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乙酰膽堿
調控生殖機能的神經遞質
基本信息
| 中文名 | 乙酰膽堿 |
| 外文名 | ACh, acetylcholine |
| 別名 | ACh AcCh |
| 化學式 | CH3COOCH2CH2N+（CH3）3 |
| 外觀 | 神經遞質之一 |
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簡介
乙酰膽堿的認識
1914年，Ewins在麥角菌中發(fā)現(xiàn)了乙酰膽堿，這是首次在非神經細胞中發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿的報道。隨后，人們陸續(xù)在多種細菌、真菌、低等植物和高等植物中發(fā)現(xiàn)了乙酰膽堿及其相關的酶和受體。隨著膽堿能系統(tǒng)在植物中的發(fā)現(xiàn)和研究的深入，人們似乎有望在分子水平發(fā)現(xiàn)動植物間的又一相似性，因而植物學家抱著極大的熱情投入了這方面的研究。但是由于當時研究手段的限制、對動植物之間的差別認識不足，以及某些研究在其它的實驗室難以重復的緣故，使得植物乙酰膽堿的研究多處于零星的、非系統(tǒng)的狀態(tài)，研究的深度和廣度遠遠無法與動物相比。尚未對其在植物中的作用機理提出一個合理的解釋。近年來，我們和國外其它幾家實驗室重新開展了乙酰膽堿在植物體內的生理作用和作用機理的研究，為揭示植物乙酰膽堿的作用機理提供了新的線索。
作用
植物生理過程
種子萌發(fā)
乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與調控某些植物的種子萌發(fā)和幼苗早期生長，乙酰膽堿影響這些生理過程的機理可能涉及調控儲藏物從下胚軸向植物快速生長部位的調運。乙酰膽堿對需光種子萌發(fā)的影響的研究有許多矛盾的報道。Tretyn等在研究乙酰膽堿及其類似物、乙酰膽堿酯酶抑制劑對不同光周期植物種子萌發(fā)的影響中發(fā)現(xiàn)，無論在光下還是在黑暗中這些化合物對光不敏感植物的種子萌發(fā)都沒有影響。但在光下可以促進需光種子萌發(fā)，而在暗中則沒有作用。對于不需光種子，乙酰膽堿抑制其在光下的萌發(fā)，乙酰膽堿類似物膽堿對上述過程則無影響。由于乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶在種子中廣泛存在，因而有理由推測乙酰膽堿參與調控種子的萌發(fā)，調控的機理可能涉及光對種子中乙酰膽堿酯酶活性的抑制。
生長
乙酰膽堿對于生長的影響因實驗條件的不同，植物種類或同一植物不同組織而異。乙酰膽堿可以模擬紅光的作用抑制大豆側根的發(fā)育，還可以引起小麥幼苗生長和干重的增加。在離體組織中，乙酰膽堿可以刺激燕麥胚芽鞘和黃瓜下胚軸的伸長以及綠豆下胚軸的生長，刺激蠶豆下胚軸的生長而抑制其上胚軸的生長。總之，乙酰膽堿對植物生理過程的影響與所利用的組織及實驗條件密切相關，其最大效應在pH酸性區(qū)。
成花作用
乙酰膽堿可以模擬紅光的作用，抑制遠紅光刺激的過氧化物酶活性升高，從而使菠菜能在非誘導條件下開花。乙酰膽堿可以抑制連續(xù)光照條件下（24 h光照/0 h黑暗）長日浮萍G1的成花和刺激非誘導的短日條件下短日浮萍Torr的成花。阿托品可以抑制連續(xù)光照下生長的青萍G3成花而管箭毒則無作用，說明乙酰膽堿對成花的誘導作用可能是通過質膜上的類毒蕈堿型受體介導的。乙酰膽堿對成花的誘導作用還可能與它調控的膜對離子的通透性有關。光周期誘導的成花作用涉及到葉片膜電勢的改變，乙酰膽堿還可能通過影響膜電勢而參與成花誘導。
呼吸作用
乙酰膽堿可引起根尖細胞耗氧速率的增加。Jaffe以游離的線粒體為材料得到的結果已證實了這一點。伴隨著氧的消耗，組織中ATP的水平下降10倍，自由磷水平升高14倍。乙酰膽堿的這種作用可能是其使呼吸的電子傳遞鏈與氧化磷酸化解偶聯(lián)所造成。根據(jù)這些實驗結果，Jaffe提出了乙酰膽堿對大豆根尖細胞的作用模式，即當胞間乙酰膽堿濃度升高時，乙酰膽堿到達其作用的靶部位，隨后是分泌質子，氧的消耗和ATP水解增加，而這些過程均與膜對陽離子通透性的增加相關連。
光合作用
乙酰膽堿可以在不影響電子傳遞的情況下使葉綠體中的ATP合成下降80%以上。另外，濃度低于0.1 mmol的乙酰膽堿可以刺激非環(huán)式光合磷酸化的進行，而濃度大于0.1 mmol時非環(huán)式光合磷酸化則受抑制。在這兩種情況下，乙酰膽堿并不影響NADP+的還原。新斯的明（neostigmine）可以抑制ATP的合成，但不影響電子從水到細胞色素f或NADP+的傳遞。毒蕈堿和阿托品同樣可以抑制NADP+的還原和非環(huán)式光合磷酸化。
棚田效應
紅光促使黃化的綠豆和大麥根尖吸附到帶負電的玻璃杯內壁上，而遠紅光則使根尖脫離杯壁釋放到溶液中。這種現(xiàn)象稱為棚田效應（tanada effect）。在黑暗中乙酰膽堿可以使離體的大豆根尖吸附到帶負電的玻璃杯內壁上，并阻止遠紅光引起的根尖脫離杯壁，乙酰膽堿酯酶抑制劑毒扁豆堿（eserine）增加組織對乙酰膽堿的敏感性。這些說明內源乙酰膽堿可能在這一生理過程中有控制作用。
葉片運動
Jaffe提出乙酰膽堿可能調控含羞草葉片的運動。紫花大翼豆是一種常用的牧草，在強光照下其葉片可以下垂以避免高光強對葉片的直接傷害。據(jù)報道，強光下來源于熱帶的品種比來自溫帶品種的葉片下垂快，光強減弱后下垂狀態(tài)恢復更快。測定此種植物葉褥組織中乙酰膽堿的結果表明，乙酰膽堿水平的變化與葉片的狀態(tài)密切相關。來源于熱帶品種的含量和變化幅度更大，外施乙酰膽堿可以使其從下垂狀態(tài)中恢復。進一步研究的結果顯示，葉片中乙酰膽堿水平的變化是由乙酰膽堿酯酶控制的，而乙酰膽堿酯酶主要分布于維管束的周圍，因而推測乙酰膽堿可能通過影響離子進出維管束，進而影響水分的進出最終實現(xiàn)葉片運動的調控。
通透性
乙酰膽堿可以刺激質子從大豆根尖細胞流出，誘導菠菜葉片膜電勢的變化，抑制藍光誘導的大豆下胚軸彎鉤膜電勢的超極化及該組織對鉀的吸收，這些過程都涉及乙酰膽堿對膜透性的調節(jié)。
除了影響上述過程外，乙酰膽堿還可以影響組織對鈣離子的吸收。Tretyn發(fā)現(xiàn)乙酰膽堿可以刺激黃化燕麥胚芽鞘對鈣離子的吸收。乙酰膽堿酯酶的抑制劑可以增加組織對乙酰膽堿的敏感性；鈣通道的抑制劑可以抑制乙酰膽堿刺激的鈣吸收的增加。這些結果表明乙酰膽堿參與調控植物的鈣通道。
參與相互作用
參與植物與植物以及細胞與細胞之間的相互作用
在一個生態(tài)環(huán)境中，植物與植物之間以及植物與其他生物之間常常表現(xiàn)出相互作用的關系。這種相互作用可以是促進性的也可以是抑制性的，即表現(xiàn)為相生相克的關系。乙酰膽堿酯酶存在于根瘤菌感染大豆所形成的根瘤中，而且乙酰膽堿酯酶的最大活性與根瘤對氮的最大同化期相一致，推測乙酰膽堿及其酯酶在根瘤菌和寄主植物間的相互作用中起一定作用。乙酰膽堿酯酶還存在于地衣的葉狀體中，而且主要分布于組成地衣的真菌和藻類兩種生物的界面。在其粉芽（soredia）產生孢子過程中，乙酰膽堿酯酶活性增加，而且酶活性集中分布在接觸區(qū)。乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶參與地衣這種生物間相互作用的機理可能是通過調控膜對離子的通透性，并介導環(huán)境中光對地衣生殖影響而實現(xiàn)的 乙酰膽堿及乙酰膽堿酯酶還可能參與花粉與柱頭間的識別作用。在裂葉牽牛中乙酰膽堿酯酶主要分布在雌蕊柱頭的表面，還存在于花粉粒和花粉管的尖端。乙酰膽堿的激活劑和拮抗劑以及乙酰膽堿酯酶的抑制劑均可以影響某些植物的花粉萌發(fā)和花粉管伸長。因此推測乙酰膽堿和乙酰膽堿酯酶可能參與植物柱頭和花粉間的相互作用。
信號轉導
原生質體膨脹 紅光可以刺激黃化小麥葉肉細胞原生質體體積膨脹，這種刺激作用可為隨后的遠紅光照射所逆轉，說明這一反應是在光敏素控制下進行的。紅光對原生質體體積膨脹的刺激作用要求介質中含有Ca。乙酰膽堿可以代替紅光在黑暗中引起原生質體的膨脹。與紅光引起的反應不同，乙酰膽堿不僅可以在含Ca的介質中引起原生質體的膨脹，而且在含Na或K的介質中也可以引起原生質體的膨脹。
除乙酰膽堿外，只有氨基甲酰膽堿可以刺激原生質體的膨脹，而膽堿、丙酰膽堿和丁酰膽堿則無此作用。乙酰膽堿酯酶的抑制劑毒扁豆堿可以增加原生質體對乙酰膽堿的敏感性。據(jù)此可以認為乙酰膽堿能特異地刺激黃化小麥葉肉原生質體膨脹
乙酰膽堿誘導原生質體膨脹過程中是否涉及乙酰膽堿受體的參與可用乙酰膽堿受體的激活劑和抑制劑來確定。乙酰膽堿N型受體的激活劑煙堿在含Na或K的介質中可以直接刺激原生質體膨脹，而在含Ca的介質中，煙堿沒有作用。與以上結果不同，M型受體的激活劑毒蕈堿可以在含Ca的介質中刺激原生質體膨脹，而在含Na或K的介質中沒有作用。采用乙酰膽堿受體抑制劑的研究也得出同樣的結論。M型受體的抑制劑阿托品在含Na或K的介質中對乙酰膽堿刺激的原生質體膨脹沒有作用，但在含Ca介質中則可以抑制乙酰膽堿誘導的原生質體膨脹。N型受體抑制劑管箭毒在含Ca介質中對乙酰膽堿刺激的原生質體膨脹沒有作用，但在含Na或K的介質中則有抑制作用。熒光定位技術證明N型乙酰膽堿受體主要分布在原生質體表面。
在乙酰膽堿誘導的原生質體膨脹過程中，乙酰膽堿為受體接受后的信號轉導可能涉及到Ca和CaM，因為Ca通道抑制劑硝苯地平（nifedipine， NIF)和La可以完全抑制乙酰膽堿誘導的原生質體在含Ca介質中的膨脹。同樣，鈣調素的抑制劑和G蛋白的抑制劑也有這樣的作用，而這些化合物在含Na或K的介質中則沒有作用。
幼葉展開 生長于黑暗中8 d的小麥幼苗，其初生葉的展開受控于光敏色素系統(tǒng)。如果介質中含有Ca，乙酰膽堿在暗中可以刺激離體葉切段中幼葉的展開。在沒有Ca而有Na的介質中乙酰膽堿也可以刺激黃化小麥初生葉片的展開。在乙酰膽堿的各種衍生物中只有氨基甲酰乙酰膽堿可以刺激黃化小麥初生葉片的展開。乙酰膽堿受體的拮抗劑，阿托品和D-管箭毒可以分別抵消乙酰膽堿在含Ca和Na介質中誘導葉片的展開。乙酰膽堿受體的激活劑，毒蕈堿和煙堿可以分別在Ca和Na的介質中刺激原生質體的膨脹。乙酰膽堿誘導的Ca依賴的葉片開展可為Ca通道抑制劑硝苯地平和鈣調素抑制劑3-氟-甲基吩噻嗪（trifluoperazine， TFP）所減弱，其中只有鈣調素抑制劑TFP可以抑制乙酰膽堿誘導的在含Na介質中黃化小麥初生葉片的展開。
酶活性
乙酰膽堿在植物中的作用機理除參與調節(jié)膜對離子的通透性外，可能還涉及對植物體內某些酶活性的調控。乙酰膽堿對兵豆（Lens culinaris）根生長的抑制作用與體內過氧化物同工酶的活性變化密切相關，它可以刺激某些同工酶的活性而抑制另外一些同工酶的活性。
乙酰膽堿本身對于植物體內苯丙氨酸氨基裂解酶的活性和類黃酮的合成沒有影響，但它卻可以抵消紅光對苯丙氨酸氨基裂解酶活性和類黃酮合成的刺激作用。
對內源生長調節(jié)物質的影響 乙酰膽堿可以影響植物體內吲哚乙酸和乙烯的代謝。在大豆下胚軸中，乙酰膽堿抑制吲哚乙酸刺激的乙烯合成并抵消它對大豆下胚軸彎鉤伸直的抑制作用，它也可以抵消乙烯刺激的蕨類植物原絲體的生長。乙酰膽堿的這種作用可能是通過影響內源吲哚乙酸和乙烯的水平而實現(xiàn)的。以離體大豆葉片的實驗證明乙酰膽堿可以抑制組織中乙烯的合成。
生理活動影響
中樞膽堿能系統(tǒng)與學習、記憶密切相關，乙酰膽堿（ACh）是中樞膽堿能系統(tǒng)中重要的神經遞質之一，其主要功能是維持意識的清醒，在學習記憶中起重要作用。
人體利用
人的腦組織有大量乙酰膽堿，但乙酰膽堿的含量會隨著年齡的增加而下降。正常老人比青年時下降30%，而老年癡呆患者下降更為嚴重，可達70%~80%。美國醫(yī)生伍特曼觀察到老年人腦組織乙酰膽堿減少，就給老年人吃富含膽堿的食品，發(fā)現(xiàn)有明顯的防止記憶減退的作用。英國和加拿大等國的科學家也相繼進行了研究，一致認為只要有控制地供給足夠的膽堿，可避免60歲左右老年人記憶力減退。所以保持和提高大腦中乙酰膽堿的含量，是解決記憶力下降的根本途徑。在自然界是，乙酰膽堿多以膽堿的狀態(tài)存在于蛋、魚、肉、大豆等之中，這些膽堿必須在人體內起生化反應后，才能合成具有生理活性的乙酰膽堿。另外，經常服用蜂王漿可以提高腦內乙酰膽堿的含量，從而促進激活腦神經傳導功能，提高信息傳遞速度，增強大腦記憶能力，全面改善腦功能，并能延緩衰老。
藥理作用
心血管系統(tǒng)
（1）血管擴張作用：靜注小劑量本品可由于全身血管擴張而造成血壓短暫下降，并伴有反射性心率加快。ACh可引起許多血管擴張。如肺和冠狀血管。其擴血管作用主要由于激動血管內皮細胞M，膽堿受體亞型，導致內皮依賴性舒張因子（EDRF）即一氧化氮（nitric oxide，No）釋放，從而引起鄰近平滑肌細胞松弛，也可能通過壓力感受器或化學感受器反射引起。如果血管內皮受損，則ACh的上述作用將不復存在，相反可引起血管收縮。此外，ACh通過激動交感神經末梢突觸前膜M1受體，抑制去甲腎上腺素能神經末梢釋放NA也與ACh擴血管作用有關。
（2）減慢心率：亦稱負性頻率作用。ACh能使竇房結舒張期自動除極延緩，復極化電流增加，使動作電位到達閾值的時間延長，導致心率減慢。
（3）減慢房室結和普肯耶纖維傳導：即為負性傳導作用。ACh可延長房室結和普肯耶纖維（Βurkinje fibers）的不應期，使其傳導減慢。當使用強心苷使迷走神經張力增高或全身給藥法使用大劑量膽堿受體激動藥時所出現(xiàn)的完全性心臟傳導阻滯常與房室結傳導明顯抑制有關。
（4）減弱心肌收縮力：即為負性肌力作用。一般認為膽堿能神經主要分布于竇房結、房室結、普肯耶纖維和心房，而心室較少有膽堿能神經支配，故ACh對心房收縮的抑制作用大于心室。但由于迷走神經末梢與交感神經末梢緊密相鄰，迷走神經末梢所釋放的ACh可激動交感神經末梢突觸前M膽堿受體，反饋性抑制交感神經末梢去甲腎上腺素釋放。使心室收縮力減弱。
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