1、第2章 細胞的基本功能,第1節(jié)細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運,一、細胞膜的基本結(jié)構(gòu) 組 成：脂質(zhì)，蛋白質(zhì)，糖類 基本結(jié)構(gòu)：流體鑲嵌模型,（一）細胞膜脂質(zhì),構(gòu)成：由雙嗜性脂質(zhì)分子兩兩相對排列成雙分子層 特點：具有流動性 功能：1. 屏障作用 2. 傳遞信息,(二) 細胞膜蛋白,結(jié)構(gòu)：主要以-螺旋或球形蛋白質(zhì)的形式存在。,特點：流動性（橫向移動）,表面蛋白 存在形式 整合蛋白 功能：轉(zhuǎn)運物質(zhì) 傳遞信息 免疫標志,（三） 細胞膜糖類,形式： 糖蛋白或糖脂,糖類功能：, 免疫標志 傳遞信息,跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式： 1. 單純擴散 2. 易化擴散 3. 主動轉(zhuǎn)運 4. 入胞和出胞,二、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)動方式,（一）

2、被動轉(zhuǎn)運,擴散：如果溶質(zhì)相同但濃度不同的兩種溶液相鄰時，則高濃度區(qū)域中的溶質(zhì)分子將向低濃度區(qū)域發(fā)生凈移動，這種現(xiàn)象稱為擴散。,在電解質(zhì)溶液中，離子的移動不僅取決于該離子的濃度差，也取決于不同部位離子所形成的電位差。,物質(zhì)順濃度梯度和（或）順電位梯度的不耗能的跨膜擴散稱為被動轉(zhuǎn)運。,1.單純擴散指脂溶性的小分子物質(zhì)從細胞膜高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動的過程。 擴散的方向和速度取決于物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差和物質(zhì)通過膜的難易程度（膜的通透性）。,單純擴散 概念：O2、CO2等脂溶性物質(zhì)由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動的過程。,擴散的最終結(jié)果： 該物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差消失。,體內(nèi)單純擴散物質(zhì)： O2、CO

3、2、N2、乙醇、尿素等脂溶性的小分子。,單純擴散的特點： 順電-化學遞度擴散 影響擴散的因素： 電化學梯度差 膜對物質(zhì)的通透性,2.易化擴散指一些帶電離子和分子質(zhì)量稍大的水溶性分子需要膜蛋白的介導才能順濃度梯度和（或）順電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運，這種由膜蛋白介導的被動轉(zhuǎn)運稱為易化擴散。 根據(jù)膜蛋白介導轉(zhuǎn)運的方式的不同，分為載體介導的易化擴散和通道介導的易化擴散兩種類型。,（1）載體介導的易化擴散,載體：是貫穿脂質(zhì)雙層的整合蛋白。,許多脂溶性很低的營養(yǎng)物質(zhì)（如氨基酸、葡萄糖、核苷酸等）借助于載體蛋白的介導、順濃度梯度跨膜擴散，稱為載體介導的易化擴散。,載體介導的易化擴散,轉(zhuǎn)運物質(zhì):葡萄糖、氨基酸等小分子

4、有機物等 轉(zhuǎn)動特征： 結(jié)構(gòu)特異性 飽和現(xiàn)象 競爭性抑制,載體介導的易化擴散：轉(zhuǎn)運小分子的有機物,（2） 通道介導的易化擴散,體液中的Na+、K+、Ca2+、Cl-等帶電離子借助于 通道蛋白的介導，順濃度梯度和（或）順電位梯度跨 膜擴散，稱為通道介導的易化擴散。,轉(zhuǎn)動物質(zhì)：離子 離子通道：是一類貫穿脂質(zhì)雙層的、中央帶有親水性 孔道的膜蛋白。,離子通道的特性,(1) 離子選擇性： Na+通道，K+通道，Cl-通道, Ca2+通道 (2) 轉(zhuǎn)動速率高： 離子擴散速率的大小除決定于膜兩側(cè)離子的濃度差外，還受膜兩側(cè)電位差及離子本身所帶電荷的影響。,離子通道的特性,（3）門控特性 通道蛋白分子內(nèi)的有些結(jié)構(gòu)

5、或化學基團起著“閘門”樣作用，它的開、閉受到許多因素的調(diào)控，這一過程稱為門控。 電壓門控通道：膜兩側(cè)電位差控制 化學門控通道：膜外側(cè)化學信號控制 機械門控通道：機械刺激控制,通道蛋白狀態(tài)：備用、激活、失活,通道介導的易化擴散：轉(zhuǎn)運離子,通道轉(zhuǎn)運的功能特點： 轉(zhuǎn)運速率比載體快 無飽和現(xiàn)象，無競爭性抑制 通道有不同的功能狀態(tài),被動轉(zhuǎn)運,單純擴散和易化擴散均系順濃度轉(zhuǎn)運,無需耗能,稱為被動轉(zhuǎn)運。 被動轉(zhuǎn)運特點：順濃差或順電位差，不消耗細胞本身能量。 轉(zhuǎn)運最終達到的平衡點：兩側(cè)濃度差為零； 若轉(zhuǎn)運的是離子，則其最終的平衡點是電-化學勢能為零，此時濃度差并不消失。,（二）主動轉(zhuǎn)運,主動轉(zhuǎn)運是指在耗能的條

6、件下逆濃梯度和（或）逆電位梯度進行的物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運。 主動轉(zhuǎn)運的特點： 需要載體，故存在飽和現(xiàn)象； 逆濃度轉(zhuǎn)運； 耗能。,主動轉(zhuǎn)運的分類：,原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運直接消耗ATP 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運間接消耗ATP,1.原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運是指直接利用ATP分解提供能量，將物質(zhì)逆濃度梯度和（或）電位梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程。 * 介導這一轉(zhuǎn)運過程的膜蛋白稱為離子泵。 分布廣泛的離子泵主要有:鈉-鉀泵、鈣泵； 質(zhì)子泵(H+泵),鈉鉀泵（簡稱鈉泵）,Na+-K+依賴式ATP酶 膜蛋白質(zhì) （由和亞單位組成的二聚體蛋白質(zhì)）, 鈉泵的本質(zhì)：,Na+、K+轉(zhuǎn)運“耦聯(lián)”進行-,每分解一個ATP，逆濃度差泵出3個Na+，泵入2個K+。

7、,膜內(nèi)Na+和（或）膜外K+時被激活。, 鈉泵活動特點：,鈉泵主動轉(zhuǎn)運示意圖 鈉泵分解ATP供能，將3個Na+逆濃度差移出胞外， 同時將2個K+逆濃度差移出胞內(nèi),通道轉(zhuǎn)運與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運模式圖,鈉泵活動的意義,細胞內(nèi)高K+：代謝反應的必需條件。,細胞外高Na+：阻止H2O入細胞內(nèi) 細胞正常形態(tài),維持細胞膜兩側(cè)Na+、K+的不均衡分布：,建立一種勢能貯備，供其它耗能過程利用,2.繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運指物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運時，間接利用ATP能量，伴隨Na+易化擴散的逆濃度梯度和（或）逆電位梯度轉(zhuǎn)運的過程，也稱為協(xié)同轉(zhuǎn)運。 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運是載體介導的易化擴散與原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運相耦聯(lián)的主動轉(zhuǎn)運系統(tǒng)。,繼

8、發(fā)性主動轉(zhuǎn)運過程中，利用細胞膜兩側(cè)的Na+濃度梯度完成跨膜轉(zhuǎn)運的膜蛋白稱為轉(zhuǎn)運體。 同向轉(zhuǎn)運：若繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的物質(zhì)與Na+離子轉(zhuǎn)運方向相同。 逆向轉(zhuǎn)運：若繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的物質(zhì)與Na+離子轉(zhuǎn)運方向相反。,繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運示意圖,轉(zhuǎn)運物轉(zhuǎn)運葡萄糖、氨基酸等小分子有機物。,機制：由轉(zhuǎn)運體（膜蛋白質(zhì)）介導，最終由 “鈉-鉀泵”提供能量。,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的分類： 同向轉(zhuǎn)運：與Na +轉(zhuǎn)運方向相同的。 逆向轉(zhuǎn)運：與Na +轉(zhuǎn)動的方向相反。,小 結(jié),轉(zhuǎn)運方式 轉(zhuǎn)運物質(zhì) 順逆差 細胞是否耗能 單純擴散 脂小分子,水 順差 不 經(jīng)載體易化擴散 水溶性分子 順差 不 經(jīng)通道易化擴散 帶電離子 順差 不 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)

9、運 離子 逆差 耗能 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 葡萄糖等 逆差 靠他物勢能差 出胞與入胞 大分子物質(zhì) 無關(guān) 細胞主動活動,主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別,主動轉(zhuǎn)運,被動轉(zhuǎn)運,需由細胞提供能量,不需外部能量,逆電-化學勢差,順電-化學勢差,使膜兩側(cè)濃度差更大,使膜兩側(cè)濃度差更小,（三）出胞和入胞 入胞指細胞外的大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊如病毒、細菌、大分子營養(yǎng)物質(zhì)、異物等進入細胞的過程。,其中： 物質(zhì)顆?；驁F塊進入細胞的過程稱為吞噬。 液態(tài)物質(zhì)進入細胞的過程稱為吞飲。,入胞:,吞飲可分為液相入胞和受體介導入胞兩種類型。,液相入胞是指細胞外液及其所含的溶質(zhì)連續(xù)不斷地以吞飲方式進入細胞內(nèi)，是細胞固有的經(jīng)常性活動。,受體介

10、導入胞是指大分子物質(zhì)入胞首先要與膜上特異受體結(jié)合，然后通過膜的內(nèi)陷形成吞噬泡，吞噬泡脫離膜再與胞漿中的被稱為胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合。,受體介導式入胞過程,被運物與R結(jié)合 結(jié)合部位 膜內(nèi)陷、離斷 胞質(zhì)內(nèi)形成吞飲泡 R與轉(zhuǎn)運物質(zhì)分離 只含R的小泡與膜結(jié)合 如:結(jié)合Fe2+的運鐵蛋白 低密度脂蛋白的入胞,再循環(huán), 出胞 指胞質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細胞的過程，又稱為胞吐。,出胞：,第2節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導,一、細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導概念及特征 配體：細胞之間傳遞信息的物質(zhì)有多種，如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、細胞因子及氣體分子等，這些細胞外信號物質(zhì)統(tǒng)稱為配體。,配體分兩類： 1.一類物質(zhì)具有脂溶性且分

11、子質(zhì)量小，如甾體激素、一氧化氮、脂肪酸等，可擴散透過細胞膜，與胞內(nèi)特異性受體結(jié)合后發(fā)揮作用。 2.另一類物質(zhì)是水溶性含氮激素，本身不能透過細胞膜進入靶細胞內(nèi)，需要通過與細胞膜表面的特異性受體結(jié)合，經(jīng)過一系列的信號轉(zhuǎn)導過程，才能將細胞外信息傳入細胞內(nèi)，這一類占大多數(shù)。,受體：通常將存在于細胞膜上或細胞內(nèi)能與某些化學物質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合并誘發(fā)生物學效應的特殊生物分子稱為受體。,根據(jù)受體所在部位，受體分為： (1) 膜受體； (2) 胞漿受體； (3) 核受體。,受體的功能：識別與結(jié)合、轉(zhuǎn)發(fā)信息。,受體的特點：高度特異性、高親和力、 飽和性、可逆性。,跨膜信號轉(zhuǎn)導：細胞外信息跨越細胞膜傳入細胞內(nèi)并引起

12、細胞內(nèi)代謝和功能發(fā)生相應變化的過程，稱為跨膜信號轉(zhuǎn)導。,細胞外 膜 細胞內(nèi),跨膜信號轉(zhuǎn)導的概念,細胞在接受信號以及發(fā)生跨膜信號轉(zhuǎn)導的過程中具有的共同特征：, 配體與受體結(jié)合后，引起一系列信號分子的順次激活和信號傳遞，由此將細胞周圍環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，繼而引發(fā)細胞功能出現(xiàn)相應的改變。, 不同細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導都是通過少數(shù)幾條轉(zhuǎn)導途徑實現(xiàn)的。所涉及的幾種膜蛋白在結(jié)構(gòu)上有很大的同源性，是由相近的基因家庭編碼的。 跨膜信號轉(zhuǎn)導過程中，信號呈級聯(lián)放大。一個上游信號分子可以激活多個下游信號分子。,二、跨膜信號轉(zhuǎn)導的主要途徑 1.離子通道型受體介導的信號轉(zhuǎn)導 2. G-蛋白耦聯(lián)受體介導的

13、信號轉(zhuǎn)導 3. 酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導,（一）離子通道型受體介導的信號轉(zhuǎn)導,離子通道型受體是一種同時具有受體和離子通道功能的蛋白質(zhì)分子，屬于化學門控通道。它們接受的配體絕大多數(shù)是神經(jīng)遞質(zhì)，故又稱為遞質(zhì)門控通道。,離子通道型受體是主要有： N2型Ach受體陽離子通道、 A型-氨基丁酸受體、 谷氨酸受體,該通道的開放（或關(guān)閉）不僅涉及離子本身 的跨膜轉(zhuǎn)運，而且可實現(xiàn)化學信號的跨膜轉(zhuǎn)導。,離子通道型受體介導的信號轉(zhuǎn)導過程：,外界信號,細胞膜上離子通道型受體感受并結(jié)合,通道開或閉,相應離子跨膜移動（如Na+或Cl-）,膜電位改變(除極或超極)(新的信號形式),靶細胞功能變化（興奮或抑制）,化學信號化

14、學門控離子通道,神經(jīng)突觸 谷氨酸，門冬氨酸，甘氨酸,神經(jīng)肌肉接頭 乙酰膽鹼,為最常見的跨膜信號轉(zhuǎn)導系統(tǒng)。 大多數(shù)肽類激素、神經(jīng)遞質(zhì)和神經(jīng)肽類物質(zhì)都以此方式進行信號轉(zhuǎn)導。,（二）G-蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導,G-蛋白耦聯(lián)受體也稱促代謝性受體，由單條多肽鏈經(jīng)7次跨膜形成。受體本身不具備通道結(jié)構(gòu)，也無酶的活性。其介導的信號轉(zhuǎn)導是通過G蛋白、G蛋白效應分子、第二信使、蛋白激酶等一系列存在于細胞膜和胞質(zhì)中的信號分子的活動實現(xiàn)的。,G-蛋白,L,作用特點：通過G-蛋白的介導影響某些酶的活性，從而改變細胞內(nèi)第二信使的濃度，產(chǎn)生特定的生物學功能。,G蛋白是鳥苷酸結(jié)合蛋白)：起著耦聯(lián)膜受體和效應分子的作用。

15、G蛋白由、三個亞基組成，亞基具有結(jié)合GTP和GDP的能力并具有GTP酶的活性。,G蛋白在信號轉(zhuǎn)導過程中起著分子開關(guān)的作用：當G蛋白亞基與GDP結(jié)合，處于關(guān)閉狀態(tài)；當胞外配體與受體結(jié)合形成復合物時，導致受體胞內(nèi)結(jié)構(gòu)域與G蛋白亞基耦聯(lián)，并促使亞基結(jié)合的GDP分離，又與GTP結(jié)合而被活化，即處于開啟狀態(tài)，從而傳遞信號。,G蛋白激活過程 A:配體 R:受體 E:G蛋白效應器,G蛋白效應分子的作用： (1)酶：催化生成（或分解）第二信使的酶，實現(xiàn)細胞外信息向細胞內(nèi)轉(zhuǎn)導。 (2)膜離子通道。G-蛋白也直接或間接通過第二信使調(diào)控離子通道的活動。,第二信使是配體作用于細胞膜后產(chǎn)生的細胞內(nèi)信號分子，它們可將細胞

16、外配體攜帶的信息轉(zhuǎn)入胞內(nèi)。,較重要的第二信使有: 環(huán)一磷酸腺苷：cAMP 環(huán)一磷酸鳥苷：cGMP 三磷酸肌醇：IP3 二酰甘油：DG 一氧化氮：NO Ca2+等.,G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導途徑的基本步驟： 配體與受體結(jié)合； 受體活化G蛋白； G蛋白激活或抑制效應分子； 效應分子改變細胞內(nèi)第二信使的含量與分布； 第二信使作用于相應的的靶分子，使之構(gòu)象改變，從而改變細胞的代謝過程及基因表達等功能。,G-蛋白耦聯(lián)受體介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導,激活,酶(G蛋白的效應器),蛋白激酶的活性改變,激活,生理效應,G蛋白,受體,化學物質(zhì),第二信使,(第一信使),G-蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導途徑有： AC-cA

17、MP-PKA途徑 PLC-肌醇磷脂途徑 3.G蛋白-離子通道途徑, AC-cAMP-PKA途徑,AC-cAMP-PKA途徑,2. PLC-肌醇磷脂途徑,PLC能將質(zhì)膜中的PIP2水解為IP3和DG兩個信使，因此把這一信號系統(tǒng)稱為“雙信使系統(tǒng)”,雙信使系統(tǒng)包括： （1）IP3-Ca2+途徑 （2）DG-PKC途徑,3.G蛋白離子通道途徑,激活的G蛋白可直接調(diào)節(jié)離子通道的活動。G蛋白通過第二信使、蛋白激酶促使蛋白質(zhì)磷酸化來發(fā)揮作用；也可直接或通過第二信使調(diào)節(jié)離子通道的狀態(tài)，從而影響細胞的功能活動。,（三）酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導 酶耦聯(lián)受體也是一種跨膜蛋白，在分子質(zhì)膜的外表面具有配體的結(jié)合域，而質(zhì)

18、膜的內(nèi)表面具有激酶、磷酸酶或環(huán)化酶的活性，或者可結(jié)合并激活胞質(zhì)中的酶。 因而在信號轉(zhuǎn)導過程中，不需要G蛋白和第二信使參與，而是通過催化受體自身或其他靶蛋白磷酸化或脫磷酸化，進而調(diào)節(jié)細胞的功能。,較重要的酶聯(lián)受體有： （1）酪氨酸激酶受體 （2）鳥苷酸環(huán)化酶受體,酪氨酸激酶受體：是貫穿脂質(zhì)雙層的膜蛋白。膜外側(cè) 有配體結(jié)合點；膜內(nèi)結(jié)構(gòu)域具有酪氨酸激酶活性。也就是 說，受體與酶是同一個蛋白分子。,1.酪氨酸激酶受體介導的信號轉(zhuǎn)導,1.酪氨酸激酶受體介導的信號轉(zhuǎn)導,肽類激素和有關(guān)細胞因子,酪氨酸激酶受體,(胰島素、神經(jīng)生長因子),胞漿內(nèi)側(cè)肽鏈的蛋白激酶活性,酪氨酸殘基磷酸化,生理效應,直接激活,2.鳥

19、苷酸環(huán)化酶受體介導的信號轉(zhuǎn)導 鳥苷酸環(huán)化酶受體： 膜外側(cè)（N端）有配體結(jié)合點 膜內(nèi)側(cè)（C端）有鳥苷酸環(huán)化酶（GC）結(jié)構(gòu)域,(二)鳥氨酸環(huán)化酶受體,第3節(jié) 細胞的生物電現(xiàn)象,一、細胞的生物電現(xiàn)象及其記錄方法,生物電：機體的組織細胞無論在安靜時還是在活動時，都具有電的變化，稱為生物電。,生物電現(xiàn)象是以細胞為單位產(chǎn)生的，其產(chǎn)生的基礎(chǔ)是：細胞膜兩側(cè)帶電離子的不均衡分布和選擇性離子跨膜轉(zhuǎn)運。,二、靜息電位及其產(chǎn)生機制,細胞水平的生物電現(xiàn)象主要有兩種形式：安靜狀態(tài)下的靜息電位(RP)，和受刺激時產(chǎn)生的動作電位（AP）。,膜電位：生物電是指位于細胞膜兩側(cè)的電位差，通常稱為跨膜電位，簡稱膜電位。,靜息電位是指

20、細胞在靜息狀態(tài)下(即未受刺激時), 存在于細胞膜內(nèi)外的電位差，通常呈內(nèi)負外正狀態(tài)，是一切活的細胞共有的生物電現(xiàn)象。,測定靜息電位示意圖,RP實驗現(xiàn)象：,大多數(shù)細胞RP -10-100mV,靜息電位的特點：膜外為正，膜內(nèi)為負，（外正內(nèi)負） 靜自電位的意義：靜息電位是動作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)。即是細胞興奮的基礎(chǔ)。,*極化：靜息電位時膜兩側(cè)所保持的“內(nèi)負外 正”狀態(tài)。,*除極或去極：當靜息電位的數(shù)值向膜內(nèi)負 值減?。唇^對值減?。┑姆较蜃兓?。,*反極化：如果膜內(nèi)電位除極至零電位后，膜電位如進一步變?yōu)檎怠?*超射:膜電位高于零電位的部分稱為超射。,*超極化：使膜內(nèi)電位向負值增大（絕對 值增大）的方向變化。

21、,*復極化:細胞先發(fā)生除極，然后再向正常安 靜時膜內(nèi)所處的負值恢復。,（二） 靜息電位產(chǎn)生的機制,產(chǎn)生條件主要有兩個： 細胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均，即存在濃度差； 在不同狀態(tài)下，細胞膜對各種離子的通透性不同。,哺乳動物骨骼肌細胞內(nèi)、外主要離子的濃度,k+內(nèi) k+外，相差超過30倍 Na+外 Na+內(nèi)，相差12倍,K+外流動力,Na+內(nèi)流動力,細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻,主要離子分布：,膜內(nèi)：,膜外：,在不同狀態(tài)下，細胞膜對各種離子的通透性不同。 膜在安靜狀態(tài)下對K+通透性最大，對Na+和Cl-少量通透，對大分子有有機負離子不通透。,細胞膜對離子的通透性具有選擇性 通透性：K+ Cl- Na+

22、 A-,靜息電位產(chǎn)生原理示意圖,膜主要對K+通透 細胞內(nèi)外K+勢能差 K+經(jīng)通道易化擴散 擴散出的K+形成阻礙K+繼續(xù)擴散的電場力 K+的濃度差動力和電場力阻力平衡,靜息電位 Resting Potential:,離子跨膜移動的驅(qū)動力： 1.濃度梯度化學驅(qū)動力 順濃度梯度：易化擴散 2.電位梯度電場驅(qū)動力 順電場力： 正離子：正電場負電場 負離子：負電場正電場,靜息電位相當于K+平衡電位,膜兩側(cè)存在K+的濃度差 膜對K+有通透性,濃度差的驅(qū)動，K+ 外流,膜對有機負離子不通透,外正內(nèi)負的電場力 阻止K+ 的進一步外流,濃度差的擴散力=外正內(nèi)負電場時， K+的凈移動為零,K+達平衡彌散，此時的跨

23、膜電位即靜息電位,靜息電位是K+外流形成的電化學平衡電位。在靜息電位的形成過程中，以下三個因素至關(guān)重要： K+在膜內(nèi)外的不均衡分布及由此形成的電化學驅(qū)動力; 膜對K+、 Na+的相對通透性，表現(xiàn)為靜息時主要對K+有通透性； Na+-K+ 泵的作用。,影響靜息電位水平的因素: 細胞膜內(nèi)外K+濃度差: 正相關(guān); 膜對K+通透性:正相關(guān); Na+-K+ 泵活動的水平對靜息膜電位 也有一定的影響。,三、動作電位及其產(chǎn)生機制,動作電位是指可興奮細胞在靜息電位的基礎(chǔ)上，接受一次有效刺激后所產(chǎn)生的一次迅速的、短暫的、可傳布的電位變化過程。 動作電位是細胞興奮的標志。,（一）細胞的動作電位,實驗現(xiàn)象：,動作電

24、位實際上是膜受刺激后在原有的靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)和復原。,動作電位與靜息電位的區(qū)別： 動作電位僅發(fā)生于可興奮細胞而不是所有細胞； 動作電位產(chǎn)生于接受刺激后而不是安靜狀態(tài)下； 動作電位是一次可擴布的電變化過程而不是一個具體的數(shù)值； 動作電位是各種可興奮細胞發(fā)生興奮時所具有的特征性表現(xiàn)，是細胞發(fā)生興奮的標志；靜息電位是細胞接受刺激發(fā)生興奮的基礎(chǔ)。,刺激,AP持續(xù)時間：0.5-2.0ms,鋒電位是動作電位的主要組成部分，它包括 動作電位波形的上升支和下降支的大部分，是動 作電位出現(xiàn)的標志。,后電位是指在動作電位的復極相恢復到靜息電位水平前的一段緩慢而微小的電位波動過程

25、，包括負后電位和正后電位。,正后電位是緊隨負后電位的一段超過靜息電位水平的超極化狀態(tài)。,負后電位指膜電位復極到靜息電位水平前維持一段較長時間的去極化，即膜電位仍然小于靜息電位；,上升支 去極化 （-70 到0 mV） 峰電位 超射 （0到+30 mV ） 動作電位 下降支 復極化 （+30到-70 mV ） 負后電位-后去極化 后電位 正后電位-后超極化 （負值大于-70 mV）, 呈“全或無”特性 呈不衰減性傳導 具有不應期,細胞動作電位的共同特征：,AP上升支,AP下降支,（二）動作電位的產(chǎn)生機制,動作電位上升支和鋒值,刺激使膜對Na+通透性加大,膜內(nèi)外Na+ 勢能差,Na+內(nèi)流,內(nèi)流Na

26、+抵消膜內(nèi)負電位,形成反極化,外負內(nèi)正電場力阻止Na+內(nèi)流,電場力阻力=濃度差內(nèi)流動力,Na+內(nèi)流停止，AP達到鋒值,Na+通道激活開放,Na+內(nèi)流形成AP上升支,AP的超射值等于Na+平衡電位(+50+70mV),AP 降支,K+通道激活開放,K+外流形成AP下降支,K+通道從關(guān)閉 激活 K+外流 外流K+抵消膜外負電位 復極化,動 作 電 位 的 產(chǎn) 生機制,小結(jié)AP的形成的離子基礎(chǔ)： 去極相（上升支）：Na+內(nèi)流 復極相（下降支）:：K+外流 復極后：Na+- K+ 泵活動,離子恢復 靜息時的分布狀態(tài)；,四、細胞興奮的引起和傳導,刺激：可引起細胞、組織或機體發(fā)生反應的一切環(huán)境因素的變化

27、。 反應：刺激作用作用于細胞、組織或機體所引起的功能活動改變。 反應有興奮和抑制兩種表現(xiàn)形式。,(一) 刺激引起興奮的條件,所有細胞興奮的本質(zhì)是都有一個共同的、最先出現(xiàn)的反應，就是受刺激處的細胞膜兩側(cè)出現(xiàn)動作電位。,興奮性是細胞接受刺激發(fā)生動作電位的能力，興奮則是產(chǎn)生動作電位的過程。興奮性是興奮發(fā)生的前提，興奮則是興奮性的外在表現(xiàn)。,刺激要引起組織細胞發(fā)生興奮，必須在刺激的強度、刺激的持續(xù)時間以及刺激強度-時間變化率這三個參數(shù)達到某一臨界值。,興奮性是細胞接受刺激發(fā)生動作電位的能力，興奮則是產(chǎn)生動作電位的過程。興奮性是興奮發(fā)生的前提，興奮則是興奮性的外在表現(xiàn)。,基強度是指在刺激作用時間充分有效

28、的前提下，能引起細胞興奮的最小刺激強度。,利用時是指基強度條件下的最小有效作用時間。 時值是指二倍基強度條件下的最小作用時間,閾強度（又稱閾值）是指在刺激作用時間和強度-時間變化率固定不變的條件下，能引起組織細胞發(fā)生興奮的最小刺激強度。閾值是衡量組織興奮性的常用指標，兩者呈反變關(guān)系。,閾刺激：達到閾值的刺激稱為閾刺激。 閾上刺激：強度大于閾值的刺激稱為閾上刺激。 閾下刺激：強度小于閾值的刺激稱為閾下刺激。,（二）閾電位與動作電位,動作電位的除極電位包括兩部分： 初始的除極； 達到閾電位后的除極。,初始除極是指刺激作用于細胞首先產(chǎn)生的除極反應，是由于膜上Na+通道開放所形成的。,閾下刺激引起的除

29、極程度小，激活的電壓門控性Na+通道數(shù)量少，Na+內(nèi)流引起膜電位的變化被外流的K+抵消，使膜的進一步除極不能實現(xiàn)。,有效刺激引起開放的電壓門控性Na+通道的數(shù)量增加，Na+內(nèi)流明顯增多，Na+引起膜電位的變化不能被外流的K+抵抗，Na+內(nèi)流引起膜的進一步除極。進一步的除極又將引起更多的電壓門控性Na+通道開放，使除極加強，成為再生性除極，形成Na+內(nèi)流與除極的正反饋。使膜的除極迅速發(fā)展，形成動作電位上升支。,閾電位：能引起Na+通道激活，從而使Na+大量內(nèi)流產(chǎn)生動作電位的臨界膜電位。,閾電位的特性： 引起膜上電壓門控性Na+通道大量開放。,閾電位是用膜本身除極的臨界值來描述動作電位的產(chǎn)生條件，

30、除極達到閾電位水平是細胞產(chǎn)生動作電位的必要條件。 閾強度是能使膜在靜息電位基礎(chǔ)上除極達到閾電位的最小刺激強度。,閾電位與閾強度的區(qū)別：,閾下刺激不能使膜電位除極達閾電位，但少量內(nèi)流的Na+和電刺激造成的除極疊加起來，在受刺激的膜局部出現(xiàn)一個較小的膜的除極反應，稱為局部反應或局部興奮。,（三）閾下刺激與局部反應,局部興奮概念： 閾下刺激引起膜電位輕度的去極，但未達到閾電位水平。 由于這種反應只局限在受刺激局部范圍而不能遠傳，故又稱局部反應。,局部興奮的基本特點征： 呈現(xiàn)等級性。不具有“全或無”現(xiàn)象。局部電位隨閾下刺激增大而增大。 呈現(xiàn)衰減性擴布。不能在膜上作遠距離傳播。 具有總和效應：時間性和空

31、間性總和。,衰減性擴布-不能在膜上作遠距離的傳播。,時間總和：由連續(xù)刺激產(chǎn)生的多個局部興奮先后的疊加稱為時間總和。 空間性總和：由多個相近的局部興奮同時產(chǎn)生的疊加稱為空間總和。,時間性總和,空間性總和,局部興奮與動作電位的區(qū)別:,不衰減擴布,衰減性擴布,傳播特點,無,有,總和現(xiàn)象,有,無,全或無特點,大,小,膜電位變化幅度,多,少,鈉通道開放數(shù),閾或閾上刺激,閾下刺激,刺激強度,動作電位,局部興奮,區(qū)別,刺激,少量Na+通道開放,Na+內(nèi)流膜電位局部電位,閾電位Na通道大量開放,再生式內(nèi)流,AP上升支,Na+內(nèi)流停+K+通道開放,K迅速外流,AP下降支,激活Na+K+泵,Na+泵出、K+泵回后

32、電位,動作電位的產(chǎn)生過程,傳導：動作電位在同一細胞上的傳播稱為傳導。 動作電位的傳導-局部電流學說。已興奮的膜部分通過局部電流“刺激”了未興奮的膜部分，使之出現(xiàn)動作電位。,（四）動作電位的傳導,靜息狀態(tài),興奮狀態(tài),動作電位在同一細胞上的傳導機制 （局部電流學說） 細胞某一部位產(chǎn)生動作電位 已興奮段和臨近未興奮部分產(chǎn)生電位差 局部電流 局部電流刺激臨近未興奮段 臨近未興奮段去極化 動作電位向臨近未興奮段傳播,1.無髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導機制 局部電流 傳導速度:軸突直徑、電阻、鈉通道密度 2.有髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導機制 局部電流發(fā)生在郎飛結(jié) 間的跳躍式傳,傳導機制,無髓神經(jīng)纖維的傳導：局部電流,有

33、髓纖維:跳躍式傳導,有髓神經(jīng)纖維傳導興奮的方式是跳躍式傳導,無髓神經(jīng)纖維傳導興奮的方式是局部電流,當細胞在發(fā)生一次興奮后，其興奮性將將經(jīng)歷一系列有次序的變化。 組織興奮過程中興奮性的周期性變化，依次分別為：絕對不應期、 相對不應期、 超常期、 低常期。,五、細胞興奮后興奮性的周期性變化,絕對不應期：在細胞接受刺激發(fā)生興奮的當時及興奮后最初的一段時間，無論施加多大的刺激強度也不能使細胞再次興奮，這段時間稱為絕對不應期。 絕對不應期內(nèi)，細胞的興奮性可看作為零，閾值為無窮大。 即興奮性=0。,相對不應期：在絕對不應期之后，細胞的興奮性逐漸恢復，受刺激后可發(fā)生興奮，但興奮性較正常為低，故所需的刺激強度

34、要大于閾強度（即閾上刺激），這段時間為相對不應期。,相對不應期之后，有的細胞還會出現(xiàn)興奮性的波動，即輕度高于正常水平或低于正常水平，分別稱為超常期和低常期。,細胞興奮后興奮性周期性變化說明：在細胞或組織接受連續(xù)刺激時，有可能由于它們接受前一刺激而改變了對后來刺激的反應能力，因而這是一個有重要功能意義的生理現(xiàn)象。,絕對不應期的長短決定了組織兩次興奮間的最短時間間隔。 不管給組織的刺激頻率有多高，組織依其絕對不應期的長短，在單位時間內(nèi)最多只能產(chǎn)生一定次數(shù)的興奮。,興奮性周期性變化的意義：,產(chǎn)生興奮性周期性變化的實質(zhì)是細胞膜上離子通道功能狀態(tài)的變化。 細胞膜上的Na+通道應有備用、激活和失活三種狀態(tài)

35、。,細胞膜上的Na+通道處于備用狀態(tài)時，可以接受刺激使其變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，從而引發(fā)動作電位的除極相。 激活的Na+通道很快失活而關(guān)閉。失活的Na+通道不可能接受刺激直接變?yōu)榧せ顮顟B(tài)，只有等細胞恢復到或接近備用狀態(tài)時，才可能再次激活。 Na+通道所具有的備用-激活-失活的周期性循環(huán)是細胞興奮后興奮性形成周期性變化的根本原因。,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,一、骨骼肌細胞的收縮功能,二、平滑肌細胞的收縮功能,一、骨骼肌細胞的收縮功能,（一）神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮的傳遞,神經(jīng)-骨骼肌接頭的結(jié)構(gòu),神經(jīng)圖-肌肉接頭處的結(jié)構(gòu),神經(jīng)-骨骼肌接頭結(jié)構(gòu),1. 接頭前膜 2. 接頭間隙 3. 接頭后膜,遞質(zhì)的釋放是以單個

36、小泡為單位，通過出胞作用并以傾囊而出的方式進行，稱為量子式釋放。,神經(jīng)-骨骼肌接頭的興奮傳遞過程,神經(jīng)末梢有沖動傳至突觸前膜，引起去極化 電壓門控式Ca2通道開放，Ca2內(nèi)流,Ca2+使接頭前膜內(nèi)囊泡移動、融合、破裂，囊泡中的ACh釋放(量子釋放),進入突觸間隙,ACh與N2受體結(jié)合，化學門控式Na、K 通透性 終板電位（EPP）,終板電位達閾電位水平時，Na通道 開放動作電位,神經(jīng)沖動,Ca2通道開放，Ca2內(nèi)流,囊泡移動、融合、破裂，ACh釋放(量子釋放),ACh與N2受體結(jié)合,Na、K (尤其是Na)通透性,終板膜去極化終板電位（EPP）,EPP電緊張性擴布至肌膜,動作電位,神經(jīng)-肌肉接

37、頭處的興奮傳遞是1對1的。,神經(jīng)-骨骼肌接頭興奮傳遞的特點, 接頭處的興奮傳遞與化學性突觸傳遞的共同點：, 電位具有等級性。其電位變化大小與前膜釋放遞質(zhì)的量成正比，沒有“全或無”的特性。, 無不應期，的總和現(xiàn)象。, 以電緊張形式進行擴布, 接頭處的興奮傳遞與化學性突觸傳遞的不同點：, 神經(jīng)-骨骼肌接頭興奮傳遞是一對一關(guān)系，即運動神經(jīng)纖維每興奮一次，它所支配的肌細胞也發(fā)生一次。, 每次神經(jīng)沖動釋放的Ach，在發(fā)揮作用后立即被膽堿酯酶分解而失活，以免影響下次神經(jīng)沖動到來時的效應。, 神經(jīng)-骨骼肌接頭通常只釋放興奮性遞質(zhì)，而少有抑制性遞質(zhì)釋放；而突觸不但釋放興奮性遞質(zhì)，同時也釋放抑制性遞質(zhì)。,影響神

38、經(jīng)-骨骼肌接頭的興奮傳遞的因素 （1）影響接頭前過程因素： 阻滯接頭前膜Ach釋放：肉毒桿菌中毒 促進接頭前膜Ach釋放：黑寡婦蜘蛛毒,影響神經(jīng)-骨骼肌接頭的興奮傳遞的因素 （2）影響接頭后過程因素： 阻斷ACh受體：箭毒和銀環(huán)蛇毒，肌松劑 自身免疫性疾病：重癥肌無力(ACh受體) 肌無力綜合征 抑制膽堿酯酶：有機磷農(nóng)藥，新斯的明,（二）骨骼肌細胞的微細結(jié)構(gòu) 1.肌原纖維和肌小節(jié) 2.肌管系統(tǒng),肌原纖維和肌小節(jié),肌小節(jié)： 是肌細胞的基本結(jié)構(gòu)和功能單位，指相鄰兩Z線之間的區(qū)域。 肌小節(jié)是骨骼肌細胞收縮和舒張的基本結(jié)構(gòu)單位,粗肌絲： 細肌絲：,H帶,2.肌管系統(tǒng),（三）骨骼肌細胞收縮的分子機制,1

39、.肌絲的分子組成,粗肌絲：肌凝蛋白(肌球蛋白) 肌纖蛋白(肌動蛋白) 原肌凝蛋白(原肌球蛋白) 肌鈣蛋白,細肌絲：,收縮蛋白,調(diào)節(jié)蛋白,粗肌絲：主桿和橫橋 橫橋在粗肌絲表面幾何排列：,由肌球蛋白組成,橫橋,粗肌絲：肌球蛋白（myosin，肌凝蛋白）,粗肌絲由大量肌球蛋白分子有序排列而成,橫橋特性： 有ATP酶活性。 與細肌絲的位點結(jié)合，扭動、解離、復位、再結(jié)合，拉動細肌絲向M方向滑行。,細肌絲：,肌動蛋白,原肌球蛋白,A.肌動蛋白（肌纖蛋白） B.原肌球蛋白（原肌疑蛋白） C.肌鈣蛋白： C亞單位：與Ca2+結(jié)合 T亞單位： I 亞單位：,細肌絲,肌動蛋白與肌球蛋白為收縮蛋白；原肌球蛋白與肌鈣蛋白為調(diào)節(jié)蛋白。,細肌絲：,A、肌纖蛋白 B、原肌凝蛋白： C、肌鈣蛋白：,2.肌肉的收縮過程,肌肉收縮機制肌絲滑行理論,基本內(nèi)容： 證據(jù)：,肌絲滑行的基本過程,（四）骨骼肌細胞的興奮-收縮耦聯(lián),興奮-收縮耦聯(lián)：一次動作電位引起肌細胞發(fā)生一次收縮。這種把以膜的電變化為特征的興奮和以肌細胞機械變化為基礎(chǔ)的收縮聯(lián)系起來的中介過程，稱為興奮-收縮耦聯(lián)。,肌管系統(tǒng),橫管系統(tǒng)（T管）：將肌C興奮時產(chǎn)生的膜電位變化