Microtubules (MTs) are important cytoskeletal superstructures implicated in neuronal morphology and function, which are involved in vesicle trafficking, neurite formation and differentiation and other morphological changes. The structural and functional properties of MTs depend on their high intrinsic charge density and functional regulation by the MT depolymerising properties of changes in Ca2 + concentration. Recently, we reported on remarkable properties of isolated MTs, which behave as biomolecular transistors capable of amplifying electrical signals (Priel et al., Biophys J 90:4639–4643, 2006). Here, we demonstrate that MT-bathing (cytoplasmic) Ca2 + concentrations modulate the electrodynamic properties of MTs. Electrical amplification by MTs was exponentially dependent on the Ca2 + concentration between 10 − 7 and 10 − 2 M. However, the electrical connectivity (coupling) of MTs was optimal at a narrower window of Ca2 + concentrations. We observed that while raising bathing Ca2 + concentration increased electrical amplification by MTs, energy transfer was highest in the presence of ethylene glycol tetraacetic acid (lowest Ca2 + concentration). Our data indicate that Ca2 + is an important modulator of electrical amplification by MTs, supporting the hypothesis that this divalent cation, which adsorbs onto the polymer’s surface, plays an important role as a regulator of the electrical properties of MTs. The Ca2 + -dependent ability of MTs to modulate and amplify electrical signals may provide a novel means of cell signaling, likely contributing to neuronal function.

中文翻译：

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钙对微管电能传递的影响

微管 (MTs) 是重要的细胞骨架上层结构，与神经元形态和功能有关，参与囊泡运输、神经突形成和分化以及其他形态变化。MTs 的结构和功能特性取决于它们的高内在电荷密度和由 Ca2+ 浓度变化引起的 MT 解聚特性的功能调节。最近，我们报道了分离的 MT 的显着特性，其表现为能够放大电信号的生物分子晶体管（Priel 等，Biophys J 90：4639–4643，2006）。在这里，我们证明了 MT 沐浴（细胞质）Ca2 + 浓度调节 MT 的电动力学特性。MTs 的电放大与 10 - 7 和 10 - 2 M 之间的 Ca2 + 浓度呈指数关系。然而，MTs 的电连通性（耦合）在较窄的 Ca2+ 浓度窗口下是最佳的。我们观察到，虽然提高沐浴 Ca2+ 浓度会增加 MT 的电放大，但在存在乙二醇四乙酸时能量转移最高（最低 Ca2+ 浓度）。我们的数据表明，Ca2+ 是 MTs 电放大的重要调节剂，支持了这一假设，即吸附在聚合物表面的这种二价阳离子作为 MTs 电性能的调节剂起着重要作用。MTs 调节和放大电信号的 Ca2 + 依赖性能力可能提供一种新的细胞信号传导方式，可能有助于神经元功能。我们观察到，虽然提高沐浴 Ca2+ 浓度会增加 MT 的电放大，但在存在乙二醇四乙酸时能量转移最高（最低 Ca2+ 浓度）。我们的数据表明，Ca2+ 是 MTs 电放大的重要调节剂，支持了这一假设，即吸附在聚合物表面的这种二价阳离子作为 MTs 电性能的调节剂起着重要作用。MTs 调节和放大电信号的 Ca2 + 依赖性能力可能提供一种新的细胞信号传导方式，可能有助于神经元功能。我们观察到，虽然提高沐浴 Ca2+ 浓度会增加 MT 的电放大，但在存在乙二醇四乙酸时能量转移最高（最低 Ca2+ 浓度）。我们的数据表明，Ca2+ 是 MTs 电放大的重要调节剂，支持了这一假设，即吸附在聚合物表面的这种二价阳离子作为 MTs 电性能的调节剂起着重要作用。MTs 调节和放大电信号的 Ca2 + 依赖性能力可能提供一种新的细胞信号传导方式，可能有助于神经元功能。我们的数据表明，Ca2 + 是 MTs 电放大的重要调节剂，支持了这一假设，即吸附在聚合物表面的这种二价阳离子作为 MTs 电性能的调节剂起着重要作用。MTs 调节和放大电信号的 Ca2 + 依赖性能力可能提供一种新的细胞信号传导方式，可能有助于神经元功能。我们的数据表明，Ca2 + 是 MTs 电放大的重要调节剂，支持了这一假设，即吸附在聚合物表面的这种二价阳离子作为 MTs 电性能的调节剂起着重要作用。MTs 调节和放大电信号的 Ca2 + 依赖性能力可能提供一种新的细胞信号传导方式，可能有助于神经元功能。