第119章 钙磷之邪（1/2）

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强：钙结合蛋白在内质网之外还能发挥作用吗？

梦：是的，钙调蛋白广泛存在于细胞中，参与细胞内的信号转导，调节酶活性、调节细胞骨架、调节离子通道、还参与基因表达调控。钙调蛋白的作用就像一个变压器，能够增加或降低钙离子的作用，然后与蛋白质中的氨基或磷酸基结合，进而改变蛋白质的性质。许多酶的活性受钙调蛋白的调控，形成“钙-钙调蛋白”复合物，能够激活多种蛋白激酶。钙调蛋白还能调节一些磷酸酶的活性，如钙调神经磷酸酶，能够使活化t细胞核因子去磷酸化，使其进入细胞核，启动相关基因的转录，参与免疫细胞的活化和免疫应答。

强：钙调蛋白对神经起作用吗？

梦：是的。我们知道中枢神经由神经元组成，神经元细胞内部由神经纤维组成，而神经纤维又是由微丝和微管组成。神经细胞内也有钙调蛋白酶，被钙离子激活后能将“微管稳定蛋白”从微管上切除。而“微管稳定蛋白”能促进微管组装并抑制解聚，“微管稳定蛋白”被切除后导致微管稳定性下降。当大脑神经元的微管稳定性大面积破坏，神经通路被打断，会影响大脑的意识结构，当意识结构失衡就会形成“老年痴呆”。微管是a\/β-微管蛋白二聚体螺旋形成管状结构，“微管解聚蛋白”能抑制二聚体加螺旋，“微管解聚蛋白”需要钙调蛋白的激活才能发挥作用。我们知道加螺旋由磷酸基提供的，当磷酸化充足就能抑制解聚蛋白的干扰，使微管更加稳定。钙调蛋白对微管稳定性是负向效果的，而细胞具有流动性，正是由钙调蛋白与“微管解聚蛋白”共同来完成的。所以钙离子和钙调蛋白的过量就会加剧细胞骨架分解，形成气虚；而钙离子和钙调蛋白不足，则微管不分解导致细胞的流动性降低，产生应激和炎症反应。

强：在细胞内，我怎么感觉“钙离子”成了细胞平衡的中庸代表。钙多了不行，少了也不行。

梦：是的。血液平衡看镁离子，细胞内平衡看钙离子。在细胞内，钙离子又是磷酸化的钥匙，正常的钙离子浓度才能促进微管的稳定。所以，无论细胞还是神经，都不能没有钙离子，也不能过量，平衡稳定才是最好的。

强：细胞内许多时候，钙调蛋白与蛋白激酶联合发挥作用，这是为什么？

梦：Atp水解能短时间内释放能量，而许多生理功能和生理反应不需要剧烈而短暂的能量供应，相反需要温而持续的能量条件。这时就要需要将Atp的能量释放进行转化，就像手机充电时将高压的交流电转化为低压的直流电，而钙调蛋白与蛋白激酶联合的作用就是变压作用，将Atp能量缓慢、稳定地释放出来。比如肌肉的运动，在日常的普通活动中，举手投足的动作只需肌肉缓和的收缩和舒张即可，这时的Atp能量供应也是缓慢的。只有需要爆发力的剧烈运动，才需要Atp在短时间内供应大量能量，引发肌球蛋白和肌动蛋白的全速运动。

强：钙调蛋白与蛋白激酶联合作用的原理是什么？

梦：Atp就像一个发条，可以将螺旋磁场传递蛋白质完成生化反应。如果Atp的发条直接传给目标蛋白，就像爆发力一次性释放。如果想要钟表发条那样长时间发挥作用，就需要钙调蛋白和蛋白激酶作为中间的齿轮传输能量。蛋白激酶是催化“磷酸化”的酶，能将Atp末端的磷酸基团转移到底物蛋白的特定氨基酸残基上，完成磷酸化，磷酸化的过程就是加旋的过程。还是比喻吧，蛋白激酶就像一个“齿轮变速箱”，能调节Atp发条释放的强度，用合适的能量功率与目标蛋白对接。而钙调蛋白就像“离合器”，能让能量输出端与能量接收端在缓冲条件下安全结合。

强：钙调蛋白是如何发挥“离合器”作用的？

梦：钙调蛋白本身无酶活性，需要与ca2?结合触发构象变化，暴露疏水结合位点。钙调蛋白含有4个EF手型结构域，每个结构域可结合1个ca2?，结合后形成刚性螺旋-环-螺旋结构，使蛋白从 “闭合态” 转为 “开放态”，暴露出与靶蛋白结合的区域。钙调蛋白的螺旋环螺旋结构能发挥缓冲卸力的效果，为磷酸化加旋提供条件。钙调蛋白除了能为负曲率提供“离合器”作用，如蛋白激酶、钙调磷酸酶、腺苷酸环化酶与磷酸二酯酶，还能为正曲率提供“离合器”作用，如一氧化氮合酶。钙调蛋白的作用严重依赖细胞内的ca2?浓度变化，浓度过低或过高都会影响其机械缓冲的作用。

强：为什么细胞内的马达蛋白没有你说的钙调蛋白与蛋白激酶的转化，能直接利用Atp？

梦：因为在马达蛋白自身就具有Atp的酶活性，其结构中具有类似“离合器”和“变速箱”的功能，相当于“自动挡”。而一般的蛋白质中没有Atp酶活性，则需要钙离子和蛋白激酶的催化，相当于“手动挡”。

强：钙浓度是如何影响钙调蛋白的？

梦：钙调蛋白的有效结构是螺旋环螺旋，属于负曲率结构，当钙离子浓度低于纳摩尔级别10-7mol\/L时，钙离子的作用微乎其微，螺旋环螺旋结构卷曲隐藏在内部，钙调蛋白的作用失效。当钙离子浓度在微摩尔级别10-6至10-5mol\/L时，钙离子的正曲率使钙调蛋白逐步解旋，随浓度变化依次露出1~4个钙结合点位，形成4个档位，钙离子集合越多，对蛋白激酶的作用越大。当钙离子浓度高于10-6mol\/L时，钙调蛋白的4个档位已经全部露出，再高的钙浓度也不能再提升钙调蛋白的效率。反而钙离子的负面作用开始凸显，钙离子开始争夺镁离子的位点。所以细胞内需要正常的钙浓度，高钙和低钙都是有害的。

强：我知道了，许多时候Atp的利用都需要钙的协助，而吸收钙离子的钙泵又需要消耗Atp，在细胞内钙离子与Atp就是一对互助互利的朋友。而在细胞外，钙离子与磷酸根的形式是磷酸根，二者又成为互相影响的冤家。

梦：就是这样。在生命的各处都离不开钙与磷的作用，除了能量代谢，钙磷结合在骨骼和牙齿中是骨基质的羟基磷灰石，赋予硬度和强度；在血液中是磷酸钙，参与血液的凝固作用，当身体出现伤口时，协助血小板凝血，防止出血过多；在细胞内钙和磷作为第二信使，参与调节多种细胞功能和信号传导通路；钙离子和磷酸氢根还参与酸碱平衡调节，调节血液和尿液的酸碱度。

强：牙齿的成分是什么，为什么与骨骼在外观上不同？

梦：牙齿由无机物、有机物和水组成。牙齿的无机物成分主要是羟基磷灰石晶体，与骨骼是相同的，赋予牙齿坚硬的质地和良好的抗压能力，能够承受咀嚼食物时产生的较大压力。除了羟基磷灰石，牙齿中还含有少量的氟、镁、钠、钾等物质。牙齿外观看起来与骨骼不同，是因为牙齿表面的牙釉质，牙釉质是氟与牙齿表面的羟基磷灰石结合，形成更稳定、更耐酸的氟磷灰石，使牙齿在酸性环境中更不容易被腐蚀，从而有效预防龋齿的发生。牙齿中的无机物作用与骨骼相同，主要为胶原蛋白、蛋白多糖和非胶原蛋白，为无机物的沉积提供了支撑结构，使牙齿具有一定的韧性和弹性，能够抵抗咀嚼时的冲击力。

强：如果同时缺钙、缺磷会产生什么病症呢？

梦：僵尸同时缺钙、缺磷会对骨骼、肌肉、神经系统等产生不良影响。儿童生长发育迅速，对钙、磷的需求量较大，同时缺钙、缺磷会患儿童佝偻病。成年人长期钙、磷缺乏会患骨软化症，骨组织中的矿物质不断被动员出来以维持血钙、血磷的稳定，导致骨密度降低、骨组织软化。患者常出现骨痛，以腰背部、骨盆、下肢等部位较为明显，疼痛可在活动或负重时加重，严重时可导致骨骼畸形和骨折，属于常见的老年病。钙、磷是维持骨骼强度和密度的重要元素，缺乏钙磷还会导致骨质疏松症，骨骼脆性增加，容易发生骨折，轻微的外力如咳嗽、弯腰、摔倒等都可能引发骨折。

强：儿童佝偻病具体是什么症状？

梦：同时缺钙和缺磷导致骨基质不能正常矿化，骨骼变软、变形。患儿可能出现颅骨软化、方颅、鸡胸、漏斗胸、o 型腿或 x 型腿等骨骼畸形，还会影响牙齿的发育，导致出牙延迟、牙釉质发育不良等问题。

强：什么是方颅？

梦：方颅是指小儿的头颅额部前凸，颞部向两侧凸出，头顶部扁平呈方形，形似 “方盒”。僵尸民间有个“寿星佬”的大额头形象，就是方颅成年后面貌。主要是由于维生素 d 缺乏，导致钙、磷代谢紊乱，使得颅骨的骨化障碍。在生长发育过程中，颅骨的生长速度较快，而缺乏足够的钙、磷等矿物质来沉积和钙化，就会引起颅骨的异常发育，形成方颅。具体来说，额骨和顶骨的双侧骨膜下骨样组织增生，导致额骨和顶骨逐渐隆起，形成方颅的外观。除了方颅外，患有佝偻病的小儿还可能出现多汗、夜惊、烦躁不安等症状。由于多汗，小儿头部经常与枕头摩擦，还会出现枕秃现象。严重的佝偻病还可能导致骨骼其他部位的畸形，如鸡胸、漏斗胸。

强：什么是鸡胸、漏斗胸？

梦：鸡胸是指胸骨向前突出，两侧肋骨向下、向内倾斜，使胸廓前后径增大，形似鸡的胸脯，故而得名，鸡胸可分为对称性鸡胸和非对称性鸡胸。在生长发育过程中，肋骨的生长速度过快，而胸骨的生长相对滞后，加之膈肌附着点的牵拉作用，使得胸骨向前突出。漏斗胸是指胸骨中下部向后凹陷，两侧肋骨向内凹陷，形成一个漏斗状的畸形。漏斗胸的凹陷程度不一，轻者对心肺功能影响较小，重者凹陷可深达 3 - 4 厘米，甚至更深，可压迫心脏和肺部，导致心肺功能受损。漏斗胸多在子宫内的胎儿期发育异常、肋骨和肋软骨的发育不均衡、膈肌发育异常导致，也有肋骨和肋软骨后天发育异常形成漏斗胸。严重的漏斗胸会压迫心脏和肺部，导致心肺功能障碍。心脏受压可影响心脏的正常舒张和收缩功能，导致心输出量减少。严重的鸡胸和漏斗胸都会对肺部挤压，限制肺部的扩张，影响气体交换，使患儿容易出现反复呼吸道感染、活动耐力下降等症状。

强：驼背与缺钙、缺磷有关系吗？