课件：神经肌肉一般生理.ppt

第二章,细胞膜的基本功能和神经肌肉的一般生理特性,绍兴文理学院生命科学学院潘伟槐,要点,膜的物质转运 静息电位和动作电位及其形成机理 兴奋的传导(传递) 骨骼肌的超微结构及收缩,2019/3/12,2,细胞膜的结构 细胞膜的物质转动功能 细胞膜的跨膜信号传导 神经肌肉的兴奋和兴奋性 细胞生物电现象 骨骼肌细胞的兴奋和收缩功能,2019/3/12,3,细胞膜的结构 Fundamental structure of Cell membrane,2019/3/12,4,细胞学说Cell theory,英国人Robert Hooke(1635-1703)于300多年前用放大镜观察软木塞薄片，首次描述了细胞壁构成的小室，称为“cell”,2019/3/12,5,1838-1839年德国学者Schleiden(施来登1804-1881)和Schwann(施旺1810-1882)创立“细胞学说”,细胞是一切植物和动物的结构、功能和发生的基本单位,2019/3/12,6,细胞膜Cell membrane,细胞膜结构的研究 19世纪中叶，K.W.Nageli根据实验提出质膜的概念,1895年E.Overton发现脂溶性物质易透过细胞膜，证明细胞膜含质膜(磷脂或胆固醇),水溶性和脂溶性物质透过细胞膜的能力不同,2019/3/12,7,1925年E.Gorter和F.Grendel首先提出了膜结构模型，即脂双层模型(lipid-bilayer model),亲水性极性基团(磷酸和碱基),疏水性非极性基团(长烃链),Gorter & Grendel的实验,2019/3/12,8,1957年Robertson用KMnO4固定细胞膜在电镜下观察到“铁轨”状结构，内外二层黑深，中间层明亮，三层结构2+3.5+2nm，总7.5nm,2019/3/12,9,1972年S.J.Singer和G.L.Nicolson提出液体镶嵌模型(fluid mosaic model),globular protein,-helix-protein,2019/3/12,10,37培养40min,荧光标记膜蛋白质,2019/3/12,11,Gorter & Grendel的实验,低渗溶液中加红细胞得空膜囊 用丙酮溶出膜囊中的脂质，再将提取的脂质散布在水槽中，在水面上成单分子层 将这些分子在水面上挤压在一起，发现其面积为红细胞表面积的2倍 提出脂双层模型,2019/3/12,12,2019/3/12,13,细胞膜的化学成分 Chemical components of the Cell Membrane,2019/3/12,14,细胞膜脂质（lipids of cell membrane） 磷脂70% 胆固醇 30% 神经鞘脂（Sphingolipid），糖脂（glycolipid） 细胞的脂质屏障（Lipid barrier ）防止水渗透（penetration ）,磷脂的性质为双亲媒性分子或亲水脂分子,2019/3/12,15,卵磷脂分子结构,2019/3/12,16,细胞膜蛋白（Membrane proteins） 膜蛋白类型 外在蛋白(Extrinsic protein,表面蛋白质 peripheral protein) 仅附在膜的一侧，不穿透膜 功能: 几乎全是酶（enzyme）,2019/3/12,17,内在蛋白(Intrinsic protein,结合蛋白质integral protein) 完全穿透膜 功能 水、水溶性物质尤其是离子的结构通道（structural channel） 不能渗透脂质屏障的物质转运载体（carrier） 酶,2019/3/12,18,2019/3/12,19,膜蛋白功能 结构成分 (接合蛋白commissure protein) 酶 受体(Receptor) 转动工具(transporter): 通道和载体,2019/3/12,20,细胞膜糖类（Membrane carbohydrates） 几乎全部与蛋白或脂质结合成糖蛋白(glycoprotein)或糖脂(glycolipid),位于膜外侧的糖类功能 大部分细胞整体带负电性(排斥其它负电性物质) 糖蛋白结合复合物(glycocalyx) 使细胞间相互粘附 作为结合激素(如胰岛素insulin)的受体 参与免疫反应(immune reaction),2019/3/12,21,2019/3/12,22,细胞膜的功能 Function of Cell membrane,屏障作用 传递信息 受体功能，与识别和接受环境中特异的化学刺激有关，与细胞的免疫功能有关 具有酶的作用 物质转运功能 附着在膜内表面的蛋白质和细胞的变形运动、吞噬或吞饮作用及细胞分裂有关,2019/3/12,23,膜分隔细胞内液(ICF, intracellular fluid)和细胞外液(ECF, extracellular fluid) 细胞膜具有选择通透性 (selective Permeability) ECF和ICF成分不同,细胞膜的物质转运功能 Membrane transport,2019/3/12,24,这些差异对细胞的生存和功能非常重要！,2019/3/12,25,膜转运分子和离子的机制(Mechanism) 无载体介导的转运 载体介导的转运,转运时的能量 被动转运（Passive transport） 扩散（Diffusion）：依赖浓度差和势能差，不需要细胞直接提供能量 净移动顺着浓度梯度（concentration gradient），消除浓度梯度 主动转运（Active transport） 净移动逆着浓度梯度 需要细胞直接提供能量,2019/3/12,26,单纯扩散(Simply diffusion),特点 不需要膜载体蛋白参与 被动,条件前提 膜二侧存在浓度差 膜对该物质有通透性 机理 热能使分子/离子处理自由运动状态 消除浓度梯度，分布均匀,2019/3/12,27,通过膜的扩散过程 只有脂溶性物质通过膜的脂质双分子层扩散 无极性分子 (02) 脂溶性分子 (类固醇) 弱极性共价键结合分子 (C02,NO) H20 (小,不带电荷) 膜对以下物质不通透 强极性分子 (如葡萄糖) 带电荷无机离子 (如Na+),2019/3/12,28,水分子虽然是极性分子，但它的分子极小，又不带电荷，故膜对它是高度通透的。另外，水分子还可通过水通道跨膜转运。,2019/3/12,29,2019/3/12,30,扩散速率与下面因素有关 浓度梯度大小 扩散的驱动力 膜透性 温度 温度越高扩散越快 膜表面积 微绒毛 (Microvilli)增加表面积,2019/3/12,31,2019/3/12,32,易化扩散(Facilitated Diffusion),特点 被动 需要膜蛋白参与,2019/3/12,33,载体介导转运（Carrier-Mediated Transport）,通过蛋白质载体 蛋白质载体的特性 特异性（Specificity） 仅与特异分子相互作用 竞争（Competition） 具有相似结构的分子竞争载体的结合位点 饱和（Saturation） 载体的结合位点全部占满,2019/3/12,34,转运最大值(Tm,Transport maximum): 载体饱和 竞争: 分子 X和Y竞争同一个载体,2019/3/12,35,通过易化扩散最重要的物质是葡萄糖和大部分的氨基酸 葡萄糖载体分子是一种内在蛋白,2019/3/12,36,通道介导的扩散,间断性开放通道 (门控离子通道) 通道类型 化学门控通道(chemical-gated channel) 电压门控通道(Voltage-gated channel) 机械敏感离子通道(mechanosensitive ion channel) 或机械门控通道(mechanical gated channel),2019/3/12,37,2019/3/12,38,通道特点 高速率 打开和关闭很快 (膜电位，化学信号等) 具有选择性，但较载体小 通道阻断剂(blocking agents)，如河豚毒素可阻断Na+通道，四乙胺阻断钾通道 神经元细胞膜对K+ 的通透性是Na+的20倍,2019/3/12,39,2019/3/12,40,2019/3/12,41,主动转运（Active Transport）,逆着浓度梯度转运分子或离子 从低浓度侧到高浓度侧 需要ATP Na+、K+、Ca2+、H+、Cl-、I-，不同的糖和大多数的氨基酸,2019/3/12,42,初级主动转运（Primary Active Transport）,载体转运直接利用ATP 分子或离子结合到载体位 结合刺激磷酸化 (分解ATP) 构象改变将物质转运到另一侧,2019/3/12,43,2019/3/12,44,Na+-K+ATP酶泵（Na+-K+ATP-ase Pump）,初级主动转运 载体蛋白是一种ATP酶，水解ATP 成 ADP 和 Pi,2019/3/12,45,维持膜二侧Na+、K+ 离子浓度差并建立细胞内负电位,2019/3/12,46,Na+-K+ATP酶泵的基本组成 4 个亚单位（subunit） 亚单位: M.W: 100,000 亚单位: M.W: 55,000 功能不清,2019/3/12,47, subunit, subunit,2019/3/12,48,亚单位的特点 外侧有2个结合K+的位点 有3个Na+结合位点 内侧部邻近Na+结合位点有ATP酶活性,2019/3/12,49,转运过程,2019/3/12,50,2019/3/12,51,Na+-K+-ATP 酶磷酸化，构型改变，对K+亲和力大，对Na+亲和力小，在胞外结合K+,向细胞外释放Na+ 脱磷酸化，对Na+亲和力大，对K+亲和力小，在胞内结合Na+,向胞内释放K+ 每分解一个ATP分子，3个Na+被移出膜外，2个K+移入膜内,2019/3/12,52,质子泵proton pump,3 types P-type,V-type,F-type,2019/3/12,53,P-class pumps P-class ion pumps are a gene family exhibiting sequence homology. They include: Na+,K+-ATPase, in plasma membranes of most animal cells, is an antiport pump. It catalyzes ATP-dependent transport of Na+ out of a cell in exchange for K+ entering.,2019/3/12,54,(H+, K+)-ATPase, involved in acid secretion in the stomach, is an antiport pump. It catalyzes transport of H+ out of the gastric parietal cell (toward the stomach lumen) in exchange for K+ entering the cell.,2019/3/12,55,Ca+-ATPases, in endoplasmic reticulum (ER) & plasma membranes catalyze transport of Ca+ away from the cytosol, either into the ER lumen or out of the cell. There is some evidence that H+ may be transported in the opposite direction. Ca+-ATPase pumps keep cytosolic Ca+ low, allowing Ca+ to serve as a signal.,2019/3/12,56,Calcium ion pump钙离子泵,2 types For P-type, 2 Ca2+ out/ATP Na+-Ca2+exchanger(钠钙交换器, antiport),2019/3/12,57,2019/3/12,58,次级主动转运（Secondary Active Transport）,能量来自存储在膜二侧的某种离子浓度差 需要协同转运体(contransporter),同向转运 (Symport,Co-transport) 转动物质与离子移动同一个方向 反向转运 (Antiport, Counter transport) 转动物质与离子移动相反方向,2019/3/12,59,转动葡萄糖,2019/3/12,60,向高浓度侧转动葡萄糖所需的能量来自Na+向低浓度一侧的转运,2019/3/12,61,2019/3/12,62,大量物质转运（Bulk Transport）,许多分子一起同时转动 胞吐作用（Exocytosis） 内吞作用（Endocytosis）,2019/3/12,63,2019/3/12,64,细胞膜的跨膜信号传导Transmembrane signal transduction,通过具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号转导 化学门控通道 化学物质控制：递质、激素等 主要分布：终板膜、突触后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中 作用：产生局部电位 例：终板膜化学门控通道,2019/3/12,65,电压门控通道 主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细胞的一般细胞膜上 作用：产生动作电位 例：钠通道,2019/3/12,66,机械门控通道 机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的通道开放，产生感受器电位 例：听觉毛细胞、肌梭等 各种门控通道完成的跨膜信号转导特点 速度相对较快 对外界作用出现反应的位点较局限,2019/3/12,67,由膜的特异受体蛋白质、G-蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统,第二信使学说 第一信使：激素、递质等 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等 第二信使：cAMP、IP3、DAG、cGMP、PG(前列腺素)、钙离子等,2019/3/12,68,腺苷酸环化酶-环磷酸腺苷（Adenylate Cyclase-cAMP）,2019/3/12,69,磷脂酶C-Ca2+(PLC，Phospholipase-C-Ca2+),2019/3/12,70,PLC (磷酯酶C),2019/3/12,71,2019/3/12,72,由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导,酪氨酸激酶（Tyrosine Kinase）,2019/3/12,73,神经肌肉的兴奋和兴奋性Excitation and Excitability of nerve & muscle,两栖类(蛙、蟾蜍等)的坐骨神经腓肠肌标本 研究神经肌肉组织的生理,2019/3/12,74,兴奋的概念 相关影响因素 组织细胞本身状态 刺激（stimulus）,兴奋(Excitation),2019/3/12,75,刺激的类型 刺激的要素 强度 时间 刺激的频率,2019/3/12,76,强度的变化率 强度变化率对刺激能否引起组织兴奋有明显的影响,用下面的实验装置可证明，对同一神经肌肉标本来说，由于强度变化率的不同可影响组织能否兴奋,2019/3/12,77,强度-时间曲线(strength-duration curve) 阈强度(threshold intensity)，简称阈值(threshold)指引起组织兴奋所必需的最小刺激强度 阈刺激(threshold stimulus) 阈下刺激(subthreshold stimulus) 阈上刺激(supraliminal stimulus) 顶强度(maximal intensity)指引起组织最大反应的刺激强度，顶强度的刺激称为最大刺激(maximal stimulus),2019/3/12,78,基强度(rheobase,b),时值(chronaxie,ch),利用时(utilization time,ut),2019/3/12,79,基强度(rheobase,b) 基强度指不再随刺激时间的增长而进一步减小的最小阈强度 刺激电流作用时间足够长时的刺激阈强度,2019/3/12,80,利用时(utilization time,ut) 用基强度刺激引起组织兴奋所需的最短刺激时间称为利用时,2019/3/12,81,时值(chronaxie,ch) 用二倍基强度刺激引起组织兴奋所需的最短刺激时间称为时值,2019/3/12,82,阈下总和（subliminal summation） 如果单次刺激是阈下刺激，但在一定间隔时间内连续给予多次同样的刺激，通过总和同样可引起兴奋,2019/3/12,83,兴奋性的概念,兴奋性(Excitability),2019/3/12,84,兴奋性变化的四个时期,2019/3/12,85,绝对不应期(absolute refractory period) 阈值无限大，兴奋性近于零 神经纤维这个时期约0.3-1ms，心肌200-400ms 相对不应期(relative refractory period) 兴奋性较低，刺激强度超过阈值有可能引起兴奋，并逐渐恢复 历时约3ms,2019/3/12,86,超常期(supernormal period) 兴奋性恢复并轻度增高，超过正常水平，阈值低于正常 历时约12ms 低常期(subnormal period) 兴奋性低于正常水平，阈值大于正常 历时长，如神经纤维可达70ms,2019/3/12,87,绝对不应期的生理意义 连续刺激不可能引起AP的融合 AP产生的最大频率=1/绝对不应期(理论值)，如蛙有髓神经纤维AP持续0.002s(2ms)，则理论上第秒能产生和传导冲动1/0.002500次，但实际上均少于这个数,2019/3/12,88,细胞生物电现象 Bioelectric Phenomena of Cell,生物电现象的发现和研究 自然界电鱼的放电现象 1791年意大利解剖医学家及物理学家Luigi Galvani(加尔瓦尼,1737-1798) 发现神经的带电现象,2019/3/12,89,Galvani用二种金属(如铜、锌)做的镊子接触神经肌肉，发现肌肉的收缩现象 Galvani首先制作的这种镊子现在在生理学实验中是用来检验所制标本机能活性的最常用而简易的刺激器称为铜锌弓，也此亦被称为Galvani镊子,2019/3/12,90,Carlo Matteuci(1842年)发现肌肉的生物电现象 Emil Du Bios-Reymond(1896年)发现了神经的损伤电位，而当刺激神经引起其活动(动作电位)后出现这个损伤电位的暂时消失或减小,2019/3/12,91,刺激B标本的神经，发现A标本的肌肉也会发生收缩，说明在B兴奋时，肌肉产生电变化而刺激了A标本的神经，继而引发A肌肉收缩,2019/3/12,92,2019/3/12,93,静息电位和动作电位 Resting potential and Action potential,相关技术支持 1936年J.Z.Yong发现枪乌贼(squid)的无髓神经轴突，直径最大可达到1000m左右 细胞内记录微电极，直径0.2-1.0m,2019/3/12,94,静息电位(Resting potential，RP),静息电位指细胞末受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差，亦称静息膜电位(Resting membrane potential，RMP)或跨膜静息电位(transmembrane resting potential)。 所有细胞均具有 可兴奋性 能产生并传导冲动,2019/3/12,95,2019/3/12,96,动作电位(Action potential，AP),动作电位指细胞在静息电位的基础上发生的一次短暂的可传播的电位倒转 AP产生的特点 “全或无”(all or none)现象，指在一个不稳定的系统内，反应的大小取决于这个系统所储存的能量，而不决定于引发这个反应的刺激的大小 AP不重叠，即有绝对不应期 传导性，即不衰减传导,2019/3/12,97,RP,2019/3/12,98,膜电位的变化 极化polarization 静息电位存在时膜两侧保持的内负外正 去极化depolarization 静息电位减小甚至消失的过程 反极化contrapolarization 膜内电位由零变为正值的过程 超射overshoot 膜内电位由零到反极化顶点的数值 复极化repolarization 去极化、反极化后恢复到极化的过程 超极化hyperpolarization 静息电位增大的过程,2019/3/12,99,2019/3/12,100,动作电位组成 上升支 下降支 负后电位 正后电位,2019/3/12,101,RP和AP产生的机理-离子学说(Ionic theory),RP的形成,在正常的胞内pH条件下，胞内蛋白质和磷酸盐呈负电性 这些阴性“离子”能吸引阳离子，这些阳离子能通过膜通道扩散,基本情况,2019/3/12,102,膜对K+的通透性高于 Na+/ K+泵分解一ATP能将 3 Na+运出 2 K+运进 膜二侧存在离子浓度梯度 K+i K+o20-40; Na+o Na+i7-10 所有这些使膜二侧带电性不同,2019/3/12,103,2019/3/12,104,2019/3/12,105,平衡电位(Equilibrium Potentials),假设仅一种离子（如K+ ）可通过膜扩散产生的理论电位值 电位差（Potential difference） 在膜二侧电荷的大小差异，也就是膜二侧电位高低,电位差抵消推动扩散的浓度梯度，使某种离子的跨膜净移动为零,2019/3/12,106,假如K+是仅有的一种扩散离子，按照膜内比膜外高20-40倍计数，电位差Ex为-75 -93mv，即K+平衡电位(K+ Equilibrium Potentials) 可达到 90 mV,南斯特平衡(Nernst Equation),2019/3/12,107,2019/3/12,108,静息膜电位(RMP,Resting Membrane Potential),RMP比Ek小，因为其它离子尤其是Na+同时能进入细胞内 低速率的Na+内流和K+外流同时进行,膜电位 (Vm, Membrane Potential),2019/3/12,109,Resting Membrane Potential(RP) - 65 mV.,2019/3/12,110,AP的形成,刺激引起去极化（depolarization ）到阈电位(TP,threshold Potential) 电压门控Na+打开 (VG,Voltage gated) 内向的电化学梯度(electrochemical gradients) 正反馈过程,2019/3/12,111,电压门控K+通道打开 外向的电化学梯度 负反馈过程 膜电位的变化就产生动作电位,2019/3/12,112,Hodgkin cycle 当细胞膜受到刺激后开始去极化(Depolarization)，引起Na+通道开放，钠电导增加，Na+流入膜内，使膜内正电荷增加(去极化)，这一过程又能促进膜Na+通道开放，进一步加速膜去极化过程，如此循环使Na+流入膜内的速度增加，完成膜去极化。这是一种去极化，Na+通道开放增加(钠电导增加)，Na+内流，促进去极化的正反馈过程，也称Hodgkin cycle,2019/3/12,113,2019/3/12,114,Na+扩散增加产生AP 稍后K+扩散增加,2019/3/12,115,AP完成，Na+/K+泵排出Na+泵入 动作电位具有“全或无”（All or none）现象 当刺激达到阈电位时就产生 最大的电位变化 强度编码（Coding for Intensity） 通过增加的频率编码刺激强度,2019/3/12,116,AP形成的相关事件,阈电位 (TP,Threshold Potential),能使膜上Na+通道突然开放的临界膜电位值称为阈值膜电位，简称阈电位 阈电位的特性是引起膜上Na+通道的激活对膜去极化的正反馈 外加刺激使膜发生去极化，当静息电位值减少到某个临界值(阈电位)时，膜才会突然出现锋电位上升支(Hodgkin cycle)，它已不依赖于原来刺激的强度,2019/3/12,117,电压门控Na+和K+通道,膜片箝(patch clamp)方法的建立为这些通道研究提供了技术上的支撑 Na+通道是膜中的内在蛋白，中央为亲水性孔道，有m门和h门,2019/3/12,118,离子通道的活动 静息状态resting state: m关h开 激活状态active state: 全开 失活状态inactive state: m开h关 复活Recovery: 离子通道从失活到静息状态的过程 未激活状态Deactive state: m关,2019/3/12,119,兴奋性与Na+通道活性状态的关系 绝对不应期与Na+通道的性状：Na+通道失活 相对不应期与Na+通道的性状：部分复活 超常期的机制：Na+通道备用，膜电位与阈电位较近 低常期的机制：Na+通道备用，膜电位与阈电位较远 静息期与Na+通道的性状：备用(关闭),2019/3/12,120,Na+通道有电压感受器，能被去极化所激活(开放) Na+通道对离子有高度的选择通透性，但并不是只对Na+具通透性 河豚毒素(tetrodotoxin,TTX)可选择性地阻断Na+通道，一个TTX分子可阻断一个Na+通道,2019/3/12,121,2019/3/12,122,2019/3/12,123,K+通道在去极化时也被激活，其活性缓慢增加，所以是一种延迟激活，并且随复极化而失活，这个过程是负反馈。这种K+通道不同于膜上形成静息电位的K+通道,2019/3/12,124,K+通道可被四乙胺(tetraethyl ammonium, TEA)阻断 普鲁卡因是Na+、K+通道二类通道的共同阻断剂,2019/3/12,125,2019/3/12,126,2019/3/12,127,局部反应(兴奋) (Local response),细胞受阈下刺激时，少量通道开放，少量Na+内流造成去极化和电刺激本身形成的去极化型电紧张电位叠加起来，在受刺激的局部膜上出现轻度的达不到阈电位水平的去极化 局部兴奋的特征 电紧张性扩布(electrotonic propagation) 无 “全或无”现象 可以叠加或总和，时间性总和、空间性总和,2019/3/12,128,2019/3/12,129,局部兴奋,动作电位的锋电位,2019/3/12,130,局部反应与AP的区别,2019/3/12,131,神经干的复合动作电位(compound action potential),实验装置,神经屏蔽合,2019/3/12,132,实验中所测得的双相动作电位常见形态,不对称： 第一相历时短， 强度大 第二相历时长， 强度小,结果,2019/3/12,133,成因分析,2019/3/12,134,2019/3/12,135,神经干复合动作电位的多锋现象,神经干有很多种不同的神经纤维 不同的神经纤维数量、传导兴奋的速度均不同。,2019/3/12,136,传导的一般性质,动作电位的传导Conduction of AP (local circuit theory),2019/3/12,137,一个动作电位不可能传遍整个轴突 每个动作电位作为一个刺激，刺激其相邻的下一个区域产生一个新的动作电位（通过电压门控通道）,2019/3/12,138,无髓鞘轴突的传导,兴奋和未兴奋区域膜内、膜外均存在电位差，局部电流 内流的Na+引起相邻膜去极化，传导动作电位 传导速度慢,2019/3/12,139,有髓鞘轴突（Myelinated Axon）的传导,髓鞘(Myelin)能阻断Na+和K+通过细胞膜 仅郎飞氏节(Nodes of Ranvier)部位有Na+和K+电压门控通道，这儿能发生去极化产生AP 踊跃式传导(Saltatory conduction,leaps) 传导速度快,2019/3/12,140,2019/3/12,141,2019/3/12,142,神经传导的一般特征,生理完整性 包括结构和功能的完整性 绝缘性 神经干中有许多纤维，有传入、传出，互相不干扰 双向性和单向性 刺激纤维可双向传导，在体内单向传导 相对不易皮劳性 与突触比较很不易皮劳 非衰减性,2019/3/12,143,神经肌肉接点(neuromuscular junction)的结构 接点是神经肌肉发生接触的部位，能将神经纤维的冲动传递到肌纤维上的特殊结构 主要结构包括终板(或突触)前膜、终(板)膜(突触后膜)及突触间隙三个部分组成,兴奋的传递transmission of excitation,2019/3/12,144,2019/3/12,145,2019/3/12,146,2019/3/12,147,Synaptic cleft (100-500),2019/3/12,148,(100-500 ),2019/3/12,149,接点的传递过程,AP传导到末梢，末梢去极化引起末梢膜上Ca2+通道开放,Ca2+进入末梢，降低轴浆的粘度，消除前膜内的负电性，突触小泡向前膜移动并与前膜融合，突触小泡释放Ach到间隙(兴奋-分泌耦联excitation-secretion coupling),Ach在间隙扩散,2019/3/12,150,Ach与终板膜上受体通道结合，通道开放，Na+、K+的通透性增加，正离子循电化学梯度流经通道，产生突触后电流，终板膜静息电位减小，即去极化，产生EPP(End plate potential，终板电位),EPP超过阈电位，引发肌膜AP,间隙内有胆碱酯酶(AchE)能很快分解Ach，使其失活，解除对受体通道的结合，保证一次冲动使肌肉收缩一次(1:1)，同时也为下一次冲动的传递作好准备,2019/3/12,151,传递过程相关因素探讨,兴奋-分泌耦联(excitation-secretion coupling) 神经末梢的兴奋从动作电位，经过一定的机制转换为物质分泌的过程 Ca2+：胞外低Ca2+浓度可阻碍Ach释放，Mg2+对Ca2+有拮抗作用可减少Ach释放,2019/3/12,152,量子释放(quantum release)：突触小泡释放Ach是以囊泡为单位(称一个量子)释放，每冲动约释放有200-300个。在神经纤维无冲动传到末梢时，突触小泡自发地随机释放Ach,2019/3/12,153,受体通道分子 Ach的受体和通道是膜上的同一蛋白质分子(属N2)，由四个亚单位(、)构成的五聚体。每个分子上有二个Ach受体位点，位于上 竞争性阻滞：箭毒、三碘季胺酚、-银环蛇毒素具争夺受体的作用，为阻断剂，可阻滞接头传递,2019/3/12,154,2019/3/12,155,这种通道是一种化学门控通道，当结合了Ach后即能使通道打开，打开后对Na+、K+具有相同的通透性，但膜电位的不同使对Na+、K+有不同的流量，在静息电位水平(Vm=Vk)Na+内流大于K+外流膜去极化，去极化后，当Vm=VNa时，K+外流大于Na+内流，在某一中间水平时(约-15mv)膜净电流=0，这时的膜电位称为逆转电位(reversal potential),2019/3/12,156,Ligand-Operated ACh Channels,2019/3/12,157,2019/3/12,158,终板电位(End plate potential，EPP) 在冲动的作用下，突触小泡释放Ach后在终板膜上的电位降低，这种电位仅限于终板膜区，而随传播距离而很快衰减，不具“All or None”现象 在神经纤维无冲动传到末梢时，突触小泡自发地随机释放Ach，引起终板膜电位改变，这种电位称小终板电位(miniature endplate potential, MEPP)，但不能引发肌膜AP,2019/3/12,159,2019/3/12,160,2019/3/12,161,乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase，AchE) Ach在传递冲动后应及时清除才能保证正常不断传递，间隙内有胆碱酯酶(AchE)能在2ms内将其水解掉 毒扁豆碱可增强兴奋传递，因为其可阻止Ach被水解(是AchE的抑制剂),2019/3/12,162,AChE:失活Ach，防止持续刺激,2019/3/12,163,依色林、新斯的明等使胆碱酯酶不能分解Ach，有机磷农药如敌百虫、乐果、敌敌畏对该酶有抑制作用，从而引起中毒症状，造成肌肉挛缩。解毒药物有解磷定等，可恢复胆碱酯酶活性。尼古丁(nicotine)也有增加兴奋作用 滕西隆能专一保护Ach不被胆碱酯酶水解,2019/3/12,164,传递的特点 单向性传递 时间延搁0.5-1.0ms 易感性 易受化学物质或其它因素的影响 易疲劳性,2019/3/12,165,骨骼肌细胞的兴奋和收缩Excitation and contraction of skeletal muscle Cells(SMC),2019/3/12,166,2019/3/12,167,肌原纤维(myofibril)与肌小节(sarcomere) 肌细胞即肌纤维内有大量的肌原纤维 肌纤维和肌原纤维上均可见明带和暗带（light and Dark band）,肌纤维的亚显微结构,2019/3/12,168,肌原纤维由肌丝(myofilament)构成，肌丝分粗肌丝(thick filament)和细肌丝(thin filament)，粗肌丝由肌球蛋白(myosin)、细肌丝由肌动蛋白(actin)等构成。肌丝规则排列可见I带、A带、H区、Z线等结构 肌原纤维上相邻二条Z线间的一段肌原纤维为一个肌小节(sarcomere)，肌小节是肌细胞的基本功能单位,2019/3/12,169,2019/3/12,170,2019/3/12,171,肌(小)节,2019/3/12,172,头具有ATP酶活性，能与肌动蛋白结合,A myosin molecule is elongated with an enlarged head at the end.,2019/3/12,173,许多肌球蛋白分子构成粗肌丝，头暴露在外,2019/3/12,174,细丝由三类蛋白构成:肌动蛋白(actin)、原肌球蛋白(tropomyosin)和肌钙蛋白(troponin) 7个肌动蛋白单体分子(G actin)的长度相当于一个原肌球蛋白分子的长度，每条原肌球蛋白分子上结合一组肌钙蛋白 肌钙蛋白由三个亚单位组成，TnT结合在原肌球蛋白上；TnC结合Ca2+；TnI是抑制肌动蛋白和肌球蛋白相互作用的亚单位,2019/3/12,175,2019/3/12,176,2019/3/12,177,2019/3/12,178,2019/3/12,179,肌管系统(内膜系统internal membrane system)指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性束管状结构。由来源和功能都不同的两组独立的系统所组成 横管系统(transverse tubule，T管)：由肌细胞的表面膜向内凹入形成的 纵管系统(longitudinal tubule，L管)：包绕在肌原纤维周围的肌管系统，是肌质网(sarcoplasmic reticulum),肌管系统(Sarcotubular system),2019/3/12,180,(L tubule),终(末)池,三联管,2019/3/12,181,2019/3/12,182,2019/3/12,183,T,L,AP沿膜和T管传导 终末池释放和储存 Ca2+,2019/3/12,184,肌肉收缩的机理 Mechanisms of Contraction,肌丝滑行(Sliding Filament Theory) Huxley于1954年提出，在肌肉收缩时，肌小节的缩短是细肌丝在粗肌丝之间向粗肌丝中心主动滑行的结果，而粗、细肌细的长度不变,2019/3/12,185,肌丝滑行的过程,细肌丝肌动蛋白上有肌球蛋白头的结合位点 在肌肉舒张期，结合位点被原肌球蛋白覆盖，原肌球蛋白上有肌钙蛋白分子 Ca+结合到肌钙蛋白上 肌钙蛋白-原肌球蛋白复合物移动 肌动蛋白上活化的结合位点暴露,Ca+结合到肌钙蛋白(Ca+binds to troponin),2019/3/12,186,横桥是肌球蛋白头与肌动蛋白位点结合形成的 肌球蛋白头有一个ATP结合位点 肌动蛋白头具ATP酶功能 横桥的摆动作功产生肌丝滑行,横桥(cross bridges)的摆动,2019/3/12,187,2019/3/12,188,2019/3/12,189,2019/3/12,190,第一步，肌球蛋白头结合到肌动蛋白纤维形成横桥 肌球蛋白分解ATP 为 ADP 和Pi ADP 和 Pi保持结合在肌球蛋白直至 头与肌蛋白结合 Pi释放，摆动作功,2019/3/12,191,第二步，肌球蛋白头弯曲拉动肌动蛋白丝。头消耗能量产生位移，这是一个作功过程（power stroke or working stroke） 横桥作功摆动拉动肌动蛋白向A带中央滑行 作功摆动末，肌动蛋白结合新的ATP，释放出ADP,2019/3/12,192,第三步，ATP使肌球蛋白头脱离结合位点 结合新ATP，ADP释放，引起横桥断开,2019/3/12,193,第四步，肌球蛋白头回位“翘起”，准备结合肌动蛋白位点，