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鈣是人體內最重要的元素之一，參與一切生命活動過程，維系著細胞的生理功能。鈣主要是以離子形式發揮作用，其作用方式類似于激素的第二信使，因此有人稱之為“生物學信使”。血漿中的鈣離子濃度雖然比細胞內高千倍以上，但比起骨骼和其他組織來說，還會很少的。但它存在于身體各部分，是調節體內鈣濃度的重要因素之一。就是這些鈣離子，通過平衡細胞內鈣離子水平，在細胞中發揮著重要的作用。它維持了神經、肌肉、凝血機制，并在神經機制和激素的釋放等生理功能方面發揮著重要作用，與細胞的受精等作用也有著密切關系。

Fluo-3, AM ester是一種可以穿透細胞膜的熒光染料。Fluo-3, AM ester 進入細胞后可以被細胞內源性酯酶剪切形成Fluo-3，從而被滯留在細胞內。Fluo-3可以和鈣離子結合，結合鈣離子后可以產生較強的熒光，最大激發波長為506 nm， 最大發射波長為526 nm。

Fluo-4 是一種將 Fluo-3 結構中的 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的F，它的最大激發波長會向短波長處偏離 10 nm 左右。這個波長更接近于氬激光器的波長，所以用氬激光器激發時，Fluo-4的熒光強度比 Fluo-3 強一倍。

Fluo-4, AM 穿透細胞膜進入細胞后被細胞內的酯酶剪切形成 Fluo-4，從而被滯留在細胞內，Fluo-4 以游離配體形式存在時幾乎是非熒光性的，但是當它與細胞內鈣離子結合后可以產生較強的熒光，最大激發波長為 494nm，最大發射波長為 516nm。可以使用激光共聚焦顯微鏡或流式細胞儀檢測細胞內鈣離子濃度的變化。

鎂（Mg）是地球上最豐富的元素之一，是哺乳動物體內主要的細胞內陽離子之一。鎂在350多種酶中發揮關鍵作用，主要作為能量依賴性活動中的Mg-ATP復合物。

鎂（包括Mg-ATP）幾乎涉及體內發生的每一個代謝過程，包括主動轉運，如鈉鉀ATP酶泵和細胞信號傳導，cAMP在蛋白質磷酸化等。鎂參與RNA和DNA合成的多個步驟，它還在DNA、細胞膜和染色體中發揮結構作用。鎂在許多參與蛋白質、碳水化合物和脂肪酸代謝的酶中起著關鍵作用，包括：氨基酸轉氨酶、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鍵輔助因子，因此參與谷胱甘肽和S-腺苷甲硫氨酸的生產。從維生素B1、B2、B3與泛酸中形成活性輔助因子也需要鎂。

鎂通常被認為是現代飲食中最為缺乏的元素之一。據估計，美國有40％的人口鎂含量低到足以增加包括骨質疏松癥在內的退行性疾病的風險。鎂缺乏癥涉及在美國主要死亡原因的發病機制。鎂攝入量與兒童胰島素敏感性的改善直接相關，且呈負相關。由于鎂參與其他離子的主動運輸，因此電解質的不平衡通常與鎂缺乏有關。

低鎂血癥可能偽裝成難治性低鉀血癥，在這種情況下，由于鎂不足導致活性轉運受損，導致細胞內鉀水平降低和腎臟鉀吸收減少。在這些情況下，鎂缺乏通常表現為心血管和神經肌肉癥狀，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胞，使平滑肌擴張有關。此外，鎂能夠結合鈣調蛋白并調節鈣信號轉導。鎂的毒性很罕見，通常來自醫源性。

Mag-Fura-2 是解離常數為 1.9 mM的 UV-易感性鎂離子熒光指示劑。與 Fura-2 相似，Mag-Fura-2 激發波長發生從 369 nm 到 330 nm 的藍移。Mag-Fura-2 也可響應 Ca 2+ ，但解離常數低于 Fura-2 。Mag-Fura-2 主要用于檢測高瞬態的鈣峰值時的鈣濃度。Mag-Fura-2/四鈉鹽可以通過顯微注射細胞或劃痕標記進入細胞。

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

1、維持細胞外液的容量與滲透壓。氯離子是細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的80％左右，調節細胞外液容量和維持滲透壓。

2、維持體液酸堿平衡。人體維持體內酸堿平衡狀態有賴于體內的離子緩沖系統的緩沖作用和神經內分泌系統的調節作用。在血漿中，碳酸鹽和二氧化碳是最主要的緩沖對，起最主要作用，氯離子濃度變化時，細胞外液中的碳酸鹽的濃度也隨之變化。補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輸。氯轉移是機體二氧化碳運輸的一個重要環節。氯離子通過影響血漿中碳酸氫根的濃度，調節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；抑制隨食物進入胃的微生物的生長；氯也可刺激肝功能，促使肝中有毒廢物排出。

MQAE 是目前應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對氯離子更敏感（Ksv= 200 M-1），并且熒光量子產率也更高。MQAE 以溴離子為配對陰離子，最大激發波長約為 350 nm，最大發射波長約為460 nm。當氯離子濃度升高時，MQAE的熒光強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，MQAE 的熒光強度幾乎不受pH變化的影響。