1、關(guān)于細(xì)胞的基本功能 (4)第一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)主動(dòng)擴(kuò)散易化擴(kuò)散原發(fā)繼發(fā)載體通道方向高低低高介導(dǎo)蛋白無(wú)有有有有飽和無(wú)有無(wú)有有特異性無(wú)有有有有能量不需要不需要不需要需要需要舉例CO2, O2葡萄糖、氨基酸K+, Na+, Ca2+Na+, K+, Ca2+, H+葡萄糖、氨基酸第二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Summary of Membrane Receptors第三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象（Bioelectricity Phenomena of the cell)第四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022

2、年6月細(xì)胞的生物電現(xiàn)象Bioelectric Phenomena of Cell生物電：伴隨著細(xì)胞生命活動(dòng)，可興奮細(xì)胞無(wú)論在靜息狀態(tài)還是在活動(dòng)過(guò)程中都表現(xiàn)有電的變化細(xì)胞的生物電活動(dòng)是器官生物電產(chǎn)生的基礎(chǔ)。臨床上用于輔助性診斷 大量細(xì)胞的總和表現(xiàn)跨膜電位：膜內(nèi)外兩側(cè)帶電離子的不均勻分布和一定條件下離子的跨膜移動(dòng)而產(chǎn)生的細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差細(xì)胞外電位記錄：如心電圖、腦電圖等細(xì)胞內(nèi)電位記錄：?jiǎn)渭?xì)胞電位測(cè)定第五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)胞的生物電現(xiàn)象Bioelectric Phenomena of Cell細(xì)胞的靜息電位及其產(chǎn)生原理細(xì)胞的動(dòng)作電位及其產(chǎn)生原理組織的興奮和興奮性第六張，P

3、PT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 靜息電位(resting potential) 膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正的跨膜電位差 大小一般在-10 mV-100 mV 骨骼肌細(xì)胞：-90mV; 神經(jīng)細(xì)胞： -70 -90 mV; 平滑肌細(xì)胞： -50 -60 mV; 紅細(xì)胞： -10mV 絕大多數(shù)細(xì)胞的靜息電位是一種均勻分布的、穩(wěn)定的直流電位靜息電位是活細(xì)胞的一種表現(xiàn) Fig 2細(xì)胞的靜息電位第七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月膜電位變化中的幾種狀態(tài) 極化(polarization)：細(xì)胞處于安靜狀態(tài)，內(nèi)負(fù)外正反極化(reverse polarization)：膜內(nèi)電位由負(fù)轉(zhuǎn)正，膜外電位由正轉(zhuǎn)負(fù)

4、 去極化(depolarization):在極化的基礎(chǔ)上，膜內(nèi)外電位差減小細(xì)胞處于興奮狀態(tài) 復(fù)極化(repolerization): depolarization polarization超極化(hyperpolarization)：膜內(nèi)負(fù)值增大， polarization加劇細(xì)胞處于抑制狀態(tài)Fig 3細(xì)胞的靜息電位第八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月生物電產(chǎn)生的原理 Resting potential產(chǎn)生的原理 細(xì)胞膜內(nèi)、外離子不均衡分布；安靜時(shí)膜對(duì)K+有permeability； K的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力：K有向細(xì)胞外擴(kuò)散的動(dòng)力膜兩側(cè)的離子濃度梯度膜兩側(cè)的電位差形成的電位梯度；為細(xì)胞膜保

5、持膜內(nèi)較膜外為負(fù)的基礎(chǔ)離子流學(xué)說(shuō)：第九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 Resting potentialEk Why?nongated ion channel (非門(mén)控通道)K+外流Na+內(nèi)流Resting potential膜內(nèi)外離子濃度梯度的維持：Na+ K+ pump影響靜息電位的主要因素：膜內(nèi)、外K+濃度差；膜對(duì)K+和Na的相對(duì)通透性；NaK泵活動(dòng)的水平。第十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)作電位動(dòng)作電位 (action potential)可興奮細(xì)胞受到一個(gè)閾刺激或閾上時(shí)，膜電位在靜息電位的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個(gè)迅速的、可逆的、可傳導(dǎo)的電位變化。不同組織細(xì)胞受到刺激后

6、所產(chǎn)生的動(dòng)作電位的波形不同三種可興奮細(xì)胞動(dòng)作電位運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元：2 ms骨骼肌細(xì)胞：5 ms心室肌細(xì)胞：200 ms第十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)作電位(action potential) 峰電位(spike): 相當(dāng)于絕對(duì)不應(yīng)期 上升支: Depolarization 下降支: Repolarization 后電位(afterpotential) 負(fù)后電位(negative afterpotential)或去極化后電位 (after-depolarization): 相當(dāng)于超常期 正后電位(positive afterpotential)或超極化后電位(after-hyper

7、polarization)：相當(dāng)于低常期Fig 動(dòng)作電位第十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月動(dòng)作電位的特點(diǎn)“全或無(wú)”(all-or-none)現(xiàn)象閾刺激不衰減性傳導(dǎo)整個(gè)細(xì)胞依次產(chǎn)生波幅和波形不變的動(dòng)作電位脈沖式第十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月膜通透性：膜允許某種物質(zhì)從膜的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)的能力膜電導(dǎo) (G)：膜運(yùn)送帶電離子，形成離子電流的能力電壓鉗（voltage clamp）：又叫電壓固定原理：歐姆定律 V=IR；膜電導(dǎo) (G) = 1/膜電阻 (R) 跨膜離子電流 (I) = V/R = VG; 只要固定膜電位 (V), 測(cè)出的跨膜電流 (I) 的變化，既可反應(yīng)

8、膜通透性的改變工具藥： Na+通道阻斷劑河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) K+通道阻斷劑 四乙基胺 (tetraethylammonium, TEA)膜片鉗 (patch clamp) 是一種記錄膜結(jié)構(gòu)中單一通道的開(kāi)放和關(guān)閉，測(cè)量單通道離子電流I和電導(dǎo)G的技術(shù) Fig電壓鉗（voltage clamp）和膜片鉗 (patch clamp)的應(yīng)用 Fig第十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Action potential (AP) 和門(mén)控通道 膜對(duì)Na、K通透性發(fā)生變化而形成。AP 原理：depolarizationNa+內(nèi)流 (Na+ ion channel) rep

9、olarizationK+外流 (K+ ion channel)AP和細(xì)胞興奮性的變化絕對(duì)不應(yīng)期：興奮性0，Na通道失活狀態(tài)相對(duì)不應(yīng)期：閾上刺激才引起興奮，Na通道尚未恢復(fù)正常超常期：閾下刺激既可引起興奮，Na通道恢復(fù)正常低常期：閾上刺激才引起興奮，Na通道恢復(fù)正常，但Na泵活動(dòng)增強(qiáng)，超極化狀態(tài)FigFig動(dòng)作電位的形成機(jī)制第十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Summary:膜的 depolarization Na+ channel打開(kāi)Na+內(nèi)流 Na+ equilibrium potentialFigNa+ channel關(guān)閉K+ channel延遲開(kāi)放repolarizatio

10、nAfter hyperpolarization voltage gated channel 在膜電位返回resting potential 之后才開(kāi)始關(guān)閉第十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月閾電位：引起AP的最低膜電位閾下刺激：引起膜內(nèi)電位升高，但達(dá)不到AP的刺激局部電位：引起膜內(nèi)電位升高特點(diǎn)：1、局部電緊張性擴(kuò)布，指數(shù)衰減；2、等級(jí)性，不是“全和無(wú)”；3、可以總和（或疊加）空間總和刺激強(qiáng)度(intensity)時(shí)間總和刺激的持續(xù)時(shí)間(duration)閾電位、閾下刺激和局部電位Fig第十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月局部電流：興奮部位和尚未興奮部位之間存在電位差，

11、引起由正極向負(fù)極的小電流局部電流提高鄰近部位膜電位達(dá)閾電位，產(chǎn)生AP特點(diǎn)：1、局部電流 閾電位，“安全” 2、雙向傳導(dǎo) 3、不衰減 （AP 傳導(dǎo)不衰減） 4、有髓鞘神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)：“跳躍式傳導(dǎo)”影響傳導(dǎo)速度的因素：1、軸突直徑2、Na通道密度3、神經(jīng)纖維有無(wú)髓鞘AP在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)Fig第十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CytosolExtracellularfluidCation +Anion -VoltmeterAnion -Anion -Anion -Cation +60- 0 +第十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年

12、6月+ 0 -Er = 70 - 75 mV神經(jīng)元靜息電位的檢測(cè)第二十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月- 0 +DiffusionInsideOutside(a) Developing membrane potentialmVCell90DiffusionChargeInsideOutsideCell(b) Electrochemical equilibriummVPotassium ionOrganic anion- 0 +第二十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月+-StimulatorAxonMicroelectrodeInside axonCROOvershoot第

13、二十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Stimulus appliedTime (msec)After-hyperpolarizationgKgNaRepolarizationDepolarizationVm(mV)Overshoot膜電導(dǎo)變化與膜電位變化的關(guān)系第二十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月CLOSEDOPEN(a) Ion channel(b) Voltage-gated channel(c) Ligand-gated channel離子通道的種類第二十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Resting state-90 mVVoltage-gated

14、sodium ion channelActivation state-60+30mVInactivation state+30-90mV第二十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Voltage-gated potassium channelOpen+30-90mVClosed-90+30mV第二十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Na+ channelsK+ channels1. Resting state2. Depolarization3. Depolarization4. RepolarizationThresholdRestingRestingRestingResti

15、ngRestingThresholdThresholdThresholdThreshold5. Hyperpolarization第二十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Stimulus appliedTime (msec)gKgNaVm(mV)少量Na 通道開(kāi)放大量Na 通道開(kāi)放Na 通道關(guān)閉，K通道完全開(kāi)放K通道延遲開(kāi)放Na K泵運(yùn)轉(zhuǎn)After-hyperpolarizationRepolarizationDepolarizationK通道持續(xù)開(kāi)放第二十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月Stimulus#1Stimulus

16、#2 (stronger)Time (milliseconds)Note the changes in threshold potential and AP amplitudeNon-refractoryperiodRelative Refractory Period (RRP)Absolute Refractory Period (ARP)Action Potential (AP)ThresholdThresholdMembrane Potential (mV)第三十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月AxonhillockShort Time ConstantTimeLong Ti

17、me ConstantThresholdTimeMembrane potential at axon hillock (mV)Membrane potential at axon hillock (mV)第三十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月AxonhillockTime Single excitatory postsynaptic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock (mV)第三十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月AxonhillockTime Single excitatory postsynapt

18、ic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock (mV)第三十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月AxonhillockTime Simultaneous excitatory postsynaptic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock (mV)第三十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ABCDESinkSource第三十六張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月PropagationPropagationNodes of Ranviert1

19、t2t3t4Sink SourceSink SourceSink SourceSink SourceSink SourceSink Source Sink SourceSink SourceUNMYELINATED AXONAction potential generated at each succeeding adjacent membrane segmentMYELINATED AXONSaltatory conduction action potential jumps from node to node第三十七張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第三十八張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)

20、作于2022年6月IonCytoplasm (mmol/L)Extracellular fluid (mmol/L)Nernst potential (mV) K+40020-75Na+50440+55Cl-52560-60A-385-Distribution of the Major Ions Across the Membrane of the Squid Giant Axon第三十九張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月膜對(duì)K+通透第四十張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月膜對(duì)Na+通透第四十一張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十二張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于202

21、2年6月第四十三張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第四十四張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月組織的興奮和興奮性興奮性 Excitability 刺激(stimulus) 反應(yīng)(reaction) 動(dòng)作電位 (action potential)興奮 Excitation excitation action potential 產(chǎn)生action potential 的過(guò)程可興奮組織 Excitable tissue: Nerves, Gland, MuscleExcitability and factors for stimulus inducing excitation第四十五張，PPT共五十二頁(yè)，創(chuàng)作于202