生理学课件：第二章 细胞生理2

1、第三节 细胞的信号传递 Signal Transmission of Cells (一)化学传递 Chemical Transmission 神经元末梢释放化学递质、内分泌细胞分泌激素或机体 细胞分泌细胞因子等作用于靶细胞，调节其生理活动的 过程。 化学信号化学信号 Chemical Signals (1)亲脂性 细胞质或核受 (2)亲水性 膜受体 (3)NO等气体分子 （二） 电传递 Electrical Transmission 细胞的兴奋，直接通过缝隙连接Gap Junction 的特殊结 构，以局部电流传递的方式直接诱发相邻细胞活动的 过程。 缝隙连接处的离子通透性好，电阻低，呈电双向

2、性传递缝隙连接处的离子通透性好，电阻低，呈电双向性传递 细胞间电传递的意义：使一些功能相似的细胞能进行同步活动细胞间电传递的意义：使一些功能相似的细胞能进行同步活动 二、细胞的跨膜信号转导 Transmembrane Signal Transduction 细胞的跨膜信号转导：细胞的跨膜信号转导：外界信号（如光、电、化学分子）作用于外界信号（如光、电、化学分子）作用于 细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反细胞表面受体，引起胞内信使的浓度变化，进而导致细胞应答反 应的一系列过程。应的一系列过程。 真核细胞内主要的膜介导的信号转导途径主要为： 离子通道型受体离子通道型受体（io

3、n-channel-linked receptor）介导的信号转导介导的信号转导 G蛋白耦联型受体（蛋白耦联型受体（G-protein-coupled receptor）介导的信号转导）介导的信号转导 酶耦联受体（酶耦联受体（enzyme-coupled receptor）介导的信号转导介导的信号转导 （一）离子通道型受体离子通道型受体介导的信号转导介导的信号转导 Transmembrane Signal Transdution System Via Ion Channels 受体本身为离子通道，即配体门通道（受体本身为离子通道，即配体门通道（ligand-gated channel），），

4、主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质 阳离子通道，阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体；如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体； 阴离子通道，阴离子通道，如甘氨酸和如甘氨酸和氨基丁酸的受体。氨基丁酸的受体。 神经肌肉接头的兴奋传递 （1）神经-肌肉接头的结构 接头前膜：囊泡含乙酰胆碱（ACh）,以囊泡为单位释放-量子释放 接头间隙：接头前、后膜的间隔区域，约50-60nm。 接头后膜（终板膜）：存在AChN2受体， 与ACh特异性结合 （2）神经-肌肉接头的兴奋传递 AP传到轴突末梢传到轴突末梢 膜膜Ca2 通道开放

5、， 通道开放，Ca2 内流 内流 大量囊泡移向接头前膜并与之融合大量囊泡移向接头前膜并与之融合, ACh释放入接头间隙，扩散到终板膜释放入接头间隙，扩散到终板膜 ACh与终板膜上与终板膜上N2受体结合，受体结合， 通道蛋白分子构型改变，通道蛋白分子构型改变， 膜对膜对Na 、 、K (尤其是 尤其是Na )的通透性 的通透性 终板膜的去极化，产生局部电位终板膜的去极化，产生局部电位 终板电位终板电位 end-plate potential EPP 终板电位增大到阈电位水平时，终板电位增大到阈电位水平时， 产生产生肌细胞膜肌细胞膜的动作电位的动作电位 特征: EPP具有局部电位的性质。接头前膜传

6、来一个AP 引起ACh释放的量，足以使EPP能够总和达到阈电 位引起肌膜兴奋。 终板膜含有丰富的胆碱酯酶，ACh作用完毕被该 酶水解。运动神经末梢发生一次动作电位只能引起 一次肌细胞兴奋，保证运动的准确性。 二）G蛋白耦联型蛋白耦联型受体介受体介导的信号转导导的信号转导 Transmembrane Signal Transdution System Via G-protein-coupled receptor G蛋白G-proteins，鸟苷酸结合蛋白GTP-binding Proteins 组成：三个亚基， 和 亚基属于脂锚定蛋白。 作用：分子开关 亚基结合GDP处于关闭状 态，结合GTP处

7、于开启状 态。 亚基具有GTP酶活性，能 催化所结合的GTP水解， 恢复无活性的三聚体状态。 G G蛋白耦联型受体：蛋白耦联型受体：7 7次跨膜蛋白次跨膜蛋白，胞外结构域识别信胞外结构域识别信 号分子，胞内结构域与号分子，胞内结构域与G G蛋白耦联，调节相关酶活性，蛋白耦联，调节相关酶活性， 在细胞内产生第二信使。在细胞内产生第二信使。 类型：类型： 多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体。多种神经递质、肽类激素和趋化因子的受体。 味觉、视觉和嗅觉感受器。味觉、视觉和嗅觉感受器。 相关信号途径：相关信号途径：cAMPcAMP途径、磷脂酰肌醇途径途径、磷脂酰肌醇途径 cAMPcAMP信号途径信号

8、途径 通过调节cAMP的浓度，将细胞 外信号转变为细胞内信号。 主要组分： 激活型受体受体（Rs）或抑制型 受体（Ri）； 活化型调节蛋白调节蛋白（Gs）或抑 制型调节蛋白（Gi）； 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶： 跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存 在下，催化ATP生成cAMP。 Gs调节模型调节模型: 激素与Rs结合，Rs构象改变，与 Gs结合，Gs的亚基排斥GDP， 结合GTP而活化，Gs解离出和。 亚基活化腺苷酸环化酶，将ATP 转化为cAMP。 亚基复合物也可直接激活某些 胞内靶分子。 G蛋白耦联受体介导的信号转导级联反应 （三）酶耦联受体介导的信号转导（三）酶耦联受体介导的信号转导

9、Transmembrane Signal Transdution System Via enzyme-coupled receptor 特点：特点： 本身具有激酶活性，如EGF，PDGF，CSF等的受体； 本身没有酶活性，但可以连接非受体酪氨酸激酶，如细胞因 子受体超家族。 已知六类：受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶、受体丝氨酸受体丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨酸激酶、 受体酪氨酸磷脂酶受体酪氨酸磷脂酶、 酪氨酸激酶连接的受体酪氨酸激酶连接的受体、 受体鸟受体鸟 苷酸环化酶苷酸环化酶、 组氨酸激酶连接的受体组氨酸激酶连接的受体 酶偶联型受体的共同点：酶偶联型受体的共同点： 单次跨膜蛋白；单次跨膜蛋白； 接

10、受配体后发生二聚化，接受配体后发生二聚化， 起动下游信号转导。起动下游信号转导。 膜外段： 能与配体相结合 跨膜：螺旋 膜内段： 自身酪氨酸残基磷酸化 受体激活 蛋白磷酸化 底物酪氨酸残基磷酸化 胰岛素及其相关的生长因胰岛素及其相关的生长因 子受体、表皮生长因子受子受体、表皮生长因子受 体、神经生长因子受体、体、神经生长因子受体、 血小板衍生生长因子受体、血小板衍生生长因子受体、 集落刺激因子受体、成纤集落刺激因子受体、成纤 维细胞生长因子受体和肝维细胞生长因子受体和肝 细胞生长因子受体。细胞生长因子受体。 受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶（RPTKs）介导的信号转导介导的信号转导 受体酪氨酸激酶

11、介导的信号途径主要有受体酪氨酸激酶介导的信号途径主要有RASRAS途径、途径、 PI3KPI3K途径、磷脂酰肌醇途径等。途径、磷脂酰肌醇途径等。 RPTK-Ras Pathway 第四节 肌细胞的收缩功能 Muscular contraction 骨骼肌结构示意图 ( 一)骨骼肌的结构 肌 节: 肌细胞收缩的基本功能单位。 粗肌丝: 由肌凝蛋白组成， 其头部为横桥。 横桥的作用: 与细肌丝上的结合位点可 逆性结合; 具有ATP酶的作用, 分解 ATP提供肌丝滑行的能量。 细肌丝: 由肌动蛋白、原肌 凝蛋白和肌钙蛋白组成。 表面有与横桥结合的位点, 静息时被原肌凝蛋白掩盖,当 肌钙蛋白结合Ca2

12、+变构后, 使原肌凝蛋白位移,暴露出结 合位点。 1、滑行学说解释: 肌细胞收缩时肌原纤维的缩短, 不是由于 肌细胞内肌丝本身的缩短或卷曲,而是由于 肌原纤维中的细肌丝向肌节中央(粗肌丝内) 滑行,使肌节长度(两Z-线间距)缩短。 （二） 骨骼肌收缩的原理 2、肌丝滑行过程 Ca2+浓度升高 Ca2+与肌钙蛋白结合, 肌钙蛋白构型变化, 原肌凝蛋白位移 暴露细肌丝上的横桥结合位点,横桥立即与之结合 横桥的ATP酶激活,分解ATP释放能量,激发横桥摆动 牵拉细肌丝朝肌节中央滑行,肌节缩短,肌细胞收缩 引起肌丝滑行的始动因素是肌浆中Ca2+浓度。 兴 奋: 肌膜产生动作电位，沿肌 膜迅速扩布，由横

13、管膜传入肌细 胞到达三联体和肌节附近。 收 缩: 肌丝滑行过程。 耦 联: 终池膜上的钙通道开放， 终池内 Ca2+ 顺 浓度梯度进入肌 浆,触发肌丝滑行, 肌细胞收缩。 Ca2+是这一过程的耦联物。 三)兴奋-收缩耦联Excitation-contraction coupling 兴奋-收缩耦联示意图 运动神经冲动传至末梢 末梢对Ca2 +通透性增加 ，Ca2 +内流 末梢内膜囊泡与前膜融合 ACh释放入接头间隙、与终板膜受体结合 终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加 板电位(EPP) 肌膜动作电位 神经肌肉兴奋传递 肌膜动作电位沿横管膜传至三联体 终池膜上的ryanodine钙通

14、道开放,终池内Ca2+释放入肌浆 Ca2 +与肌钙蛋白结合, 肌钙蛋白构型变化 原肌凝蛋白发生位移,暴露细肌丝上与横桥结合位点 横桥与之结合,激活ATP酶,分解ATP 横桥摆动,牵拉细肌丝朝肌节中央滑行 肌节缩短,即肌细胞收缩 肌丝滑行肌丝滑行 兴奋收缩耦联 二、骨骼肌收缩的形式和力学分析 Patterns of Contraction and Mechanical Analysis 肌肉的负荷： (1)前负荷preload 肌肉收缩前所承受的负荷，它使 肌肉在收缩前就处于一定的初长度，粗、细肌丝处 于某种重叠状态 (2)后负荷afterload 肌肉开始收缩时才遇到的负荷或 阻力，它阻碍收缩

15、时肌肉的缩短 (一)骨骼肌收缩的形式 Patterns of Contraction 1、等长收缩和等张收缩 Isometric Contraction and Isotonic Contraction 等长收缩:只有张力增加而长度不变 等张收缩:只有长度缩短而张力不变 当负荷小于肌张力时出现等张收缩；当负荷等于或大于肌 张力时出现等长收缩。 正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式的，总是等长收缩在前， 当肌张力增加到超过后负荷时,才出现等张收缩。 2、单收缩和总合收缩 Single Twitch and Summation of Contraction (1)单收缩：肌肉受到一次短促的有效刺激而产

16、生的一次收缩 (2)总合收缩(收缩的复合)：由多个有效刺激引起肌肉收缩重叠 (二)骨骼肌收缩的力学分析 Mechanical Analysis 1、骨骼肌功能成分的力学模型 Mechanical Model 肌肉兴奋时，由收缩成分缩短产生的张力称主动张力Active Tension 肌肉在收缩前被拉长，由弹性成分产生的弹性回缩力表现的肌肉外 部张力为被动张力Passive Tension 主动张力和被动张力之和为肌肉收缩的总张力Total Tension 2、前负荷或初长度对肌肉收缩的影响 长度张力关系曲线 固定后负荷于某一值，肌肉作等长收缩，把不同前负荷(使肌肉 处于不同的初长度) 下产生的

17、张力和初长度绘成坐标曲线，即为 长度张力关系曲线Length-tension Curve 肌肉收缩时产生最大张力的前负荷或初长度称 为最适前负荷Optimal Preload或最适初长度Optimal Initial Length 3、肌肉收缩能力改变对肌肉收缩的影响 肌肉收缩能力Contractility指影响肌肉收缩效 果的肌肉内部功能状态 四、平滑肌的结构和生理特性 Structure and Physiological Properties of Smooth Muscle (一)平滑肌的结构和分类 Structure and Classification 1、平滑肌的结构 2、平滑肌的分类 (1)单单元平滑肌(或内脏平滑肌)Single-unit Smooth Muscle or Visceral Smooth