生理学第二章生物电现象及肌肉收缩课件

细胞跨膜信号转导人体要实现自身复杂的功能及适应环境的各种变化 细胞之间必须有完善的信息联系 即具有信号转导功能 signaltransduction 分类 1 第二信使跨膜信号转导2 通道跨膜信号转导3 酶耦联受体介导信号转导 1 第二信使跨膜信号转导 有三类蛋白质涉及其中 1 受体第七个 螺旋是识别结合部位 2 G蛋白有十几种由 三个亚基组成 3 效应器酶 G蛋白 GDPG蛋白 GTP 与 亚单位分离激活效应器酶第二信使数量变化第二信使包括cAMP cGMP IP3 DG Ca2 等 激活 一 cAMP信号通路 神经递质 激素等 第一信使 兴奋性G蛋白 GS 激活腺苷酸环化酶 AC ATP cAMP 细胞内生物效应 激活蛋白激酶A 与G蛋白偶联受体结合 激活G蛋白 二 磷脂酰肌醇信号通路 激素 第一信使 兴奋性G蛋白 GS 激活磷脂酶C PLC PIP2 第二信使 IP3和DG 激活蛋白激酶C 内质网释放Ca2 激活G蛋白 细胞内生物效应 与G蛋白偶联受体结合 2 通道跨膜信号转导 1 化学门控通道如Ach门控通道 由 2 五个亚基组成 2 电压门控通道有对膜电位变化敏感的亚单位和基团 3 机械门控通道 3 酪氨酸蛋白激酶信号转导 配体 酪氨酸激酶受体酪氨酸残基磷酸化产生效应 硝酸甘油治疗心绞痛硝酸甘油 NO 结合可溶性鸟苷酸环化酶 GC 三磷酸鸟苷 GTP 转变成cGMP 激活PKG 舒张血管 增加血流量 弗奇戈特 伊格纳罗及穆拉德1998年获诺贝尔生理 医学奖 人体及其他生物体的可兴奋细胞在安静和活动时都存在电活动 这种电活动称为生物电现象 bioelectricity 如 心电图 脑电图 肌电图等 细胞的生物电现象 静息电位RestingPotential Rp 细胞未受到刺激时 存在于细胞膜内外的电位差 静息电位 细胞处于安静状态时 膜内外存在的电位差极化 以膜为界 外正内负的状态 静息电位和极化是一个现象的两种表达方式静息电位的范围 10 100mV之间 animalcellRp frogmuscle 50 70mVsquidnerve 50 70mVmammalredbloodcell 10mVsmoothmuscle 50 60mVmuscle 70 90mVnerve 70 90mV Bernstein的膜学说 1902年 1 细胞内外离子不均匀分布 K i K o 28 35 1 Na i Na o 1 12 14 静息状态下质膜内 外离子分布不均匀 膜外 2 静息时K 的通透性远大于Na 的通透性 CK CNa 50 100 1 静息状态下质膜对离子的通透性不同 3 细胞外主要离子是Na 和Cl 细胞内主要离子是K 和A PO4都是大分子物质 不能扩散出细胞外 K 140Na 12A 135 K 4 5Na 145Cl 150 mM K 离子顺浓度差扩散出细胞外 K A A PO4不能扩散出细胞外 A A 4 浓差力推动K 离子扩散出细胞外 电场力阻止K 离子扩散出细胞外 两力相等时K 净移动为零 此时膜内外电位差为K 的平衡电位 Ek Diffusionforce electricalattractiveforce 3 机制 RP主要是由K 外流形成的 接近K 平衡电位 Ek RT ZF ln K o K iR GasConstant 8 31joule degree grammoleculeor2calorie degree grammolecule T AbsolutetemperatureZ ChargenumberoftheionF Faraday snumber 96500 ln Naturelogofconcentration IfT 27 CEk 59 5 ln K o K iIfT 37 CEk 61 5 ln K o K i 94mV 结论 1 Rp由K 扩散出细胞外所产生2 Rp Ek问题 如果细胞外K 增高 Rp的绝对值会有什么变化 图 细胞外K 浓度对蛙肌静息电位的影响 选择题 达到Eka Ki Kob KiKoc KiKo 达到Ek时 a Ki Kob KiKod 膜两侧电场力相等e 膜两侧浓差力相等 2 主动转运的能量直接来自 a 线粒体b 内质网c 细胞核d 细胞质e 细胞膜 刺激的种类 化学 机械 温度 光 电 声等 刺激需要具备三个条件 一定的强度一定的持续时间一定的时间 强度变化率 电刺激仪提供的电刺激操作方便 刺激的条件易于控制 对组织 细胞不易损伤且重复性好 动作电位产生的前提 有RP 有效刺激 实验结果描绘曲线如下 时间 强度曲线 日常应用中 最简便的方法是采用阈值作为衡量组织兴奋性高低的指标 即 在刺激作用时间和强度 时间变化率固定不变的条件下 刚能引起细胞兴奋或产生动作电位的最小刺激强度 称为阈强度 thresholdintensity 阈值 达到强度阈值的刺激称为阈刺激 强度小于阈值的刺激称为阈下刺激 强度大于阈值的刺激称为阈上刺激 阈刺激或阈强度 衡量细胞兴奋性的指标 动作电位Actionpotential Ap 受到有效刺激后 细胞膜在Rp基础上产生的快速 可逆 可向远处扩布的电位波动 去极化 除极 膜内 外电位差向小于RP值的方向变化的过程 例如由 70 50mV 反极化 超射 细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程 复极化 去极化后再向极化状态恢复的过程 超极化 RP的绝对值增大 例如由 70 90mV 去极化 正反馈 有效刺激GNa开放Na 内流CNa Ck 100 1 Na 快速内流形成AP上升支 早期 电场力和浓差力方向向内Na 顺浓差力和电场力快速进细胞后期 浓差力方向向内 电场力方向向外 当浓差力等于电场力时Na 净移动为零 此时膜内外电位差为Na 的平衡电位 ENa IfT 37 CENa 61 5 ln Na o Na i 61mV Na o浓度对Ap幅度的影响 注意 膜对Na 通透性增大 实际上是膜结构中存在的电压门控性Na 通道开放的结果 Na 通道的特点 去极化程度越大 其开放的概率也越大 是电压依赖性的 开闭是全或无式的 并且开 闭之间的转换速度非常快 至少存在关闭 激活和失活三种功能状态 其形成与分子内部存在两种门控机制有关 Na 通道有两个门和三个态 Gm为激活门 Gh为失活门备用态 Rp Ap 1ms2msGm关 Gh开激活态 Gm开 Gh开失活态 Gm开 Gh关 延迟激活性K 通道Gn为激活门 Ap 1ms2ms 去极化至峰电位最顶点GNa失活并GK延迟激活Ck CNa 100 1 K 快速外流形成Ap下降支 AP上升支 AP下降支 后电位负后电位 复极时迅速外流的K 蓄积在膜外侧附近 暂时阻碍了K 外流 Ap峰电位结束后Na K 泵开始工作 从细胞内排出Na 并摄取K Na 出 K 进 3 2细胞内有净的负电荷积累 形成了正后电位 Ap与INa IK的关系 结论 Na 快速内流形成Ap上升支 Na 通道阻断剂 河豚毒 TTX K 快速外流形成Ap下降支 K 通道阻断剂 四乙胺 TEA Ap峰电位结束后Na 出 K 进 3 2细胞内有净的负电荷积累 形成了正后电位Ap ENa 选择题 1 Ap幅度约等于 a Ek b ENa c ENa 与Rp绝对值之和d ENa 与Rp绝对值之差e 以上都不对2 膜电位是 a 是内正外负b 可用电极在细胞表面测出c 是膜两侧的电位差d 表明细胞处于去极化状态e 以上都不对 Ap的三特点 全或无 刺激达到阈值后 Ap幅度不随刺激强度的增加而改变有绝对不应期无衰减性传导 Ap幅度不随传导距离的增加而改变 全或无 一个Ap使细胞内Na 增加了约1 8万 K 减少了约1 4万 可以视为Na 和K 浓度没有改变 所以Ap幅度不随刺激强度的增加而改变 阈电位 当细胞膜去极化到能引起Ap时的最小膜电位 即为阈电位 threshold Tp Rp与Tp的距离反映了细胞兴奋性的高低 两者成反比 兴奋性 兴奋性组织或细胞产生动作电位的能力兴奋组织或细胞受到刺激后产生了动作电位或动作电位增多的现象 可兴奋组织和可兴奋细胞 指兴奋性较高的组织和细胞 肌肉 神经和腺体 不应期 绝对不应期相对不应期 分期与AP对应关系兴奋性刺激绝对不应期锋电位无任何强大刺激相对不应期负后电位前期渐恢复阈上刺激超常期负后电位后期 正常阈下刺激低常期正后电位 正常阈上刺激 细胞在一次兴奋后其兴奋性要经历一个周期性变化过程 兴奋周期 绝对不应期的长短决定了组织在单位时间内所能接受刺激产生兴奋的次数 超常期 低常期临床意义不大 仅存在理论意义 Ap的传播 Ap依靠局部电流在无髓纤维上传播 Ap依靠局部电流在有髓纤维上进行 跳跃式传导 有髓鞘神经纤维 跳跃式传导 为远距离局部电流 局部电位 阈下刺激使局部细胞膜产生轻度去 超 极化 不具有 全或无 现象 依电紧张方式扩布 具有总和效应 即可产生时间性和空间性总和 局部反应的特点 时间性总和 空间性总和 ThedifferencebetweenApandlocalresponse ApNa大量内流阈上刺激无衰减传播全或无不可融合有绝对不应期向远处传播信息LrNa少量内流阈下刺激电紧张扩布反应有等级可以总和无绝对不应期瞬时改变兴奋性 神经 肌接头兴奋传递 终板结构 终板前膜有囊泡终板间隙15 50nm胆碱脂酶终板后膜有受体 Ap在细胞间传递 Ap前膜GCa2 开放Ca2 内流囊泡内Ach释放Ach扩散与受体结合GNa 开放Na 内流终板膜去极化产生终板电位终板电位电紧张扩布邻近膜达到阈值产生Ap 神经 肌接头传递特征 单向传递时间延搁0 5 1 0ms 个易受理化因素和药物影响1 终板前膜低钙肉毒杆菌毒素2 终板后膜筒箭毒3 抑制胆碱脂酶活性有机磷农药 选择题 1 两阈上刺激的间隔时间绝对不应期可传送个Ap a 12 属于主动转运的是 多选 a Ap升支Na 内流b Ap降支K 外流c Rp时K 外流d 正后电位时Na 外流e 入胞作用 肌小节是肌细胞收缩的基本结构和功能单位 骨骼肌的结构 横管 T管 纵管 L管 终末池三联管 粗肌丝 粗肌丝 肌凝蛋白与横桥 细肌丝组成 肌纤蛋白有与横桥结合的位点原肌凝蛋白阻隔与横桥结合的位点肌钙蛋白起开关作用 肌丝滑行理论 T管兴奋终末池释Ca2 肌浆Ca2 Ca2 与肌钙蛋白结合原肌凝蛋白变构 抑制作用消除横桥与肌纤蛋白结合横桥扭曲细肌丝向M线滑行横桥ATPase暴露分解ATP横桥解离伸直与下一位点结合肌肉