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鈣是人體內(nèi)最重要的元素之一，參與一切生命活動(dòng)過(guò)程，維系著細(xì)胞的生理功能。鈣主要是以離子形式發(fā)揮作用，其作用方式類似于激素的第二信使，因此有人稱之為“生物學(xué)信使”。血漿中的鈣離子濃度雖然比細(xì)胞內(nèi)高千倍以上，但比起骨骼和其他組織來(lái)說(shuō)，還會(huì)很少的。但它存在于身體各部分，是調(diào)節(jié)體內(nèi)鈣濃度的重要因素之一。就是這些鈣離子，通過(guò)平衡細(xì)胞內(nèi)鈣離子水平，在細(xì)胞中發(fā)揮著重要的作用。它維持了神經(jīng)、肌肉、凝血機(jī)制，并在神經(jīng)機(jī)制和激素的釋放等生理功能方面發(fā)揮著重要作用，與細(xì)胞的受精等作用也有著密切關(guān)系。

Fluo-3, AM ester是一種可以穿透細(xì)胞膜的熒光染料。Fluo-3, AM ester 進(jìn)入細(xì)胞后可以被細(xì)胞內(nèi)源性酯酶剪切形成Fluo-3，從而被滯留在細(xì)胞內(nèi)。Fluo-3可以和鈣離子結(jié)合，結(jié)合鈣離子后可以產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光，最大激發(fā)波長(zhǎng)為506 nm， 最大發(fā)射波長(zhǎng)為526 nm。

Fluo-4 是一種將 Fluo-3 結(jié)構(gòu)中的 Cl 替換成 F 的鈣熒光探針。由于將 Cl 替換成了電子吸引力更強(qiáng)的F，它的最大激發(fā)波長(zhǎng)會(huì)向短波長(zhǎng)處偏離 10 nm 左右。這個(gè)波長(zhǎng)更接近于氬激光器的波長(zhǎng)，所以用氬激光器激發(fā)時(shí)，F(xiàn)luo-4的熒光強(qiáng)度比 Fluo-3 強(qiáng)一倍。

Fluo-4, AM 穿透細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞后被細(xì)胞內(nèi)的酯酶剪切形成 Fluo-4，從而被滯留在細(xì)胞內(nèi)，F(xiàn)luo-4 以游離配體形式存在時(shí)幾乎是非熒光性的，但是當(dāng)它與細(xì)胞內(nèi)鈣離子結(jié)合后可以產(chǎn)生較強(qiáng)的熒光，最大激發(fā)波長(zhǎng)為 494nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)為 516nm。可以使用激光共聚焦顯微鏡或流式細(xì)胞儀檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度的變化。

鎂（Mg）是地球上最豐富的元素之一，是哺乳動(dòng)物體內(nèi)主要的細(xì)胞內(nèi)陽(yáng)離子之一。鎂在350多種酶中發(fā)揮關(guān)鍵作用，主要作為能量依賴性活動(dòng)中的Mg-ATP復(fù)合物。

鎂（包括Mg-ATP）幾乎涉及體內(nèi)發(fā)生的每一個(gè)代謝過(guò)程，包括主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，如鈉鉀ATP酶泵和細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)，cAMP在蛋白質(zhì)磷酸化等。鎂參與RNA和DNA合成的多個(gè)步驟，它還在DNA、細(xì)胞膜和染色體中發(fā)揮結(jié)構(gòu)作用。鎂在許多參與蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪酸代謝的酶中起著關(guān)鍵作用，包括：氨基酸轉(zhuǎn)氨酶、丙酮酸脫氫酶和Δ-6去飽和酶等等。鎂是甲基化和硫氨基酸代謝中的關(guān)鍵輔助因子，因此參與谷胱甘肽和S-腺苷甲硫氨酸的生產(chǎn)。從維生素B1、B2、B3與泛酸中形成活性輔助因子也需要鎂。

鎂通常被認(rèn)為是現(xiàn)代飲食中最為缺乏的元素之一。據(jù)估計(jì)，美國(guó)有40％的人口鎂含量低到足以增加包括骨質(zhì)疏松癥在內(nèi)的退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)。鎂缺乏癥涉及在美國(guó)主要死亡原因的發(fā)病機(jī)制。鎂攝入量與兒童胰島素敏感性的改善直接相關(guān)，且呈負(fù)相關(guān)。由于鎂參與其他離子的主動(dòng)運(yùn)輸，因此電解質(zhì)的不平衡通常與鎂缺乏有關(guān)。

低鎂血癥可能偽裝成難治性低鉀血癥，在這種情況下，由于鎂不足導(dǎo)致活性轉(zhuǎn)運(yùn)受損，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鉀水平降低和腎臟鉀吸收減少。在這些情況下，鎂缺乏通常表現(xiàn)為心血管和神經(jīng)肌肉癥狀，包括心律失常、高血壓和手足抽搐等。鎂的抗高血壓作用也可能與其參與將鈣移出細(xì)胞，使平滑肌擴(kuò)張有關(guān)。此外，鎂能夠結(jié)合鈣調(diào)蛋白并調(diào)節(jié)鈣信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。鎂的毒性很罕見(jiàn)，通常來(lái)自醫(yī)源性。

Mag-Fura-2 是解離常數(shù)為 1.9 mM的 UV-易感性鎂離子熒光指示劑。與 Fura-2 相似，Mag-Fura-2 激發(fā)波長(zhǎng)發(fā)生從 369 nm 到 330 nm 的藍(lán)移。Mag-Fura-2 也可響應(yīng) Ca 2+ ，但解離常數(shù)低于 Fura-2 。Mag-Fura-2 主要用于檢測(cè)高瞬態(tài)的鈣峰值時(shí)的鈣濃度。Mag-Fura-2/四鈉鹽可以通過(guò)顯微注射細(xì)胞或劃痕標(biāo)記進(jìn)入細(xì)胞。

氯離子作為人體內(nèi)主要的陰離子，在維持細(xì)胞內(nèi)外滲透壓，酸堿平衡和水容量等多方面有重要的作用。

1、維持細(xì)胞外液的容量與滲透壓。氯離子是細(xì)胞外液中含量最多的陰離子，與鈉離子一起占維持滲透壓總離子數(shù)的80％左右，調(diào)節(jié)細(xì)胞外液容量和維持滲透壓。

2、維持體液酸堿平衡。人體維持體內(nèi)酸堿平衡狀態(tài)有賴于體內(nèi)的離子緩沖系統(tǒng)的緩沖作用和神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用。在血漿中，碳酸鹽和二氧化碳是最主要的緩沖對(duì)，起最主要作用，氯離子濃度變化時(shí)，細(xì)胞外液中的碳酸鹽的濃度也隨之變化。補(bǔ)充氯離子可以校正由疾病或利尿劑引起的代謝性堿中毒。

3、參與血液二氧化碳運(yùn)輸。氯轉(zhuǎn)移是機(jī)體二氧化碳運(yùn)輸?shù)囊粋€(gè)重要環(huán)節(jié)。氯離子通過(guò)影響血漿中碳酸氫根的濃度，調(diào)節(jié)血液中二氧化碳輸送至肺部排出體外。

4、其他作用。氯參與胃酸的形成，胃酸能激活胃蛋白酶原，促進(jìn)維生素B12和鐵的吸收，幫助消化食物；激活唾液淀粉酶分解食物中的淀粉；抑制隨食物進(jìn)入胃的微生物的生長(zhǎng)；氯也可刺激肝功能，促使肝中有毒廢物排出。

MQAE 是目前應(yīng)用最廣泛的新型氯離子熒光探針。與SPQ （一種典型的氯離子指示劑，Ksv= 118 M-1 ）相比，MQAE對(duì)氯離子更敏感（Ksv= 200 M-1），并且熒光量子產(chǎn)率也更高。MQAE 以溴離子為配對(duì)陰離子，最大激發(fā)波長(zhǎng)約為 350 nm，最大發(fā)射波長(zhǎng)約為460 nm。當(dāng)氯離子濃度升高時(shí)，MQAE的熒光強(qiáng)度隨著氯離子濃度的增加而成比例地減少。在氯離子濃度低于50 mM時(shí)，MQAE 的熒光強(qiáng)度幾乎不受pH變化的影響。