของ Calyceal และสังเกตการนำโพแทสเซียมที่เป็นสื่อกลางโดยช่องโพแทสเซียมที่กระตุ้นแคลเซียม (SK) ที่มีตัวนำไฟฟ้าขนาดเล็กในเซลล์ประสาทหลักของ MNTB ของหนู เราพบว่าแชนเนล SK ถูกกระตุ้นโดยโทนิคและมีส่วนทำให้คุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์พักผ่อนของเซลล์ประสาท MNTB ที่น่าสนใจคือ ช่อง SK ถูกกระตุ้นชั่วคราวโดยแคลเซียมประกายไฟและแคลเซียมที่ไหลเข้าระหว่างศักย์ไฟฟ้าในการดำเนินการ และควบคุมการส่งสัญญาณแบบหนึ่งต่อหนึ่งจากคาไลซิส presynaptic ไปจนถึงเซลล์ประสาท MNTB ภายหลังการซิงโครไนซ์

คำสำคัญ: MNTB SK ความตื่นเต้นง่ายของช่องโพแทสเซียมแชนเนลที่วางตัวส่งสัญญาณความเที่ยงตรงของการส่งผ่าน

ลิขสิทธิ์ © 2017 ผู้เขียน 0270-6474/17/3710738-10$15.00/0

ตัวเลข

SK ช่องสื่อกลาง STOCs NS…

SK ช่องสื่อกลาง STOCs NS , บันทึก STOC ในการควบคุมและหลังอาบน้ำ...

การเปลี่ยนแปลงการพัฒนาของ STOCs NS…

การเปลี่ยนแปลงการพัฒนาของ STOCs NS , บันทึก STOC ที่เป็นตัวแทนในเซลล์ประสาท MNTB ของหนู…

แคลเซียมประกายไฟกระตุ้นชั่วครู่...

แคลเซียมประกายไฟกระตุ้นกระแส SK ชั่วคราว NS , บันทึก STOC อยู่ในการควบคุม...

โทนิค SK ปัจจุบัน NS ,…

โทนิค SK ปัจจุบัน NS , NS , Depolarizing voltage step (15 วินาที) จาก…

การเปิดใช้งานของ SK ปัจจุบัน NS…

การเปิดใช้งานของ SK ปัจจุบัน NS , ทางลาดของแรงดันไฟฟ้าช้า (5 mV/s) ปรากฏขึ้น…

ผลกระทบของช่อง SK ต่อ...

ผลของช่อง SK ต่อคุณสมบัติของเยื่อหุ้มเซลล์พักฟื้นของเซลล์ประสาท MNTB NS ,…

ผลกระทบของช่อง SK ต่อ...

ผลกระทบของช่อง SK ต่อการตอบสนอง A–D , แรงดันตอบสนองต่อรูปคลื่นคล้ายซินแนปติก…

การเปิดใช้งานช่อง SK โดย...

การเปิดใช้งานช่อง SK โดย Ca 2+ ไหลผ่านตัวรับ NMDA NS ,…

การเปิดใช้งานช่อง SK ระหว่าง...

การเปิดใช้งานช่อง SK ระหว่างการดำเนินการที่อาจเกิดขึ้น NS , สเต็ปแรงดันไฟสั้นๆ…

จำเป็นต้องเปิดใช้งานช่อง SK สำหรับ...

การเปิดใช้งานช่อง SK จำเป็นสำหรับการส่งสัญญาณที่มีความน่าเชื่อถือสูง NS , ตัวแทนติดตาม…

สารบัญ

ความสมดุลของแมกนีเซียมมีความสำคัญต่อความเป็นอยู่ที่ดีของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด แมกนีเซียมเป็นไอออนที่มีอยู่ค่อนข้างมากในเปลือกโลกและเปลือกโลก และมีประโยชน์ทางชีวภาพสูงในไฮโดรสเฟียร์ ความพร้อมใช้งานนี้ ร่วมกับเคมีที่มีประโยชน์และผิดปกติอย่างมาก อาจนำไปสู่การใช้ประโยชน์ในการวิวัฒนาการเป็นไอออนสำหรับการส่งสัญญาณ การกระตุ้นเอนไซม์ และการเร่งปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ลักษณะที่ผิดปกติของไอออนิกแมกนีเซียมยังนำไปสู่ความท้าทายที่สำคัญในการใช้ไอออนในระบบทางชีววิทยา เยื่อหุ้มชีวภาพไม่สามารถผ่านเข้าไปได้กับแมกนีเซียม (และอิออนอื่นๆ) ดังนั้นโปรตีนที่ขนส่งต้องอำนวยความสะดวกในการไหลของแมกนีเซียม ทั้งในและนอกเซลล์และช่องภายในเซลล์

คลอโรฟิลล์ในพืชเปลี่ยนน้ำเป็นออกซิเจนเป็น O₂. เฮโมโกลบินในสัตว์มีกระดูกสันหลังขนส่งออกซิเจนเป็น O₂ ในเลือด คลอโรฟิลล์คล้ายกับเฮโมโกลบินมาก ยกเว้นแมกนีเซียมอยู่ที่ศูนย์กลางของโมเลกุลคลอโรฟิลล์และธาตุเหล็กอยู่ที่ศูนย์กลางของโมเลกุลเฮโมโกลบิน โดยมีรูปแบบอื่นๆ [6] กระบวนการนี้ทำให้เซลล์ที่มีชีวิตบนโลกมีชีวิตอยู่และรักษาระดับพื้นฐานของCO₂ และ O₂ ในบรรยากาศ

สุขภาพของมนุษย์แก้ไข

การบริโภคแมกนีเซียมที่ไม่เพียงพอมักทำให้กล้ามเนื้อกระตุก และเกี่ยวข้องกับโรคหลอดเลือดหัวใจ เบาหวาน ความดันโลหิตสูง โรควิตกกังวล ไมเกรน โรคกระดูกพรุน และกล้ามเนื้อในสมอง [7] [8] ภาวะพร่องเฉียบพลัน (ดูภาวะแคลเซียมในเลือดต่ำ) เป็นเรื่องที่หาได้ยาก และพบได้บ่อยในอาการข้างเคียงของยา (เช่น การดื่มแอลกอฮอล์เรื้อรังหรือการใช้ยาขับปัสสาวะ) มากกว่าการรับประทานอาหารที่น้อยแต่สามารถเกิดขึ้นได้ในผู้ที่ให้อาหารทางหลอดเลือดดำ เป็นระยะเวลานาน

อาการที่พบบ่อยที่สุดของการบริโภคแมกนีเซียมในช่องปากมากเกินไปคืออาการท้องร่วง อาหารเสริมที่มีกรดอะมิโนคีเลต (เช่น ไกลซิเนต ไลซิเนต เป็นต้น) สามารถทนต่อระบบทางเดินอาหารได้ดีกว่ามาก และไม่มีผลข้างเคียงจากสารประกอบรุ่นเก่าที่ใช้ ในขณะที่ผลิตภัณฑ์เสริมอาหารที่มีการปลดปล่อยอย่างต่อเนื่องจะช่วยป้องกันอาการท้องร่วง [ ต้องการการอ้างอิง ] เนื่องจากไตของมนุษย์ที่เป็นผู้ใหญ่สามารถขับแมกนีเซียมส่วนเกินได้อย่างมีประสิทธิภาพ พิษจากแมกนีเซียมในช่องปากในผู้ใหญ่ที่มีการทำงานของไตตามปกตินั้นหายากมาก ทารกซึ่งมีความสามารถในการขับแมกนีเซียมส่วนเกินได้น้อยกว่าแม้ในขณะที่มีสุขภาพดี ไม่ควรให้อาหารเสริมแมกนีเซียม ยกเว้นภายใต้การดูแลของแพทย์

ยาเตรียมที่มีแมกนีเซียมใช้รักษาอาการต่างๆ เช่น ภาวะขาดแมกนีเซียมและภาวะแมกนีเซียมในเลือดต่ำ รวมทั้งภาวะครรภ์เป็นพิษ [9] การเตรียมดังกล่าวมักจะอยู่ในรูปของแมกนีเซียมซัลเฟตหรือคลอไรด์เมื่อให้ทางหลอดเลือด แมกนีเซียมถูกดูดซึมด้วยประสิทธิภาพที่เหมาะสม (30% ถึง 40%) โดยร่างกายจากเกลือแมกนีเซียมที่ละลายน้ำได้ เช่น คลอไรด์หรือซิเตรต แมกนีเซียมถูกดูดซึมในทำนองเดียวกันจากเกลือ Epsom แม้ว่าซัลเฟตในเกลือเหล่านี้จะช่วยเพิ่มผลเป็นยาระบายในปริมาณที่สูงขึ้น การดูดซึมแมกนีเซียมจากเกลือออกไซด์และไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำ (นมแมกนีเซีย) นั้นเอาแน่เอานอนไม่ได้และมีประสิทธิภาพน้อยกว่า เนื่องจากขึ้นอยู่กับการทำให้เป็นกลางและสารละลายของเกลือโดยกรดในกระเพาะ ซึ่งอาจไม่สมบูรณ์ (และมักจะไม่สมบูรณ์) .

แมกนีเซียม orotate อาจใช้เป็นการรักษาเสริมในผู้ป่วยเพื่อรักษาภาวะหัวใจล้มเหลวอย่างรุนแรง เพิ่มอัตราการรอดชีวิต และปรับปรุงอาการทางคลินิกและคุณภาพชีวิตของผู้ป่วย [10]

การนำกระแสประสาทแก้ไข

แมกนีเซียมสามารถส่งผลต่อการผ่อนคลายของกล้ามเนื้อโดยการกระทำโดยตรงต่อเยื่อหุ้มเซลล์ Mg 2+ ไอออนปิดช่องแคลเซียมบางประเภทซึ่งนำไอออนแคลเซียมที่มีประจุบวกเข้าไปในเซลล์ประสาท ด้วยแมกนีเซียมที่มากเกินไป ช่องต่างๆ จะถูกปิดกั้นมากขึ้นและการทำงานของเซลล์ประสาทจะลดลง [11] [12]

แก้ไขความดันโลหิตสูง

แมกนีเซียมซัลเฟตทางหลอดเลือดดำใช้ในการรักษาภาวะครรภ์เป็นพิษ [13] สำหรับนอกเหนือจากความดันโลหิตสูงที่เกี่ยวข้องกับการตั้งครรภ์ การวิเคราะห์เมตาของการทดลองทางคลินิก 22 ฉบับที่มีช่วงขนาดยา 120 ถึง 973 มก./วัน และขนาดยาเฉลี่ย 410 มก. สรุปว่าการเสริมแมกนีเซียมมีผลเพียงเล็กน้อย แต่มีนัยสำคัญทางสถิติ ลดลง ความดันโลหิตซิสโตลิก 3-4 มม. ปรอท และความดันโลหิตจาง 2-3 มม. ปรอท ผลมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อขนาดยามากกว่า 370 มก./วัน [14]

โรคเบาหวานและความทนทานต่อกลูโคส Edit

การบริโภคอาหารที่มีแมกนีเซียมสูงจะสอดคล้องกับอุบัติการณ์โรคเบาหวานที่ลดลง [15] สำหรับผู้ป่วยโรคเบาหวานหรือผู้ที่มีความเสี่ยงสูงต่อโรคเบาหวาน การเสริมแมกนีเซียมจะลดระดับน้ำตาลในเลือดจากการอดอาหาร [16]

สถาบันการแพทย์แห่งสหรัฐอเมริกา (IOM) ได้ปรับปรุงข้อกำหนดเฉลี่ยโดยประมาณ (EARs) และค่าเผื่ออาหารที่แนะนำ (RDA) สำหรับแมกนีเซียมในปี 1997 หากไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะสร้าง EAR และ RDA จะใช้ค่าประมาณการรับประทานที่เพียงพอ (AI) แทน . EARs ปัจจุบันสำหรับแมกนีเซียมสำหรับผู้หญิงและผู้ชายอายุ 31 ปีขึ้นไปคือ 265 มก./วัน และ 350 มก./วัน ตามลำดับ RDA คือ 320 และ 420 มก./วัน RDA สูงกว่า EAR เพื่อระบุปริมาณที่จะครอบคลุมผู้ที่มีความต้องการสูงกว่าค่าเฉลี่ย RDA สำหรับการตั้งครรภ์คือ 350 ถึง 400 มก. / วันขึ้นอยู่กับอายุของผู้หญิง RDA สำหรับช่วงการให้นม 310 ถึง 360 มก./วัน ด้วยเหตุผลเดียวกัน สำหรับเด็กอายุ 1-13 ปี RDA จะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุ 65 เป็น 200 มก./วัน สำหรับความปลอดภัย IOM ยังกำหนดระดับการบริโภคสูงสุดที่ยอมรับได้ (UL) สำหรับวิตามินและแร่ธาตุเมื่อมีหลักฐานเพียงพอ ในกรณีของแมกนีเซียม UL จะตั้งไว้ที่ 350 มก./วัน UL มีความเฉพาะเจาะจงสำหรับแมกนีเซียมที่บริโภคเป็นอาหารเสริม สาเหตุที่การบริโภคแมกนีเซียมมากเกินไปในคราวเดียวอาจทำให้เกิดอาการท้องร่วงได้ UL ใช้ไม่ได้กับแมกนีเซียมที่มาจากอาหาร เรียกรวมกันว่า EARs, RDAs และ ULs เรียกว่าการบริโภคอาหารอ้างอิง [17]

อ้างอิงการบริโภคแมกนีเซียมต่อวัน [18]

อายุ	ชาย	หญิง	การตั้งครรภ์	การให้นม
แรกเกิดถึง 6 เดือน	30 มก.*	30 มก.*
7–12 เดือน	75 มก.*	75 มก.*
1–3 ปี	80 มก.	80 มก.
4–8 ปี	130 มก.	130 มก.
9–13 ปี	240 มก.	240 มก.
14–18 ปี	410 มก.	360 มก.	400 มก.	360 มก.
19–30 ปี	400 มก.	310 มก.	350 มก.	310 มก.
31-50 ปี	420 มก.	320 มก.	360 มก.	320 มก.
51+ ปี	420 มก.	320 มก.

หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรป (EFSA) อ้างถึงชุดข้อมูลโดยรวมว่าเป็นค่าอ้างอิงด้านอาหาร โดยมีปริมาณอ้างอิงของประชากร (PRI) แทน RDA และข้อกำหนดเฉลี่ยแทน EAR AI และ UL กำหนดเช่นเดียวกับในสหรัฐอเมริกา สำหรับผู้หญิงและผู้ชายอายุ 18 ปีขึ้นไป AIs ถูกตั้งค่าไว้ที่ 300 และ 350 มก./วัน ตามลำดับ AIs สำหรับการตั้งครรภ์และให้นมบุตร 300 มก./วัน สำหรับเด็กอายุ 1-17 ปี AIs จะเพิ่มขึ้นเมื่ออายุ 170 เป็น 250 มก./วัน AI เหล่านี้ต่ำกว่า RDA ของสหรัฐอเมริกา [19] หน่วยงานความปลอดภัยด้านอาหารแห่งยุโรปได้ทบทวนคำถามด้านความปลอดภัยเดียวกันและตั้งค่า UL ไว้ที่ 250 มก./วัน ซึ่งต่ำกว่ามูลค่าของสหรัฐฯ [20] แมกนีเซียม UL มีลักษณะเฉพาะตรงที่ต่ำกว่า RDA บางตัว ใช้กับการบริโภคจากตัวแทนเภสัชวิทยาหรือผลิตภัณฑ์เสริมอาหารเท่านั้น และไม่รวมการบริโภคจากอาหารและน้ำ

สำหรับจุดประสงค์ในการติดฉลากอาหารและอาหารเสริมในสหรัฐอเมริกา ปริมาณในหนึ่งหน่วยบริโภคจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของมูลค่ารายวัน (%DV) สำหรับวัตถุประสงค์ในการติดฉลากแมกนีเซียม 100% ของมูลค่ารายวันคือ 400 มก. แต่ ณ วันที่ 27 พฤษภาคม 2016 ได้มีการแก้ไขเป็น 420 มก. เพื่อให้สอดคล้องกับ RDA [21] [22] กำหนดให้ต้องปฏิบัติตามข้อบังคับการติดฉลากฉบับปรับปรุงภายในวันที่ 1 มกราคม 2020 สำหรับผู้ผลิตที่มียอดขายอาหารต่อปีตั้งแต่ 10 ล้านดอลลาร์ขึ้นไป และภายในวันที่ 1 มกราคม พ.ศ. 2564 สำหรับผู้ผลิตที่มียอดขายอาหารน้อยกว่า 10 ล้านดอลลาร์ต่อปี [23] [24] [25] ในช่วงหกเดือนแรกหลังจากวันที่ 1 มกราคม 2020 FDA วางแผนที่จะทำงานร่วมกับผู้ผลิตเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดฉลากข้อมูลโภชนาการใหม่ และจะไม่เน้นที่การดำเนินการบังคับใช้เกี่ยวกับข้อกำหนดเหล่านี้ในระหว่างนั้น เวลา. [23] ตารางค่ารายวันทั้งเก่าและใหม่มีให้ที่ Reference Daily Intake

ผักสีเขียวเช่นผักโขมให้แมกนีเซียมเนื่องจากมีโมเลกุลของคลอโรฟิลล์มากมายซึ่งมีไอออน ถั่ว (โดยเฉพาะถั่วบราซิล เม็ดมะม่วงหิมพานต์ และอัลมอนด์) เมล็ดพืช (เช่น เมล็ดฟักทอง) ดาร์กช็อกโกแลต ถั่วเหลืองอบ รำข้าว และธัญพืชไม่ขัดสีก็เป็นแหล่งแมกนีเซียมที่ดีเช่นกัน (26)

แม้ว่าอาหารหลายชนิดจะมีแมกนีเซียม แต่มักพบในระดับต่ำ เช่นเดียวกับสารอาหารส่วนใหญ่ ความต้องการแมกนีเซียมในแต่ละวันไม่น่าจะได้รับจากอาหารเพียงมื้อเดียว การรับประทานผลไม้ ผัก และธัญพืชที่หลากหลายจะช่วยให้ได้รับแมกนีเซียมอย่างเพียงพอ [ ต้องการการอ้างอิง ]

เนื่องจากแมกนีเซียมละลายได้ง่ายในน้ำ อาหารที่ผ่านการกลั่นซึ่งมักผ่านการแปรรูปหรือปรุงในน้ำและทำให้แห้งโดยทั่วไปจึงเป็นแหล่งสารอาหารที่ไม่ดี ตัวอย่างเช่น ขนมปังโฮลวีตมีแมกนีเซียมเป็นสองเท่าของขนมปังขาว เนื่องจากจมูกและรำข้าวที่อุดมด้วยแมกนีเซียมจะถูกลบออกเมื่อแปรรูปแป้งขาว ตารางแหล่งอาหารของแมกนีเซียม ระบุแหล่งอาหารของแมกนีเซียมหลายชนิด [ ต้องการการอ้างอิง ]

น้ำที่ "แข็ง" ก็สามารถให้แมกนีเซียมได้เช่นกัน แต่น้ำที่ "อ่อน" จะมีไอออนน้อยกว่า การสำรวจด้านอาหารไม่ได้ประเมินการบริโภคแมกนีเซียมจากน้ำ ซึ่งอาจนำไปสู่การประเมินปริมาณแมกนีเซียมทั้งหมดและความแปรปรวนของแมกนีเซียมต่ำไป

แมกนีเซียมมากเกินไปอาจทำให้ร่างกายดูดซึมแคลเซียมได้ยาก [ ต้องการการอ้างอิง ] แมกนีเซียมไม่เพียงพอสามารถนำไปสู่ภาวะ hypomagnesemia ตามที่ได้อธิบายไว้ข้างต้น ด้วยการเต้นของหัวใจผิดปกติ ความดันโลหิตสูง (สัญญาณในมนุษย์ แต่ไม่ใช่สัตว์ทดลองบางชนิด เช่น หนู) นอนไม่หลับ และกล้ามเนื้อกระตุก (fasciculation) อย่างไรก็ตาม ตามที่ระบุไว้ อาการของแมกนีเซียมต่ำจากการขาดอาหารบริสุทธิ์นั้นคิดว่าไม่ค่อยพบ

ต่อไปนี้เป็นอาหารและปริมาณแมกนีเซียมในอาหารเหล่านี้: [27]

เมล็ดไม่มีเปลือก (1/4 ถ้วย) = 303 มก. (1/4 ถ้วย) = 162 มก. [28] แป้ง (1/2 ถ้วย) = 151 มก. (1/4 ถ้วย) = 125 มก.
• รำข้าวโอ๊ตดิบ (1/2 ถ้วย) = 110 มก.
• ผงโกโก้ (1/4 ถ้วย) = 107 มก. (3 ออนซ์) = 103 มก. (1/4 ถ้วย) = 99 มก. (1/4 ถ้วย) = 89 มก.
• แป้งสาลี (1/2 ถ้วย) = 83 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 79 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 75 มก. โกโก้ 70% (1 ออนซ์) = 73 มก. เนื้อแน่น (1/ 2 ถ้วย) = 73 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 60 มก. ปรุงสุก (1/2 ถ้วย) = 59 มก. (2 ช้อนโต๊ะ) = 50 มก. (1/4 ถ้วย) = 46 มก. เปลือก (1/4) ถ้วย) = 41 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 39 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 37 มก. ต้ม (1/2 ถ้วย) = 36 มก. ปรุงสุก (1/2 ถ้วย) = 32 มก. ( 1 ช้อนโต๊ะ) = 32 มก. ไร้ไขมัน (1 ถ้วย) = 27 มก. เอสเพรสโซ่ (1 ออนซ์) = 24 มก. (1 ชิ้น) = 23 มก.

ในสัตว์ทดลอง มีการแสดงว่าเซลล์ประเภทต่างๆ รักษาระดับความเข้มข้นของแมกนีเซียมที่ต่างกัน [29] [30] [31] [32] ดูเหมือนว่าพืชก็มีแนวโน้มเช่นเดียวกัน [33] [34] นี่แสดงให้เห็นว่าเซลล์ประเภทต่างๆ อาจควบคุมการไหลเข้าและการไหลออกของแมกนีเซียมในรูปแบบต่างๆ ตามความต้องการเมตาบอลิซึมเฉพาะของพวกมัน ความเข้มข้นของแมกนีเซียมอิสระที่เป็นกลางและเข้มข้นต้องได้รับการดูแลอย่างประณีตโดยกระบวนการผสมบัฟเฟอร์ (การจับไอออนกับโปรตีนและโมเลกุลอื่นๆ) และการอุดอู้ (การขนส่งของไอออนไปยังที่เก็บหรือช่องว่างนอกเซลล์ [35])

ในพืชและในสัตว์เมื่อเร็วๆ นี้ แมกนีเซียมได้รับการยอมรับว่าเป็นไอออนส่งสัญญาณที่สำคัญ ทั้งการกระตุ้นและทำหน้าที่เป็นสื่อกลางในปฏิกิริยาทางชีวเคมีหลายอย่าง ตัวอย่างที่ดีที่สุดคือการควบคุมการตรึงคาร์บอนในคลอโรพลาสต์ในวัฏจักรคาลวิน [36] [37]

แมกนีเซียมมีความสำคัญมากในการทำงานของเซลล์ การขาดสารอาหารทำให้เกิดโรคของสิ่งมีชีวิตที่ได้รับผลกระทบ ในสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียว เช่น แบคทีเรียและยีสต์ แมกนีเซียมในระดับต่ำจะแสดงออกในอัตราการเติบโตที่ลดลงอย่างมาก ในการลำเลียงแบคทีเรียชนิดน็อคเอาท์ของแมกนีเซียม อัตราที่ดีต่อสุขภาพจะคงอยู่ก็ต่อเมื่อสัมผัสกับความเข้มข้นภายนอกที่สูงมากของไอออนเท่านั้น [38] [39] ในยีสต์ การขาดแมกนีเซียมในยลยังนำไปสู่โรค [40]

พืชที่ขาดแมกนีเซียมจะตอบสนองต่อความเครียด สัญญาณแรกที่สังเกตได้ของการอดอาหารแมกนีเซียมและการเปิดรับแสงมากเกินไปในพืชคืออัตราการสังเคราะห์แสงที่ลดลง เนื่องจากตำแหน่งศูนย์กลางของไอออน Mg 2+ ในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ ผลที่ตามมาของการขาดแมกนีเซียมต่อพืชทำให้การเจริญเติบโตและการเจริญพันธุ์ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ [4] แมกนีเซียมยังสามารถเป็นพิษต่อพืชได้ แม้ว่าโดยทั่วไปแล้วจะเห็นได้เฉพาะในสภาพแห้งแล้งเท่านั้น [41] [42]

ในสัตว์ ภาวะขาดแมกนีเซียม (hypomagnesemia) เกิดขึ้นเมื่อสภาพแวดล้อมของแมกนีเซียมต่ำ ในสัตว์เคี้ยวเอื้อง โดยเฉพาะอย่างยิ่งมีความเสี่ยงที่จะมีแมกนีเซียมในทุ่งหญ้าเลี้ยงสัตว์ สภาพนี้เรียกว่า 'หญ้าบาดทะยัก' Hypomagnesemia เกิดจากการสูญเสียการทรงตัวเนื่องจากกล้ามเนื้ออ่อนแรง [43] นอกจากนี้ยังมีการระบุความผิดปกติของ hypomagnesemia ทางพันธุกรรมจำนวนหนึ่งในมนุษย์ [44] [45] [46] [47]

การได้รับแมกนีเซียมมากเกินไปอาจเป็นพิษต่อเซลล์แต่ละเซลล์ แม้ว่าผลการทดลองเหล่านี้จะแสดงให้เห็นได้ยากก็ตาม [ ต้องการการอ้างอิง ] ภาวะแมกนีเซียมในเลือดสูงซึ่งเป็นภาวะที่มีแมกนีเซียมในเลือดมากเกินไป มักเกิดจากการสูญเสียการทำงานของไต สัตว์ที่มีสุขภาพดีจะขับแมกนีเซียมส่วนเกินออกทางปัสสาวะและอุจจาระอย่างรวดเร็ว (48) แมกนีเซียมในปัสสาวะเรียกว่า แมกนีซูเรีย. ลักษณะความเข้มข้นของแมกนีเซียมในสิ่งมีชีวิตจำลองคือ: in อี. โคไล 30-100 มิลลิโมลาร์ (ผูกไว้), 0.01-1 มิลลิโมลาร์ (ฟรี), ในยีสต์ที่ออกดอก 50 มิลลิโมลาร์, ในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม 10 มิลลิโมลาร์ (ผูกไว้), 0.5 มิลลิโมลาร์ (อิสระ) และในพลาสมาเลือด 1 มิลลิโมลาร์ [49]

Mg 2+ เป็นโลหะไอออนที่มีปริมาณมากเป็นอันดับสี่ในเซลล์ (ต่อโมล) และเป็นไอออนบวกที่มีไดวาเลนต์อิสระที่อุดมสมบูรณ์ที่สุด ซึ่งส่งผลให้เมตาบอลิซึมของเซลล์เกิดกระบวนการเมตาบอลิซึมอย่างลึกซึ้งและอยู่ภายใน อันที่จริง เอ็นไซม์ที่ขึ้นกับ Mg 2+ ปรากฏในแทบทุกวิถีทางเมแทบอลิซึม: มักพบการจับกันจำเพาะของ Mg 2+ กับเยื่อหุ้มชีวภาพ Mg 2+ ยังถูกใช้เป็นโมเลกุลส่งสัญญาณ และชีวเคมีของกรดนิวคลีอิกส่วนใหญ่ต้องการ Mg 2+ , รวมถึงปฏิกิริยาทั้งหมดที่ต้องการการปลดปล่อยพลังงานจาก ATP [50] [51] [37] ในนิวคลีโอไทด์ มอยอิตีทริปเปิ้ลฟอสเฟตของสารประกอบจะคงตัวอย่างสม่ำเสมอโดยการเชื่อมโยงกับ Mg 2+ ในกระบวนการทางเอนไซม์ทั้งหมด

คลอโรฟิลล์แก้ไข

ในสิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสง Mg 2+ มีบทบาทสำคัญเพิ่มเติมในการเป็นไอออนประสานในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ บทบาทนี้ถูกค้นพบโดย Richard Willstätter ผู้ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี 1915 สำหรับการทำให้บริสุทธิ์และโครงสร้างของคลอโรฟิลล์จับกับคาร์บอนจำนวนที่หก

เอ็นไซม์แก้ไข

เคมีของไอออน Mg 2+ ที่ใช้กับเอนไซม์ ใช้เคมีปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ปกติของไอออนนี้อย่างเต็มรูปแบบเพื่อเติมเต็มฟังก์ชันต่างๆ [50] [52] [53] [54] Mg 2+ ทำปฏิกิริยากับซับสเตรต เอนไซม์ และบางครั้งทั้งสองอย่าง (Mg 2+ อาจเป็นส่วนหนึ่งของแอคทีฟไซต์) โดยทั่วไป Mg 2+ ทำปฏิกิริยากับซับสเตรตผ่านการประสานงานของทรงกลมชั้นใน การทำให้แอนไอออนคงตัวหรือสารมัธยันตร์ที่ไวปฏิกิริยา ซึ่งรวมถึงการจับกับ ATP และกระตุ้นโมเลกุลให้โจมตีด้วยนิวคลีโอฟิลิก เมื่อทำปฏิกิริยากับเอนไซม์และโปรตีนอื่นๆ Mg 2+ อาจจับโดยใช้การประสานงานของทรงกลมภายในหรือภายนอก เพื่อเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของเอนไซม์หรือมีส่วนร่วมในเคมีของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา ไม่ว่าในกรณีใด เนื่องจาก Mg 2+ แทบจะไม่ถูกคายน้ำอย่างสมบูรณ์ในระหว่างการจับลิแกนด์ มันอาจเป็นโมเลกุลของน้ำที่เกี่ยวข้องกับ Mg 2+ ที่มีความสำคัญมากกว่าตัวไอออนเอง ความเป็นกรดของลูอิสของ Mg 2+ (pK_NS 11.4) ใช้เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสและการควบแน่น (ปฏิกิริยาส่วนใหญ่คือการไฮโดรไลซิสของฟอสเฟตเอสเทอร์และการถ่ายโอนฟอสฟอริล) ที่อาจต้องการค่า pH ที่ลบออกจากค่าทางสรีรวิทยาอย่างมาก

บทบาทสำคัญในกิจกรรมทางชีวภาพของ ATP Edit

เอทีพี (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักในเซลล์ ต้องจับกับแมกนีเซียมไอออนเพื่อให้ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ สิ่งที่เรียกว่า ATP มักจะเป็น Mg-ATP [5]

กรดนิวคลีอิก แก้ไข

กรดนิวคลีอิกมีปฏิสัมพันธ์ที่สำคัญกับ Mg 2+ การจับกันของ Mg 2+ กับ DNA และ RNA ทำให้โครงสร้างมีเสถียรภาพซึ่งสามารถสังเกตได้ในอุณหภูมิหลอมเหลวที่เพิ่มขึ้น (NS_NS) ของ DNA แบบสองสายเมื่อมี Mg 2+ [50] นอกจากนี้ ไรโบโซมยังมี Mg 2+ จำนวนมากและการคงตัวที่จัดให้มีขึ้นมีความสำคัญต่อการทำให้เกิดภาวะเชิงซ้อนของไรโบโปรตีนนี้ [55] เอนไซม์จำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับชีวเคมีของกรดนิวคลีอิกจับ Mg 2+ สำหรับกิจกรรม โดยใช้ไอออนสำหรับการกระตุ้นและการเร่งปฏิกิริยา ในที่สุด การเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติของไรโบไซม์จำนวนมาก (เอนไซม์ที่มี RNA เท่านั้น) ขึ้นอยู่กับ Mg 2+ (เช่น ยีสต์ mitochondrial group II self splicing introns [56] )

ไอออนของแมกนีเซียมมีความสำคัญอย่างยิ่งในการรักษาความสมบูรณ์ของตำแหน่งของกลุ่มฟอสเฟตที่กระจุกตัวอย่างใกล้ชิด กระจุกเหล่านี้ปรากฏในส่วนต่างๆ มากมายและชัดเจนของนิวเคลียสของเซลล์และไซโตพลาสซึม ตัวอย่างเช่น ไอออน Mg 2+ ที่มีเฮกซะไฮเดรตจับที่ร่องลึกหลักและที่ปากด้านนอกของดูเพล็กซ์กรดนิวคลีอิกรูปแบบ A [57]

เยื่อหุ้มเซลล์และผนัง แก้ไข

เยื่อหุ้มเซลล์ชีวภาพและผนังเซลล์เป็นพื้นผิวโพลีอะนิโอนิก สิ่งนี้มีนัยสำคัญสำหรับการขนส่งไอออน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เนื่องจากมีการแสดงว่าเยื่อหุ้มที่ต่างกันจะจับกับไอออนที่แตกต่างกัน [50] ทั้ง Mg 2+ และ Ca 2+ ทำให้เยื่อหุ้มเสถียรอย่างสม่ำเสมอโดยการเชื่อมขวางของไขมันกลุ่มส่วนหัวที่มีคาร์บอกซิเลตและฟอสโฟรีเลต อย่างไรก็ตาม เยื่อหุ้มซองจดหมายของ อี. โคไล ยังได้รับการแสดงเพื่อผูก Na + , K + , Mn 2+ และ Fe 3+ การขนส่งไอออนขึ้นอยู่กับทั้งการไล่ระดับความเข้มข้นของไอออนและศักย์ไฟฟ้า (ΔΨ) ข้ามเมมเบรน ซึ่งจะได้รับผลกระทบจากประจุบนพื้นผิวเมมเบรน ตัวอย่างเช่น การจับจำเพาะของ Mg 2+ กับซองคลอโรพลาสต์มีส่วนเกี่ยวข้องกับการสูญเสียประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงโดยการอุดตันของการดูดซึม K + และการทำให้เป็นกรดของคลอโรพลาสต์สโตรมาในเวลาต่อมา (36)

โปรตีนแก้ไข

ไอออน Mg 2+ มีแนวโน้มที่จะจับกับโปรตีนเพียงเล็กน้อยเท่านั้น (K_NS ≤ 10 5 [50] ) และเซลล์นี้สามารถใช้ประโยชน์เพื่อเปิดและปิดการทำงานของเอนไซม์โดยการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นในท้องถิ่นของ Mg 2+ แม้ว่าความเข้มข้นของไซโตพลาสซึมอิสระ Mg 2+ จะอยู่ที่ 1 มิลลิโมล/ลิตร ปริมาณ Mg 2+ ทั้งหมดของเซลล์สัตว์คือ 30 มิลลิโมล/ลิตร [58] และในพืช เนื้อหาของเซลล์เยื่อบุผิวใบจะถูกวัดที่ค่า สูงถึง 100 mmol/L (Stelzer และคณะ, พ.ศ. 2533) ซึ่งส่วนใหญ่เก็บบัฟเฟอร์ไว้ในช่องเก็บของความเข้มข้นของไซโตพลาสซึมของ Mg 2+ อิสระถูกบัฟเฟอร์โดยการจับกับคีเลเตอร์ (เช่น ATP) แต่สิ่งที่สำคัญกว่านั้นก็คือการจัดเก็บ Mg 2+ ในช่องภายในเซลล์ การขนส่ง Mg 2+ ระหว่างส่วนต่างๆ ภายในเซลล์อาจเป็นส่วนสำคัญในการควบคุมการทำงานของเอนไซม์ ปฏิกิริยาระหว่าง Mg 2+ กับโปรตีนจะต้องได้รับการพิจารณาสำหรับการขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ

แมงกานีสแก้ไข

ในระบบชีวภาพ มีเพียงแมงกานีส (Mn 2+ ) เท่านั้นที่สามารถแทนที่ Mg 2+ แต่ในสถานการณ์ที่จำกัด Mn 2+ มีความคล้ายคลึงกับ Mg 2+ มากในแง่ของคุณสมบัติทางเคมี ซึ่งรวมถึงการสร้างผิวชั้นในและชั้นนอก Mn 2+ จับ ATP อย่างมีประสิทธิภาพและช่วยให้เกิดการไฮโดรไลซิสของโมเลกุลพลังงานโดย ATPase ส่วนใหญ่ Mn 2+ ยังสามารถแทนที่ Mg 2+ เป็นไอออนกระตุ้นสำหรับเอนไซม์ที่ขึ้นกับ Mg 2+ จำนวนหนึ่ง แม้ว่ากิจกรรมของเอนไซม์บางอย่างจะหายไปก็ตาม [50] บางครั้งความชอบโลหะของเอนไซม์ดังกล่าวแตกต่างกันไปตามสายพันธุ์ที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด: ตัวอย่างเช่น เอนไซม์ reverse transcriptase ของ lentiviruses เช่น HIV, SIV และ FIV มักขึ้นอยู่กับ Mg 2+ ในขณะที่เอนไซม์ที่คล้ายคลึงกันสำหรับ retroviruses อื่น ๆ ชอบ Mn 2+

ความสำคัญในการผูกมัดยา Edit

บทความ [59] การตรวจสอบพื้นฐานโครงสร้างของปฏิสัมพันธ์ระหว่างยาปฏิชีวนะที่เกี่ยวข้องทางคลินิกกับไรโบโซม 50S ปรากฏในธรรมชาติในเดือนตุลาคม 2544 ผลึกศาสตร์เอ็กซ์เรย์ความละเอียดสูงระบุว่ายาปฏิชีวนะเหล่านี้เชื่อมโยงกับ 23S rRNA ของหน่วยย่อยไรโบโซมเท่านั้น และไม่มี ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นกับส่วนโปรตีนของหน่วยย่อย บทความเน้นว่าผลลัพธ์ที่ได้แสดง "ความสำคัญของไอออนสมมุติ Mg 2+ สำหรับการผูกมัดของยาบางชนิด"

โดยไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี Edit

การใช้องค์ประกอบการติดตามกัมมันตภาพรังสีในการสอบวิเคราะห์การดูดซึมไอออนช่วยให้สามารถคำนวณ km, Ki และ Vmax และกำหนดการเปลี่ยนแปลงเริ่มต้นในเนื้อหาไอออนของเซลล์ 28 มก. สลายตัวโดยการปล่อยบีตาหรืออนุภาคแกมมาพลังงานสูง ซึ่งสามารถวัดได้โดยใช้ตัวนับการเรืองแสงวาบ อย่างไรก็ตาม ค่าครึ่งชีวิตของกัมมันตภาพรังสี 28 มก. ซึ่งเป็นไอโซโทปแมกนีเซียมที่มีกัมมันตภาพรังสีที่เสถียรที่สุด อยู่ที่ 21 ชั่วโมงเท่านั้น สิ่งนี้จำกัดการทดลองที่เกี่ยวข้องกับนิวไคลด์อย่างรุนแรง นอกจากนี้ ตั้งแต่ปี 1990 ไม่มีโรงงานใดผลิตได้ 28 มก. เป็นประจำ และราคาต่อ mCi ถูกคาดการณ์ว่าจะอยู่ที่ประมาณ 30,000 ดอลลาร์สหรัฐฯ [60] ลักษณะทางเคมีของ Mg 2+ นั้นใกล้เคียงกับไอออนบวกอื่นๆ เพียงเล็กน้อย [61] อย่างไรก็ตาม Co 2+, Mn 2+ และ Ni 2+ ถูกนำมาใช้อย่างประสบความสำเร็จในการเลียนแบบคุณสมบัติของ Mg 2+ ในปฏิกิริยาของเอนไซม์บางปฏิกิริยา และรูปแบบกัมมันตภาพรังสีขององค์ประกอบเหล่านี้ประสบความสำเร็จในการศึกษาการขนส่งไอออนบวก ความยากในการใช้ทดแทนไอออนของโลหะในการศึกษาการทำงานของเอนไซม์คือความสัมพันธ์ระหว่างกิจกรรมของเอนไซม์กับไอออนทดแทนเมื่อเทียบกับไอออนเดิมนั้นยากต่อการตรวจสอบ [61]

โดยตัวบ่งชี้เรืองแสง Edit

คีเลเตอร์ของไพเพอร์ไดวาเลนต์จำนวนหนึ่งมีสเปกตรัมการเรืองแสงต่างกันในสถานะที่ถูกผูกไว้และไม่ถูกผูกไว้ [62] คีเลเตอร์สำหรับ Ca 2+ ได้รับการยอมรับอย่างดี มีความสัมพันธ์ที่ดีกับไอออนบวก และการรบกวนต่ำจากไอออนอื่นๆ Mg 2+ คีเลเตอร์ช้ากว่าและสีย้อมเรืองแสงที่สำคัญสำหรับ Mg 2+ (mag-fura 2 [63] ) มีความสัมพันธ์ที่สูงกว่าสำหรับ Ca 2+ [64] สิ่งนี้จำกัดการใช้สีย้อมนี้กับประเภทเซลล์ที่ระดับการพักของ Ca 2+ คือ < 1 μM และไม่แปรผันตามสภาวะการทดลองที่จะวัด Mg 2+ เมื่อเร็วๆ นี้ Otten และคณะ (2001) ได้บรรยายถึงงานในกลุ่มใหม่ของสารประกอบที่อาจพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์มากกว่า โดยมีสัมพรรคภาพในการจับที่ดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญสำหรับ Mg 2+ [65] การใช้สีย้อมเรืองแสงจำกัดเฉพาะการวัดค่า Mg 2+ ฟรีเท่านั้น ถ้าความเข้มข้นของไอออนถูกบัฟเฟอร์โดยเซลล์โดยการทำคีเลชั่นหรือการกำจัดไปยังส่วนย่อยของเซลล์ อัตราการดูดที่วัดได้จะให้เฉพาะค่าต่ำสุดของ km และ Vmax

โดย Electrophysiology Edit

ประการแรก ไมโครอิเล็กโทรดจำเพาะไอออนสามารถใช้วัดความเข้มข้นของไอออนอิสระภายในของเซลล์และออร์แกเนลล์ได้ ข้อดีที่สำคัญคือสามารถอ่านค่าได้จากเซลล์ในระยะเวลาอันยาวนาน และแตกต่างจากสีย้อมที่มีความสามารถในการบัฟเฟอร์ไอออนพิเศษเพียงเล็กน้อยที่จะถูกเพิ่มเข้าไปในเซลล์ [66]

ประการที่สอง เทคนิคของแคลมป์แรงดันสองขั้วช่วยให้สามารถวัดฟลักซ์ไอออนได้โดยตรงผ่านเมมเบรนของเซลล์ [67] เมมเบรนมีศักย์ไฟฟ้าและวัดกระแสตอบสนอง ไอออนทั้งหมดที่ผ่านเมมเบรนมีส่วนทำให้เกิดกระแสที่วัดได้

ประการที่สาม เทคนิคของ patch-clamp ใช้ส่วนที่แยกได้ของเมมเบรนธรรมชาติหรือประดิษฐ์ในลักษณะเดียวกับที่หนีบแรงดันไฟฟ้า แต่ไม่มีผลกระทบรองของระบบเซลลูลาร์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม สามารถวัดค่าการนำไฟฟ้าของแต่ละช่องสัญญาณได้ วิธีการนี้ให้การวัดการกระทำของช่องไอออนได้โดยตรงที่สุด [67]

โดยการดูดซึมสเปกโตรสโกปี Edit

Flame atomic absorption spectroscopy (AAS) กำหนดปริมาณแมกนีเซียมทั้งหมดของตัวอย่างทางชีวภาพ [62] วิธีการนี้เป็นการทำลายตัวอย่างทางชีวภาพที่ต้องถูกย่อยสลายในกรดเข้มข้นเพื่อหลีกเลี่ยงการอุดตันของอุปกรณ์พ่นละอองละเอียด นอกเหนือจากนี้ ข้อจำกัดเพียงอย่างเดียวคือตัวอย่างต้องมีปริมาตรประมาณ 2 มล. และที่ช่วงความเข้มข้น 0.1 – 0.4 ไมโครโมล/ลิตร เพื่อความแม่นยำสูงสุด เนื่องจากเทคนิคนี้ไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่าง Mg 2+ ที่มีอยู่แล้วในเซลล์และที่ใช้ในระหว่างการทดสอบ เฉพาะเนื้อหาที่ไม่ได้รับเท่านั้นที่สามารถหาปริมาณได้

Inductively coupled plasma (ICP) โดยใช้แมสสเปกโตรเมตรี (MS) หรือการดัดแปลงอะตอมมิกอีมิชชันสเปกโทรสโกปี (AES) ยังช่วยให้สามารถกำหนดปริมาณไอออนทั้งหมดของตัวอย่างทางชีววิทยาได้ [68] เทคนิคเหล่านี้มีความอ่อนไหวมากกว่าเปลวไฟ AAS และสามารถวัดปริมาณของไอออนหลายตัวพร้อมกันได้ อย่างไรก็ตามพวกเขายังมีราคาแพงกว่ามาก

คุณสมบัติทางเคมีและชีวเคมีของ Mg 2+ นำเสนอระบบเซลล์ที่มีความท้าทายที่สำคัญเมื่อขนส่งไอออนผ่านเยื่อหุ้มชีวภาพ หลักการของการขนส่งไอออนระบุว่าผู้ขนส่งรับรู้ไอออน จากนั้นจะค่อยๆ ขจัดน้ำที่ให้ความชุ่มชื้น โดยเอาน้ำส่วนใหญ่หรือทั้งหมดออกจากรูที่เลือกก่อนที่จะปล่อยไอออนที่ด้านไกลของเมมเบรน [69] เนื่องจากคุณสมบัติของ Mg 2+ การเปลี่ยนแปลงปริมาณมากจากไฮเดรตเป็นไอออนเปลือย พลังงานไฮเดรชั่นสูงและอัตราการแลกเปลี่ยนลิแกนด์ที่ต่ำมากในทรงกลมการประสานงานภายใน ขั้นตอนเหล่านี้อาจยากกว่าไอออนอื่นๆ ส่วนใหญ่ จนถึงปัจจุบัน มีการแสดงเฉพาะโปรตีน ZntA ของ Paramecium เป็นช่อง Mg 2+ [70] กลไกของการขนส่ง Mg 2+ โดยโปรตีนที่เหลือกำลังเริ่มถูกเปิดเผยด้วยโครงสร้างสามมิติแรกของคอมเพล็กซ์การขนส่ง Mg 2+ ที่ได้รับการแก้ไขในปี 2547 [71]

เปลือกไฮเดรชั่นของไอออน Mg 2+ มีเปลือกชั้นในที่เกาะติดกันแน่นมากซึ่งมีโมเลกุลน้ำหกโมเลกุล และเปลือกที่สองที่มีพันธะค่อนข้างแน่นซึ่งมีโมเลกุลน้ำ 12–14 โมเลกุล (มาร์กแฮม และคณะ, 2002). ดังนั้นจึงสันนิษฐานได้ว่าการรู้จำไอออน Mg 2+ ต้องใช้กลไกบางอย่างในการโต้ตอบในขั้นต้นกับเปลือกไฮเดรชั่นของ Mg 2+ ตามด้วยการรับรู้/การจับโดยตรงของไอออนกับโปรตีน [60] เนื่องจากความแข็งแกร่งของความซับซ้อนของความซับซ้อนของทรงกลมชั้นในระหว่าง Mg 2+ และลิแกนด์ใดๆ อันตรกิริยาหลายอันพร้อมๆ กันกับโปรตีนการขนส่งที่ระดับนี้อาจทำให้ไอออนในรูขนขนส่งช้าลงอย่างมีนัยสำคัญ ดังนั้นจึงเป็นไปได้ที่น้ำไฮเดรชั่นส่วนใหญ่จะถูกกักไว้ระหว่างการขนส่ง ทำให้การประสานกันของทรงกลมด้านนอกที่อ่อนแอ (แต่ยังคงเฉพาะเจาะจง) นั้นอ่อนแอลง

แม้ว่าจะมีความยากลำบากทางกลไก Mg 2+ จะต้องถูกขนส่งข้ามเมมเบรน และมีการอธิบายฟลักซ์ของ Mg 2+ จำนวนมากข้ามเมมเบรนจากระบบที่หลากหลาย [72] อย่างไรก็ตาม มีเพียงสารลำเลียง Mg 2+ ที่ผ่านการคัดเลือกเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่ได้รับการกำหนดลักษณะเฉพาะที่ระดับโมเลกุล

การปิดล้อมช่องไอออนลิแกนด์ แก้ไข

แมกนีเซียมไอออน (Mg 2+ ) ในชีววิทยาของเซลล์มักจะอยู่ในความรู้สึกเกือบทั้งหมดตรงข้ามกับไอออน Ca 2+ เพราะพวกมันเป็นไบวาเลนต์เช่นกัน แต่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากกว่า ดังนั้นจึงออกแรงดึงโมเลกุลของน้ำมากขึ้น ทำให้ไม่สามารถผ่านเข้าไปในช่องได้ (แม้ว่า แมกนีเซียมเองมีขนาดเล็กกว่า) ดังนั้น Mg 2+ ไอออนจะปิดกั้นช่อง Ca 2+ เช่น (ช่อง NMDA) และแสดงให้เห็นว่ามีผลต่อช่องเชื่อมต่อช่องว่างที่สร้างไซแนปส์ทางไฟฟ้า

ส่วนก่อนหน้านี้ได้กล่าวถึงรายละเอียดเกี่ยวกับลักษณะทางเคมีและชีวเคมีของ Mg 2+ และการขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ส่วนนี้จะนำความรู้นี้ไปใช้กับแง่มุมต่างๆ ของสรีรวิทยาของพืชทั้งหมด เพื่อพยายามแสดงให้เห็นว่ากระบวนการเหล่านี้มีปฏิสัมพันธ์กับสภาพแวดล้อมที่ใหญ่และซับซ้อนมากขึ้นของสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์อย่างไร

ความต้องการทางโภชนาการและปฏิสัมพันธ์ แก้ไข

Mg 2+ เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของพืชและมีอยู่ในพืชที่สูงขึ้นในปริมาณตามลำดับ 80 ไมโครโมลกรัม −1 น้ำหนักแห้ง [4] ปริมาณของ Mg 2+ แตกต่างกันไปตามส่วนต่างๆ ของพืชและขึ้นอยู่กับสถานะทางโภชนาการ ในช่วงเวลาที่มีปริมาณมาก Mg 2+ ส่วนเกินอาจถูกเก็บไว้ในเซลล์หลอดเลือด (Stelzer และคณะ, 1990 [34] และในช่วงเวลาที่อดอาหาร Mg 2+ ถูกแจกจ่ายในพืชหลายชนิดตั้งแต่เก่าไปจนถึงใบใหม่ [4] [73]

Mg 2+ ถูกดูดซึมเข้าสู่พืชผ่านทางราก ปฏิกิริยากับไอออนบวกอื่นๆ ในไรโซสเฟียร์อาจมีผลอย่างมีนัยสำคัญต่อการดูดซับไอออน (Kurvits and Kirkby, 1980 [74] โครงสร้างของผนังเซลล์รากสามารถซึมผ่านน้ำและไอออนได้สูง ดังนั้นการดูดซึมไอออนเข้าสู่เซลล์รากสามารถ เกิดขึ้นได้ทุกที่ตั้งแต่รากขนไปจนถึงเซลล์ที่เกือบจะอยู่ตรงกลางราก (จำกัด โดยแถบแคสพาเรียนเท่านั้น) ผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ของพืชมีประจุลบจำนวนมาก และปฏิกิริยาของไพเพอร์กับประจุเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญในการ การดูดซึมของไอออนบวกโดยเซลล์รากทำให้เกิดผลเฉพาะที่ [75] Mg 2+ จับกับประจุเหล่านี้ได้ค่อนข้างอ่อนและสามารถถูกแทนที่โดยไอออนบวกอื่นๆ ซึ่งขัดขวางการดูดซึมและทำให้พืชขาดสารอาหาร

ภายในเซลล์พืชแต่ละเซลล์ ข้อกำหนด Mg 2+ ส่วนใหญ่จะเหมือนกับสำหรับชีวิตเซลล์ทั้งหมด Mg 2+ ถูกใช้เพื่อทำให้เยื่อหุ้มเซลล์เสถียร มีความสำคัญต่อการใช้ ATP เกี่ยวข้องอย่างกว้างขวางในชีวเคมีของกรดนิวคลีอิก และเป็นปัจจัยร่วมสำหรับ เอนไซม์หลายชนิด (รวมทั้งไรโบโซม) นอกจากนี้ Mg 2+ ยังเป็นไอออนประสานในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ มันคือการแบ่งส่วนภายในเซลล์ของ Mg 2+ ในเซลล์พืชที่นำไปสู่ความซับซ้อนเพิ่มเติม สี่ส่วนภายในเซลล์พืชได้รายงานการมีปฏิสัมพันธ์กับ Mg 2+ ในขั้นต้น Mg 2+ จะเข้าสู่เซลล์ในไซโตพลาสซึม (โดยระบบที่ยังไม่ระบุ) แต่ความเข้มข้นของ Mg 2+ ในช่องนี้จะถูกควบคุมอย่างเข้มงวดในระดับที่ค่อนข้างต่ำ (≈2 mmol/L) และดังนั้น Mg 2 ที่เกิน + ถูกส่งออกอย่างรวดเร็วหรือเก็บไว้ในช่องภายในเซลล์ที่สอง แวคิวโอล [76] ความต้องการ Mg 2+ ในไมโตคอนเดรียแสดงให้เห็นในยีสต์ [77] และดูเหมือนว่ามีแนวโน้มสูงที่จะนำไปใช้ในพืชเช่นเดียวกัน คลอโรพลาสต์ยังต้องการ Mg 2+ ภายในจำนวนมาก และไซโตพลาสซึม Mg 2+ ที่มีความเข้มข้นต่ำ [78] [79] นอกจากนี้ ดูเหมือนว่าออร์แกเนลล์ย่อยอื่นๆ (เช่น Golgi, เอนโดพลาสมิกเรติคูลัม ฯลฯ) ก็ต้องการ Mg 2+ ด้วย

การกระจายแมกนีเซียมไอออนภายในโรงงาน แก้ไข

เมื่ออยู่ในพื้นที่ไซโตพลาสซึมของเซลล์ราก Mg 2+ พร้อมกับไอออนบวกอื่น ๆ อาจถูกลำเลียงเข้าสู่ stele และเนื้อเยื่อหลอดเลือดในแนวรัศมี [80] จากเซลล์รอบๆ ไซเลม ไอออนจะถูกปล่อยหรือสูบเข้าไปในไซเลมและถูกพัดผ่านพืช ในกรณีของ Mg 2+ ซึ่งเคลื่อนที่ได้สูงทั้งในไซเลมและโฟลเอม [81] ไอออนจะถูกส่งไปยังส่วนบนสุดของพืชและกลับลงมาอีกครั้งในวงจรการเติมเต็มอย่างต่อเนื่อง ดังนั้น การดูดซึมและการปลดปล่อยจากเซลล์หลอดเลือดจึงน่าจะเป็นส่วนสำคัญของสภาวะสมดุลของพืช Mg 2+ ทั้งหมด รูปที่ 1 แสดงให้เห็นว่ามีกระบวนการน้อยเพียงใดที่เชื่อมโยงกับกลไกระดับโมเลกุลของพวกมัน

แผนภาพแสดงแผนผังของพืชและกระบวนการสมมุติของการขนส่ง Mg 2+ ที่รากและใบโดยที่ Mg 2+ ถูกโหลดและนำออกจากเนื้อเยื่อหลอดเลือด [4] Mg 2+ ถูกนำขึ้นสู่พื้นที่ผนังเซลล์ราก (1) และโต้ตอบกับประจุลบที่เกี่ยวข้องกับผนังเซลล์และเยื่อหุ้มเซลล์ Mg 2+ อาจถูกนำขึ้นสู่เซลล์ทันที (ทางเดินสมมาตร) หรืออาจเดินทางไกลถึงแถบแคสพาเรียน (4) ก่อนจะถูกดูดซึมเข้าสู่เซลล์ (ทางเดินที่ 2) ความเข้มข้นของ Mg 2+ ในเซลล์รากอาจถูกบัฟเฟอร์โดยการจัดเก็บในแวคิวโอลของเซลล์ราก (3) โปรดทราบว่าเซลล์ที่ปลายรากไม่มีแวคิวโอล เมื่ออยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์ราก Mg 2+ จะเคลื่อนที่ไปยังศูนย์กลางของรากโดยพลาสโมเดสมาตา ซึ่งจะถูกบรรจุเข้าไปในไซเลม (5) เพื่อขนส่งไปยังส่วนบนของพืช เมื่อ Mg 2+ ไปถึงใบ จะถูกขนออกจากไซเลมไปยังเซลล์ (6) และบัฟเฟอร์อีกครั้งในแวคิวโอล (7) ไม่ว่าการหมุนเวียนของ Mg 2+ ไปยัง phloem จะเกิดขึ้นผ่านเซลล์ทั่วไปในใบ (8) หรือจาก xylem ไปยัง phloem โดยตรงผ่านเซลล์ถ่ายโอน (9) หรือไม่ก็ตาม Mg 2+ อาจกลับคืนสู่รากในน้ำนมได้

เมื่อ Mg 2+ ไอออนถูกดูดซับโดยเซลล์ที่ต้องการสำหรับกระบวนการเมแทบอลิซึม โดยทั่วไปจะถือว่าไอออนอยู่ในเซลล์นั้นตราบเท่าที่เซลล์ทำงานอยู่ [4] ในเซลล์หลอดเลือด สิ่งนี้ไม่เสมอไปในช่วงเวลาที่มีปริมาณมาก Mg 2+ ถูกเก็บไว้ในแวคิวโอล ไม่มีส่วนร่วมในกระบวนการเผาผลาญในแต่ละวันของเซลล์ (Stelzer และคณะ, 1990) และออกเมื่อจำเป็น แต่สำหรับเซลล์ส่วนใหญ่ การเสียชีวิตจากความชราภาพหรือการบาดเจ็บที่ปล่อย Mg 2+ และองค์ประกอบไอออนิกอื่นๆ อีกจำนวนมาก ทำให้เกิดการรีไซเคิลไปยังส่วนที่แข็งแรงของพืช นอกจากนี้ เมื่อ Mg 2+ ในสภาพแวดล้อมจำกัด บางชนิดสามารถระดม Mg 2+ จากเนื้อเยื่อที่มีอายุมากกว่าได้ [73] กระบวนการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการปลดปล่อย Mg 2+ จากสถานะที่ถูกผูกมัดและเก็บไว้ และการลำเลียงกลับเข้าไปในเนื้อเยื่อหลอดเลือด ซึ่งสามารถกระจายไปยังส่วนอื่นๆ ของพืชได้ ในช่วงเวลาของการเจริญเติบโตและการพัฒนา Mg 2+ จะถูกนำกลับมาใช้ใหม่ภายในโรงงานเมื่อความสัมพันธ์ของแหล่งที่มาและอ่างล้างจานเปลี่ยนไป [4]

สภาวะสมดุลของ Mg 2+ ภายในเซลล์พืชเดี่ยวจะคงอยู่โดยกระบวนการที่เกิดขึ้นที่พลาสมาเมมเบรนและที่เมมเบรนแวคิวโอล (ดูรูปที่ 2) แรงผลักดันที่สำคัญสำหรับการเคลื่อนย้ายไอออนในเซลล์พืชคือ ΔpH [82] H + -ATPases ปั๊ม H + ไอออนเทียบกับระดับความเข้มข้นของพวกมัน เพื่อรักษาค่า pH ที่ต่างกันซึ่งสามารถใช้สำหรับการขนส่งไอออนและโมเลกุลอื่นๆ H + ไอออนถูกสูบออกจากไซโตพลาสซึมไปยังพื้นที่นอกเซลล์หรือเข้าไปในแวคิวโอล การป้อน Mg 2+ เข้าไปในเซลล์อาจเกิดขึ้นผ่านหนึ่งในสองวิถีทาง ผ่านช่องทางโดยใช้ ΔΨ (ภายในเชิงลบ) ผ่านเมมเบรนนี้หรือโดยสัมพันธ์กับ H + ไอออน ในการขนส่ง Mg 2+ ion ไปยัง vacuole ต้องใช้ Mg 2+ /H + antiport transporter (เช่น AtMHX) H + -ATPases ขึ้นอยู่กับ Mg 2+ (ผูกกับ ATP) สำหรับกิจกรรม ดังนั้น Mg 2+ จึงต้องรักษาสภาวะสมดุลของตัวเอง

แผนผังของเซลล์พืชแสดงขึ้นซึ่งรวมถึงส่วนสำคัญสี่ส่วนซึ่งปัจจุบันได้รับการยอมรับว่ามีปฏิสัมพันธ์กับ Mg 2+ H + -ATPases รักษาค่า ΔpH ให้คงที่ตลอดพลาสมาเมมเบรนและเมมเบรนแวคิวโอล Mg 2+ ถูกลำเลียงเข้าสู่แวคิวโอลโดยใช้พลังงาน ΔpH (in ก. ธาเลียนา โดย AtMHX) การขนส่ง Mg 2+ เข้าไปในเซลล์อาจใช้ค่าลบ ΔΨ หรือ ΔpH อย่างใดอย่างหนึ่ง การขนส่ง Mg 2+ ไปยังไมโตคอนเดรียอาจใช้ ΔΨ เช่นเดียวกับในไมโตคอนเดรียของยีสต์ และมีแนวโน้มว่าคลอโรพลาสต์ใช้ Mg 2+ โดยระบบที่คล้ายคลึงกัน ไม่ทราบกลไกและพื้นฐานของโมเลกุลสำหรับการปล่อย Mg 2+ จากแวคิวโอลและจากเซลล์ ในทำนองเดียวกัน การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ Mg 2+ ที่ควบคุมด้วยแสงในคลอโรพลาสต์ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่จำเป็นต้องมีการขนส่งของไอออน H + ผ่านเมมเบรนไทลาคอยด์

แมกนีเซียม คลอโรพลาสต์ และการสังเคราะห์ด้วยแสง

Mg 2+ เป็นไอออนของโลหะที่ประสานกันในโมเลกุลคลอโรฟิลล์ และในพืชที่มีไอออนในปริมาณมากประมาณ 6% ของ Mg 2+ ทั้งหมดจะถูกจับกับคลอโรฟิลล์ [4] [83] [84] Thylakoid stacking มีความเสถียรโดย Mg 2+ และมีความสำคัญต่อประสิทธิภาพของการสังเคราะห์ด้วยแสง ทำให้เกิดการเปลี่ยนเฟส [85]

Mg 2+ อาจถูกนำเข้าสู่คลอโรพลาสต์ในระดับสูงสุดในระหว่างการพัฒนาที่เกิดจากแสงจากโพรพลาสติดไปจนถึงคลอโรพลาสต์หรือเอทิโอพลาสต์ไปจนถึงคลอโรพลาสต์ ในช่วงเวลานี้ การสังเคราะห์คลอโรฟิลล์และการสร้างชีวภาพของกองเมมเบรนไทลาคอยด์จำเป็นต้องมีไอออนบวกไดวาเลนต์อย่างแน่นอน [86] [87]

Mg 2+ สามารถย้ายเข้าและออกจากคลอโรพลาสต์ได้หรือไม่หลังจากระยะการพัฒนาเริ่มแรกนี้ เป็นเรื่องของรายงานที่ขัดแย้งกันหลายฉบับ Deshaies และคณะ (1984) พบว่า Mg 2+ เคลื่อนเข้าและออกจากคลอโรพลาสต์ที่แยกได้จากต้นถั่วอ่อน [88] แต่ Gupta และ Berkowitz (1989) ไม่สามารถทำซ้ำผลลัพธ์โดยใช้คลอโรพลาสต์ผักโขมรุ่นเก่า [89] เดชาอีส และคณะ ได้ระบุไว้ในเอกสารของพวกเขาว่าคลอโรพลาสต์ในถั่วที่มีอายุมากกว่ามีการเปลี่ยนแปลงที่มีนัยสำคัญน้อยกว่าในเนื้อหา Mg 2+ กว่าที่ใช้ในการสรุปผล สัดส่วนสัมพัทธ์ของคลอโรพลาสต์ที่ยังไม่บรรลุนิติภาวะที่มีอยู่ในสารเตรียมอาจอธิบายข้อสังเกตเหล่านี้

สถานะการเผาผลาญของคลอโรพลาสต์เปลี่ยนแปลงอย่างมากระหว่างกลางคืนและกลางวัน ในระหว่างวัน คลอโรพลาสต์กำลังเก็บเกี่ยวพลังงานแสงอย่างแข็งขันและแปลงเป็นพลังงานเคมี การกระตุ้นวิถีเมแทบอลิซึมที่เกี่ยวข้องนั้นมาจากการเปลี่ยนแปลงลักษณะทางเคมีของสโตรมาเมื่อเติมแสง H + ถูกสูบออกจากสโตรมา (ทั้งในไซโตพลาสซึมและลูเมน) ซึ่งนำไปสู่ค่า pH ที่เป็นด่าง [90] [91] Mg 2+ (พร้อมกับ K + ) ถูกปล่อยออกมาจากลูเมนสู่สโตรมา ในกระบวนการอิเล็กโตรนิวตัลไลเซชันเพื่อสร้างสมดุลให้กับการไหลของ H + [92] [93] [94] [95] ในที่สุด กลุ่ม thiol บนเอนไซม์จะลดลงโดยการเปลี่ยนแปลงในสถานะรีดอกซ์ของสโตรมา [96] ตัวอย่างของเอนไซม์ที่ถูกกระตุ้นเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ได้แก่ ฟรุกโตส 1,6-บิสฟอสฟาเตส, เซโดเฮปทูโลส บิสฟอสฟาเตส และไรบูโลส-1,5-บิสฟอสเฟต คาร์บอกซิเลส [4] [53] [96] ในช่วงเวลาที่มืดมิด หากเอ็นไซม์เหล่านี้ทำงานอยู่ การหมุนเวียนของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นอย่างสิ้นเปลืองก็จะเกิดขึ้น

เอนไซม์หลักสองประเภทที่ทำปฏิกิริยากับ Mg 2+ ในสโตรมาระหว่างเฟสแสงสามารถระบุได้ [53] ประการแรก เอ็นไซม์ในวิถีไกลโคไลติกส่วนใหญ่มักมีปฏิสัมพันธ์กับสองอะตอมของ Mg 2+ อะตอมแรกทำหน้าที่เป็นโมดูเลเตอร์แบบ allosteric ของกิจกรรมของเอนไซม์ ในขณะที่อะตอมที่สองเป็นส่วนหนึ่งของแอคทีฟไซต์และเกี่ยวข้องโดยตรงในปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา เอ็นไซม์ประเภทที่สองรวมถึงเอ็นไซม์ที่ Mg 2+ ถูกทำให้เป็นสารประกอบเชิงซ้อนกับนิวคลีโอไทด์ได- และไตรฟอสเฟต (ADP และ ATP) และการเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนฟอสฟอริลMg 2+ อาจทำหน้าที่ในการบำรุงรักษาโครงสร้างในเอนไซม์เหล่านี้ (เช่น อีโนเลส)

ความเครียดแมกนีเซียมแก้ไข

การตอบสนองความเครียดของพืชสามารถสังเกตได้ในพืชที่มี Mg 2+ ไม่เพียงพอหรือมากเกินไป สัญญาณแรกที่สังเกตได้ของความเครียด Mg 2+ ในพืชสำหรับทั้งความอดอยากและความเป็นพิษคือภาวะซึมเศร้าของอัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง สันนิษฐานว่าเป็นเพราะความสัมพันธ์ที่แน่นแฟ้นระหว่าง Mg 2+ กับคลอโรพลาสต์/คลอโรฟิลล์ ในต้นสน แม้กระทั่งก่อนที่จะมีจุดสีเหลืองและเนื้อตายที่มองเห็นได้ ประสิทธิภาพการสังเคราะห์แสงของเข็มจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด [73] ในภาวะขาด Mg 2+ รายงานผลรอง ได้แก่ การไม่สามารถเคลื่อนที่ของคาร์โบไฮเดรต การสูญเสียการถอดรหัส RNA และการสูญเสียการสังเคราะห์โปรตีน [97] อย่างไรก็ตาม เนื่องจากการเคลื่อนที่ของ Mg 2+ ภายในพืช ฟีโนไทป์ของข้อบกพร่องอาจปรากฏเฉพาะในส่วนที่เก่ากว่าของพืชเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ใน Pinus radiata ที่อดอาหารด้วย Mg 2+ หนึ่งในสัญญาณบ่งชี้แรกสุดคือคลอโรซิสในเข็มที่กิ่งล่างของต้นไม้ นี่เป็นเพราะว่า Mg 2+ ได้รับการกู้คืนจากเนื้อเยื่อเหล่านี้และย้ายไปที่เข็ม (สีเขียว) ที่สูงขึ้นในต้นไม้ [73]

การขาด Mg 2+ อาจเกิดจากการขาดไอออนในตัวกลาง (ดิน) แต่โดยทั่วไปมักเกิดจากการยับยั้งการดูดซึม [4] Mg 2+ จับกลุ่มที่มีประจุลบในผนังเซลล์รากได้ค่อนข้างอ่อน ทำให้มีไอออนบวกอื่นๆ มากเกินไป เช่น K + , NH₄ + , Ca 2+ และ Mn 2+ สามารถขัดขวางการดูดซึมทั้งหมด (Kurvits and Kirkby, 1980 [74] ในดินที่เป็นกรด Al 3+ เป็นตัวยับยั้งการดูดซึม Mg 2+ อย่างแรง [98] [99] การยับยั้งโดย Al 3+ และ Mn 2+ นั้นรุนแรงเกินกว่าจะอธิบายได้ด้วยการกระจัดอย่างง่าย ดังนั้น จึงเป็นไปได้ที่ไอออนเหล่านี้จะจับกับระบบการดูดซึม Mg 2+ โดยตรง [4] ในแบคทีเรียและยีสต์ การจับโดย Mn 2+ ดังกล่าวมี มีการสังเกตการตอบสนองความเครียดในพืชเนื่องจากกระบวนการของเซลล์หยุดลงเนื่องจากขาด Mg 2+ (เช่น การบำรุงรักษา ΔpH ทั่วทั้งพลาสมาและเยื่อหุ้มแวคิวโอล) ใน Mg 2+ - พืชที่อดอาหารในสภาพแสงน้อย เปอร์เซ็นต์ของ Mg 2+ ที่จับกับคลอโรฟิลล์ถูกบันทึกไว้ที่ 50% [100] สันนิษฐานได้ว่าความไม่สมดุลนี้มีผลเสียต่อกระบวนการของเซลล์อื่นๆ

ความเครียดจากความเป็นพิษของ Mg 2+ นั้นยากกว่าที่จะพัฒนา เมื่อ Mg 2+ มีมาก โดยทั่วไปแล้วพืชจะเก็บไอออนและเก็บไว้ (Stelzer และคณะ, 1990). อย่างไรก็ตาม หากเกิดภาวะแห้งแล้งตามมา ความเข้มข้นของไอออนิกภายในเซลล์จะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ความเข้มข้นของไซโตพลาสซึม Mg 2+ สูงจะปิดกั้นช่อง K + ในเยื่อหุ้มเยื่อหุ้มชั้นในของคลอโรพลาสต์ ซึ่งจะยับยั้งการกำจัดไอออน H + ออกจากคลอโรพลาสต์สโตรมา สิ่งนี้นำไปสู่การทำให้เป็นกรดของสโตรมาที่ยับยั้งการทำงานของเอ็นไซม์หลักในการตรึงคาร์บอน ซึ่งทั้งหมดนี้นำไปสู่การผลิตอนุมูลอิสระออกซิเจนในคลอโรพลาสต์ซึ่งทำให้เกิดความเสียหายจากปฏิกิริยาออกซิเดชัน [11]

'การนำแคลเซียม' คืออะไร? - ชีววิทยา

หนึ่ง แผ่นดิสก์แบบอินเทอร์คาเรเตอร์ เป็นเยื่อสองชั้นที่แยกเซลล์ที่อยู่ติดกันในเส้นใยกล้ามเนื้อหัวใจ อินเตอร์คาเลต แผ่นดิสก์รองรับการหดตัวของเนื้อเยื่อหัวใจแบบซิงโครไนซ์ สามารถมองเห็นได้ง่ายโดยส่วนตามยาวของเนื้อเยื่อ
บทความเต็ม >>>

แง่มุมของหัวข้อ สอดแทรก-แผ่นดิสก์ มีการกล่าวถึงในสถานที่ต่อไปนี้ที่ Britannica สารพันอ้างอิง ระบบหัวใจและหลอดเลือด ( ในระบบหัวใจและหลอดเลือด (กายวิภาค ): ผนังของหัวใจ . ปริมาณเซลล์ ไมโตคอนเดรียครอบครองประมาณร้อยละ 25 และให้พลังงานที่จำเป็นสำหรับการหดตัว เพื่ออำนวยความสะดวกในการนำพลังงานและแคลเซียมในกล้ามเนื้อหัวใจ
บทความเต็ม >>>

คำสำคัญ: สอดแทรก แผ่น • kindlin-2 • cardiomyopathy • integrin . ดังนั้น สอดแทรก แผ่น รับรองการทำงานที่เหมาะสมของหัวใจอย่างมีประสิทธิภาพ
บทความเต็ม >>>

. ทางแยกเครื่องกลและไฟฟ้าที่ อินเตอร์คาเลต ดิสก์ . การกลายพันธุ์ของยีน ข้อบกพร่องใน อินเตอร์คาเลต ดิสก์ โปรตีนและภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ สูงสุด. บทนำ .
บทความเต็ม >>>

อินเตอร์คาเลต แผ่นดิสก์ ข้อมูลรวมถึงอาการ สาเหตุ โรค อาการ การรักษา และปัญหาทางการแพทย์และสุขภาพอื่นๆ
บทความเต็ม >>>

คืออะไร สอดแทรก ดิสก์? หมายความว่า สอดแทรก ดิสก์ ระยะทางการแพทย์ ทำอะไร. สอดแทรก. สอดแทรก ดิสก์. สอดแทรก ดิสก์. สอดแทรก .
บทความเต็ม >>>

คืออะไร อินเตอร์คาเลต แผ่นดิสก์? หมายความว่า อินเตอร์คาเลต แผ่นดิสก์ ระยะทางการแพทย์ ทำอะไร. สอดแทรก ดิสก์ (เปลี่ยนทางจาก อินเตอร์คาเลต แผ่นดิสก์) ยังพบใน: .
บทความเต็ม >>>

Myocyte สอดแทรก แผ่น วิเคราะห์โดยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องผ่านและ อินเตอร์คาเลต แผ่น ถูกถ่ายรูปครั้งแรก อินเตอร์คาเลต แผ่น ผลการวิจัย
บทความเต็ม >>>

2.3 อินเตอร์คาเลต แผ่น. 3 บทบาทของแคลเซียมในการหดตัว 4 การฟื้นฟูของ. ภายใต้กล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน an สอดแทรก แผ่นดิสก์ เส้นทางดูซับซ้อนมากขึ้น .
บทความเต็ม >>>

อินเตอร์คาเลต,แผ่นดิสก์,ชีววิทยา ,พจนานุกรมชีววิทยา,คำศัพท์ทางชีววิทยา,คำศัพท์ทางชีววิทยา,ตัวย่อทางชีววิทยา เข้าร่วมโดย สอดแทรก แผ่น ที่ถ่ายทอดแต่ละอย่าง
บทความเต็ม >>>

NS สอดแทรก แผ่นดิสก์ ของกล้ามเนื้อหัวใจของผู้ใหญ่ประกอบด้วยสามทางแยกหลัก นี่แสดงให้เห็นว่า สอดแทรก แผ่นดิสก์ อิ่มตัวด้วยโปรตีนแคดเธอรินใน
บทความเต็ม >>>

ภาพซ้อนของ สอดแทรก แผ่น ถูกติดตามด้วย IPlab Immunoblotting ของ สอดแทรก แผ่นดิสก์- โปรตีนที่เกี่ยวข้องใน. สอดแทรก แผ่นดิสก์ .
บทความเต็ม >>>

เน็กซัสใน สอดแทรก แผ่นดิสก์ ของหัวใจสุนัข: ข้อมูลเชิงปริมาณสำหรับ. ของเรดิโอโปแตสเซียมทั่ว สอดแทรก ดิสก์ ของกล้ามเนื้อหัวใจของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม .
บทความเต็ม >>>

วัตถุประสงค์ของ .คืออะไร สอดแทรก แผ่น ในกล้ามเนื้อหัวใจ ที่ an สอดแทรก แผ่นดิสก์เยื่อหุ้มเซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจสองเซลล์ที่อยู่ติดกันนั้นกว้างขวาง
บทความเต็ม >>>

คำจำกัดความทางการแพทย์สำหรับคำว่า 'สอดแทรก แผ่นดิสก์' . พจนานุกรมทางการแพทย์ - 'อินเตอร์คาเลต ดิสก์' วิธีค้นหา: . สอดแทรก แผ่นดิสก์. ประเภท: ระยะ. คำนิยาม: .
บทความเต็ม >>>

'การนำแคลเซียม' คืออะไร? - ชีววิทยา

Synaptic plasticity เป็นการเสริมหรืออ่อนตัวของ synapse เมื่อเวลาผ่านไปเพื่อตอบสนองต่อกิจกรรมที่เพิ่มขึ้นหรือลดลง การเปลี่ยนแปลงของพลาสติกยังเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงจำนวนตัวรับที่อยู่บนไซแนปส์ Synaptic plasticity เป็นพื้นฐานของการเรียนรู้และความจำ ทำให้ระบบประสาททำงานได้อย่างยืดหยุ่น Synaptic plasticity สามารถเป็นได้ทั้งระยะสั้น (การเพิ่มประสิทธิภาพ synaptic หรืออาการซึมเศร้า synaptic) หรือระยะยาว โดยเฉพาะอย่างยิ่ง กระบวนการสองขั้นตอน ได้แก่ การกระตุ้นระยะยาว (LTP) และภาวะซึมเศร้าในระยะยาว (LTD) เป็นรูปแบบที่สำคัญของความเป็นพลาสติก synaptic ที่เกิดขึ้นในไซแนปส์ในฮิบโปแคมปัส: บริเวณสมองที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บความทรงจำ

ศักยภาพในระยะยาวและภาวะซึมเศร้า: การป้อนแคลเซียมผ่านตัวรับ NMDA โพสซินแน็ปติกสามารถเริ่มต้นการเปลี่ยนแปลงของซินแนปติกได้สองรูปแบบ: โพเทนทิเอชันระยะยาว (LTP) และภาวะซึมเศร้าในระยะยาว (LTD) LTP เกิดขึ้นเมื่อไซแนปส์เดียวถูกกระตุ้นซ้ำๆ การกระตุ้นนี้ทำให้เกิดการเรียงซ้อนของเซลล์ที่ขึ้นกับแคลเซียมและ CaMKII ซึ่งส่งผลให้มีการแทรกตัวรับ AMPA เพิ่มเติมเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์โพสต์ไซแนปติก ครั้งต่อไปที่กลูตาเมตถูกปลดปล่อยออกจากเซลล์พรีไซแนปติก มันจะจับกับทั้ง NMDA และตัวรับ AMPA ที่ใส่เข้าไปใหม่ ซึ่งจะทำให้เมมเบรนแยกขั้วได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น LTD เกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลกลูตาเมตไม่กี่ตัวจับกับตัวรับ NMDA ที่ไซแนปส์ (เนื่องจากอัตราการยิงของเซลล์ประสาทพรีไซแนปติกต่ำ) แคลเซียมที่ไหลผ่านตัวรับ NMDA จะเริ่มต้นน้ำตกที่ขึ้นกับ calcineurin และโปรตีน phosphatase 1 ที่แตกต่างกัน ซึ่งส่งผลให้เกิด endocytosis ของตัวรับ AMPA สิ่งนี้ทำให้เซลล์ประสาท postsynaptic ตอบสนองต่อกลูตาเมตที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาท presynaptic น้อยลง

การเพิ่มประสิทธิภาพและภาวะซึมเศร้าในระยะสั้นของ Synaptic

ความเป็นพลาสติก synaptic ในระยะสั้นทำหน้าที่ในช่วงเวลาหลายสิบมิลลิวินาทีถึงสองสามนาที การเพิ่มประสิทธิภาพ synaptic ในระยะสั้นเป็นผลมาจากเทอร์มินัล synaptic จำนวนมากขึ้นซึ่งปล่อยเครื่องส่งสัญญาณเพื่อตอบสนองต่อศักยภาพการดำเนินการของ presynaptic ไซแนปส์จะแข็งแกร่งขึ้นในช่วงเวลาสั้นๆ เนื่องจากการเพิ่มขนาดของพูลที่พร้อมใช้งานของเครื่องส่งสัญญาณแบบบรรจุหีบห่อหรือการเพิ่มจำนวนของเครื่องส่งสัญญาณแบบบรรจุหีบห่อที่ปล่อยออกมาเพื่อตอบสนองต่อศักยภาพในการดำเนินการแต่ละอย่าง การพร่องของถุงน้ำที่ปล่อยออกได้ง่ายเหล่านี้ทำให้เกิดความล้าของซินแนปติก ภาวะซึมเศร้า synaptic ในระยะสั้นสามารถเกิดขึ้นได้จากกระบวนการหลังการสังเคราะห์และจากการกระตุ้นการป้อนกลับของตัวรับ presynaptic

ศักยภาพระยะยาว (LTP)

ศักยภาพระยะยาว (LTP) เป็นการเสริมความแข็งแกร่งอย่างต่อเนื่องของการเชื่อมต่อ synaptic ซึ่งสามารถคงอยู่นานหลายนาทีหรือหลายชั่วโมง LTP ขึ้นอยู่กับหลักการของ Hebbian: “ เซลล์ที่ยิงเข้าด้วยกัน ” มีกลไกหลายอย่างที่ไม่มีใครเข้าใจอย่างถ่องแท้ เบื้องหลังการเสริมความแข็งแกร่งของซินแนปติกที่เห็นได้ด้วย LTP

กลไกหนึ่งที่รู้จักเกี่ยวข้องกับตัวรับกลูตาเมต postsynaptic ประเภทหนึ่ง: ตัวรับ NMDA (N-Methyl-D-aspartate) ตัวรับเหล่านี้มักถูกบล็อกโดยแมกนีเซียมไอออน อย่างไรก็ตาม เมื่อเซลล์ประสาท postsynaptic ถูก depolarized โดยอินพุต presynaptic หลายตัวติดต่อกันอย่างรวดเร็ว (ไม่ว่าจะจากเซลล์ประสาทเดียวหรือหลายเซลล์) ไอออนของแมกนีเซียมจะถูกผลักออกและไอออน Ca 2+ จะผ่านเข้าไปในเซลล์ Postsynaptic ถัดไป ไอออน Ca 2+ ที่เข้าสู่เซลล์จะเริ่มต้นการส่งสัญญาณเรียงซ้อนที่ทำให้เกิดตัวรับกลูตาเมตชนิดอื่น ตัวรับ AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) ที่จะถูกแทรกเข้าไปในเยื่อหุ้มเซลล์ postsynaptic . ตัวรับ AMPA ที่เปิดใช้งานช่วยให้ไอออนบวกเข้าสู่เซลล์ได้

ดังนั้นในครั้งต่อไปที่กลูตาเมตถูกปลดปล่อยออกจากเยื่อหุ้มเซลล์พรีไซแนปติก มันจะมีผลกระตุ้นที่ใหญ่ขึ้น (EPSP) ในเซลล์โพสซินแนปติก เนื่องจากการจับกลูตาเมตกับตัวรับ AMPA เหล่านี้จะช่วยให้ไอออนบวกเข้าสู่เซลล์ได้มากขึ้น การแทรกตัวรับ AMPA เพิ่มเติมช่วยเสริมความแข็งแกร่งให้กับไซแนปส์เพื่อให้เซลล์ประสาท postsynaptic มีแนวโน้มที่จะยิงเพื่อตอบสนองต่อการปลดปล่อยสารสื่อประสาท presynaptic ยาบางตัวร่วมเลือกใช้เส้นทาง LTP การเสริมความแข็งแกร่งของซินแนปติกนี้สามารถนำไปสู่การเสพติดได้

ภาวะซึมเศร้าระยะยาว (LTD)

ภาวะซึมเศร้าในระยะยาว (LTD) เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับ LTP โดยพื้นฐานแล้วมันคือความอ่อนแอในระยะยาวของการเชื่อมต่อ synaptic กลไกหนึ่งที่ทราบว่าทำให้เกิด LTD ยังเกี่ยวข้องกับตัวรับ AMPA ในสถานการณ์นี้ แคลเซียมที่เข้าสู่ตัวรับ NMDA จะเริ่มต้นการส่งสัญญาณแบบเรียงซ้อน ซึ่งส่งผลให้มีการกำจัดตัวรับ AMPA ออกจากเมมเบรน Postsynaptic ด้วยการลดลงของตัวรับ AMPA ในเยื่อหุ้มเซลล์ เซลล์ประสาท postsynaptic จะตอบสนองต่อกลูตาเมตที่ปล่อยออกมาจากเซลล์ประสาทพรีไซแนปติกน้อยลง แม้ว่าจะดูเหมือนขัดกับสัญชาตญาณ แต่ LTD อาจมีความสำคัญต่อการเรียนรู้และความจำพอๆ กับ LTP การอ่อนแรงและการตัดแต่งกิ่งของไซแนปส์ที่ไม่ได้ใช้จะตัดการเชื่อมต่อที่ไม่สำคัญ เหลือเพียงการเชื่อมต่อที่สำคัญเท่านั้นที่เสริมความแข็งแกร่งด้วยศักยภาพในระยะยาว