细胞生理-6学时人体解剖生理学第6版

山西医科大学生理学系,第三章细胞的基本功能,TheBasicFunctionoftheCell,左琳,人体解剖生理学第6版,细胞膜的作用：细胞和环境之间的屏障；物质转运功能；信号转导功能；生物电现象。,本章主要内容,第一节细胞膜的物质转运功能,第二节细胞的跨膜信号转导,第三节细胞的生物电活动,第四节肌肉的收缩功能,第一节细胞膜的物质转运功能,细胞膜（cellmembrane）/质膜细胞器膜,细胞膜的化学组成和排列形式,蛋白质（protein）、脂质（lipid）和少量糖类55%42%3%,功能活跃比例高，如小肠绒毛上皮细胞；功能简单比例低，如神经纤维髓鞘的施万细胞。,*蛋白质：脂质=4.6:10.25:1,液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）Singer和Nicholson，1972年提出：细胞膜以液态脂质双层为基本骨架，不同结构和功能的蛋白质分子镶嵌于其中，糖类分子与脂质、蛋白质结合后附在膜的表面。,细胞跨膜物质转运的方式,一、被动转运1.单纯扩散；2.易化扩散二、主动转运三、膜泡运输,转运方式：,（一）单纯扩散(simplediffusion)概念:脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。*简单的物理扩散,一、被动转运,单纯扩散进行转运的特点扩散速率高无饱和性不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量,单纯扩散转运的物质（脂溶性，小分子）：O2、CO2、NH3、N2、尿素、类固醇激素等。*H2O转运？,葡萄糖、氨基酸很难经单纯扩散转运；各种带电离子不能经单纯扩散转运,（二）易化扩散1.经通道的易化扩散（facialitateddifussionviachannel）,概念：在通道蛋白的介导下，溶液中的Na+、K+、Ca2+等带电离子顺浓度梯度或电位梯度的跨膜扩散。,膜蛋白协助，顺浓度或电位梯度。,通道转运的特性：,1）快速（108个离子/s）；载体只有105个2）离子选择性（Na+通道、K+通道、Ca2+通道、Cl-通道、阳离子通道等）；*决定因素：通道内孔道的口径、电荷,化学/配体门控通道（chemical/ligand-gatedionchannel）,3）门控(gating)特性,电压门控通道（voltage-gatedionchannel）,机械门控通道（mechanical-gatedionchannel）,非门控通道如：钾漏通道，持续开放。,2.经载体的易化扩散（facilitateddiffusionviacarrier）,转运物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)、核苷酸等,概念：在载体蛋白的介导下，水溶性小分子物质顺浓度梯度及电位梯度进行的跨膜转运。,*单一转运（uniport）如葡萄糖转运体GLUT1：最基本的葡萄糖转运体；GLUT4：受胰岛素调节*联合转运（co-transport）见继发性主动转运,载体转运机制：结合-构象变化-解离,载体转运特点：1）结构特异性（载体与被转运物的结合结构专一）；2）饱和现象（载体及结合位点数量有限）；3）竞争性抑制（结构类似物经同一载体转运）,Km：表示亲和力、转运效率,物质如何从低浓度向高浓度一侧跨膜转运？,二、主动转运（一）原发主动转运(primaryactivetransport),概念：细胞在泵蛋白(实质是ATP酶)帮助下直接利用代谢能量（分解ATP）将离子逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运的过程。特点：逆电-化学梯度进行转运种类：Na+-K+泵；Ca2+泵；质子泵,本质：Na+-K+ATP酶,Na+泵（Na+-K+泵）,作用：逆浓度梯度转运Na+和K+，保持细胞内高K+(30倍)、细胞外高Na+（10倍）,控制细胞容积，防止细胞水肿；为继发性主动转运（如葡萄糖、氨基酸的主动吸收，Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换等）提供动力；为细胞生物电活动提供条件（形成浓度梯度）；胞内高K+是许多代谢反应所必需（如蛋白合成）；钠泵是生电泵，可直接影响静息电位。*哇巴因或洋地黄类药强心机制抑制钠泵，促进钠-钙交换。,Na+-K+泵活动的生理意义（耗能占20-30%）：,（二）继发主动转运（secondaryactivetransport）概念：利用原发性主动转运（主要是Na+泵）建立的离子（如Na+）浓度差，在离子（如:Na+）顺浓度差扩散的同时将其他物质逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运，也称联合转运（co-transport）。,分类：同向转运（symport)逆向转运（aniport）,*抑制钠泵：葡萄糖的主动转运减弱或消失。,三、膜泡运输入胞和出胞概念：一些大分子或颗粒物质经膜包裹后批量进出细胞的过程。膜包裹、融合、离断。形式：出胞和入胞特点：1）膜包裹，有面积改变；2）批量运输；3）需要更多蛋白介导；4）需要消耗能量。,吞噬：转运物质为固体,（一）入胞（endocytosis）指细胞外的大分子物质或团块被细胞膜包裹后以囊泡方式进入细胞的过程。有两种方式：,吞饮：转运物质为液体,巨噬细胞、中性粒细胞活动,运铁蛋白、低密度脂蛋白（LDL）转运,*缺乏LDL受体高胆固醇血症,（二）出胞（exocytosis）,概念：细胞内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程,如激素分泌、神经递质释放、消化液的分泌等。,两种形式：1）持续性小肠粘膜分泌粘液2）调节性神经递质释放，通常受Ca2+浓度的调节。,本章主要内容,第一节细胞膜的物质转运功能,第二节细胞的跨膜信号转导,第三节细胞的生物电活动,第四节肌肉的收缩功能,机体内环境的稳态生命活动的维持生物个体的生长、发育生物物种的繁衍,细胞之间信号转导(信息交流)参与了多细胞生物所有生命活动：,信号转导(细胞通讯)的重要性,一、信号转导概述信号（signal）：能够引起细胞功能发生改变的各种理化因素，可分为化学性（激素、递质、药物等）和非化学性（声、光、电、温度等）。细胞信号转导（cellularsignaltransduction）：细胞对信号的识别和传递过程。可发生在细胞之间、细胞内外以及细胞内分子之间。跨膜信号转导(Transmembranesignaling）：通过细胞膜上某些蛋白质（受体）的识别和变构作用，将细胞外信号以新的信号形式传到膜内，引发细胞功能改变的过程。,配体（Ligand）能与受体发生特异性结合的活性物质。配体种类：水溶性配体或物理信号脂溶性配体,信号转导通路,细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质，根据分布部位不同分为：膜受体、胞质受体和核受体。,受体（Receptor）,受体的三个必备条件：,信号转导,信号转导通路,受体,膜表面受体细胞内受体,离子通道受体,G蛋白耦联受体,酶耦联受体,受体的分类,胞质受体,核受体,跨膜信号转导的三个共同特征：,2.信号众多，但跨膜转导途径有限而类似；离子通道型受体介导的信号转导、G蛋白耦联受体介导的信号转导、酶联型受体介导的信号转导不同信号可使用相同信号转导途径；一种信号可使用多种途径；各种途径之间相互联系（Crosstalk）,3.信号转导过程具有信号放大功能,1个细胞外信号分子级联反应几千个功能蛋白分子活动,1.胞外信号通常不进入胞内，由膜受体接受信号；*胞浆受体、核受体（接受脂溶性信号),生物信号放大效应,跨膜信号转导的几种主要方式,G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导离子通道型受体介导的跨膜信号转导酶联型受体介导的跨膜信号转导,一、G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导,（一）G蛋白耦联受体,(Gprotein-coupledreceptor，GPCR),结构特征：一条多肽链、7个跨膜段（TM）;胞外有识别、结合配体的位点，胞内有G蛋白结合的位点。功能：1）识别配体（如E，NE，TSH，ACh，视觉，味觉和嗅觉刺激）2）激活G蛋白,也称促代谢型受体，最大的受体家族（已知1000多种）。,G蛋白结合域,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,（二）G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）,80年代，Rodbell、Gilman发现G蛋白，获得1994年诺贝尔医学奖；分子结构：20种以上，均由、和三个亚单位组成；100kDa左右；特性：亚单位具有受体结合位点、效应器酶结合位点、鸟苷酸结合位点和GTP酶活性。,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,G蛋白激活:-GTP复合物和二聚体的形成,（三）G蛋白效应器分子（Gproteineffecter）,2）效应器酶腺苷酸环化酶（AC）催化ATPcAMP;磷脂酶C（PLC）催化磷脂酰肌醇DG和IP3；磷酸二酯酶（PDE）水解cAMP、cGMP；磷脂酶A2（PLA2）,1）离子通道（K+，Ca2+）,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,第一信使：递质、激素、细胞因子等胞外信号；,（四）第二信使（secondmessenger）,第二信使：第一信使经跨膜信号转导后产生的细胞内信号分子，如cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+等.,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,（五）蛋白激酶（proteinkinase，PK）,*种类：cAMP依赖性蛋白激酶（即蛋白激酶A，PKA）；Ca2+依赖性蛋白激酶（即蛋白激酶C，PKC）；cGMP依赖性蛋白激酶（即蛋白激酶G，PKG）。*功能：均为蛋白激酶，转移ATP上的磷酸，使底物蛋白在丝氨酸/苏氨酸位点上磷酸化，影响细胞功能。*蛋白磷酸酶：使磷酸化蛋白发生去磷酸化，逆转磷酸化效应。丝氨酸/苏氨酸蛋白磷酸酶主要有：蛋白磷酸酶I、IIA、IIB和IIC。,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,代表性的信号转导通路1.受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路,*Gs和Gi,*放大效应：1个配体/受体复合物激活100个Gs蛋白分子；1个AC催化生成许多cAMP；即1个细胞外信号分子诱导了几百个第二信使分子。,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,受体-G蛋白-AC通路实例：,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,2.受体-G蛋白-PLC通路（双信号通路）,PLC：磷脂酶CPIP2：二磷酸磷脂酰肌醇IP3：三磷酸肌醇DAG：二酰甘油PKC：蛋白激酶C,细胞增殖、分化细胞分泌、肌肉收缩,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,二、酶联型受体介导的跨膜信号转导,酶耦联受体,G蛋白耦联受体,分子结构中只有一个跨膜螺旋；受体胞内结构域具有酶活性或与酶直接结合。,（一）酪氨酸激酶受体（tyrosinekinasereceptor,TKR）信号通路,受体特征：胞外段识别，胞浆侧具有酪氨酸激酶结构域。,配体：大部分生长因子（如表皮生长因子、神经生长因子）。生物效应涉及细胞生长、增殖、分化和生存等缓慢过程。,二、酶联型受体介导的信号转导,激活过程：受体二聚化；自身磷酸化（受体交叉磷酸化）；,二、酶联型受体介导的信号转导,胞内信号转导：如Ras-MAPK途径*无G蛋白参与、无第二信使,二、酶联型受体介导的信号转导,（二）酪氨酸激酶结合型受体信号通路（tyrosinekinase-associatedreceptor）配体：大部分细胞因子和部分肽类激素（干扰素、生长激素、红细胞生成素、催乳素等）功能活性：本身没有蛋白激酶活性，与配体结合后可以在胞质侧结合并激活某种胞质内的酪氨酸激酶，使其磷酸化下游蛋白。胞内信号转导：如JAK-STAT途径，受体酪氨酸激酶JAK酪氨酸激酶STAT进入胞核激活特定基因转录。,二、酶联型受体介导的信号转导,（三）鸟苷酸环化酶受体信号通路,受体特征：胞外识别；胞浆一侧C端有鸟苷酸环化酶（GC）结构域。配体：心房钠尿肽（ANP）、脑钠尿肽（BNP）,功能：催化GTP生成第二信使cGMP，继而激活PKG，使底物蛋白丝氨酸/苏氨酸磷酸化（同PKA、PKC）,*细胞内可溶性GC：NO的受体，使胞内cGMP和PKG活性升高。,二、酶联型受体介导的信号转导,三、离子通道型受体介导的跨膜信号转导,受体本质：是离子通道，但同时具有受体功能，故称化学门控通道、配体门控通道、或促离子型受体（inotropicreceptor)。,骨骼肌终板膜上N2型ACh受体,信号转导过程：化学信号（主要是递质）与通道蛋白上的位点结合、蛋白构型改变、通道快速开放、离子跨膜移动、膜电位改变，,信号转导特点：1）路径简单；2）速度快（仅约0.5ms),细胞兴奋或抑制。,三、离子通道型受体介导的信号转导,*电压门控通道-接受电信号的“受体”,心肌T管膜上L型Ca2+通道开放，外Ca2+内流触发内Ca2+释放，引起心肌收缩。,神经末梢电压门控Ca2+通道开放，Ca2+内流引起递质释放。,三、离子通道型受体介导的信号转导,机械门控通道-接受机械信号的“受体”如：血管壁平滑肌细胞的机械门控Ca2+离子通道；耳蜗毛细胞上的机械门控K+通道。,三、离子通道型受体介导的信号转导,本章主要内容,第一节细胞的跨膜物质转运功能,第二节细胞的跨膜信号转导功能,第三节细胞的生物电活动,第四节肌细胞的收缩功能,生物电（bioelectricity）：细胞进行功能活动时伴随的电现象。临床检查的生物电：心电图、脑电图、肌电图、胃肠电图和视网膜电图等。*器官或组织水平；细胞生物电：细胞水平生物电，在细胞膜两侧。跨膜电位（transmembranepotential）膜电位（membranepotential）,膜电位的种类：静息电位、动作电位、局部电位,概述,一、静息电位（Restingpotential，RP）,细胞在安静状态下（未受刺激时）存在于细胞膜内、外两侧的电位差。,（一）静息电位概念,大小：用细胞内负值大小表示。如，骨骼肌约-90mV，神经纤维为-70-90mV，平滑肌为-50-60mV，红细胞为-10mV等。,极化(polarization)：安静状态下细胞膜两侧外正内负的稳定状态。去极化(depolarization）：静息电位的减小或细胞内负值减小的过程或状态。超极化(hyperpolarization)：静息电位的增大或细胞内负值增大的过程或状态。复极化(repolarization)：细胞膜去极化后再向静息电位方向的恢复过程。反极化(reversepolarization)：与原极化状态相反，膜两侧呈现内正外负的状态。超射（overshoot）：膜电位超过零电位的部分。,几个与膜电位关联的名词：,膜学说（1902年，Bernstein）细胞内外离子分布不同：（膜内高K+，膜外高Na+）；细胞膜对离子的通透性不同：安静时K+的通透性远大于（10-100倍）Na+（Bernstein起初认为只对K+有通透性),（二）静息电位的产生机制,因此:K+浓度差,促进K+向外扩散；电场力,排斥K+进一步向外扩散；电化学驱动力等于零时,K+净移动为零K+平衡电位（EK）,因此当时推测：RP就是EK，RP是安静情况下K+外流形成。,离子平衡电位（EX）的计算（Nernst方程）:,表41枪乌贼大神经和哺乳动物骨骼肌细胞主要离子的浓度和平衡电位,证实：1、实际测量静息电位RP（同计算的平衡电位Ek比较）,2、改变K+浓度差增加细胞外K+，RP减小。,枪乌贼巨轴突实验（1939，Hodgkin和Huxley）测得的RP数值（-60mV）和计算的EK(-75mV)非常接近。,结论：RP确实是K+外流形成的。,实际测得的静息电位不是等于而是接近于（略小于）EK？,细胞膜安静时对Na+也有一定通透性！,钠-钾泵活动直接作用参与了静息电位生成。*贡献K+o；,膜对离子通透性不同。细胞受到有效刺激时，Na+通透性一过性增强，随后，K+通透性增强。,动作电位去极化和复极化分别是内向和外向电流形成的。,离子跨膜扩散需具备两个条件：离子的电-化学驱动力；膜对离子的通透性（膜电导）,1离子的电-化学驱动力及其变化,概念：离子的电化学驱动力是浓度差和电位差两个驱动力的代数和，大小等于膜电位与该离子平衡电位的差值（Em-Ex）。,驱动力大小：差值越大，驱动力越大；驱动力方向：正值为外向，负值为内向。,电化学驱动力,假定静息电位Em为70mV，EK和ENa分别为90mV和+60mV，那么：对K+的驱动力为Em-EK=-70mV-（-90mV）=+20mV（向外）对Na+的驱动力为Em-ENa=-70mV-（+60mV）=-130mV（向内）在静息电位条件下，Na+受到的内向驱动力很大，一旦膜对Na+的通透性增大，将出现很强的去极化的内向电流。,假定膜电位Em为+30mV，EK和ENa分别为+120mV和-30mV，那么：对K+的驱动力为Em-EK=+30mV-（-90mV）=+120mV（向外）对Na+的驱动力为Em-ENa=+30mV-（+60mV）=-30mV（向内）在静息电位条件下，K+受到的外向驱动力很大，一旦膜对K+的通透性增大，将出现很强的引起复极化的外向电流。,电化学驱动力,电化学驱动力,离子跨膜扩散需具备两个条件：离子的电-化学驱动力；膜对离子的通透性（膜电导）,2细胞膜通透性的变化,对于带电离子，膜电导就是膜对离子的通透性。动作电位期间膜电导的变化是利用电压钳（voltageclamp）技术测定的。它的基本原理是欧姆定律。即在钳制（固定）膜电位的条件下测定膜电流，并利用电流值与钳制的电位值计算出膜电导。因此，记录的膜电流变化就相当于膜电导的变化。INa=GNa（Em-ENa）IK=GK（Em-EK）,（1）电压钳技术与膜电导的测定,测定膜电导根据：,GX=IX/(EmEX),电压钳及其测定膜电导的基本原理：通过一个反馈电路向膜内注入电流，迫使膜电位始终与指令电位保持一致。如此，便可在膜电位被钳制（固定）于任何一个给定水平的状态下记录膜电流的变化，此时测定的膜电流Im就可以反映膜电导G的变化。,固定驱动力？-电压钳（votageclamp),膜学说：Na+通透性一过性增强；随后，K+通透性增强。,证明：（1）测定超射值（+20+40mv），ENa=+60mv，二者很接近；（2）离子取代后测定AP；用葡萄糖（1949年，Hodgkin和Huxley）或氯化胆碱替代细胞外的NaCl；,2细胞膜通透性的变化,改变细胞外液Na+浓度（如用葡萄糖替代细胞外液中的Na+），可观察到动作电位幅度随细胞外液中Na+浓度降低而减小；因此，细胞内外Na+浓度差是影响动作电位幅度的关键因素。考题：什么是影响动作电位幅度的主要因素？,降低细胞外液中Na+浓度对动作电位的影响。,膜学说：Na+通透性一过性增强；随后，K+通透性增强。,证明：（1）测定超射值；（2）离子取代后测定AP；用葡萄糖（1949年，Hodgkin和Huxley）或氯化胆碱替代细胞外的NaCl；（3）放射性核素24Na+定量研究；（4）直接测定细胞的膜电导利用电压钳技术,2细胞膜通透性的变化,电压钳测定结果（枪乌贼巨轴突）：去极化内向电流外向电流说明：去极化引起了膜电导变化离子电流的分离（药理学）：Na+通道特异性阻断剂-河豚毒（图C）（tetrodotoxin,TTX）；K+通道特异性阻断剂-四乙胺（图D）（tetraethylammonium,TEA）说明：去极化引起GNa一过性增大和GK的逐渐增大。,（2）钠电导和钾电导的变化,1.电压依赖性：GNa和GK随着去极化幅度的增大而增大。意义：使动作电位去极化过程呈现正反馈，直至动作电位幅度接近ENa。,膜电导的电压和时间依赖性,2.时间依赖性：GNa：快速、一过性增大；GK:缓慢持续增大。意义：顺序形成去极化和复极化。,正反馈回路,3膜电导改变的实质-离子通道开闭Hodgkin提出离子通道的概念；Neher和Sakmann证实！1991年NobelPrize。,（1）单通道离子电流的记录膜片钳（patchclamp）技术：基本原理与电压钳相同（反馈电路），不同之处在于微电极钳制和记录的仅仅是电极尖端的一小片膜，有可能记录到单个离子通道电流。,单通道电流特征：1.开放和关闭两个状态，转换快；2.幅度pA（10-12安培）级（正态分布）；3.开放和关闭时间随机（指数分布）；记录指标：平均幅度、平均开放时间、平均关闭时间、开放概率。,（2）单通道电流与全细胞（宏膜）电流的关系：I=iPoNN：单通道开放数目；Po：单通道开放概率；i：单通道电流（电导）,（3）离子通道的功能状态,H-H工作模型（Hodgkin和Huxley）：,K+通道一个闸门（n）、两种状态（静息、延迟激活）,Na+通道两个闸门（m和h）、三种状态（静息、激活、失活）,备用态,复活,动作电位形成机制小结：有效的去极化刺激GNa迅速增加Na+内流膜迅速去极化至峰值（锋电位升支）；(正反馈)GNa减小，GK增大K+外流膜复极化（锋电位降支）。,*复极化的主要因素：GNa减小（GK增大可加速）,动作电位形成小结,1.可兴奋细胞兴奋（excitation）：在现代生理学中，兴奋就是动作电位（名词）或动作电位的产生过程（动词）。可兴奋细胞(excitablecell)：受刺激后能产生动作电位的细胞，生理学将神经细胞、肌细胞和部分腺细胞，称为可兴奋细胞。*可兴奋细胞具有电压门控Na+通道，受刺激后首先发生的共同反应就是产生动作电位。,（三）可兴奋细胞和兴奋性周期性变化,衡量组织兴奋性高低的指标-阈强度（阈值）,2.兴奋性兴奋性（excitability）：可兴奋细胞接受刺激产生动作电位的能力或特性。,阈强度（thresholdintensity）：将刺激时间和强度/时间变化率固定后，能使组织发生兴奋的最小刺激强度，也称阈值。兴奋性=1/阈值,细胞兴奋后兴奋性的周期性变化：1）有效不应期（EffectiveRefractivePeriod，ERP）绝对不应期（absoluterefractoryperiod,ARP）：0期3期-55mv不产生AP，多大刺激强度也不能再次兴奋（Na+通道处于失活状态）。意义：锋电位不发生叠加；局部反应期（localresponseperiod）：3期-55-60mv不产生AP，只有微弱的去极化膜电位（少量Na+通道复活）2）相对不应期（relativlerefractoryperiod,RRP）：3期-60-80mv阈刺激不能、但阈上刺激可引起动作电位（部分Na+通道复活）。,3）超常期（supernormalperiod,SP）：3期-80-90mv负后电位阈下刺激可引起兴奋（大部分Na+通道已复活，膜电位距阈电位近）。,4）低常期（subnormalperiod）：正后电位，超常期之后兴奋性再次轻度减低，阈上刺激可兴奋（膜电位距离阈电位较远）。,细胞兴奋后兴奋性的周期性变化：,三电紧张电位和局部电位,（一）细胞膜和胞质的被动电学特性（膜电容、膜电阻、轴向电阻）,平行板电容器:细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开,类似于平行板电容器。,电容（c）是指容纳电场的能力。可定义为加于电容器上的每1v电压（V）所积聚的电荷量（Q）。C=Q/V=S/4kd-介电常数s-正对面积k-静电力常量d-平行板间的距离S与C正相关d与C负相关,1、膜电容（Cm)1F/cm2,膜电位（Vm）：离子通道开放对膜电容充电或放电形成C=Q/V静息电位形成中，只需细胞向外扩散0.004%的K+。不会扰乱膜两侧离子的浓度梯度。d-平行板间的距离（6nm）；细胞膜的面积越大，细胞的总电容也越大。,（一）细胞膜和胞质的被动电学特性,1、膜电容（Cm),（一）细胞膜和胞质的被动电学特性,2、膜电阻（Rm）脂质双层几乎绝缘（106109欧姆）；离子通道和转运体的插入使膜电阻下降，实际生物膜电阻只有103欧姆。膜电导（Gm）：膜电阻的倒数，反映膜对离子的通透性。,3、轴向电阻（Ri）以细长的神经纤维或肌纤维为例。d-直径L-长度d越小，L越大，轴向电阻就越大。,细胞膜等效电路：并联的阻容耦合电路,每一小片膜上都有各自的膜电容(Cm)和膜电阻(Rm)，彼此由膜内的纵向电阻（Ri）相连。,（二）电紧张电位,概念：,两个重要参数：时间常数（t）：t越小，电紧张电位产生的速度越快。空间常数（l）：l越大，电紧张电位传播的范围越大。,由膜的被动电学特性决定其空间分布（随距离延长而指数性衰减）和时间变化的膜电位称为电紧张电位。,63%,极性正电极下方：超极化电紧张电位，负电荷的移动；负电极下方：去极化电紧张电位，正电荷的移动。,特征等级性电位；衰减性传导；电位可融合。,（二）电紧张电位,1、局部电位概念,阈下刺激激活少量Na+通道后，由少量Na+内流引起膜的轻度去极化，也称局部兴奋*叠加在去极化的电紧张性电位基础上；*局部去极化后,K+外向驱动力增大、K+外流对抗Na+内流。,低于1/3阈强度的刺激电紧张性电位；再稍大强度的阈下刺激可引起局部电位,（三）局部电位,记录电极1,记录电极2,-,-,-,-,-,2.局部电位的特点：1)等级性电位：反应幅度呈“等级”性，没有“全或无”特征；2)衰减性传导：传导呈衰减式，即电紧张扩布（不超过1mm）；3)没有不应期，反应可以总和：,空间总和（spatialsummation）：多个相距较近的局部兴奋同时产生的叠加。时间总和(temporalsummation)：连续刺激产生的多个局部兴奋先后产生的叠加。,3.局部电位的类型：*兴奋性局部电位：骨骼肌终板电位；神经元兴奋性突触后电位；感觉末梢发生器电位。*抑制性局部电位：神经元抑制性突触后电位；感光细胞感受器电位。,本章主要内容,第一节细胞的跨膜物质转运功能,第二节细胞的跨膜信号转导功能,第三节细胞的生物电活动,第四节肌细胞的收缩功能,第四节肌细胞的收缩,骨骼肌随意肌,心肌不随意肌,平滑肌不随意肌,人体肌肉组织的分类,（一）骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递神经-肌接头的结构特征接头前膜（突触小泡，每个小泡约含有1万个ACh分子）终板膜或接头后膜（接头皱褶、ACh受体即N2型ACh受体阳离子通道，皱褶的开口处）。接头间隙（50nm，胆碱酯酶）,一、横纹肌,2.神经-肌接头处的兴奋传递过程（电-化学-电）：,神经冲动到达轴突末稍，接头前膜去极化,电压门控Ca2通道开放，Ca2内流,囊泡向接头前膜移动、融合、破裂，ACh释放,ACh与终板膜上N2受体结合、受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K和Ca2+通透性,Na内流使终板膜去极化EPP,EPP电紧张性扩布至周围肌膜,去极化达到阈电位,肌细胞膜爆发动作电位,AChE,EPP：终板电位,2.神经-肌接头处的兴奋传递过程（电-化学-电）,有机磷酸酯类物质中毒,胆碱酯酶抑制剂使胆碱能神经的一次冲动引发Ach的释放，由于胆碱酯酶被抑制，引起乙酰胆碱蓄积，导致先兴奋后衰竭的一系列的毒蕈碱样、烟碱样和中枢神经系统等症状。,兴奋传递的特点：1.神经-肌肉接头处的信息传递通过“电-化学-电”的单向传递形式。Ca2+的进入量决定着突触小泡释放的数目。终板电位（EPP）产生的关键因素：ACh和-亚单位结合后结构改变导致Na+内流增加。,2.兴奋传递是1对1的。终板膜本身没有电压门控钠通道，不产生动作电位。每次神经冲动引起的ACh释放量足以使产生的终板电位总和达到邻近肌膜电压门控钠通道的阈电位水平，使肌细胞产生一次可沿整个肌细胞膜传导的动作电位。,兴奋传递的特点：,3.ACh合成部位与释放：合成部位：轴浆中储存：突触小泡内量子：每个突触小泡中储存的ACh量（“小包”ACh），通常是相当恒定的,称为一个量子的ACh。静息状态下，前膜自发释放1次ACh/min，使终板膜电位微小变化。,兴奋传递的特点：,量子释放(quantalrelease)：由一个ACh量子（囊泡）为单位的释放称为量子释放。微终板电位（miniatureendplatepotential，MEPP）一个ACh量子式释放引起的终板膜电位变化。MEPP幅度平均0.4mV。当Ca2+内流进入轴突末梢时，大量的突触小泡几乎同步释放ACh，引起的MEPP发生叠加形成EPP，平均幅度50mV。产生一个正常的EPP需释放大约125个突触小泡中的神经递质。,神经递质呈量子式释放：运动神经末梢兴奋后，可将一个囊泡中所含的Ach一次性释放入接头间隙的过程。,（quantalrelease),证实：1）比较微终板电位（MEPP）与终板电位（EPP）幅度：诱发性EPP总是自发性MEPP的整数倍！,2）电镜观察：囊泡与囊泡释放。,终板膜不产生AP；神经冲动和肌肉兴奋具有1对1的关系。,生理条件下一个EPP需要多少个量子释放？,量子数=,EPP幅度（50mV),MEPP幅度(0.4mV）,=125（个）,EPP幅度=MEPP幅度释放的量子数,Ca2+,兴奋-收缩耦联,终池内的Ca2+浓度约比肌质高数千倍，膜上有钙释放通道（Ca2+releasechannel），或称ryanodine受体（ryanodinereceptor,RYR），与其相对的T管膜或肌膜上有L型钙通道（L-typeCa2+channel）,重要结构横管：T管（肌膜内凹而成）纵管：肌质网，末端称连接肌质网（JSR）或终池（骨骼肌）三联管：T管+两侧终池,（二）横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联,*L型Ca2+通道无Ca2+内流，内钙释放经电-机械耦联完成，属于构象变化引起钙释放。,心肌兴奋-收缩耦联的特殊点：1）钙引起的钙释放(calciuminducedcalciumrelease,CICR)；L型Ca2+通道有Ca2+内流，占总量10-20%；JSR膜上的RYR2对Ca2+敏感，引起JSR中Ca2+释放。*心肌的收缩依赖于细胞外的Ca2+！2）钙回收途径多：LSR膜上钙泵；肌膜上钙泵；肌膜上Na+/Ca2+交换体,*肌肉舒张也是主动过程！,（三）横纹肌细胞的结构特征,1、肌原纤维和肌节,肌细胞内有上千条直径1-2m，纵向平行排列的肌原纤维。肌原纤维由粗、细肌丝构成，形成明暗交替的横纹。,将横纹肌电兴奋和机械收缩联系起来的中介过程。,肌节：相邻两Z线之间的区段。肌节是肌肉收缩和舒张的基本单位。,兴奋-收缩耦联发生的部位,2.肌丝的分子结构：粗肌丝:肌球蛋白/肌凝蛋白（myosin）；,球状部（头部）和与它相连的一小段杆状部分（桥臂），一起由肌丝中向外伸出，形成横桥，每条粗肌丝上伸出的横桥约有300400个。,横桥排列：6列，与6条细肌丝对应。,ATP酶活性结合、分解ATP，使横桥垂直处于高势能状态（获能）；结合和摆动与细肌丝上肌动蛋白结合位点结合、变构并向M线方向摆动。,横桥（cross-bridge）特性:,横桥周期,周期长短：20200ms，影响收缩速度；激活数量：影响张力；活动不同步：平稳连续。,肌钙蛋白（troponin）：球形、3个亚单位：TnT、TnI和TnC。TnC可与4个钙离子结合后，TnI与肌动蛋白结合力减弱，解除原肌球蛋白位阻效应。,细肌丝:,肌动蛋白/肌纤蛋白（actin)：球形单体，双螺旋链，横桥结合位点，属收缩蛋白。,原肌球蛋白/原肌凝蛋白（tropomyosin）：索条状，双螺旋，静息时具有“位阻效应”。,（三）横纹肌细胞的结构特征3、肌管系统横管或T管（Ttubule）纵管或L管（Ltubule），即肌质网（saroplasmicreticulum,SR），纵行肌质网（longitudinalSR,LSR），LSR膜上有钙泵，可将胞浆中的钙泵回至肌质网中。连接肌质网（junctionalSR,JSR），在骨骼肌也称为终池（terminalcisterna）。骨骼肌中80%的T管与其两侧的终池形成三联管（triad）结构。其膜上含有钙释放通道，也称ryanodine受体（RYR）。,骨骼肌细胞有两套独立的肌管系统,（四）横纹肌细胞的收缩机制,肌肉收缩时，只有明带和H带发生变化，暗带不变。,收缩单位肌小节,横纹肌的收缩机制-肌丝滑行理论,内容：肌肉的收缩和舒张均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生，肌丝本身的长度不变。直接证据：肌肉收缩时暗带长度不变，只有明带缩短，同时看到H带相应变窄。,肌丝滑行理论：横纹肌的肌原纤维是由粗、细两组与其走向平行的蛋白丝构成，肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生，肌丝本身的长度不变。,肌节缩短,肌细胞收缩,横桥向M线方向摆动，将细肌丝牵拉到粗肌丝内,横桥与结合位点结合，头部分解ATP，释放能量,原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白构型改变,终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆,肌肉收缩过程,横桥周期,复位-消耗ATP，产生高势能；摆动-势能变为动能.,肌丝滑行,（五）影响横纹肌收缩效能的因素,等长收缩（isometriccontraction）：收缩过程只有张力的增加而无长度的缩短（肌肉收缩产生的张力不足以克服后负荷）；,肌肉收缩的外在表现：缩短程度；张力大小；长度和张力改变速度。,等张收缩（isotoniccontraction）：收缩过程只有长度的缩短而张力保持不变（肌肉收缩产生的张力等于或大于后负荷）。,肌肉收缩形式（取决于肌肉承受的负荷）：,肌肉收缩效能的影响因素：负荷、肌肉收缩能力和收缩的总和。,1.前负荷（preload）肌肉在收缩前所承受的负荷,方法：测定不同前负荷下等长收缩时产生的最大张力长度-张力关系曲线,结果：最适初长度（最适前负荷）最大主动张力产生最大收缩张力的初长度。,机制：最适前负荷时，粗、细肌丝处于最适重叠状态，所有的横桥都可能与细肌丝接触。,*体内骨骼肌自然长度接近最适初长度（0.7-1.2倍）*心室肌安静状态下前负荷？,2.后负荷（afterload）-肌肉开始收缩后遇到的负荷,方法：测定不同后负荷下，