第二章细胞的基本功能2-3节

1、黑龙江中医药大学佳木斯学院生理教研室孙 静第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导一、一、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 主要途径：1.受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径: 物质 膜表面的特异受体 Gs-(兴奋性G蛋白) 激活腺苷酸环化酶 胞浆中的ATP分解 膜内侧胞浆中cAMP (有时是减少),实现激素对细胞内功能的调节2.受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径 外界剌激信号 膜受体 Go的G蛋白 激活磷脂酶C磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇(IP3) 二酰甘油 第二信使 影响细胞内过程,完成跨膜信号转导。 二、离子通道受体介导的信号

2、转导二、离子通道受体介导的信号转导 1.离子通道受体离子通道受体-促离子型受体（化学门控通道）促离子型受体（化学门控通道） 因化学门控通道具有受体功能，也称为通道型受体；因化学门控通道具有受体功能，也称为通道型受体；激活时直接引起跨膜离子流动，也称促离子型受体。激活时直接引起跨膜离子流动，也称促离子型受体。 控制通道开、关的因素控制通道开、关的因素-化学物质。化学物质。 主要分布主要分布： 肌细胞终板膜、神经细胞突触后膜、嗅、味感受细胞膜中,使所在膜产生终板电位、突触后电位以及感受器电位等局部电反应。 2.电压门控通道：电压门控通道： 主要分布主要分布: 神经轴突、骨骼肌、 心肌细胞的一般质膜

3、 中, 控制这类通道开、关的因素是通道所在 膜两侧的跨膜电位的变化膜两侧的跨膜电位的变化。3.机械门控通道：机械门控通道： 细胞表面膜存在能感受机械性刺激感受机械性刺激并引起 细胞功能改变的通道样结构。 特点：特点： 速度快、对外界刺激反应的位点局限。 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 特点：特点： 受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可直接激活胞质中酶。直接激活胞质中酶。 受体只有一跨膜-螺旋和一个较短的膜内肽段。 酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 重要的受体有重要的受体有 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体（一）酪氨酸激酶受体（一）酪氨酸

4、激酶受体特点：特点：膜外侧膜外侧-配位体结合点配位体结合点 深入胞质端深入胞质端-酪氨酸激酶结构域酪氨酸激酶结构域 受体与酶是同一蛋白分子受体与酶是同一蛋白分子 肽类激素如胰岛素和细胞因子 相应的靶细胞时, 激活细胞膜酪氨酸激酶细胞膜酪氨酸激酶受体 胞质侧酶活性部位活化 胞质酪氨酪氨酸激酶结合、激活酸激酶结合、激活 完成跨膜信号转导 一系列细胞内信号分子 细胞核内基因转录改变。 （二）鸟苷酸环化酶受体（二）鸟苷酸环化酶受体 膜外侧膜外侧- -螺旋分子分子N端端-配位体结合点配位体结合点 膜内侧膜内侧- -螺旋分子分子C端端-鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶 （GC）结构域）结构域,与配位体结合活化。与

5、配位体结合活化。 机制机制 GTP CG CGMP 蛋白激酶G（ PKG ） PKG活化活化 底物磷酸化底物磷酸化第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象人体及生物体活细胞在安静和活动时都人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为存在电活动，这种电活动称为生物电现生物电现象。象。恩格斯：恩格斯：“地球上几乎没有一种变化发生地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化而不同时显示出电的变化”。 安静时安静时 静息电位静息电位 受刺激时受刺激时 动作电位动作电位 ( (一一) )概概 念念 ：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电

6、位差。存在的电位差。 ( (二二) )实验现象实验现象： 一、细胞的静息电位一、细胞的静息电位(RP)( (三三) )证明证明RPRP的实验：的实验：（甲）当（甲）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜外，无电位改变，细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差证明膜外无电位差。（乙）当（乙）当A A电极位于细胞电极位于细胞膜外，膜外， B B电极插入膜内时，电极插入膜内时，有电位改变，有电位改变，证明膜内、证明膜内、外间有电位差外间有电位差。（丙）当（丙）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜内，无电位改变，细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差证明膜内无电位差。 特征：特征： 静息电位在

7、大多数细胞是一种稳定的直流电位,但不同细胞的静息电位数值可以不同; 只要细胞未受刺激、生理条件不变,这种电位将持续存在。( (四四) )静息电位的产生机制静息电位的产生机制1 1 化学现象化学现象 要在膜两侧形成电位差，要在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件：必须具备两个条件：膜两膜两侧的离子分布不均，存在浓侧的离子分布不均，存在浓度差；度差； 对离子有选择性通对离子有选择性通透的膜。透的膜。 膜两侧膜两侧 K K+ + 差差是促使是促使K K+ +扩扩散的散的动力动力，但随着，但随着K K+ +的不断扩的不断扩散，膜两侧不断加大的散，膜两侧不断加大的电位电位差差是是K K+ +继续扩散的继续

8、扩散的阻力阻力，当动，当动力和阻力达到动态平衡时，力和阻力达到动态平衡时，K K+ +的净扩散通量为零的净扩散通量为零膜两侧膜两侧的的平衡电位平衡电位。通透膜通透膜选择性通透选择性通透膜膜静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀细胞膜的选择性通透作用细胞膜的选择性通透作用2 2 静息电位的产生机制静息电位的产生机制(1)(1)静息电位的产生条件静息电位的产生条件主要离子分布：主要离子分布：膜内：膜内：膜外：膜外：细胞膜的电阻性和电容性细胞膜的电阻性和电容性 静息状态下细胞膜内外主要离子分布静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性及膜对离子通透性离子浓度（m

9、mol/L）主要离子膜内膜外膜 内 与 膜外 离 子 比例膜对离子通透性N Na a+ +1 14 41 14 42 21 1: :1 10 0通通透透性性很很小小K K+ +1 15 55 55 53 31 1: :1 1通通透透性性大大C Cl l- -8 81 11 10 01 1: :1 14 4通通透透性性次次之之A A- -6 60 01 15 54 4: :1 1无无通通透透性性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：通透性：K K+ + ClCl- - NaNa+ + A A- -(2)RP(2)RP产生机制的膜学说产生机制的膜

10、学说: : 静息状态下静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜内外离子分布不均；细胞膜细胞膜对离子的通透具有选择性对离子的通透具有选择性: :K K+ +ClCl- -NaNa+ +A A- -KK i i顺浓度差向膜外扩散顺浓度差向膜外扩散 A A- - i i不能向膜外扩散不能向膜外扩散KK+ + i i、AA- - i i膜内电位膜内电位(负电场负电场) ) K K+ + o o膜内电位膜内电位(正电场正电场) )膜外为正、膜内为负的极化状态膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到动态平衡时当扩散动力与阻力达到动态平衡时= =RPRP推测推测: :RPRP的产生主要是的产生主要是

11、K K向膜外扩散的结果。向膜外扩散的结果。 静息电位时膜两侧所保持的外正内负状态称为膜的极化；极化； 膜内外电位差的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为膜的超极化；超极化； 膜内电位向负值减小的方向变化，称为去极化去极化或除极化；除极化； 去极化至零电位后膜电位进一步变为正值去极化至零电位后膜电位进一步变为正值称为反极化反极化，膜电位高于零电位的部位称膜电位高于零电位的部位称为为超射超射。 细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复，则称作复极化。复极化。RP形成机制二、动作电位二、动作电位(AP(AP) ) ( (一一) )概概 念念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电可兴奋细胞

12、受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的位基础上发生一次短暂的、可逆的, ,并可向周围扩布的并可向周围扩布的电位波动称为动作电位。电位波动称为动作电位。APAP实验现象实验现象（二）动作电位产生的过程（二）动作电位产生的过程 上升支 去极化 （-70 到0 mV） 峰电位 超射 （0到+30 mV ） 动作电位 下降支 复极化 （+30到-70 mV ） 负后电位-后去极化 后电位 正后电位-后超极化 （负值大于-70 mV） （三）动作电位的特点（三）动作电位的特点“全或无全或无”性质：当刺激未达阈值时，动性质：当刺激未达阈值时，动作电位不会出现，一旦达到阈电位水平作电位不会出

13、现，一旦达到阈电位水平 ，动作电位便迅速产生，并达到最大值，其动作电位便迅速产生，并达到最大值，其幅度和波形不随刺激的强度增强而增大。幅度和波形不随刺激的强度增强而增大。不衰减性传导：动作电位能沿细胞膜向周不衰减性传导：动作电位能沿细胞膜向周围不衰减性传导，其幅度和波形始终保持围不衰减性传导，其幅度和波形始终保持不变。不变。脉冲式：具有不应期，峰电位不可融合叠脉冲式：具有不应期，峰电位不可融合叠加。加。(四四)动作电位的意义：动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志可兴奋性组织与兴奋性可兴奋性组织与兴奋性1. AP产生的产生的基本条件基本条件: :膜内外存在膜内外存在

14、 NaNa+ + 差差: : NaNa+ +iiNaNa+ + O 110O 110；膜在受到膜在受到阈刺激阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性即电压门控性NaNa+ +、K K+ +通道激活而开放通道激活而开放。（五）动作电位的产生机制（五）动作电位的产生机制2.AP2.AP的产生机制的产生机制: :APAP上升支上升支APAP下降支下降支当细胞受到当细胞受到阈阈刺激刺激当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时NaNa通道大量开放通道大量开放NaNa+ +顺电化学差和膜内负电位的吸引顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 NaNa

15、+ + i i、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵APAP的产生机制的产生机制: :膜内负电位减小到零并变为正电位（膜内负电位减小到零并变为正电位（APAP上升支上升支）NaNa+ +通道关通道关NaNa+ +内流停内流停+ +同时同时K K+ +通道激活而开放通道激活而开放K K顺浓度差和膜内正电位的吸引顺浓度差和膜内正电位的吸引K K迅速外流迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RPRP水平（水平（APAP下降支下降支）NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，离子恢复到兴奋前水平泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位后电位 动作电位上升支：动作电位上升

16、支： 1.细胞受剌激剌激时，迅速增加Na+电导电导， 2.动力：动力：Na+在很强的电化学驱动力作用下，形成Na+内向电流，膜内负电位的迅速消失； 3.超射超射:膜外Na+较高的浓度势能，Na+在膜内负电位减小到零时仍可继续内移，出现超射。 4.阻力阻力:内移的Na+在膜内形成的正电位足以阻止的Na+静移动为止；这时膜内所具有的电位值，理论上应相当于根据膜内、外Na+浓度差代入Nernst公式时所得出的Na+平衡电位值平衡电位值。 动作电位降支：动作电位降支： Na+通道失活，Na+电导减小形成峰电位降支，同时K+电压门控性通道的开放。在膜内电-化学梯度的作用下,出现了K+外向电流，使膜内电位

17、变负，加速了膜的复极，参与峰电位降支的形成。 后电位后电位：正后电位一般认为是生电性钠泵作用的结果。（五）局部电位与阈电位（五）局部电位与阈电位1.概念概念局部电位：局部电位： 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化（即局部电位），称局部兴奋。阈电位：阈电位： 当剌激引起膜内去极化达到引起正反馈Na+ 内流的临界膜电位称为阈电位。它一般比静息电位小1020mV。阈下刺激阈下刺激阈刺激阈刺激阈上刺激阈上刺激特点：特点： 不具有不具有“全全或无或无”现象。现象。 电紧张方式电紧张方式扩布。扩布。 具有总和效具有总和效应：时间性和空应：时间性和空间性总和。间性总和。 2.局部电位的特点局部电位的特点 电紧

18、张电位电紧张电位( (局部兴奋局部兴奋) )没有不应期没有不应期, ,一次阈一次阈下剌激引起一个局部反应虽然不能引发动作电位下剌激引起一个局部反应虽然不能引发动作电位, ,可叠加或总和后导致膜去极化到阈电位可叠加或总和后导致膜去极化到阈电位, ,从而爆发从而爆发动作电位。动作电位。 空间性总和：空间性总和： 多个阈下刺激在相邻部位同时多个阈下刺激在相邻部位同时发生，发生，叠加起来。叠加起来。 时间总和：时间总和： 阈下剌激在同一部位连续发生，后一次反应可阈下剌激在同一部位连续发生，后一次反应可在前一次反应在前一次反应 尚未完全消失的基础上发生，多个局部反应在尚未完全消失的基础上发生，多个局部反

19、应在时间上叠加。时间上叠加。时间性总和时间性总和空间性总和空间性总和当细胞受到当细胞受到刺激刺激细胞膜上细胞膜上少量少量NaNa+ +通道激活而开放通道激活而开放NaNa+ +顺浓度差少量内流顺浓度差少量内流膜内外电位差膜内外电位差局部电位局部电位当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时NaNa通道大量开放通道大量开放NaNa+ +顺电化学差和膜内负电位的吸引顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 NaNa+ + i i、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵APAP的产生机制的产生机制: :膜内负电位减小到零并变为正电位（膜内负电位减小到零并变为正电位（A

20、PAP上升支上升支）NaNa+ +通道关通道关NaNa+ +内流停内流停+ +同时同时K K+ +通道激活而开放通道激活而开放K K顺浓度差和膜内正电位的吸引顺浓度差和膜内正电位的吸引K K迅速外流迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RPRP水平（水平（APAP下降支下降支）NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，离子恢复到兴奋前水平泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位后电位 局部兴奋与动作电位的区别局部兴奋与动作电位的区别: :不衰减扩布不衰减扩布电紧张扩布电紧张扩布传播特点传播特点无无有有总和现象总和现象有有无无全或无全或无特点特点大大小小膜电位变化幅度膜电位变化幅度多

21、多少少钠通道开放数钠通道开放数阈或阈上刺激阈或阈上刺激阈下刺激阈下刺激刺激强度刺激强度动作电位动作电位局部兴奋局部兴奋区别区别（六）动作电位的传导（六）动作电位的传导 1、无髓鞘神经纤维上的传导方式、无髓鞘神经纤维上的传导方式局部电流局部电流 1.1.某一小段纤维受到足够强的外加剌激；某一小段纤维受到足够强的外加剌激； 2.2.局部出现膜两侧电位的暂时性倒转；局部出现膜两侧电位的暂时性倒转； 3.3.在已兴奋的神经段和相邻的未兴奋神经段之间，电位差的在已兴奋的神经段和相邻的未兴奋神经段之间，电位差的出现而发生电荷移动，称为局部电流。出现而发生电荷移动，称为局部电流。 4.4.方向：巳兴奋的膜部

22、分向未兴奋的膜部分。方向：巳兴奋的膜部分向未兴奋的膜部分。 特点特点: :直径大的细胞电阻较小传导的速度快。直径大的细胞电阻较小传导的速度快。传导机制传导机制局部电流局部电流+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+神经冲动：神经冲动：神经纤维上传导神经纤维上传导神经纤维神经纤维静息部位膜内为负电位，膜外为正电位静息部位膜内为负电位，膜外为正电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动膜内的负电荷由兴奋部位向静息

23、部位移动膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位移动形成局部电流形成局部电流膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的APAP局局部部电电流流2、有髓鞘神经纤维上的传导方式、有髓鞘神经纤维上的传导方式 跳跃式传导跳跃式传导有髓纤维有髓纤维: :跳跃式传导跳跃式传导 3 3、传导特点、传导特点（1 1）绝缘性）绝缘性（2 2）双向性）双向性 （3 3）不衰减性）不衰减性（4 4）相对不疲劳性）相对不疲劳性（5 5）不可融合性）不可融合性4 4、动作电位传递速度的影响、动作电位传递速度的影响（1 1）生物材料的导电性）生物材料的导电性（2 2）动作电位的特性）动作电位的特性（七）细胞兴奋后兴奋性的变化（七）细胞兴奋后兴奋性的变化细胞在发生一次兴奋后，将经历一系列兴