1、細(xì)胞的基本功能,劉鵬霞 2011-3-4,細(xì)胞是生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位,細(xì)胞的生理功能包括： 1. 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 2. 細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 3. 細(xì)胞能被興奮且能傳播興奮 4. 肌細(xì)胞具有收縮功能,1.1細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,(一) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),(二) 細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 1.被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（passive transport） 當(dāng)同種物質(zhì)、不同濃度的兩種溶液相鄰地放在一起時(shí)，溶質(zhì)的分子會(huì)順著濃度差（濃度梯度，concentration gradient）或電位差（電位梯度，potential gradient, 二者合稱電化學(xué)梯度）產(chǎn)生凈流動(dòng)叫被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。 被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力是電化學(xué)勢(shì)

2、能。不需要細(xì)胞膜或細(xì)胞另外提供其它形式的能量。,被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)有兩種形式：?jiǎn)渭償U(kuò)散and異化擴(kuò)散 (1)單純擴(kuò)散（simple diffusion） 概念：物質(zhì)的分子或離子順著電化學(xué)梯度通過(guò)細(xì)胞膜的方式稱為單純擴(kuò)散。 單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散通量，(即該物質(zhì)在每秒內(nèi)通過(guò)每平方厘米假想平面的摩爾數(shù))，取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的電化學(xué)梯度和細(xì)胞膜對(duì)該物質(zhì)的通透性（permeability） 一些脂溶性的物質(zhì)如 O2、CO2等氣體分子，具有較高的通透性；水分子能快速通過(guò)細(xì)胞膜， 稱為“滲透”。,2003年，美國(guó)科學(xué)家彼得阿格雷和羅德里克麥金農(nóng)，分別因?qū)?xì)胞膜水通道，離子通道結(jié)構(gòu)和機(jī)理的研究而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,Pete

3、r Agre,Roderick MacKinnon,(2)易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 概念：一些不溶于脂質(zhì)的，或溶解度很小的物質(zhì)，在膜結(jié)構(gòu)中的一些特殊蛋白質(zhì)的“幫助”下從膜的高濃度一側(cè)擴(kuò)散到低濃度一側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式。 分類： 以載體為中介的異化擴(kuò)散 以通道為中介的易化擴(kuò)散,.以載體為中介的異化擴(kuò)散 如葡萄糖、氨基酸都不溶解于脂質(zhì)，但在載體的“幫助”下,也能進(jìn)行被動(dòng)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 A.載體是指細(xì)胞膜上一類特殊蛋白質(zhì)， B.它能在溶質(zhì)高濃度一側(cè)與溶質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合， C.并且構(gòu)象發(fā)生改變，把溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度一側(cè)將之釋放出來(lái)， D.載體蛋白恢復(fù)到原來(lái)的構(gòu)象， 又開(kāi)始新一輪的

4、轉(zhuǎn)運(yùn)。,以載體為中介的異化擴(kuò)散的特點(diǎn)： A.順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，轉(zhuǎn)運(yùn)速度較快 B.高度的結(jié)構(gòu)特異性 C.飽和現(xiàn)象 D.競(jìng)爭(zhēng)性抑制， E.因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能常受 膜內(nèi)外各種因素的影響,因此 與蛋白質(zhì)分子有關(guān)的物質(zhì)的 通透性是可變化的。,.以通道為中介的異化擴(kuò)散 細(xì)胞膜對(duì)溶于水的Na+、K+、Ca2+等離子的通透性很小，但在一定條件下可快速順著電化學(xué)梯度通過(guò)細(xì)胞膜，由于“離子通道”的存在。 A.離子通道（ion channel）蛋白的壁外側(cè)面是疏水的;B.而壁的內(nèi)側(cè)是親水的（叫水相孔道），能允許水及溶于水中的離子通過(guò);C.通道的開(kāi)放與關(guān)閉是受精密調(diào)控的。,以通道為中介的異化擴(kuò)散的類型,有些只有在它所

5、在膜的兩側(cè)（主要是外側(cè)）出現(xiàn)某種化學(xué)信號(hào)時(shí)才開(kāi)放，稱為化學(xué)門(mén)控通道（chemically gated channel）； 有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開(kāi)、閉，稱為電壓門(mén)控通道（voltage gated channel）； 有些則由所在膜所受壓力不同而決定其開(kāi)放的稱機(jī)械門(mén)控通道（ mechanically gated channel）。,以通道為中介的異化擴(kuò)散的特點(diǎn)： A.速度快B.有選擇性（但不像載體那樣嚴(yán)格）C.受精密調(diào)控 （門(mén)控性）,2.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (active transport) 指細(xì)胞通過(guò)本身的某種耗能過(guò)程將某種物質(zhì)分子或離子逆著電化學(xué)梯度由膜的一側(cè)移向另一側(cè)的過(guò)程。 單純

6、擴(kuò)散和易化擴(kuò)散都有一個(gè)最終平衡點(diǎn)，即被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)在膜兩側(cè)達(dá)到電化學(xué)梯度為零時(shí)。而主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)或離子逆著電-化學(xué)勢(shì)差的移動(dòng)，因此主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)沒(méi)有平衡終點(diǎn), 被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運(yùn)到膜的另一側(cè). 分類： 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),(1)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (primary active transport) 定義：在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中如果所需的能量是由ATP直接提供的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，稱為原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 。 包括：Na+、Ca2+、H+、I-、Cl-、葡萄糖、氨基酸等 Na+-K+泵（鈉泵，sodium pump） A.是鑲嵌蛋白質(zhì)；B.能逆著濃度差將細(xì)胞內(nèi)的Na+移出膜外，將細(xì)

7、胞外的K+移入膜內(nèi)，（膜內(nèi)高K+，膜外高鈉+） C.它本身還具有ATP酶的活性。,(2)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport) 定義：由ATP間接提供能量的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程， 包括：腸上皮細(xì)胞從腸腔液中或腎小管上皮細(xì)胞從小管液中，吸收葡萄糖、氨基酸。 載體蛋白必須與Na+和待轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的分子同時(shí)結(jié)合，才能順著Na+濃度梯度的方向?qū)⑺鼈兊姆肿幽嬷鴿舛忍荻扔赡c（小管）腔轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。 需要特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白。 聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)中，如被轉(zhuǎn)運(yùn)的分子與Na+擴(kuò)散方向相同，稱為同向轉(zhuǎn)運(yùn)；如果二者方向相反，則稱為逆向轉(zhuǎn)運(yùn)。,Na+,3.胞吐與胞吞式轉(zhuǎn)運(yùn)： （1）胞吐（exocytosis）

8、：見(jiàn)于內(nèi)分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆粒或粘液，神經(jīng)細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)。 是一個(gè)比較復(fù)雜的耗能過(guò)程。 （2）胞吞（endocytosis）：是指細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊，例如細(xì)菌，病毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程。 A.被攝取的物質(zhì)如果是固體，則可形成較大的囊泡， 稱為吞噬作用（phagocytosis）。 B.如果是微小的液滴狀液體則形成較小的囊泡，稱為胞飲(pinocytosis)。,1.2細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),各種能量形式的外界信號(hào)作用于靶細(xì)胞時(shí)，并不需要進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)直接影響靶細(xì)胞內(nèi)的過(guò)程，而是通過(guò)引起細(xì)胞膜上一種或數(shù)種特異蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用，以一定形式的弱電變化，將信

9、息傳遞到膜內(nèi)的程。 1.2.1由離子通道介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 1.2.2由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 1.3.3由酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（自學(xué)）,1.2.1由離子通道介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),離子通道實(shí)際上是特殊的膜蛋白質(zhì)分子在膜上形成的通道。大多數(shù)離子通道都有門(mén)， 稱為門(mén)控通道（gated channel）。 分類： 化學(xué)門(mén)控通道 電壓門(mén)控通道 機(jī)械門(mén)控通道,(1)化學(xué)門(mén)控通道： 當(dāng)膜外特定的化學(xué)信號(hào)（配體 ligand）與膜上的受體（receptor）結(jié)合后通道就開(kāi)放，也稱作配體門(mén)控通道。 主要分布于如肌細(xì)胞的終板膜和神經(jīng)元的突觸后膜中，如神經(jīng)-肌肉接頭處的N-乙酰膽堿門(mén)控通道上，AC

10、h受體本身就是離子通道的一個(gè)組成部分。,(2)電壓門(mén)控通道： 控制這類通道開(kāi)放與否的因子是通道所在膜兩側(cè)的電位改變。這些通道的分子結(jié)構(gòu)中存在著一些對(duì)跨膜電位改變敏感的結(jié)構(gòu)或亞單位。 主要分布在除突觸后膜和終板膜以外的神經(jīng)和肌肉細(xì)胞表面膜中的Na+、k+、Ca2+等通道。,(3)機(jī)械門(mén)控通道： 許多細(xì)胞膜表面存在著能感受切向力（機(jī)械）刺激引起開(kāi)放，并誘發(fā)離子流動(dòng)的變化，把信號(hào)傳遞到細(xì)胞內(nèi)部的通道。 如動(dòng)物內(nèi)耳、側(cè)線器官的毛細(xì)胞。,1.2.2 由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與4種膜內(nèi)物質(zhì)有關(guān)，包括： 1.G蛋白耦聯(lián)受體(G protein-linked re

11、ceptor) 2.G蛋白（guanine nucleotide-binding protein） 3.G蛋白效應(yīng)器 4.第二信使,1.G蛋白耦聯(lián)受體 是一種與細(xì)胞內(nèi)側(cè)G蛋白的激活有關(guān)的獨(dú)立的受體蛋白質(zhì)分子， 它們是能與化學(xué)信號(hào)分子進(jìn)行特異結(jié)合的獨(dú)立的蛋白質(zhì)分子 包括：和 腎上腺素能受體,Ach受體,多數(shù)肽類激素,5-羥色氨受體,嗅覺(jué)受體,視紫紅質(zhì)受體等,2.G-蛋白 是鳥(niǎo)苷酸結(jié)合蛋白的簡(jiǎn)稱 有興奮（Gs、Go）型和抑制（Gi）型兩種 受體與配體結(jié)合后構(gòu)型變化，激活膜內(nèi)側(cè)G蛋白G-蛋白通常由、3個(gè)亞基組成， 當(dāng)它被激活時(shí)便與GDP分離，而與GTP結(jié)合，形成-GTP復(fù)合物 這時(shí)亞基與其它兩個(gè)亞基

12、（-）分離，分別對(duì)膜中的效應(yīng)器酶起作用。,3.G蛋白效應(yīng)器 (1).能催化第二信使生成的酶，包括： 位于細(xì)胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、依賴于cGMP的磷酸二酯酶(PDE)及磷脂酶A2。 (2).離子通道,4.第二信使 作用于細(xì)胞膜的信號(hào)(如腎上腺素)叫第一信使。 腺苷酸環(huán)化酶能催化ATP生成cGMP，cGMP可把激素的信號(hào)帶入細(xì)胞漿，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞生理功能的改變。這種由細(xì)胞外信號(hào)分子作用于細(xì)胞膜而產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子(如cAMP)叫第二信使。 第二信使物質(zhì)有：環(huán)一磷酸腺苷(cAMP),三磷酸肌醇(IP3),二酰甘油(DG)、環(huán)一磷酸鳥(niǎo)苷(cGMP)和Ca2+。 第二信使的功

13、能是調(diào)節(jié)各種蛋白激酶和離子通道。,G蛋白偶聯(lián)的受體,受體-G蛋白-AC途徑,受體-G蛋白-PLC途徑,1.3細(xì)胞的興奮性和生物電現(xiàn)象,環(huán)境改變 反應(yīng)（刺激）興奮（excitation） 抑制（inhibition） 研究發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在興奮時(shí)雖然外部表現(xiàn)不同（肌肉收縮、腺體分泌、神經(jīng)沖動(dòng)），但是在受刺激處的細(xì)胞膜都會(huì)首先出現(xiàn)一次電位變化，即動(dòng)作電位（action potential, AP），其他外部反應(yīng)都是由此動(dòng)作電位引起或觸發(fā)。 動(dòng)作電位是絕大多數(shù)細(xì)胞受到刺激產(chǎn)生興奮時(shí)共有的表現(xiàn)。,興奮性（excitability)：細(xì)胞受刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位（AP)的能力 興奮（excitation)：產(chǎn)生AP

14、的過(guò)程或AP 宏觀表現(xiàn)：活動(dòng)增強(qiáng)；電學(xué)角度：產(chǎn)生AP 可興奮細(xì)胞/組織（excitable cell/tissue)： 受到較小的刺激后即可出現(xiàn)某種形式的反應(yīng)。 神經(jīng)細(xì)胞-神經(jīng)沖動(dòng)；肌細(xì)胞-收縮； 腺細(xì)胞-分泌活動(dòng) 可興奮細(xì)胞產(chǎn)生興奮的標(biāo)志：產(chǎn)生動(dòng)作電位,刺激三要素:強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度對(duì)時(shí)間變化率 閾強(qiáng)度（threshold intensity):是細(xì)胞興奮的指標(biāo) 組織在興奮后興奮性的規(guī)律性變化： 絕對(duì)不應(yīng)期（absolute refractory period) 相對(duì)不應(yīng)期（relative refractory period) 超常期（supranormal period) 低常期（su

15、bnormal period) 通道功能狀態(tài)的改變是細(xì)胞興奮性發(fā)生變化的基礎(chǔ),一次興奮后興奮性的變化,細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,人體各器官表現(xiàn)的電現(xiàn)象(心電圖等)，是以細(xì)胞水平的生物電現(xiàn)象為基礎(chǔ)，細(xì)胞的電現(xiàn)象主要是跨膜離子流動(dòng)造成的。,細(xì)胞的生物電：細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差（跨膜電位，膜電位，membrane potential） 細(xì)胞生物電現(xiàn)象的表現(xiàn)形式： 1.靜息電位 2.局部電位和動(dòng)作電位,槍烏賊巨大神經(jīng)軸突（1000m）在細(xì)胞電生理學(xué)中的貢獻(xiàn) 細(xì)胞跨膜電位的發(fā)現(xiàn)：最早是利用槍烏賊 神經(jīng)軸突作出的（凌寧 & Gerard, 1949）,靜息電位 (resting potential) 定義：細(xì)胞未受刺

16、激時(shí)細(xì)胞膜內(nèi)外的電位差。 特點(diǎn)：膜內(nèi)電位較膜外為負(fù)，具體數(shù)值為毫伏級(jí)，不同細(xì)胞有差異。 如果規(guī)定膜外電位為0，則膜內(nèi)電位在-10 100mV 之間。,靜息電位產(chǎn)生原理： 1902年，Bernstein首次提出，細(xì)胞內(nèi)外K+的不均勻分 布和安靜時(shí)膜主要對(duì)K+有通透性可能是細(xì)胞能保持內(nèi)負(fù)外正極化狀態(tài)的基礎(chǔ)。 K+i/K+o = 20-50, Na+o/Na+i = 5-14 濃度勢(shì)能使細(xì)胞內(nèi)K+有向細(xì)胞外擴(kuò)散的趨勢(shì)，細(xì) 胞外Na+有向細(xì)胞內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì)。,假設(shè)： 在生理情況下，如果不存在細(xì)胞膜對(duì)某些帶電粒子的選擇性通透，則不論是細(xì)胞外液還是細(xì)胞內(nèi)液，陰、陽(yáng)粒子的電荷數(shù)是相等的，細(xì)胞內(nèi)液和細(xì)胞外液都是

17、電中性的（即不帶電）。 如果細(xì)胞膜對(duì)某種離子有選擇性通透現(xiàn)象，則細(xì)胞膜兩側(cè)會(huì)有帶電現(xiàn)象。,細(xì)胞膜在靜息狀態(tài)下主要對(duì)K+有通透性（內(nèi)向 整流鉀通道，IK1）， K+向細(xì)胞外擴(kuò)散時(shí)不伴有 負(fù)離子的向外擴(kuò)散和Na+向內(nèi)擴(kuò)散。 由于K+帶正電荷， K+向細(xì)胞外擴(kuò)散時(shí)使細(xì)胞外帶 正電荷，每移出一個(gè)K+就使細(xì)胞外多帶一個(gè)正電 荷。 由于同性電荷相斥，當(dāng)K+移出足夠多時(shí)，電場(chǎng)力又 阻止K+的向外擴(kuò)散，最終達(dá)到平衡 K+平衡電位 K+向外擴(kuò)散達(dá)到平衡時(shí)的細(xì)胞內(nèi)外電位差即是K+平衡電位，用Nernst方程計(jì)算。,靜息電位產(chǎn)生原理示意圖 （濃度梯度-電位差）,機(jī)制：1.在靜息狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)鉀濃度高于細(xì)胞外，安靜時(shí)

18、膜對(duì)鉀的通透性較大,故鉀外流聚于膜外，帶負(fù)電的蛋白不能外流而滯于膜內(nèi), 使膜外帶正電，膜內(nèi)帶負(fù)電。2.當(dāng)促使鉀外流的鉀濃度勢(shì)能差同阻礙鉀外流的電勢(shì)能差（鉀外流導(dǎo)致的外正內(nèi)負(fù)）相等時(shí)，鉀跨膜凈移動(dòng)量為零，故RP相當(dāng)于EkK+平衡電位。,靜息電位-K+平衡電位 1.實(shí)驗(yàn)證實(shí) 2.Nernst公式,R通用氣體常數(shù)（8.31） T絕對(duì)溫度（237+攝氏溫度） Z 離子價(jià) FFaraday常數(shù),提示： RP是各種離子平衡電位的代數(shù)和,動(dòng)作電位：細(xì)胞受到一定強(qiáng)度的刺激后跨膜電位由靜息電位（內(nèi)負(fù)外正）的狀態(tài)向內(nèi)正外負(fù)的方向轉(zhuǎn)變，繼而又恢復(fù)到靜息電位水平的過(guò)程，形狀如鋒，故稱鋒電位(spike potenti

19、al)。其中膜內(nèi)電位值超過(guò)0電位的部分稱為超射（overshoot)。 后電位（afterpotential)：鋒電位之后的未恢復(fù)部分 “全或無(wú)”現(xiàn)象（“all or none” phenomenon)：同一細(xì)胞上動(dòng)作電位大小不隨刺激強(qiáng)度和傳導(dǎo)距離改變的現(xiàn)象。,動(dòng)作電位（action potential，AP),極化（polarization)：膜兩側(cè)電位所保持的內(nèi)負(fù)外正的狀 態(tài)。 超極化（hyperpolarization)：膜內(nèi)電位負(fù)值增大。 去極化（depolarization)：膜內(nèi)電位負(fù)值減小。 復(fù)極化（repolarization)：膜內(nèi)電位向靜息電位方 向變化。 反極化：外正內(nèi)負(fù)

20、外負(fù)內(nèi)正。,AP機(jī)制：,上升支：細(xì)胞膜外高Na+，且膜內(nèi)為負(fù)電位，膜受到刺激時(shí)，出現(xiàn)對(duì)Na+的通透性增加，并超過(guò)對(duì) K+的通透性，Na+迅速內(nèi)流，直至內(nèi)流的Na+在膜內(nèi)所形成的正電位足以阻止Na+的凈內(nèi)流為止，形成動(dòng)作電位的上升支。這時(shí)膜內(nèi)所具有的電位值即為Na+平衡電位（ENa) ，可用Nernst方程計(jì)算出來(lái)。,AP機(jī)制：,下降支：去極化達(dá)高鋒后很短的時(shí)間里，Na+通道很快失活（inactivation）；膜中的另一種電壓門(mén)控K+通道開(kāi)放，K+的外流，使膜內(nèi)電位變負(fù)。,AP機(jī)制： 靜息：由于膜內(nèi)Na+增加、膜外K+增加，激活鈉泵，泵出三個(gè)Na+ ，泵入二個(gè)K+，恢復(fù)膜兩側(cè)原濃度差。,Na

21、+通道和K +通道,Na +通道的性狀: 激活、失活、 備用 。 Na +通道的失活：（峰電位） Na +通道的失活較其它離子通道為快；Na +通道失活時(shí)通道不因?yàn)樯写嬖诘娜O化而繼續(xù)開(kāi)放，也不因?yàn)樾碌娜O化再開(kāi)放；只有當(dāng)去極化消除后，通道才可能解除失活，才可能由于新出現(xiàn)的去極化而再進(jìn)入開(kāi)放狀態(tài)。 K+通道：激活較延遲，而且沒(méi)有失活狀態(tài)，可直接恢復(fù)到靜息時(shí)的關(guān)閉狀態(tài),Na +通道,三種狀態(tài)：靜止、激活、失活； 只有激活門(mén)和失活門(mén)同時(shí)開(kāi)放，Na+才能通過(guò) 當(dāng)膜電位在-90mV時(shí)，激活門(mén)關(guān)閉，失活門(mén)開(kāi)放； 當(dāng)膜電位升高到-70-50mV時(shí)，激活門(mén)打開(kāi)，在濃度梯度和電位梯度的作用下， Na+通道快速

22、開(kāi)放， Na+內(nèi)流。 當(dāng)膜電位達(dá)到0電位時(shí)，失活門(mén)立即關(guān)閉（激活門(mén)仍然打開(kāi)）， Na+停止內(nèi)流。 當(dāng)膜電位恢復(fù)到RP時(shí)，激活門(mén)關(guān)閉，失活門(mén)開(kāi)放。細(xì)胞能夠接受第二次刺激，產(chǎn)生動(dòng)作電位。,Na+通道與興奮性,K +通道,兩種狀態(tài)：靜止和激活 當(dāng)膜電位在-90mV時(shí)，通道關(guān)閉； 當(dāng)膜電位從-90mV開(kāi)始上升時(shí)，通道開(kāi)始打開(kāi)； 當(dāng)膜電位達(dá)到0電位時(shí)，通道完全打開(kāi)；K+外流,動(dòng)作電位去極化（上升支）的產(chǎn)生原理： 1.絕大多數(shù)細(xì)胞是Na+內(nèi)流 2.心肌慢反應(yīng)細(xì)胞是Ca2+內(nèi)流,動(dòng)作電位復(fù)極相（下降支）的產(chǎn)生原理： 1. 神經(jīng)細(xì)胞、骨骼肌細(xì)胞、腺細(xì)胞：K+外流 2. 心肌細(xì)胞：復(fù)雜，有K+外流、Ca2+內(nèi)流

23、等,RP和AP產(chǎn)生的原理,動(dòng)作電位引起及其在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo),（一）閾電位和動(dòng)作電位的引起,刺激局部反應(yīng)（局部電位）閾電位動(dòng)作電位 膜電位必須去極化到某一閾值時(shí)Na+通道才能大量開(kāi)放，引起動(dòng)作電位的去極相。這一閾值稱為閾電位，一般細(xì)胞閾電位約較靜息電位負(fù)值少10-15mV。 閾強(qiáng)度（threshold intensity)：能夠使膜去極化達(dá)到閾電位的外加刺激強(qiáng)度。 閾下刺激：比閾強(qiáng)度低的刺激。 閾上刺激：比閾強(qiáng)度高的刺激。,再生性除極化（正反饋）：去極化先引起一部分Na+通道開(kāi)放，繼而引起膜進(jìn)一步去極化，后者又引起Na+通道快速大量開(kāi)放，其結(jié)果是出現(xiàn)一個(gè)不依賴于原刺激的Na+通道開(kāi)放正反饋過(guò)程

24、。,動(dòng)作電位的“全或無(wú)”特性： 閾刺激是引起去極化達(dá)到閾電位水平的刺激。只要是閾上刺激，不論刺激強(qiáng)度多么強(qiáng)均能引起Na+內(nèi)流與去極化的正反饋關(guān)系，膜去極化都會(huì)接近或達(dá)到ENa， 動(dòng)作電位的幅度只與ENa和靜息電位之差有關(guān)，而與原來(lái)的刺激強(qiáng)度無(wú)關(guān)；閾下刺激使膜去極化達(dá)不到閾電位水平，不能形成去極化與Na+內(nèi)流的正反饋，不能形成動(dòng)作電位。對(duì)于一段膜來(lái)說(shuō)，達(dá)到閾電位的去極化會(huì)引起(Na+的)再生性去極化（regeneration depolarization）而觸發(fā)動(dòng)作電位的產(chǎn)生。動(dòng)作電位在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo),不會(huì)因距離衰竭,也是由于動(dòng)作電位具有“全”和“無(wú)”特性。,閾下刺激雖然不能使膜電位達(dá)到閾電位

25、，但可引起少量Na+通道開(kāi)放，使膜電位發(fā)生程度較低的去極化，這種情況稱為局部反應(yīng)，此時(shí)的升高的膜電位稱為局部電位或電緊張電位，又稱為電緊張擴(kuò)布（electrotonic propagation)。 局部反應(yīng)的特征： 1. 呈等級(jí)性，不是全或無(wú) 2. 不能在膜上作遠(yuǎn)距離傳播 3. 可以相互疊加：空間性總和，時(shí)間性總和,（二）局部興奮與局部電位,局部反應(yīng)與AP的區(qū)別,局部反應(yīng) 動(dòng)作電位 閾下刺激引起 閾(上)刺激引起 鈉通道少量開(kāi)放 鈉通道大量開(kāi)放 反應(yīng)等級(jí)性 “全或無(wú)” 有總和效應(yīng) 無(wú) 衰減性傳播 非衰減性傳播,（1）局部電流學(xué)說(shuō) 細(xì)胞某一部位產(chǎn)生動(dòng)作電位 已興奮段和臨近未興奮部分產(chǎn)生電位差 局

26、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(dòng)作電位向臨近未興奮段傳播,（三）興奮在同一個(gè)細(xì)胞上的傳導(dǎo),局部電流：已興奮處和未興奮處因電位差而引起的電荷移動(dòng)。,（2）跳躍式傳導(dǎo)（有髓神經(jīng)纖維） 局部電流只能出現(xiàn)在與之相鄰的朗飛氏結(jié)之間，興奮就以跳躍的方式從一個(gè)朗飛氏結(jié)傳到另一個(gè)朗飛氏結(jié)，不斷向前傳導(dǎo)。,經(jīng)典的突觸傳遞 接頭傳遞 電突觸（縫隙連接） 突觸： 突觸前膜 突觸后膜 突觸間隙 突觸傳遞：突觸前過(guò)程 突觸后過(guò)程,1.4興奮在細(xì)胞間的傳遞,電-化學(xué)-電 （電壓門(mén)控通道）,經(jīng)典突觸傳遞,AP傳導(dǎo)到突觸前膜 前膜去極化 Ga2+通道開(kāi)放 細(xì)胞外液的Ga2+順濃度梯度進(jìn)入突觸小體內(nèi)（消

27、除前膜內(nèi)負(fù)電） 小泡中的遞質(zhì)以量子式釋放進(jìn)入突觸間隙 與突觸后膜受體結(jié)合 后膜離子通道通透性改變、離子進(jìn)入后膜、后膜產(chǎn)生AP,神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞: AP傳到軸突末梢 鈣通道開(kāi)放 鈣內(nèi)流 ACh釋放、擴(kuò)散 ACh與終板膜化學(xué)門(mén)控 通道結(jié)合 通道開(kāi)放 鈉內(nèi)流為主 引起終板電位 擴(kuò)布使鄰近肌膜去極化達(dá) 閾電位 引發(fā)AP。,接頭傳遞,突觸后電位： 興奮性突觸后電位（EPSP）：除極化 抑制性突觸后電位（IPSP）：超極化 終板電位（end plate potential, EPP）： 突觸傳遞與接頭傳遞的特點(diǎn)：局部電位 （單向、時(shí)間延遲、易受影響、易疲勞） 電突觸的特點(diǎn)：雙向、速度快、不易受

28、影響（同步化）,細(xì)胞間信息傳遞的種類,1.5肌肉的興奮和收縮,人體各種形式的運(yùn)動(dòng)，主要是靠肌細(xì)胞的收縮（contraction）活動(dòng)來(lái)完成的。 骨骼?。╯keletal muscle）： posture、運(yùn)動(dòng)、呼吸 心?。╟ardiac muscle）：心臟射血 平滑?。╯mooth muscle）：胃腸道、血管、膀胱等內(nèi)臟器官的運(yùn)動(dòng) 分子水平：細(xì)胞內(nèi)的收縮蛋白質(zhì)的作用,粗肌絲：,由肌球蛋白組成,細(xì)肌絲：,由肌纖蛋白、原肌球蛋白、肌鈣蛋白質(zhì)組成,骨骼肌的收縮原理,肌絲滑動(dòng)學(xué)說(shuō),橫橋周期,橫橋具有ATP酶活性（供能）。肌肉舒張時(shí)，肌動(dòng)蛋白與橫橋的結(jié)合位點(diǎn)被掩蓋，二者不能結(jié)合。 當(dāng)肌質(zhì)中Ca2+濃

29、度升高時(shí)，Ca2+與肌鈣蛋白C亞單位結(jié)合引起肌鈣蛋白構(gòu)象的改變，這種改變也傳遞給原肌球蛋白，同時(shí)引起原肌球蛋白構(gòu)象發(fā)生扭轉(zhuǎn)，消除了靜息時(shí)對(duì)肌動(dòng)蛋白與橫橋結(jié)合的障礙。 肌動(dòng)蛋白與橫橋結(jié)合,并向M線方向的扭動(dòng)，把細(xì)肌絲拉向M線方向，肌小節(jié)縮短（橫橋頭部?jī)?chǔ)備的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榭朔?fù)荷的張力）。ADP與橫橋解離，橫橋與新的ATP結(jié)合，橫橋與肌動(dòng)蛋白解離。 如果胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度仍很高,便又可出現(xiàn)橫橋同細(xì)肌絲上新位點(diǎn)的再結(jié)合、再扭動(dòng)如此反復(fù)進(jìn)行稱為橫橋周期（cross-bridge cycling）,一旦肌漿中的Ca2+濃度減少時(shí)，橫橋與肌纖蛋白分子解離，則出現(xiàn)相反的變化，肌小節(jié)恢復(fù)原狀，肌肉舒張。,橫橋特性：,1 與肌纖蛋白結(jié)合，扭動(dòng)、 解離、復(fù)位、再結(jié)合. 2 有ATP酶活性,肌纖維膜上的action potential怎樣觸發(fā)肌纖維內(nèi)部的活動(dòng)，使它產(chǎn)生機(jī)械收縮？ 興奮-收縮偶聯(lián) (excitation-contraction coupling),包括三個(gè)主要過(guò)程： 1. 電興奮通過(guò)橫管系統(tǒng)向肌細(xì)胞深處傳導(dǎo)； 2. 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處信息的傳遞； 3. 肌漿網(wǎng)（即縱管系統(tǒng)）對(duì)Ca2+的釋放和再聚積，以及其導(dǎo)致的肌肉收縮與舒張。,肌管系統(tǒng),縱管及橫管 三聯(lián)管,肌絲滑行過(guò)程（興奮-收縮偶聯(lián)）,肌膜AP 橫管 三聯(lián)