第二章细胞的基本功能

1、一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构 与物质转运功能与物质转运功能 二、细胞间的信息传递二、细胞间的信息传递 学习目的和要求学习目的和要求 了解细胞膜的结构和特性；了解细胞膜的结构和特性； 掌握掌握细胞膜物质转运的主要方式和机理细胞膜物质转运的主要方式和机理； 理解细胞膜的受体功能；理解细胞膜的受体功能； 掌握掌握细胞主要信号转导系统的功能；细胞主要信号转导系统的功能； 自学细胞生长、增殖、凋亡及细胞保护的概念；自学细胞生长、增殖、凋亡及细胞保护的概念； 掌握掌握细胞兴奋性的概念与生物电现象产生的机理细胞兴奋性的概念与生物电现象产生的机理。 细胞生理 “液态镶嵌模型液态镶嵌模型” （Flu

2、id mosaic model ） 膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌的不膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌的不 同结构和功能的蛋白质（同结构和功能的蛋白质（Singer & Nicolson 1972 ） 一、细胞膜的结构特点一、细胞膜的结构特点 细胞生理 膜膜 脂：脂：磷脂、胆固醇磷脂、胆固醇 膜蛋白：膜蛋白：镶嵌于脂质双层镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）（介导细胞功能的实现） 膜膜 糖：糖： 糖脂、糖蛋白糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）（起细胞标识的作用） （构成膜的骨架）（构成膜的骨架） 脂质双分子层脂质双分子层 功能：功能： 液态，流动性液态，流动性 稳定性构成细胞膜的基

3、架和细胞膜与外界稳定性构成细胞膜的基架和细胞膜与外界 环境的屏障环境的屏障 意义：意义： 细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不 破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂， 也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。 蛋白质蛋白质 特点：特点：分子大小不同分子大小不同 形态不同形态不同 镶嵌在膜内的深浅不同镶嵌在膜内的深浅不同 功能不同功能不同 蛋白质蛋白质功能功能 形成形成细胞的骨架蛋白细胞的骨架蛋白, ,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，

4、或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上；或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上； 作为作为“识别蛋白质识别蛋白质”, ,存在于免疫细胞膜上，能识别异体细存在于免疫细胞膜上，能识别异体细 胞的蛋白质或癌细胞；胞的蛋白质或癌细胞； 具有具有酶酶的特性的特性, ,能催化细胞内外的化学反应；能催化细胞内外的化学反应； 作为作为“受体蛋白质受体蛋白质”，能与信息传递物质（激素或递质）能与信息传递物质（激素或递质） 进行特异性结合，并引起细胞反应；进行特异性结合，并引起细胞反应； 作为作为转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵转运蛋白质或载体蛋白、通道蛋白质和膜泵与细胞膜与细胞膜 的物质转运功能有关。的物质转

5、运功能有关。 糖类糖类 免疫标志免疫标志 传递信息传递信息 功能：功能： 由于细胞膜是以脂质双分子为骨架，所以由于细胞膜是以脂质双分子为骨架，所以： 脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具 有能承受相当大的张力，改变外形时不致于破裂。有能承受相当大的张力，改变外形时不致于破裂。 具有不对称性，不同细胞的细胞膜和细胞膜的具有不对称性，不同细胞的细胞膜和细胞膜的 不同部分，因脂质的成分和含量不完全相同而影不同部分，因脂质的成分和含量不完全相同而影 响到细胞膜的特性和功能。响到细胞膜的特性和功能。 限制水和水溶性物质自由通过细胞膜，使膜具限制水和水溶性物质自

6、由通过细胞膜，使膜具 有选择性通透。有选择性通透。 要点要点说说 明明 结构结构脂质双层脂质双层 液态镶嵌液态镶嵌 以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌有多种分子结构以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌有多种分子结构 和生理功能不同的蛋白质。和生理功能不同的蛋白质。 功能功能屏屏 障障 转转 运运 识识 别别 信号传递信号传递 脂质双分子层构成了细胞内容物和细胞环境之间的屏障脂质双分子层构成了细胞内容物和细胞环境之间的屏障 膜上含有载体、通道、离子泵等，起着转运物质的作用膜上含有载体、通道、离子泵等，起着转运物质的作用 膜外侧有特异性糖链，可作为细胞的膜外侧有特异性糖链，可作为细胞的“标记标记”

7、膜上有特殊的受体，能识别和传递化学信息膜上有特殊的受体，能识别和传递化学信息 膜对离子有选择通透性，通过生物电活动传递信息膜对离子有选择通透性，通过生物电活动传递信息 表表-细胞膜的结构与功能细胞膜的结构与功能 二、细胞膜的物质转运功能二、细胞膜的物质转运功能 简单扩散（简单扩散（Simple diffusion） 易化扩散（易化扩散（Faciliated diffusion） 主动转运（主动转运（Active transport） 入胞和出胞作用（入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis） 细胞生理 简单扩散（简单扩散（Simple diffusion）： 靠这种

8、方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气靠这种方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气 条条 件件 （1）细胞膜两侧存在物质）细胞膜两侧存在物质 的的浓度差或电位差浓度差或电位差； 指一些小的脂溶性物质依靠分指一些小的脂溶性物质依靠分 子运动从浓度高的一侧通过细胞膜子运动从浓度高的一侧通过细胞膜 的脂质双分子层向浓度低的一侧扩的脂质双分子层向浓度低的一侧扩 散的方式。散的方式。 （2）细胞膜对该物质有）细胞膜对该物质有通透性通透性。 细胞生理 易化扩散（易化扩散（Facilitated diffusion）： 某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电某些物质能够依靠细胞膜上的特殊

9、蛋白的帮助，顺电- 化学梯度（由高低）通过细胞膜的转运方式。化学梯度（由高低）通过细胞膜的转运方式。 分分 类类： （1）载体介导的易化扩散；载体介导的易化扩散； 特特 点点： （1）顺电）顺电-化学梯度进行转运，转运过程化学梯度进行转运，转运过程不消耗不消耗ATP； （2）转运过程中必须有）转运过程中必须有膜蛋白膜蛋白的帮助（介导）。的帮助（介导）。 （2）离子通道介导的易化扩散。离子通道介导的易化扩散。 细胞生理 载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散 a、具有高度的结构特异性、具有高度的结构特异性 b、具有饱和现象：扩散量与浓度梯度、具有饱和现象：扩散量与浓度梯度 成正比，但浓度梯度大时，

10、扩散量与载体数成正比，但浓度梯度大时，扩散量与载体数 有关有关 c、存在竞争抑制：载体能转运、存在竞争抑制：载体能转运A、B 两种物质（结构相似），增两种物质（结构相似），增A抑制抑制B。 载体介导的易化扩散的特点载体介导的易化扩散的特点 离子通道介导的易化扩散离子通道介导的易化扩散 某些离子必须借助于膜上的某些离子必须借助于膜上的 通道才能通过细胞膜由高浓通道才能通过细胞膜由高浓 度向低浓度一侧扩散的转运度向低浓度一侧扩散的转运 方式方式 离子通道介导的易化扩散特点离子通道介导的易化扩散特点 A. 速度快速度快 B. 有选择性（但不像载体那样严格）有选择性（但不像载体那样严格） C. 门控门

11、控 化学（配体）门控通道化学（配体）门控通道 电压门通道电压门通道 机械门控通道机械门控通道 细胞膜上的离子通道主要有细胞膜上的离子通道主要有3类类： D. 通道没有饱和性通道没有饱和性 细胞生理 特特 点点： 主动转运（主动转运（Active transport）： 在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质，将某种物质 逆浓度梯度进行转运的过程。逆浓度梯度进行转运的过程。 （1）逆浓度梯度逆浓度梯度转运；转运； （2）耗能耗能（ATP） 。 意义：意义：细胞能按照其新陈代谢的要求主动地选择所需要细胞能按照其新陈代谢的要求主动地选择所需要 的物质的物质

12、 主动转运主动转运 （据提供能量方式）（据提供能量方式） 原发性主动转运原发性主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 直接利用直接利用ATP水解产生水解产生 的能量进行离子的跨膜的能量进行离子的跨膜 转运。如转运。如Na的转运的转运 能量不是直接来自能量不是直接来自ATP 的水解，来自膜外的高的水解，来自膜外的高 势能势能Na。 钠泵钠泵(sodium pump) A.是镶嵌蛋白质，是镶嵌蛋白质， B.能逆着浓度差将细胞内的能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外，细胞外的移出膜外，细胞外的K+移入移入 膜内，膜内， C.主要是由于它本身还具有主要是由于它本身还具有ATP酶的活性。酶的活性。 激活

13、激活-细胞内细胞内NaNa+ +增加或细胞外增加或细胞外K K+ +增加时激活增加时激活 作用作用-泵入泵入K K+ +泵出泵出NaNa+ + ，形成并保持膜内高钾膜外高钠的，形成并保持膜内高钾膜外高钠的 分布分布 细胞膜上的钠泵活动的意义细胞膜上的钠泵活动的意义 A. 造成细胞内高造成细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件是许多代谢反应进行的必要条件 B. 维持细胞正常形态维持细胞正常形态 C. 建立起一种势能贮备，即建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞膜内外的在细胞膜内外的 不均匀分布，细胞内不均匀分布，细胞内K+是外的是外的30倍；细胞外倍；细胞外Na+ 是内是内 的的12倍；膜上

14、的离子通道一旦开放，倍；膜上的离子通道一旦开放， Na+或或K+便迅速顺便迅速顺 浓度差进行跨膜扩散，这也是可兴奋细胞（组织）兴奋的浓度差进行跨膜扩散，这也是可兴奋细胞（组织）兴奋的 基础基础 D.钠泵活动造成的钠泵活动造成的Na+浓度梯度也是继发性主动转运浓度梯度也是继发性主动转运 的动力。的动力。 主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别 主动转运主动转运 被动转运被动转运 需由细胞提供能量需由细胞提供能量 不需细胞提供能量不需细胞提供能量 逆电逆电-化学势差化学势差 顺电顺电-化学势差化学势差 使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大 使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小 细胞生理

15、是指某些物质与细胞膜接触，导是指某些物质与细胞膜接触，导 致接触部位的质膜内陷以包被该物质，致接触部位的质膜内陷以包被该物质， 然后出现膜结构融合和断裂，使该物然后出现膜结构融合和断裂，使该物 质连同包被它的质膜一起进入胞浆的质连同包被它的质膜一起进入胞浆的 过程，含吞饮（过程，含吞饮（Pinocytosis）和吞噬）和吞噬 （Phagocytosis）。）。 出胞作用（出胞作用（Exocytosis）： 出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出 的过程，主要见于细胞的分泌活动等。的过程，主要见于细胞的分泌活动等。 入胞作用（入胞作用（E

16、ndocytosis）：）： 细胞生理 存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。存在的部位不同可分为细胞膜受体、胞浆受体和核受体。 三、细胞膜的受体功能三、细胞膜的受体功能 受体（受体（receptor）： 细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学细胞拥有的能够识别和选择性结合某种配体（化学 物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列物质）的蛋白质大分子，它与配体结合后，启动一系列 过程，最终引发细胞的生物学效应。过程，最终引发细胞的生物学效应。 分类分类： 膜受体的特征膜受体的特征 a. 特异性特异性 特定的受体只能与特定的物质结合，产生特定特定的受体只能与特定的物质结合

17、，产生特定 的效应。的效应。 b. 饱和性饱和性 膜受体仅占膜蛋白的膜受体仅占膜蛋白的1%2%，数量是有限，数量是有限 的，与化学信号的结合也是有一定限度的。的，与化学信号的结合也是有一定限度的。 c. 可逆性可逆性 受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某受体与化学物质是以非共价键结合，因此在某 种情况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合种情况下也可分离，并可再次与同类化学物质结合 膜受体的激动剂和阻断剂膜受体的激动剂和阻断剂 细胞生理 2 、细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象及其产生机制 1 、细胞膜的信号转导系统细胞膜的信号转导系统 四、细胞间的信息传递四、细胞间的信息传递

18、动物体各种器官之间的功能协调以及整体统一性动物体各种器官之间的功能协调以及整体统一性 的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的 信息传递来完成的。信息传递来完成的。 细胞生理 各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号，大多数各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号，大多数 作用到细胞膜上，通过作用到细胞膜上，通过跨膜信号传递（跨膜信号传递（transmembrane signaling），引起细胞功能活动的改变。，引起细胞功能活动的改变。 （一）、细胞膜的信号转导系统：（一）、细胞膜的信号转导系统： 外界刺激信号作用靶细胞时，通常并不进入细胞外界

19、刺激信号作用靶细胞时，通常并不进入细胞 或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞表面，通过或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞表面，通过 膜结构中特殊蛋白质分子的变构，将外界环境变化的膜结构中特殊蛋白质分子的变构，将外界环境变化的 信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞相应信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞相应 功能的变化，这个过程称为功能的变化，这个过程称为跨膜信号转导跨膜信号转导 。 跨膜信号转导过程 外界信号外界信号 细胞膜表面细胞膜表面 一种或几一种或几 种膜蛋白分子构象改变种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入新的信号进入 胞内胞内 膜电位或其他功能变化膜电位或其他功能变化 第一

20、信使第一信使：激素、神经递质和细胞因子激素、神经递质和细胞因子 第二信使：第二信使：细胞表面受体接受细胞外信号后转细胞表面受体接受细胞外信号后转 换而来的细胞内的信号分子。换而来的细胞内的信号分子。 第一信使：第一信使：细胞外的信号分子。细胞外的信号分子。 第二信使：第二信使：环磷酸腺苷（环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷）、环磷酸鸟苷 （cGMP）、三磷酸酰肌醇（）、三磷酸酰肌醇（IP3）、二酰甘油）、二酰甘油 （DG）、钙离子和）、钙离子和NO等。功能是为调节各种蛋等。功能是为调节各种蛋 白激酶的活性和离子通道。白激酶的活性和离子通道。 细胞生理 根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将根据参

21、与信号转导蛋白质种类的不同可将 信号转导系统分为以下三大类：信号转导系统分为以下三大类： 1、G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 2、酶耦联受体介导的信号转导、酶耦联受体介导的信号转导 3、离子通道介导的信号转导、离子通道介导的信号转导 细胞生理 G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤 配体配体+受体受体 G蛋白蛋白 G蛋白效应器蛋白效应器 第二信使第二信使 第二信使效应器第二信使效应器 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 依赖于依赖于cGMP的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶 磷酯酶磷酯酶C Ca2+或或K+通道通道 蛋白激酶蛋白激酶A（PKA） 蛋白激酶蛋白

22、激酶C（PKC） Na+、K+和和Ca2+通道蛋白通道蛋白 环磷酸腺苷（环磷酸腺苷（cAMP） 环磷酸鸟苷（环磷酸鸟苷（cGMP） 三磷酸酰肌醇（三磷酸酰肌醇（IP3） 二酰甘油（二酰甘油（DG） 钙离子和钙离子和NO等等 G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 5-AMP5-AMP 配体配体- -受体复合物受体复合物 配体配体 激活的激活的G G蛋白蛋白G G蛋白蛋白 ACAC激活的激活的ACAC ATPATPcAMPcAMP 生理效应生理效应 蛋白磷酸化蛋白磷酸化 PKAPKA 环腺苷酸信号转导系统环腺苷酸信号转导系统 G G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 配体配体- -受体复合物受体复合物 配体配体

23、激活的激活的G G蛋白蛋白G G蛋白蛋白 PLCPLC激活的激活的PLCPLC 生理效应生理效应 蛋白磷酸化蛋白磷酸化 PKCPKC DGDGPIP2PIP2IP3IP3 + 生理效应生理效应 激活酶蛋白激活酶蛋白 Ca2+ 肌醇信号转导系统肌醇信号转导系统 （1 1）无）无G G蛋白参与蛋白参与 （2 2）无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活）无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活 （3 3）该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化）该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化 的位点是底物蛋白中的的位点是底物蛋白中的酪氨酸残基酪氨酸残基，并由此实现，并由此实现 细胞外信息对细胞功能的调节。细胞外

24、信息对细胞功能的调节。 酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体介导的信号转导 1.1.作用特点：作用特点： 具有酪氨酸激酶的受体具有酪氨酸激酶的受体 受体具有酪氨酸激酶的结构域受体具有酪氨酸激酶的结构域, , 当细胞外的信号分子当细胞外的信号分子 与它的受体位点结合时与它的受体位点结合时, ,直接激活自身的酪氨酸激酶结构直接激活自身的酪氨酸激酶结构 域域, ,导致受体自身或细胞内靶蛋白的磷酸化。导致受体自身或细胞内靶蛋白的磷酸化。 结合酪氨酸激酶的受体结合酪氨酸激酶的受体 受体本身没有蛋白激酶的结构域，但与配体结合后被受体本身没有蛋白激酶的结构域，但与配体结合后被 激活，可和细胞内的酪氨酸蛋白激酶

25、形成复合物，并通过激活，可和细胞内的酪氨酸蛋白激酶形成复合物，并通过 对自身和底物蛋白的磷酸化作用，把信号传入细胞内对自身和底物蛋白的磷酸化作用，把信号传入细胞内 。 具有鸟苷酸环化酶受体具有鸟苷酸环化酶受体 该受体也只有一个跨细胞膜的该受体也只有一个跨细胞膜的螺旋，其膜内侧有鸟螺旋，其膜内侧有鸟 苷酸环化酶，当配体与它结合后，即将鸟苷酸环化酶激活，苷酸环化酶，当配体与它结合后，即将鸟苷酸环化酶激活， 催化细胞内催化细胞内GTPGTP生成生成cGMP,cGMPcGMP,cGMP又可激活蛋白激酶又可激活蛋白激酶G G（PKGPKG），）， PKGPKG促使底物蛋白质磷酸化，产生效应。促使底物蛋白

26、质磷酸化，产生效应。 离子通道介导的跨膜信号转导离子通道介导的跨膜信号转导 电压门控通道（电压门控通道（voltage gatedvoltage gated channel channel） 接受电信号的受体，并通过通道的开放、闭合和离子跨接受电信号的受体，并通过通道的开放、闭合和离子跨 膜流动的变化把信号传递到细胞内部。膜流动的变化把信号传递到细胞内部。 机械门控通道机械门控通道(mechanically gated channel) (mechanically gated channel) 接受机械信号的受体，通过通道把信号传递到细胞内部，接受机械信号的受体，通过通道把信号传递到细胞内部，

27、 引起细胞功能的改变。引起细胞功能的改变。 化学门控通道化学门控通道(chemically gated channel) (chemically gated channel) 接受化学信号的受体，只有在同特异性化学物质结合时接受化学信号的受体，只有在同特异性化学物质结合时 才开放，把信号传递到细胞内部，引起生理效应。如细胞膜才开放，把信号传递到细胞内部，引起生理效应。如细胞膜 上乙酰胆碱受体只有在与乙酰胆碱结合时才开放，属于化学上乙酰胆碱受体只有在与乙酰胆碱结合时才开放，属于化学 门控通道。门控通道。 许多低等动物或动物的某些细胞如，平滑肌细许多低等动物或动物的某些细胞如，平滑肌细 胞、心肌细

28、胞及中枢的某些神经细胞之间存在着缝隙胞、心肌细胞及中枢的某些神经细胞之间存在着缝隙 连接（连接（gap iunctiongap iunction），当某些因素存在时，在缝），当某些因素存在时，在缝 隙连接处的两侧膜蛋白颗粒发生对接，形成沟通相邻隙连接处的两侧膜蛋白颗粒发生对接，形成沟通相邻 细胞浆的通道，而在另一些因素存在时，沟通的通道细胞浆的通道，而在另一些因素存在时，沟通的通道 消失。消失。 细胞间通道细胞间通道 细胞生理 （1）细胞的静息电位（细胞的静息电位（Resting potential） （2）细胞的动作电位（细胞的动作电位（Action potential） （3）兴奋的引起与

29、传导兴奋的引起与传导 一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状 态都是存在电活动，这种电活动称为态都是存在电活动，这种电活动称为生物电现象生物电现象。其。其 中包括静息电位和动作电位。中包括静息电位和动作电位。 （二）、细胞的生物电现象及其产生机制：（二）、细胞的生物电现象及其产生机制： 细胞生理 静息电位静息电位 细胞在静息状态下存细胞在静息状态下存 在于细胞膜两侧的电位差，在于细胞膜两侧的电位差， 称为称为静息电位，静息电位，也称也称跨膜跨膜 静息电位或膜电位静息电位或膜电位。 静息电位产生的机制静息电位产生的机制 细胞生理 静息电位静息电位静息

30、电位产生的机制静息电位产生的机制 在静息状态下，在静息状态下，细细 胞膜内胞膜内K K+ +的高浓度的高浓度和和 安静时膜主要对安静时膜主要对K K+ +的的 通透性通透性，是大多数细，是大多数细 胞产生和维持静息电胞产生和维持静息电 位的主要原因。位的主要原因。（K K+ + 的平衡电位的平衡电位） K+ Na+Cl-Na+Cl- K+ 膜内膜内膜外膜外 281 111330 离子浓度差离子浓度差= =电位差电位差 Pr-Pr- 110 膜内外膜内外K+的浓度差的浓度差 是外流动力（易化扩是外流动力（易化扩 散），电位差是外流阻散），电位差是外流阻 力。力。 * RP的大小主要决的大小主要决

31、 定于膜对定于膜对K+的通透性和的通透性和 膜内外膜内外K K+ +的浓度差。的浓度差。 静息电位静息电位 极化（极化（polarization）膜两侧存在的内负外正的电膜两侧存在的内负外正的电 位状态。位状态。 去极化（去极化（Depolarization）膜电位绝对值逐渐减膜电位绝对值逐渐减 小的过程。小的过程。 复极化（复极化（Repolarization）膜电位去极化后逐步膜电位去极化后逐步 恢复极化状态的过程。恢复极化状态的过程。 超极化（超极化（Over-polarization）膜电位绝对值高于膜电位绝对值高于 静息电位的状态。静息电位的状态。 术语术语静息电位产生的机制静息电位

32、产生的机制 细胞生理 动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制 指可兴奋细胞受指可兴奋细胞受 到刺激而兴奋时，在到刺激而兴奋时，在 静息电位的基础上膜静息电位的基础上膜 两侧的电位发生快速两侧的电位发生快速 而可逆的倒转和复原而可逆的倒转和复原 的过程。的过程。 细胞生理 动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制 第一阶段：动作电位上升支的形成第一阶段：动作电位上升支的形成 （去极化相的形成）（去极化相的形成） 产生原因产生原因：由于刺激引起膜对：由于刺激引起膜对 Na+的通透性瞬间增大（的通透性瞬间增大（Na离子通离子通 道被激活），膜外的道被激活），膜外的Na+内流

33、，使内流，使 膜电位由膜电位由-70mV增加至增加至0mV，进而，进而 上升为上升为+30mV，Na+通道随之失活。通道随之失活。 细胞生理 动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制 第二阶段：动作电位下降支形成：第二阶段：动作电位下降支形成： Na+通道失活后，膜恢复了对通道失活后，膜恢复了对K+ 的通透性，大量的的通透性，大量的K+外流。使膜电外流。使膜电 位由正值向负值转变，形成了动作位由正值向负值转变，形成了动作 电位的下降支。电位的下降支。 动作电位是在极短的时间内产生动作电位是在极短的时间内产生 的，因此，在体外描记的图形为一的，因此，在体外描记的图形为一 个短促而尖锐

34、的脉冲图形，似山峰个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰 般，称为般，称为峰电位（峰电位（Spike potential）。 细胞生理 动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制 第三阶段：后电位的形成：第三阶段：后电位的形成： 当膜电位接近静息电位水当膜电位接近静息电位水 平时，平时，K+的跨膜转运停止。随的跨膜转运停止。随 后，膜上的后，膜上的Na+-K+泵（泵（Na+- K+-ATP酶）酶）被激活，将膜内被激活，将膜内 的的Na+离子向膜外转运，同时，离子向膜外转运，同时， 将膜外的将膜外的K+向膜内运输，形成向膜内运输，形成 了负后和正后电位。了负后和正后电位。 阈电位阈电位 能使能

35、使Na+通道突然通道突然 大量开放并引发动大量开放并引发动 作电位的临界膜电作电位的临界膜电 位值。是可兴奋细位值。是可兴奋细 胞兴奋性的重要功胞兴奋性的重要功 能指标。大约比正能指标。大约比正 常常RP的绝对值小的绝对值小 1020mV。 细胞生理 “局部电流学说局部电流学说” 细胞膜上任何一个部位受细胞膜上任何一个部位受 刺激后所产生的动作电位，都刺激后所产生的动作电位，都 可以沿着细胞膜向周围扩布，可以沿着细胞膜向周围扩布， 使兴奋部位与未兴奋部位之间使兴奋部位与未兴奋部位之间 形成局部电流，导致整个细胞形成局部电流，导致整个细胞 膜都经历一次跨膜离子移动，膜都经历一次跨膜离子移动， 实

36、现动作电位在膜上的传导。实现动作电位在膜上的传导。 动作电位的传导动作电位的传导 跳跃式传导：跳跃式传导：有髓神经纤维有髓神经纤维 的髓鞘有电绝缘性，局部电的髓鞘有电绝缘性，局部电 流只能产生在两个郎飞结之流只能产生在两个郎飞结之 间间 细胞生理 兴奋的引起兴奋的引起 一切活组织在受到刺激时，都能够应答性地出现一切活组织在受到刺激时，都能够应答性地出现 一些特殊的反应和暂时性的机能改变。一些特殊的反应和暂时性的机能改变。 可兴奋组织（可兴奋组织（Exitable tissue）受到刺激受到刺激 时，能够产生动作电位的组织。时，能够产生动作电位的组织。 兴奋性的变化兴奋性的变化 兴兴 奋（奋（E

37、xitation）细细 胞受到刺激后产生胞受到刺激后产生 动作电位的过程。动作电位的过程。 兴奋性（兴奋性（Exitability）细胞受到刺激后具细胞受到刺激后具 有产生动作电位的能力。有产生动作电位的能力。 五、细胞的兴奋性五、细胞的兴奋性 细胞生理 兴奋的引起兴奋的引起 刺刺 激激引起组织产生引起组织产生 反应的各种内外环反应的各种内外环 境的变化。境的变化。 刺激引起兴奋的刺激引起兴奋的条件条件： 刺激强度刺激强度 刺激时间刺激时间 刺激强度对于时间的变化率刺激强度对于时间的变化率 兴奋性的变化兴奋性的变化 上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。 细胞

38、生理 兴奋的引起兴奋的引起 在比较不同组织的兴奋性时，采用强度在比较不同组织的兴奋性时，采用强度-时间曲线较困时间曲线较困 难，因此，一般固定刺激时间，仅采用刺激强度大小来判断。难，因此，一般固定刺激时间，仅采用刺激强度大小来判断。 阈刺激阈刺激产生动作电位所需的最小刺激强度。产生动作电位所需的最小刺激强度。 阈上刺激阈上刺激大于阈刺激的刺激强度。大于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激阈下刺激小于阈刺激的刺激强度。小于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激不能引起动作电位或组织、细胞的兴奋，但并阈下刺激不能引起动作电位或组织、细胞的兴奋，但并 非对组织细胞不产生任何影响。非对组织细胞不产生任何影响。 兴奋性的

39、变化兴奋性的变化 兴奋性越高，阈刺激就越小。神经细胞的兴奋性最高。兴奋性越高，阈刺激就越小。神经细胞的兴奋性最高。 兴奋的引起兴奋的引起兴奋性的变化兴奋性的变化 过短，不能引起反应；过长，细胞将发生适应 刺激强度与刺激作用时间呈刺激强度与刺激作用时间呈，用图解表示可，用图解表示可 得到接近于等边双曲线式的强度得到接近于等边双曲线式的强度-时间曲线。但曲线两时间曲线。但曲线两 端并不是无限接近纵、横坐标轴，而是达到某点后变成端并不是无限接近纵、横坐标轴，而是达到某点后变成 与坐标轴平行。与坐标轴平行。 兴奋的引起兴奋的引起兴奋性的变化兴奋性的变化 时间总和：时间总和：当两个或两个以上的刺激引起的

40、当两个或两个以上的刺激引起的局部兴奋局部兴奋叠叠 加起来，也可能使膜去极化达到阈电位水平而产生一次加起来，也可能使膜去极化达到阈电位水平而产生一次 可传播的动作电位的现象。可传播的动作电位的现象。 空间总和：空间总和：当细胞膜相邻两处或两处以上同时受到阈下当细胞膜相邻两处或两处以上同时受到阈下 刺激的刺激时，所以起的局部兴奋也可能叠加起来而产刺激的刺激时，所以起的局部兴奋也可能叠加起来而产 生一次动作电位的现象。生一次动作电位的现象。 细胞受到阈下刺激时并非细胞受到阈下刺激时并非 毫无反应，只是反应很微毫无反应，只是反应很微 弱，仅局限于受刺激的局弱，仅局限于受刺激的局 部，不能传向远处。部，

41、不能传向远处。 绝对不应期绝对不应期：在兴奋后的最初一段时间，无论施加多么强：在兴奋后的最初一段时间，无论施加多么强 的新的刺激也不能使细胞再次兴奋，这段时间称为绝对不的新的刺激也不能使细胞再次兴奋，这段时间称为绝对不 应期。应期。 相对不应期相对不应期：在绝对不应期之后一段时间内，细胞的兴奋：在绝对不应期之后一段时间内，细胞的兴奋 性逐渐恢复，但还没有达到正常水平，原来的阈刺激不能性逐渐恢复，但还没有达到正常水平，原来的阈刺激不能 引起反应，需要阈上刺激才能引起反应。引起反应，需要阈上刺激才能引起反应。 超常期超常期：在相对不应期过后一段时间内，有的细胞的兴奋：在相对不应期过后一段时间内，有

42、的细胞的兴奋 性略高于正常水平。性略高于正常水平。 低常期低常期：超常期后细胞的兴奋性又降低至正常水平以下的：超常期后细胞的兴奋性又降低至正常水平以下的 时期。时期。 1、绝对不应期绝对不应期： 锋电位上升支与下降支初期锋电位上升支与下降支初期 特点特点：对任何刺激均不产生反应。：对任何刺激均不产生反应。 2、相对不应期相对不应期： 锋电位下降支的后期锋电位下降支的后期 特点特点：对阈上刺激反应。：对阈上刺激反应。 3、超常期超常期：负后电位：负后电位 特点特点：对阈下刺激产生反应。：对阈下刺激产生反应。 4、低常期低常期：正后电位：正后电位 特点特点：对阈上刺激产生反应。：对阈上刺激产生反应

43、。 细胞生理 兴奋的引起兴奋的引起 兴奋性的变化兴奋性的变化 细胞生理 动作电位的特点动作电位的特点( (兴奋传导的特点兴奋传导的特点) ) “全或无全或无”现象：不论何种性质的刺激，只要达到一定的现象：不论何种性质的刺激，只要达到一定的 强度，在同一细胞所引起的动作电位的波形和变化过程都强度，在同一细胞所引起的动作电位的波形和变化过程都 是一样的；并且在刺激强度超过阈刺激以后，即使再增加是一样的；并且在刺激强度超过阈刺激以后，即使再增加 刺激强度，也不能使动作电位的幅度进一步加大的现象。刺激强度，也不能使动作电位的幅度进一步加大的现象。 不衰减传导：在同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和不衰

44、减传导：在同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和 传导距离而改变的现象。传导距离而改变的现象。 不融合传导：动作电位之间总有一定间隔，不会重合、叠不融合传导：动作电位之间总有一定间隔，不会重合、叠 加在一起。加在一起。 双向传导：动作电位从受刺激的兴奋部位向两侧未兴奋部双向传导：动作电位从受刺激的兴奋部位向两侧未兴奋部 位传导位传导 图图 动作电位的组成和形成机制动作电位的组成和形成机制 动作电位动作电位 锋电位锋电位 去极化：（去极化：（Na+迅速大迅速大 量内流）量内流） 复极化：（复极化：（Na+通道失活，通道失活， K+迅速大量外流）迅速大量外流） 上升支上升支 下升支下升支 后电位后电

45、位 负后电位负后电位 正后电位正后电位 Na+-K+泵恢复细胞泵恢复细胞 内外内外Na+、K+浓度浓度 判断：判断： 1.静息电位是静息电位是K+ 外流达到动态平衡的结果。外流达到动态平衡的结果。 2.静息电位的高低取决于细胞膜内外静息电位的高低取决于细胞膜内外K+浓度差。浓度差。 3.静息电位乃细胞内静息电位乃细胞内K+外流而形成，故随细胞外外流而形成，故随细胞外K+ 浓度的增加而增加。浓度的增加而增加。 填空：填空： 1.1.静息电位大小取决于（静息电位大小取决于（ ）和（）和（ ）。）。 2. 2. 可兴奋细胞的兴奋标志是产生（可兴奋细胞的兴奋标志是产生（ ） 选择：选择： 1. 降低细

46、胞外液降低细胞外液K +浓度，静息电位：浓度，静息电位： （ ） A. 增大增大 B. 减小减小 C. 不变不变 2. 细胞内外离子浓度差的维持主要依靠（细胞内外离子浓度差的维持主要依靠（ ） A.细胞内外细胞内外K +浓度的恒定浓度的恒定 B.细胞内外细胞内外Na +浓度的恒定。浓度的恒定。 C.细胞膜细胞膜Na +-K +泵的活动。泵的活动。 3神经细胞动作电位上升支形成的原因是（神经细胞动作电位上升支形成的原因是（ ） ACa2+内流内流 BNa+内流内流 CK+内流内流 DCl-内流内流 思考题：思考题： 试述试述 AP 的形成。的形成。 判断： 1.只要刺激达到一定强度，组织一定会发

47、生反应。 2.组织兴奋性越高，其所需的刺激阈值越大。 3.组织对刺激反应越快，其兴奋性越高。 选择： 1 以下关于兴奋性的概念，哪一项正确？ A 兴奋性可分为兴奋和抑制 B 兴奋性是组织细胞对刺激发生反应的特性。 C 兴奋性是组织细胞能兴奋的特性。 D 兴奋性是组织细胞受刺激发生兴奋的能力。 2 . 衡量组织兴奋性的高低指标是 A 引起动作电位所需刺激的强度 B 动作电位的大小 C 动作电位的传导速度 3 . 组织器官的活动加强称为： A 兴奋性 B 兴奋 C 紧张 4. 阈刺激是： A 能引起反应的刺激 B能引起反应的最大刺激强度 C能引起反应的最小刺激强度 填空： 1.1.刺激必须具备以下

48、三个条件，即（刺激必须具备以下三个条件，即（ ）、）、 （ ）和（）和（ ），才能引起反应。），才能引起反应。 2.2.引起细胞兴奋的刺激阈值越小，其兴奋性引起细胞兴奋的刺激阈值越小，其兴奋性 （ ）。）。 3.3.一次刺激后，细胞兴奋性变化的四个阶段依次一次刺激后，细胞兴奋性变化的四个阶段依次 为（为（ ）、（）、（ ）、（）、（ ）和（）和（ ）。）。 思考题：思考题：* *简述细胞兴奋性的变化。简述细胞兴奋性的变化。 试述神经细胞兴奋时兴奋性变化的过程及其生理意义试述神经细胞兴奋时兴奋性变化的过程及其生理意义. . 过程：过程： 兴奋性发生周期性变化，依次为：绝对不应期，相兴奋性发生周期性变化，依次为：绝对不应期，相 对不应期，超常期和低常期。对不应期，超常期和低常期。绝对不应期：兴奋性为绝对不应期：兴奋性为 零，阈刺激无限大，钠通道失活。零，阈刺激无限大，钠通道失活。相对不应期：兴奋相对不应期：兴奋 性从无到有，阈上刺激可再次兴奋，钠通道部分复活。性从无到有，阈上刺激可再次兴奋，钠通道部分复活。 超常期：兴奋性高于正常，阈下刺激即可引起兴奋，超常期：兴奋性高于正常，阈下刺激即可