生理学第二章细胞课件

1、第第 二二 章章 细胞的基本功能细胞的基本功能1.1.人体大约人体大约1010万亿个细胞，每个细胞都是一个万亿个细胞，每个细胞都是一个有生命的基本单位。有生命的基本单位。2.2.按功能细胞可分按功能细胞可分200200余种，每一种细胞主要余种，每一种细胞主要执行一种功能，也有的执行多种功能。例如心执行一种功能，也有的执行多种功能。例如心室肌细胞有收缩功能，物质跨膜转运功能，信室肌细胞有收缩功能，物质跨膜转运功能，信号转导功能和生物电现象。号转导功能和生物电现象。3.3.若想了解机体各系统和器官的功能，首先必若想了解机体各系统和器官的功能，首先必须了解细胞的结构和功能，学习生理学就从细须了解细胞

2、的结构和功能，学习生理学就从细胞生理学开始。胞生理学开始。第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能第三节第三节 细细 胞胞 的的 生生 物物 电电 现现 象象第四节第四节 肌肌 细细 胞胞 的的 收收 缩缩第二节第二节 细细 胞胞 的的 跨跨 膜膜 信信 号号 转转 导导细胞膜的作用：细胞膜的作用： 屏障作用屏障作用 物质转运功能物质转运功能 跨膜信息传递功能跨膜信息传递功能 C C膜的兴奋功能膜的兴奋功能一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述19721972年年SingerSinger等人提出的膜学说，液态脂质双分子层为等人提出的膜学说，液态脂质双分子层为膜的基本

3、构架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其中，糖膜的基本构架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其中，糖与脂质、蛋白结合附着于表面。与脂质、蛋白结合附着于表面。水水水水 水水水水水水水水 水水水水 水水水水 水水水水( (一一) )脂质双分子层脂质双分子层（lipid bilayer） 1.1.组成成分：磷脂（组成成分：磷脂（70%70%）磷脂酰）磷脂酰- -胆碱胆碱丝氨酸丝氨酸乙醇胺乙醇胺肌醇；磷脂酰胆碱和糖肌醇；磷脂酰胆碱和糖脂分布在膜外，而磷脂酰脂分布在膜外，而磷脂酰- -丝氨酸丝氨酸乙醇胺乙醇胺肌醇分布在膜内肌醇分布在膜内. .磷脂酰肌醇含量低，磷脂酰肌醇含量低，在磷脂酶在磷脂酶C C的作用下分解成第

4、二信使的作用下分解成第二信使IP3IP3和和DG ,DG ,胆固醇（胆固醇（30%30%）, ,糖脂（糖脂（10%10%） 2.2.组成形式：组成形式：脂质分子是双嗜性分子，具有亲水性和疏水性分子集团，亲水脂质分子是双嗜性分子，具有亲水性和疏水性分子集团，亲水性朝向细胞外液和细胞质，疏水性朝向膜中间，因此脂质分子在细胞膜上以脂质性朝向细胞外液和细胞质，疏水性朝向膜中间，因此脂质分子在细胞膜上以脂质双层形式存在。双层形式存在。19251925年由年由GorterGorter等人提出。被实验所证实：红细胞膜表面积计算。等人提出。被实验所证实：红细胞膜表面积计算。膜脂质具有流动性，可使膜中蛋白质产生

5、移动。细胞膜的很多生理特性和功能膜脂质具有流动性，可使膜中蛋白质产生移动。细胞膜的很多生理特性和功能与膜脂质流动特性密切相关，如细胞的运动、膜蛋白的相互作用等。与膜脂质流动特性密切相关，如细胞的运动、膜蛋白的相互作用等。( (二二) )细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 1.1.细胞膜主要功能由膜蛋白质完成，膜蛋白组成：表面蛋白、细胞膜主要功能由膜蛋白质完成，膜蛋白组成：表面蛋白、整合蛋白整合蛋白 2.2.表面蛋白：膜蛋白的表面蛋白：膜蛋白的20-30%20-30%，可和膜表面亲水基团和整，可和膜表面亲水基团和整合蛋白结合。合蛋白结合。 3.3.整合蛋白：膜蛋白的整合蛋白：膜蛋白的70-80%70-80

6、%，以其肽链穿越膜脂质双层，以其肽链穿越膜脂质双层部分的氨基酸为疏水性的，露在膜的内外表面的为亲水性部分的氨基酸为疏水性的，露在膜的内外表面的为亲水性的。的。”G” G” 蛋白偶联受体，是蛋白偶联受体，是7 7次跨膜的整合蛋白。例如：次跨膜的整合蛋白。例如：通道、载体、通道、载体、G G蛋白偶联受体及离子泵都是整合蛋白。蛋白偶联受体及离子泵都是整合蛋白。受体受体整合蛋白质整合蛋白质表面蛋白质表面蛋白质 ( (三三) )细胞膜糖类细胞膜糖类细胞膜中的糖与膜蛋白、细胞膜中的糖与膜蛋白、膜脂质结合为糖蛋白或膜脂质结合为糖蛋白或糖脂，起到受体标记物糖脂，起到受体标记物的作用。的作用。二、物质的跨膜转运

7、二、物质的跨膜转运 细胞膜由脂质双分子层构成，细胞膜由脂质双分子层构成，理论上只有脂容性的物质才能理论上只有脂容性的物质才能透过它。但新陈代谢的细胞，透过它。但新陈代谢的细胞，不断和细胞周围环境进行物质不断和细胞周围环境进行物质交换，包括供能物质、细胞内交换，包括供能物质、细胞内合成新物质的原料、代谢中间合成新物质的原料、代谢中间产物和终产物，产物和终产物，O2.CO2.Na+.K+.Ca2+O2.CO2.Na+.K+.Ca2+离子进出离子进出细胞。它们之中少数能通过脂细胞。它们之中少数能通过脂质直接进出细胞，多数依赖于质直接进出细胞，多数依赖于膜上的蛋白质。大分子和颗粒膜上的蛋白质。大分子和

8、颗粒物质则以出入胞形式进行。物质则以出入胞形式进行。 被动转运被动转运主动转运主动转运 指物质顺电指物质顺电位或化学梯度的位或化学梯度的转运过程。转运过程。 指物质逆浓指物质逆浓度梯度或电位梯度梯度或电位梯度的转运过程。度的转运过程。分类：分类：（一）被动转运（一）被动转运( (passive transport) ) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点：特点： 分类：分类： 不耗能（转运动力依赖物质的电不耗能（转运动力依赖物质的电- -化化学梯度所贮存的势能）学梯度所贮存的势能） 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮帮助助”

9、 顺电顺电- -化学梯度进行化学梯度进行 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散(1)(1)概念概念: :脂溶性物质或不带电荷的小分子物质从细脂溶性物质或不带电荷的小分子物质从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。COCO2 2 i i COCO2 2 o oOO2 2 o o OO2 2 i i1.1.单纯扩散单纯扩散（simple diffusion） (2)(2)特点特点: : 扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助” 不需另外消耗细胞本身的能量不需另外消耗细胞本身的能量 单纯扩散的影响因素单纯扩散的影响因素

10、：膜两侧扩散膜两侧扩散物质浓度梯度物质浓度梯度膜对扩散物膜对扩散物质的通透性质的通透性 膜的有效面膜的有效面积积 底底 物物 浓浓 度度 流量流量 (3)(3)转运的物质：转运的物质： O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3 、N N2 2 、尿素、乙醚、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。乙醇、类固醇类激素等少数几种。 注：注： 膜对膜对H H2 2O O具高度通透性，具高度通透性， HH2 2O O是单纯扩散，此外还可通过是单纯扩散，此外还可通过水水通道通道（water channel）跨膜转运。）跨膜转运。2.2.易化扩散易化扩散( (facilitated diffusio

11、n) ) 概念概念: :非脂溶性的物质或带电离子，从细非脂溶性的物质或带电离子，从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。 分类分类: : 经通道的易化扩散经通道的易化扩散经载体的易化扩散经载体的易化扩散（1）经载体的易化扩散经载体的易化扩散膜蛋白载体又称转运体，水溶性小分子物质借助于转运体进膜蛋白载体又称转运体，水溶性小分子物质借助于转运体进行跨细胞膜转运。是顺浓度梯度进行的。行跨细胞膜转运。是顺浓度梯度进行的。 细胞膜细胞膜细细胞胞外外细胞细胞内内载体蛋白载体蛋白载体蛋白载体蛋白转运过程转运过程：转运体与转运物质 有结合位点，转运物质浓度结合位点与作用物结合构

12、象改变被转运物质被封闭在转运体中，转运到另一侧时转运物被解离。转运速度转运速度：转运速度较慢，是因“结合构象变解离”需时间。 例如：葡萄糖、氨基酸的转运都是经载体异化扩散进行的。substrateflux载体载体扩散扩散特点：特点： 特异性：特异性： 膜蛋白载体能够识别具有结构特殊性的被转运物质。 饱和现象：饱和现象：转运体数量受限，被转运物质浓度再提高，转运速度不再提高。此现象称载体转运的饱和现象。此时转运速度写为Vmax，12 Vmax时的被转运底物浓度被称为米氏常数米氏常数（Km），此常数愈小表明转运载体对底物亲和力高，转运速率大。 竞争性抑制：竞争性抑制：结构相似的被转运物与同一载体具

13、有竞争性抑制现象，浓度较低或Km较大者易被抑制。 （2）经通道的易化扩散经通道的易化扩散带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度从高浓度带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运，此通道蛋白又称离子一侧向低浓度一侧的跨膜转运，此通道蛋白又称离子通道：离子通道处在开放，离子可通过；关闭时不能通道：离子通道处在开放，离子可通过；关闭时不能通过。通过。KK+ + i i KK+ + o oNaNa+ + o o NaNa+ + i i通道开放通道开放离子进入膜内离子进入膜内神经递质神经递质（AchAch）离子离子细胞外细胞外细胞内细胞内通道特点：通道特点：（1 1）离子选

14、择性）离子选择性（Na+）静息态（关）静息态（关）激活态（开）激活态（开）刺激不能开放刺激不能开放 失活态（关）失活态（关）A.激活们激活们 I. 失活门失活门每种通道仅对一种或几种离子有通透能力，对其它离子通透能每种通道仅对一种或几种离子有通透能力，对其它离子通透能力很低，力很低， 例如：钾通道；例如：钾通道；根据对离子通透能力：又称为钾、钠、钙通道。根据对离子通透能力：又称为钾、钠、钙通道。选择性的大小：和通道口径、结构及带电电荷有关。选择性的大小：和通道口径、结构及带电电荷有关。刺激能开放刺激能开放离子扩散离子扩散（2 2）门控性）门控性电压门控通道电压门控通道：此类通道受细胞膜膜电位的

15、调节控制，简称调控，膜两侧电位差膜电位改变时，通道状态改变。去极化时，开放。 例如 ：细胞膜上的钠、钾离子通道。化学门控通道化学门控通道：此类通道受膜内外化学物质的调控，这类通道蛋白还具有受体的结构，和一些特殊的化学物质（配体）特异性结合，被称为“配体门控通道”。 例如：神经肌接头处肌细胞膜部位的终板膜，膜上的乙酰胆碱受体，其本身即是通道，又可和配体乙酰胆碱结合引起通道开放，为配体门控通道。机械门控通道机械门控通道：受机械性刺激，例如耳毛细胞机械门控钾通道受牵张刺激。( (二二) )主动转运主动转运( (active transport) ) 概念概念：细胞通过本身的某耗能过程将物质逆浓度梯细

16、胞通过本身的某耗能过程将物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。度或电位梯度的转运过程。 特点特点： 分类分类： 入胞入胞和和出胞出胞式转运。式转运。继发性主动转运继发性主动转运（简称：（简称：联合转运联合转运）；）；原发性主动转运原发性主动转运（简称：（简称：泵转运泵转运）；）； 如如:Na:Na+ +-K-K+ +泵、泵、CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+泵、泵、H H+ +-K-K+ +泵等泵等 需要消耗能量需要消耗能量, ,能量由分解能量由分解ATPATP来提供；来提供； 依靠特殊膜蛋白质依靠特殊膜蛋白质( (泵、转运体泵、转运体) )的的“帮助帮助”； 是逆电是逆电- -化学梯度进行的

17、。化学梯度进行的。1.1.原发性主动转运原发性主动转运( (primary active transport) ) Na+-K+泵泵( (又称又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵，简称钠泵) )。细胞直接利用代谢产生的能量，经膜蛋白的介导将转运物细胞直接利用代谢产生的能量，经膜蛋白的介导将转运物质逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运被转运的物质多为钠钾质逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运被转运的物质多为钠钾钙离子，这一膜蛋白称为离子泵钙离子，这一膜蛋白称为离子泵 , ,其化学本质是其化学本质是ATPATP酶，可酶，可将细胞内将细胞内ATPATP水解成水解成ADPADP。 细胞外细胞外细胞内细胞内 2K

18、2K+ + 2K 2K+ +3Na3Na+ +3Na3Na+ +钠钠泵泵ATPATP催化部位催化部位NaNa+ +浓差浓差K K+ +浓差浓差钠钠钾泵转运：钾泵转运： 钠钠- -钾泵的这种活动还为其它一些物质的钾泵的这种活动还为其它一些物质的转运提供了动力转运提供了动力（如葡萄糖、氨基酸的吸收：（如葡萄糖、氨基酸的吸收：NaNa+ +- -载体载体- -葡萄糖、葡萄糖、NaNa+ +- -载体载体- -氨基酸的复合体形式进氨基酸的复合体形式进行的联合转运）。行的联合转运）。维持维持NaNa+ + o o高高、KK+ + i i高高原先的不均匀分布状态原先的不均匀分布状态2K2K+ +泵至细胞内

19、泵至细胞内;3Na;3Na+ +泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATPATP产生能量产生能量当当NaNa+ + i i/K/K+ + o o激活激活 钠钠- -钾泵钾泵: :A A. . 哺乳类动物细胞膜上普遍存在，简称哺乳类动物细胞膜上普遍存在，简称“钠泵钠泵” ” B B. . 由由、二个亚单位组成的蛋白质二个亚单位组成的蛋白质, , 亚单位是催化亚单位是催化亚单位，需要膜内亚单位，需要膜内Na+Na+和膜外和膜外K+ K+ 的共同参与下具有的共同参与下具有ATPATP酶酶活性，因此钠泵又被称为钠钾依赖式活性，因此钠泵又被称为钠钾依赖式ATPATP酶。酶。C C亚单位有亚单位有2 2种构象：种

20、构象：E1E1、E2E2。与。与ATPATP结合时呈结合时呈E1E1构象，构象，亚单位在膜内呈现亚单位在膜内呈现E1E1构象，对构象，对K+K+亲和力弱，对亲和力弱，对Na+Na+亲和亲和力强，解离力强，解离K+K+，结合，结合Na+Na+。在膜外呈现。在膜外呈现E2E2构象。构象。D D. . 钠泵每分解钠泵每分解1 1分子分子ATPATP可将可将3 3个个Na+Na+移出膜外，移出膜外，2 2个个K+K+移至移至膜内。产生膜内。产生1 1个正电荷的净外运，钠泵有生电效应，个正电荷的净外运，钠泵有生电效应，1 1个周个周期大约期大约10mS10mS。E E. . 依靠钠泵的活动，细胞内依靠钠

21、泵的活动，细胞内K+K+浓度高于细胞外浓度高于细胞外3030倍，倍，Na+Na+细胞外高于细胞内细胞外高于细胞内1010倍。当细胞外倍。当细胞外Na+Na+或细胞内或细胞内K+K+浓度增浓度增加时，都会激活钠泵，以维持细胞外、内的加时，都会激活钠泵，以维持细胞外、内的Na+Na+、K+K+浓度浓度。(5)(5)钠泵活动的意义钠泵活动的意义细胞内高钾环境，胞质内代谢反应所必须。细胞内高钾环境，胞质内代谢反应所必须。维持细胞内渗透压和容积维持细胞内渗透压和容积细胞内、外钠钾浓度梯度是细胞生物电发生基础。细胞内、外钠钾浓度梯度是细胞生物电发生基础。可使膜内负电位加大可使膜内负电位加大钠在膜两侧浓度梯

22、度为继发性主动转运提供基础钠在膜两侧浓度梯度为继发性主动转运提供基础2.2.继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport)概念：概念：某些离子原发性主动转运（钠泵作用）所形成某些离子原发性主动转运（钠泵作用）所形成的膜内外浓度梯度，这些离子顺其浓度梯度扩散同时，的膜内外浓度梯度，这些离子顺其浓度梯度扩散同时，而其它物质逆浓度梯度跨细胞膜转运。属于间接利用而其它物质逆浓度梯度跨细胞膜转运。属于间接利用ATPATP能量。能量。例如：肾小管周膜钠例如：肾小管周膜钠泵将泵将Na+Na+逆浓度梯度泵逆浓度梯度泵出细胞出细胞肾小管细胞肾小管细胞内内Na+Na+浓度浓度

23、肾小管肾小管腔膜两侧呈现腔膜两侧呈现Na+Na+浓度浓度梯度梯度Na+Na+顺浓度梯度顺浓度梯度进入细胞内进入细胞内由此释由此释放的势能用于葡萄糖放的势能用于葡萄糖逆浓度梯度进入细胞。逆浓度梯度进入细胞。 泵泵Na+K+ATPADPNa+Na+细细胞胞GH+H+ 3.3.出胞和入胞式转运出胞和入胞式转运 大分子物质和颗粒物质进出细胞不是直接大分子物质和颗粒物质进出细胞不是直接穿过细胞膜，而是先接触细胞膜并被其包被形穿过细胞膜，而是先接触细胞膜并被其包被形成囊泡成囊泡 出胞出胞(exocytosis):指胞质内大分子物质以指胞质内大分子物质以分泌囊泡形式排出细胞的过程。分泌囊泡形式排出细胞的过程

24、。 主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。消化液的分泌。 入胞入胞(endocytosis):指细胞外的大分子物质指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。或团块进入细胞的过程。 分分 为：吞噬为：吞噬= =转运物质为固体转运物质为固体; ; 吞饮吞饮= =转运物质为液体。转运物质为液体。分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被= =分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡膜与质膜的某

25、点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分囊泡的膜成为细胞膜的组成部分出胞出胞：细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合= =复合物复合物复合物向膜表面的复合物向膜表面的“有被小窝有被小窝”移动移动“有被小窝有被小窝”处的膜凹陷处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离= =吞食泡吞食泡吞食泡与内容物相分离，吞食泡与内容物相分离，其膜性结构与细胞膜相融合其膜性结构与细胞膜相融合入胞入胞: :被动与主动转运方式的比较：被动与主动转运方式的比较：单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散通道通道 载体载体原发性原发性 继发性继发性转运方向转运方向高浓度高浓度

26、低浓度低浓度低浓度低浓度 高浓度高浓度膜转运蛋白膜转运蛋白否否需需需需需需需需饱和现象饱和现象无无有有无无有有有有化学特异性化学特异性无无有有有有有有有有消耗代谢能消耗代谢能及来源及来源不消耗不消耗消耗消耗钠泵钠泵消耗消耗离子浓差离子浓差钠泵钠泵转运的物质转运的物质O O2 2 COCO2 2脂肪酸脂肪酸Na+K+Ca+葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸Na+、K+Ca+、H+葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸刺激信号刺激信号（激素或递质）（激素或递质） 靶细胞膜靶细胞膜（效应器细胞）（效应器细胞） 多细胞生物体必多细胞生物体必须具备完善的信号转须具备完善的信号转导系统以协调其正常导系统以协调其正常的生理功能。细

27、胞间的生理功能。细胞间传递信息的物质多达传递信息的物质多达几百种：如递质、激几百种：如递质、激素、细胞因子、物理素、细胞因子、物理性信号等。性信号等。 根据受体的结构和功能特性，跨膜根据受体的结构和功能特性，跨膜信号转导方式大体有以下三类：信号转导方式大体有以下三类： 离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导 酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导 机械门控通道机械门控通道受机械刺激而开闭受机械刺激而开闭的通道，如内耳的毛细的通道，如内耳的毛细胞的听毛在受声波作用胞的听毛在受声波作用发生弯曲时，会导致听发生弯

28、曲时，会导致听毛根部的膜变形，直接毛根部的膜变形，直接激活了膜附近的机械门激活了膜附近的机械门控通道，毛细胞可出现控通道，毛细胞可出现短暂的电位变化。短暂的电位变化。二、G 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（一）主要的信号蛋白（一）主要的信号蛋白 1 1、G G蛋白耦联受体：蛋白耦联受体：又称为促代谢型又称为促代谢型受体，受体，最大的细胞表面受体家族，共有最大的细胞表面受体家族，共有300300多种；受体由一条多种；受体由一条7 7次穿膜的肽链构次穿膜的肽链构成，膜外侧和膜内有配体的结合部位，成，膜外侧和膜内有配体的结合部位，胞浆侧有结合胞浆侧有结合G G蛋白的部位，通过

29、与配体蛋白的部位，通过与配体结合后的构象变化来结合和激活结合后的构象变化来结合和激活G G蛋白。蛋白。2 2、G G蛋白：蛋白：也称也称GTPGTP结合蛋白，是耦联膜受结合蛋白，是耦联膜受体与效应器的一种特定蛋白，由体与效应器的一种特定蛋白，由、和和三三个亚单位组成，其中个亚单位组成，其中亚单位具有鸟苷酸的结亚单位具有鸟苷酸的结合位点和合位点和GTPGTP酶活性。非活化的酶活性。非活化的G G蛋白在膜内与蛋白在膜内与受体分离，其受体分离，其亚单位结合一分子的亚单位结合一分子的GDPGDP；当；当配体与受体结合后，受体构象改变，从而激活配体与受体结合后，受体构象改变，从而激活G G蛋白，此时蛋白

30、，此时亚单位与亚单位与GDPGDP解离，结合一分子解离，结合一分子GTPGTP，并与另两个亚单位分离，继而激活其靶，并与另两个亚单位分离，继而激活其靶蛋白。蛋白。3 3、G G蛋白效应器：蛋白效应器：A、效应器酶：效应器酶： 包括包括: : 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC)(AC) 磷脂酶磷脂酶C(PLC)C(PLC) 磷酸二脂酶磷酸二脂酶(PDE)(PDE) 磷脂酶磷脂酶A A2 2(PLA(PLA2 2) )等等 B B、 离子通道离子通道: :4 4、第二信使：、第二信使：它是激素、递质、细胞因子等信号分它是激素、递质、细胞因子等信号分子作用于细胞膜后细胞内产生的信号因子，子作用于细胞膜

31、后细胞内产生的信号因子，间接地把细胞外信号转入细胞内。包括间接地把细胞外信号转入细胞内。包括cAMPcAMP、三磷酸肌醇、三磷酸肌醇(IP(IP3 3) )、二酰甘油、二酰甘油(DG)(DG)、环环- -磷酸鸟苷磷酸鸟苷(cGMP)(cGMP)和和CaCa2+2+等。等。（二）主要的（二）主要的G G蛋白偶联受体信号转导途径蛋白偶联受体信号转导途径 1 1、受体、受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC途径：途径：外来信使细胞膜受体G蛋白腺甘酸环化酶ATP 蛋白激酶A心肌：增加Ca2+通道数胃：促进胃酸分泌脑：抑制K+通道，延长放电cAMP2 2、受体、受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径途径 配

32、体与受体结合 激活G蛋白Gq激活PLC磷脂酰 二磷酸肌醇IP3和DG化学门控Ca通道激活胞浆Ca2+浓度升高PKC三、酶耦联受体介导三、酶耦联受体介导的信号转导的信号转导( (一一) )酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 该类受体本身具有该类受体本身具有酶的活性，贯穿于膜的酶的活性，贯穿于膜的脂质双层中，其膜外侧脂质双层中，其膜外侧有配体结合的位点，膜有配体结合的位点，膜内侧具有酪氨酸激酶的内侧具有酪氨酸激酶的结构域。结构域。（二）鸟苷酸环化酶受体：（二）鸟苷酸环化酶受体： 也称为具有鸟苷酸环化酶的受体，由也称为具有鸟苷酸环化酶的受体，由一条肽链组成，分子的一条肽链组成，分子的N N端有配体结合位端

33、有配体结合位点，位于膜外侧，点，位于膜外侧，C C端有鸟苷酸环化酶端有鸟苷酸环化酶(GC)(GC)的结构域。的结构域。 当配体与受体结合后，即激活当配体与受体结合后，即激活GCGC，后者，后者使胞内的使胞内的GTPGTP环化生成环化生成cGMPcGMP，依次激活蛋，依次激活蛋白激酶白激酶G G，引起细胞的生理效应。，引起细胞的生理效应。 概概 述述 恩格斯在恩格斯在100100多年前就指出：多年前就指出：“地球上地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动。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

34、为时都存在电活动，这种电活动称为生物电现生物电现象象（bioelectricity）。细胞生物电现象是普遍）。细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。组织活动时生物电变化的表现。一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象2.RP2.RP实验现象：实验现象： 安静时安静时 静息电位静息电位(RP)(RP) 受刺激时受刺激时 动作电位动作电位(AP)(AP)表现形式：表现形式：（一）静息电位（一）静息电位(resting potentia

35、l, RP) 1 1. .概概 念念 ：静息时，质膜两侧存在着外正内负的：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差。电位差。 2.2.实验现象实验现象： 3.3.与与RPRP相相关的概念关的概念： 膜电位膜电位: :因电位差存在于膜的两侧所以又因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位称为膜电位（membrane potential） 习惯叫法习惯叫法: :因膜内电位低于膜外，习惯上因膜内电位低于膜外，习惯上RPRP指的是膜内负电位。指的是膜内负电位。 RPRP值值: :哺乳动物的神经哺乳动物的神经-70mV-70mV、骨骼肌、骨骼肌- -90mV90mV和平滑肌细胞和平滑肌细胞-55mV-55mV

36、 ，红细胞约为，红细胞约为-10mV-10mV左右。左右。 RPRP值描述值描述: : RP RP膜内负电位膜内负电位(-70-90mV)=(-70-90mV)=超极化超极化 RPRP膜内负电位膜内负电位(-70-50mV)=(-70-50mV)=去极化去极化1)1)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 NaNa+ + i i NaNa+ + o o 110, K110, K+ + i iKK+ + o o301301 Cl Cl- - I I ClCl- - o o 114, A114, A- - i iAA- - o o 41 414.4.静息电位的产生机制

37、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：2)2)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+ Cl- Na+ A-+K+K+K K+ +外流形成外流形成 K K+ +平衡电位平衡电位神经纤维神经纤维电势能电势能30K+1 K+ + + + + + +P -浓差势能浓差势能(2)(2)形成机制：形成机制：K K+ +平衡电位平衡电位可由可由Nernst 方程式计算方程式计算 5.5.影响影响RPRP的因素的因素RPRP实测值略实测值略计算值。计算值。K+oK+i

38、（mV）why？1 1）跨膜）跨膜K K+ +浓度差：浓度差：2 2）膜对）膜对NaNa+ +及及K K+ +的通透性的通透性3 3）NaNa+ +-K-K+ +泵活动水平泵活动水平KK+ + o o RPRPK K+ +RPRP（二）动作电位（二）动作电位(action potential, AP) 1 1. .概概 念念：在静息电位的基础上，给细胞一个适：在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动当的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动 。2.2.APAP实验现象：实验现象：3.3.与与APAP相关的概念相关的概念: :极极 化化(polarization):

39、 :RPRP存在时细胞膜电位外正内存在时细胞膜电位外正内负的状态。负的状态。 去极化去极化(depolarization) : :膜内外电位差向小于膜内外电位差向小于RPRP值值的方向变化的过程。的方向变化的过程。超极化超极化(hyperpolarization) : :膜内外电位差向大于膜内外电位差向大于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。复极化复极化(repolarization) : :去极化后再向去极化后再向RPRP状态恢复状态恢复的过程。的过程。反极化反极化: :细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外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。负的极性反转过程。超

40、射超射(overshoot)：膜电位高于零电位的部分，膜电位高于零电位的部分，锋电位锋电位(spike potential)：构成：构成APAP主要部分的脉主要部分的脉冲样变化，冲样变化，是是APAP的标志的标志。阈值阈值(threshold)：能引起能引起APAP的最小刺激强度。的最小刺激强度。后电位后电位(after-potential)：锋电位下降支最后恢锋电位下降支最后恢复到复到RPRP水平以前，一种时间较长、波动较小水平以前，一种时间较长、波动较小的电位变化过程。的电位变化过程。 包括：包括：负后电位负后电位(negative after-potential) = =后去极化后去极化

41、(after depolarization) ， 正后电位正后电位(positive after-potential) = =后超极化后超极化(after depolarization) 。时间（时间（ms）正后电位正后电位负后电位负后电位-70-550+35mV刺激伪迹刺激伪迹锋电位锋电位后电位后电位时间（时间（ms）-70-550+35mV去极相去极相复极相复极相静息期静息期超射超射AP刺激刺激RS5.AP的意义：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。4.AP的特征：的特征： 具有可传播性。具有可传播性。 具有具有“全或无全或无”(all-or-none)的现象的现象(

42、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NaNa+ + 差差: :NaNa+ + i iNaNa+ + O O 110 110；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。6.6.动作电位的产生机制动作电位的产生机制-+Na+Na+-+细细胞胞外外细细胞胞内内1NaClNa+ 浓度差浓度差 10 NaClRP刺激刺激1 1）去极相）去极相RPK+K+细胞外细胞外1NaCl10 NaCl-+细胞内细胞内Na+K+-+泵泵2 2）复极相）复极相APA

43、P上升支上升支APAP下降支下降支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 Na Na+ + i i、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵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

44、止同时内流停止同时K K+ +通道激活而开放通道激活而开放K K顺浓度差和膜外负电位的吸引顺浓度差和膜外负电位的吸引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，泵回，离子恢复到兴奋前水平离子恢复到兴奋前水平后电位后电位结论：结论：APAP的上升支由的上升支由NaNa内流形成，下降内流形成，下降 支是支是K K外流形成的，后电位是外流形成的，后电位是NaNaK K泵活动泵活动引起的。引起的。 APAP的产生是不消耗能量的，的产生是不消耗能量的，APAP的恢的恢复是消耗能量的（复是消耗能

45、量的（NaNaK K泵的活动）。泵的活动）。 AP=AP=NaNa的平衡电位。的平衡电位。 NernstNernst公式的计算公式的计算 APAP达到的超射值（正电位值）相当于计算达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的所得的E ENaNa值。值。 应用应用NaNa通道特异性阻断剂河豚毒后，通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（内向电流全部消失（APAP消失）。消失）。证明：证明：1.1.刺激：刺激： 刺激分：刺激分：阈刺激阈刺激、阈上刺激阈上刺激、阈下刺激阈下刺激 前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发APAP； 后者只能引起低于阈电位的去极化（即局部

46、电后者只能引起低于阈电位的去极化（即局部电位）不会引发位）不会引发APAP。 2.2.阈电位：阈电位：是激活是激活电压门控性电压门控性NaNa+ +通道通道的临界值。的临界值。即阈电位先引发一定数量的即阈电位先引发一定数量的NaNa+ +通道开放，通道开放，NaNa+ +迅速迅速大量内流后，再引发更多数量的大量内流后，再引发更多数量的NaNa+ +通道开放，爆通道开放，爆发发APAP。 因此，因此，当膜电位达到阈电位后，导致当膜电位达到阈电位后，导致NaNa+ +通道通道开放与开放与NaNa+ +内流之间出现再生性循环内流之间出现再生性循环。( (正反馈正反馈) )几点说明几点说明：7.7.兴

47、奋在同一细胞上的传导兴奋在同一细胞上的传导1 1）传导机制：）传导机制：局部电流局部电流+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+神经纤维神经纤维2 2）传导方式）传导方式：无髓鞘无髓鞘N N纤维的兴奋传导为纤维的兴奋传导为近距离局部电流近距离局部电流；有髓鞘有髓鞘N N纤维的兴奋传导为纤维的兴奋传导为远距离局部电流远距离局部电流( (跳跃式跳跃式) )。3 3）有）有髄髄神经纤维传导特点神经纤维传导特点 1 1、生理完整性、生理完整性 2 2、 3 3、 4 4、 5 5、双向性双向性相对不疲劳性相对不疲劳性绝缘性绝缘性不衰减性或不衰减性或“全或无全或无”现象现象4)4)影响兴奋

48、传导的因素影响兴奋传导的因素 1 1） C C直径直径 2 2） 髓鞘髓鞘 3 3） 温度温度二、局部兴奋二、局部兴奋(local response)概念概念： 阈下刺激引阈下刺激引起的低于阈电位起的低于阈电位的去极化（即局的去极化（即局部电位），称部电位），称局局部反应部反应或或局部兴局部兴奋奋。特点：特点： 不具有不具有“全或无全或无”现象。其幅值可随刺现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。激强度的增加而增大。 电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。的增加而减小。 具有总和效应：时间性和空间性总和具有总和效应：时间性和空间性总和。 时间性总和时间

49、性总和空间性总和空间性总和0mV-70-9020绝对不应期绝对不应期相对不应期相对不应期超常期超常期0100兴奋性兴奋性低常期低常期（二（二) ) 细胞兴奋后兴奋性的变化细胞兴奋后兴奋性的变化 组织兴奋后兴奋性变化的对应关系组织兴奋后兴奋性变化的对应关系 分分 期期 兴奋性兴奋性 与与APAP对应关系对应关系 机机 制制绝对不应期绝对不应期 降至零降至零 锋电位锋电位 钠通道失活钠通道失活相对不应期相对不应期 渐恢复渐恢复 负后电位前期负后电位前期 钠通道部分恢复钠通道部分恢复超常期超常期 正常正常 负后电位后期负后电位后期 钠通道大部恢复钠通道大部恢复低常期低常期 正常正常 正后电位正后电位

50、 膜内电位呈超极化膜内电位呈超极化 绝对不应期的意义：绝对不应期的意义：其长短决定细胞兴奋的最高频率其长短决定细胞兴奋的最高频率例：绝对不应期例：绝对不应期 2 ms2 ms 兴奋的最高频率兴奋的最高频率? ?1000/2 =500 Hz1000/2 =500 Hz使使APAP不会重合不会重合一、一、NMNM接头处的兴奋传递接头处的兴奋传递 1 1、N-MN-M接头的结接头的结构构 接头前膜接头前膜：内含：内含突触小泡，囊泡内含突触小泡，囊泡内含ACh（称量子释放）。称量子释放）。 接 头 间 隙接 头 间 隙： 约： 约50-60nm50-60nm。 接头后膜接头后膜：又称：又称终板膜。终板

51、膜。存在存在ACh受受体（体（N2受体）。受体）。2.N-M2.N-M接头处的接头处的兴奋传递过程兴奋传递过程当神经冲动传到轴突末梢当神经冲动传到轴突末梢膜膜CaCa2 2通道开放，通道开放，CaCa2 2内流内流接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的囊泡中的AChACh释放释放( (量子释放量子释放) )AChACh与终板膜上的与终板膜上的N N2 2受体结合，受体结合，受体蛋白分子构型改变受体蛋白分子构型改变终板膜对终板膜对NaNa、K K ( (尤其尤其NaNa) )通透性通透性终板膜去极化终板膜去极化终板电位（终板电位（EPPEPP）EPPEPP电紧张

52、性扩布至肌膜电紧张性扩布至肌膜去极化达到阈电位去极化达到阈电位爆发肌细胞膜爆发肌细胞膜APAP 3.N-M3.N-M接头处的兴奋传递特征接头处的兴奋传递特征: : (1)(1)具具1 1对对1 1的关系：的关系：神经末梢传来的一次神经末梢传来的一次APAP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩只能引起一次肌细胞兴奋和收缩 4.EPP4.EPP的特征：的特征：无无“全或无全或无”现象；现象；无不应期；无不应期；有总和现象；有总和现象；EPPEPP的大小与的大小与AchAch释放量呈正相关。释放量呈正相关。 ( (由一个由一个AchAch量子引起的终板膜电位变化量子引起的终板膜电位变化称为微终板电位称为微终

53、板电位, ,MEPP) )（二）骨骼肌细胞的结构（二）骨骼肌细胞的结构1.1.肌原纤维和肌小节肌原纤维和肌小节1 1） 粗肌丝：粗肌丝：长杆状主干长杆状主干球状部球状部横桥横桥（1 1）肌原纤维）肌原纤维：横桥的作用横桥的作用:1、可与肌动蛋白可逆结合。通过横桥连续的向、可与肌动蛋白可逆结合。通过横桥连续的向M 线方向扭动，牵拉细肌丝向暗带中央滑行。线方向扭动，牵拉细肌丝向暗带中央滑行。2、具有、具有ATP酶的作用。酶的作用。肌动蛋白肌动蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白 actin） tropomyosin） troponin）收缩蛋白质收缩蛋白质调节蛋白质调节蛋白质每一粗肌丝分别与每一粗肌丝分别与6 6

54、条细肌丝相对条细肌丝相对每一细肌丝分别与每一细肌丝分别与3 3条粗肌丝相对条粗肌丝相对（2 2）肌小节）肌小节: : 是肌细胞收缩和舒张的基本结构和功能单位。是肌细胞收缩和舒张的基本结构和功能单位。 =1/2=1/2明带暗带明带暗带1/21/2明带明带 = 2= 2条条Z Z线间的区域线间的区域M M线线2.2.肌管系统：肌管系统： 横管系统横管系统：T T管（肌管（肌膜内凹而成，将兴奋膜内凹而成，将兴奋传向肌传向肌C C深部）。深部）。 纵管系统纵管系统：L L管（也管（也称肌质网。肌节两端称肌质网。肌节两端的的L L管称终池，储存、管称终池，储存、释放、再积聚释放、再积聚CaCa2+2+)

55、 )。 三联管三联管：T T管管+ +终池终池2 2连接兴奋连接兴奋收缩的关收缩的关键部位键部位 1.1.兴奋兴奋- -收缩耦联收缩耦联 2.2.肌丝滑行肌丝滑行（三）骨骼肌收缩机制（三）骨骼肌收缩机制1.1.兴奋兴奋- -收缩耦联收缩耦联 三个主要步骤三个主要步骤： 肌膜电兴奋的传导肌膜电兴奋的传导: :指肌膜产生指肌膜产生APAP后后,AP,AP由横管由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。 三联管处的信息传递：三联管处的信息传递：（尚不很清楚）（尚不很清楚） 肌质网（纵管系统）中肌质网（纵管系统）中CaCa2 2+ +的释放的释放

56、: :指终池膜指终池膜上的钙通道开放，终池内的上的钙通道开放，终池内的CaCa2+ 2+ 顺浓度梯度进入肌浆，顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，肌细胞收缩。触发肌丝滑行，肌细胞收缩。 CaCa2+2+是兴奋是兴奋- -收缩耦联的耦联物收缩耦联的耦联物肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥摆动横桥与结合位点结合，横桥与结合位点结合，分解分解ATPATP释放能量释放能量原肌球蛋白位移，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点暴露细肌丝上的结合位点CaCa2 2+ +与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型改变肌钙蛋白的构型改变终池膜上

57、的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内的终池内的CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆2.2.肌丝滑行肌丝滑行(sliding theory)肌丝滑行几点说明肌丝滑行几点说明: : 1.1.肌细胞收缩时肌原纤维的缩短肌细胞收缩时肌原纤维的缩短, ,并不是并不是肌丝本身缩短肌丝本身缩短, ,而是细肌丝向肌节中央而是细肌丝向肌节中央( (粗肌丝粗肌丝内内) )滑行。滑行。 2.2.横桥的循环摆动，细肌丝向肌节中央横桥的循环摆动，细肌丝向肌节中央( (粗粗肌丝内肌丝内) )滑行，滑行中由于肌肉的负荷而受阻，滑行，滑行中由于肌肉的负荷而受阻，便产生张力。便产生张力。 3.3.横桥的循环摆动在肌肉中是非同步地

58、，横桥的循环摆动在肌肉中是非同步地，从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。 4.4.横桥循环摆动的参入数目及摆动速率，横桥循环摆动的参入数目及摆动速率，是决定肌肉缩短程度、速度和肌张力的关键因是决定肌肉缩短程度、速度和肌张力的关键因素。素。 运动神经冲动传至末梢运动神经冲动传至末梢N N末梢对末梢对CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+内流入内流入N N末梢内末梢内接头前膜内囊泡接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合与终板膜受体结合受体构型改变受体构型改变

59、终板膜对终板膜对NaNa+ +、K K+ +( (尤其尤其NaNa+ +) )的通透性增加的通透性增加产生终板电位产生终板电位(EPP)(EPP)EPPEPP引起肌膜引起肌膜APAP肌膜肌膜APAP沿横管膜传至三联管沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内终池内CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变引起肌钙蛋白的构型改变原肌球蛋白发生位移原肌球蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合激活激活ATPATP酶作用酶作用, ,分解分解ATPATP横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩小结：小结：骨骼肌收缩全过程骨骼肌收缩全过程1.1.兴奋传递兴奋传递 2.2.兴奋兴奋- -收缩（肌丝滑行）耦联收缩（肌丝滑行）耦联（四）骨骼肌舒张机制（四）骨骼肌舒张机制兴奋兴奋-收缩耦联后收缩耦联后肌膜电位复极化肌膜电位复极化终池膜对终池膜对Ca2+通透性通透性肌浆网肌浆网膜膜Ca2+泵激活泵激活肌质网肌质网膜膜Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离与肌钙蛋白解离原肌球蛋白覆盖的原肌球蛋白覆