细胞的基本功能 (2)

1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能o 第一节第一节 细胞膜的结构与物质转运功能细胞膜的结构与物质转运功能o 第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导o 第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象o 第四节第四节 骨骼肌的收缩功能骨骼肌的收缩功能第一节第一节 细胞膜的结构与物质转运功能细胞膜的结构与物质转运功能一、细胞膜的结构一、细胞膜的结构o 细胞膜是细胞膜是半透性膜半透性膜，对，对某些物质或离子某些物质或离子的通透的通透有有选择选择性性。o 细胞膜主要由细胞膜主要由脂质脂质、蛋白质蛋白质和和糖类糖类等物质组成等物质组成；不同细胞，其比例不同。不同细胞，其比例不同。o 液

2、态镶嵌模型液态镶嵌模型n 以液态的脂质双分子层为基本构架，其中镶嵌着具以液态的脂质双分子层为基本构架，其中镶嵌着具有不同分子结构和功能的蛋白质有不同分子结构和功能的蛋白质液态镶嵌模型脂质双分子层液态镶嵌模型脂质双分子层o 脂质脂质40%n 磷脂磷脂70%n 胆固醇胆固醇30%n 鞘脂类鞘脂类o 蛋白质蛋白质60%o 糖类糖类2%10%（一）脂质双分子层（一）脂质双分子层o 主要是由磷脂、胆固醇和少主要是由磷脂、胆固醇和少量糖脂构成量糖脂构成，其中其中磷脂磷脂（70%）o 亲水极性基团（头部）亲水极性基团（头部）n 磷酸磷酸n 碱基：包括磷脂酰碱基：包括磷脂酰胆碱胆碱、磷脂、磷脂酰酰丝氨酸丝氨酸

3、、磷脂酰、磷脂酰乙醇胺乙醇胺和和少少量量磷脂酰磷脂酰肌醇。肌醇。o 疏水性非极性基团（尾部）疏水性非极性基团（尾部）（二）细胞膜蛋白质（二）细胞膜蛋白质o 功能：执行物质、能量和信息交换功能：执行物质、能量和信息交换o 按在膜上的按在膜上的存在形式存在形式分为：分为：n 表面蛋白：表面蛋白：20%30%；n 结合蛋白：结合蛋白：70%80%。o 按按功能功能分为：分为：n 受体蛋白；受体蛋白；n 转运蛋白，如通道、载体、离子泵；转运蛋白，如通道、载体、离子泵；n 酶蛋白。酶蛋白。（三）细胞膜糖类（三）细胞膜糖类o 主要是一些主要是一些寡糖寡糖和和多糖链多糖链，以共价键的形式和，以共价键的形式和

4、膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。o 糖链大多裸露在膜的外侧，作为细胞和结合蛋糖链大多裸露在膜的外侧，作为细胞和结合蛋白质特异标志。白质特异标志。o 例如例如n 人的红细胞人的红细胞ABO血型系统中，红细胞的不同抗原特血型系统中，红细胞的不同抗原特性就是由结合在膜脂质的寡糖链所决定的性就是由结合在膜脂质的寡糖链所决定的。二、细胞膜的物质转运二、细胞膜的物质转运（一）单纯扩散（一）单纯扩散o 定义定义n 脂溶性小分子脂溶性小分子物质经过细胞膜由物质经过细胞膜由高浓度高浓度一侧向一侧向低浓低浓度度一侧移动的过程一侧移动的过程。不耗能，属不耗能，属被动转运被

5、动转运。n 例如例如O2、CO2、类固醇激素等。、类固醇激素等。o 影响因素影响因素n 细胞膜两侧溶质分子浓度差。细胞膜两侧溶质分子浓度差。n 细胞膜对该物质的通透性。细胞膜对该物质的通透性。（二）膜蛋白介导的跨膜转运（二）膜蛋白介导的跨膜转运1、易化扩散、易化扩散o 定义定义n 非脂溶性小分子物质非脂溶性小分子物质通过膜上特殊蛋白质的帮助，通过膜上特殊蛋白质的帮助，顺浓度差或顺电位差扩散的过程顺浓度差或顺电位差扩散的过程。不耗能，属不耗能，属被动被动转运转运。n 需需膜中一些特殊蛋白质分子的膜中一些特殊蛋白质分子的“协助协助”。o 分类分类n 载体蛋白载体蛋白介导的易化扩散介导的易化扩散n

6、通道蛋白通道蛋白介导的易化扩散介导的易化扩散（1）载体蛋白介导的易化扩散）载体蛋白介导的易化扩散o 需膜上的需膜上的载体蛋白载体蛋白；n 如如葡萄糖葡萄糖和和氨基酸氨基酸的转运。的转运。o 特点特点n 特异性特异性；n 饱和性饱和性；n 竞争性竞争性。（2）通道通道蛋白介导的易化扩散蛋白介导的易化扩散o 需膜上的需膜上的通道蛋白通道蛋白；n 如如Na+、K+、Ca2+、Cl-等等离子的转运。离子的转运。o 通道蛋白的分类通道蛋白的分类n 电压门控性通道电压门控性通道；n 化学门控性通道化学门控性通道；n 机械门控性通道机械门控性通道。o 电压门控通道电压门控通道n 通道的开闭取决于通道的开闭取

7、决于膜两侧的电位差膜两侧的电位差。n 具有关闭（备用）、激活和失活三种状态。具有关闭（备用）、激活和失活三种状态。n 如神经纤维上的如神经纤维上的Na+通道、通道、Ca2+通道通道。o 化学门控通道化学门控通道n 通道的开闭取决于通道的开闭取决于膜两侧某种化学物质膜两侧某种化学物质的调控。的调控。n 如终板膜上乙酰胆碱敏感性的离子通道如终板膜上乙酰胆碱敏感性的离子通道。o 机械门控通道机械门控通道n 通道的开闭取决于通道的开闭取决于机械机械力力。n 如血管内皮细胞如血管内皮细胞Ca2+通道通道。2、原发性原发性主动转运主动转运o 定义定义n 指细胞通过本身的指细胞通过本身的耗能耗能过程，将某种

8、小分子物质或离过程，将某种小分子物质或离子由膜的子由膜的低浓度低浓度一侧移向一侧移向高浓度高浓度一侧的过程。一侧的过程。 o 需要一种称为需要一种称为离子泵离子泵的膜蛋白介导的膜蛋白介导。o 例如例如n 钠钠-钾泵钾泵；n 钙泵钙泵；n 氢泵（质子泵）氢泵（质子泵）。o 钠泵（钠钠泵（钠-钾泵，钾泵，Na+-K+依赖式依赖式ATP酶）酶）n 分解分解1个个ATP、3个个Na+出细胞、出细胞、2个个K+入细胞入细胞n 意义：维持膜两侧离子不均匀分布，建立势能贮备。意义：维持膜两侧离子不均匀分布，建立势能贮备。o 钙泵钙泵n 广布广布于于细胞膜和肌质网细胞膜和肌质网；n 心肌细胞膜上的钙泵分解心肌

9、细胞膜上的钙泵分解1个个ATP、1个个Ca+出胞；出胞；n 肌质网上钙泵肌质网上钙泵分解分解1个个ATP、2个个Ca+入肌质网内；入肌质网内；o 氢泵氢泵n 肾脏远端小管闰细胞上存在着氢泵，其主要功能是排肾脏远端小管闰细胞上存在着氢泵，其主要功能是排出出H+，实现排酸保碱功能，维持体内的酸碱平衡，实现排酸保碱功能，维持体内的酸碱平衡。3、继发性主动转运、继发性主动转运o 间接依赖间接依赖Na+泵活动泵活动所提供能量而实现所提供能量而实现的主动转运过程的主动转运过程。o 需膜上的需膜上的转运体转运体，可同时转运可同时转运2种及以种及以上的物质。上的物质。n 如小肠上皮细胞对如小肠上皮细胞对葡萄糖

10、和氨基酸的葡萄糖和氨基酸的吸收吸收。（三）入胞和出胞（三）入胞和出胞o 指大分子物质或物质团块通过膜的运动进出细胞指大分子物质或物质团块通过膜的运动进出细胞膜的过程。膜的过程。o 入胞过程包括：入胞过程包括：n 吞噬吞噬：白细胞吞噬细菌、病毒、异物等；：白细胞吞噬细菌、病毒、异物等；n 吞饮吞饮：小肠上皮细胞摄取营养物质小肠上皮细胞摄取营养物质；n 受体介导受体介导的的入胞入胞。o 出胞主要见于腺体分泌、神经递质释放等。出胞主要见于腺体分泌、神经递质释放等。受体介导的入胞受体介导的入胞n 血浆低密度脂蛋白（血浆低密度脂蛋白（LDL）+受体受体衣被凹陷衣被凹陷吞吞饮泡饮泡胞内体胞内体次级溶酶次级

11、溶酶体（受体、膜再循环）。体（受体、膜再循环）。n LDL受体缺乏时，血中受体缺乏时，血中LDL升高；由于升高；由于LDL中中含有大量胆固醇，可导致含有大量胆固醇，可导致高胆固醇血症高胆固醇血症。第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导o 跨膜信号转导跨膜信号转导n 刺激刺激细胞膜特定结构细胞膜特定结构细胞出现电反应或其他功细胞出现电反应或其他功能活动变化，是细胞一项基本功能。能活动变化，是细胞一项基本功能。n 刺激包括激素、递质、细胞因子等。刺激包括激素、递质、细胞因子等。n 不同刺激有不同的信号转导转导方式。不同刺激有不同的信号转导转导方式。o 跨膜信号转导大致分为三类：跨膜信号

12、转导大致分为三类：n G蛋白耦联受体蛋白耦联受体-效应酶介导的信号转导效应酶介导的信号转导；n 离子通道受体介导的信号转导离子通道受体介导的信号转导；n 酶耦联受体的信号转导酶耦联受体的信号转导。一、一、G蛋白耦联受体蛋白耦联受体-效应效应酶介导的信号转导酶介导的信号转导o G蛋白耦联受体蛋白耦联受体n 是一是一大类大类膜蛋白受体膜蛋白受体的的统称。统称。n 这类受体含有这类受体含有7次跨膜次跨膜螺旋螺旋的肽链，其肽链胞的肽链，其肽链胞内的内的C端和连接第端和连接第5和第和第6个跨膜螺旋的胞内环上个跨膜螺旋的胞内环上都有都有G蛋白蛋白的结合位点。的结合位点。o G蛋白蛋白n 鸟苷酸结合蛋白的简

13、称，由鸟苷酸结合蛋白的简称，由、三个亚基组成三个亚基组成；n GTP是是G蛋白活性状态的开蛋白活性状态的开关。关。n 激素激素+G蛋白受体蛋白受体GTP结结合合G蛋白蛋白激活或抑制位于激活或抑制位于邻近膜上的效应酶如邻近膜上的效应酶如腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶（AC）胞浆中第胞浆中第二信使物质的生成增加（或二信使物质的生成增加（或减少）。减少）。1、受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径o 激素激素+受体受体G蛋白（蛋白（包括包括Gs或或Gi）激活激活ACcAMP激活激活蛋白激酶蛋白激酶A（PKA）产生生理学效应。产生生理学效应。2、受体、受体-G蛋白蛋白-磷脂酶磷脂酶C途径途径o 激素激素+受体受

14、体激活激活G-蛋白蛋白磷脂酶磷脂酶C（PLC）使磷脂酰肌醇（使磷脂酰肌醇（PIP2）水解成）水解成三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IP3）和和二酰基甘油（二酰基甘油（DG）：n IP3+受体（内质网）受体（内质网）Ca2+通道开放通道开放Ca2+释放释放4Ca2+CaM（钙调素）（钙调素）激活激活CaM蛋白激酶蛋白激酶产生生理学效应；产生生理学效应；n DG蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）蛋白磷酸化蛋白磷酸化产生生理产生生理学效应。学效应。二、离子通道受体介导的信号转导二、离子通道受体介导的信号转导o 具有离子通道功效的细胞膜受体称为具有离子通道功效的细胞膜受体称为离子通道离子通道受体受体；o 化学物质化

15、学物质+ +受体受体膜膜上的上的离子通道快速开放离子通道快速开放离离子的跨膜流动，子的跨膜流动，故故又称为又称为促离子型受体促离子型受体，其通，其通道性质属于化学门控通道或配体门控通道。道性质属于化学门控通道或配体门控通道。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o 受体受体和和酶酶是同一蛋白分子，是同一蛋白分子，膜外部分存在膜外部分存在信号分子结合信号分子结合位点位点，膜内部分具有，膜内部分具有激酶活激酶活性性。o 常见的酶耦联受体转导方式常见的酶耦联受体转导方式有有三种：三种：n酪氨酸激酶受体的转导酪氨酸激酶受体的转导n酪氨酸激酶结合受体的转导酪氨酸激酶结合受体的转导1.

16、鸟苷酸环化酶受体的转导鸟苷酸环化酶受体的转导1、酪氨酸激酶受体的转导、酪氨酸激酶受体的转导o 受体为单次跨膜蛋白，胞外区有受体为单次跨膜蛋白，胞外区有配体结合位点配体结合位点，胞内部分具有，胞内部分具有酪氨酸激酶活性酪氨酸激酶活性。o 信号分子信号分子+ +受体膜外部分受体膜外部分受体构象受体构象改变改变使膜使膜内酪氨酸残基磷酸化内酪氨酸残基磷酸化酪氨酸激酶活化，产生酪氨酸激酶活化，产生信号转导效应。信号转导效应。o 例如例如n 人胰岛素受体和某些生长因子作用的受体。人胰岛素受体和某些生长因子作用的受体。2、酪氨酸激酶结合受体的转导、酪氨酸激酶结合受体的转导o 受体本身没有蛋白激酶活性。受体本

17、身没有蛋白激酶活性。n 信号分子信号分子+受体膜外部分受体膜外部分膜内膜内部分酪氨酸残基被磷酸化部分酪氨酸残基被磷酸化成为成为胞内信号蛋白的结合位点胞内信号蛋白的结合位点胞内胞内信号蛋白被激活信号蛋白被激活激活下游的信激活下游的信号蛋白号蛋白产生生物产生生物学学效应。效应。o 例如例如n 生长素、催乳素、促红细胞生成生长素、催乳素、促红细胞生成素和细胞因子作用的受体。素和细胞因子作用的受体。3、鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶（GC）受体的转导受体的转导o 受体是一次性跨膜蛋白，胞外受体是一次性跨膜蛋白，胞外为为配体结合部分配体结合部分，胞内为，胞内为GC催化结构域。催化结构域。o 受体本身就是受体本

18、身就是GC，可催化，可催化GTP生成生成cCMP，后，后者作为第二信使物质可激活下游的蛋白激酶，者作为第二信使物质可激活下游的蛋白激酶，产生生物产生生物学学效应。效应。o 例如例如n 心房钠尿肽、心房钠尿肽、NO等所作用的受体。等所作用的受体。第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象一、静息电位一、静息电位1、静息电位的定义及其测量静息电位的定义及其测量o 定义定义n 指细胞未受刺激时（安静指细胞未受刺激时（安静状态下），存在于细胞膜状态下），存在于细胞膜内外两侧的电位差。内外两侧的电位差。o 测量测量n 若设膜外电位为若设膜外电位为0，则膜内电位为负电位，电位越，则膜内电位为负电位，电

19、位越负，负，RP越大。越大。p 不同细胞不同细胞RP不等（不等（-10-100 mV）。如）。如n 神经、骨骼肌细胞神经、骨骼肌细胞-70-90 mV；红细胞；红细胞-10mV。o RP是膜的极化状态是膜的极化状态n 极化：极化：RP存在时，膜两侧所保持的外正内负稳定直存在时，膜两侧所保持的外正内负稳定直流电位；流电位；n 超极化：超极化：RP（膜内负值加大）；（膜内负值加大）；n 去极化：去极化：RP（膜内负值变小），也称除极化；（膜内负值变小），也称除极化；n 反极化：膜电位倒转（外负内正），又称超射；反极化：膜电位倒转（外负内正），又称超射；n 复极化：复极化：去极化后再恢复至静息状态下

20、的膜电位值去极化后再恢复至静息状态下的膜电位值2、静息电位的产生机制静息电位的产生机制o 静息电位静息电位的的形成必须要具备形成必须要具备两个必要条件两个必要条件n细胞膜内外离子分布必须是不均匀的细胞膜内外离子分布必须是不均匀的；n细胞膜细胞膜对不同的离子具有不同的通透性对不同的离子具有不同的通透性。离子离子组织液组织液胞质胞质平衡电位（平衡电位（mV）Na+1451265K+4.4139-89Ca2+2.4K+oK+外流（经通道易化扩散）外流（经通道易化扩散）动力动力(K+浓度差浓度差)=阻力阻力(电场力电场力)形成形成K+平衡电位平衡电位(静息电位静息电位)放大器放大器示波器示波器AB细细

21、 胞胞放大器放大器AB细细 胞胞示波器示波器示波器示波器放大器放大器AB细细 胞胞证明静息电位存证明静息电位存在的实验示意图在的实验示意图3、膜平衡电位计算和静息电位形成的有关因素、膜平衡电位计算和静息电位形成的有关因素o K+的平衡电位（的平衡电位（EK）可用可用Nernst公式计算公式计算：n Ex为某离子的平衡电位为某离子的平衡电位n R为气体常数为气体常数n T为绝对温度为绝对温度n F为法拉第常数为法拉第常数n Z为原子价为原子价n X+o和和X+i分别为该离子膜外和膜内溶液中的浓度分别为该离子膜外和膜内溶液中的浓度o 若离子若离子X+为单价，环境温度为为单价，环境温度为29.2，并

22、将自，并将自然对数转换为常用对数，则上式可改写为：然对数转换为常用对数，则上式可改写为：o 将膜内和膜外溶液中将膜内和膜外溶液中K+浓度代入式中，即可计浓度代入式中，即可计算出算出Ek。证据证据o 实际值与理论值近似实际值与理论值近似n 枪乌贼巨大神经轴突枪乌贼巨大神经轴突EK的理论值的理论值= -87 mV，而实测，而实测值是值是RP= -77 mV，两者基本接近；，两者基本接近；o 改变改变K+o，RP也变化，且符合也变化，且符合Nernst公式。公式。n K+o，RP。o 说明说明RP的产生与的产生与EK形成有关。形成有关。1. 同理，同理，ENa为为+50+70 mV。实测值较理论值为

23、小实测值较理论值为小的原因的原因o 正常状态时正常状态时，膜对膜对Na+也有一定通透性，少量也有一定通透性，少量的的Na+内流可抵消由内流可抵消由K+向外扩散所形成的膜内向外扩散所形成的膜内负电位。负电位。o 此外，静息电位的形成和维持，还与此外，静息电位的形成和维持，还与钠泵的生钠泵的生电活动电活动有关。有关。n 钠泵每分解钠泵每分解1分子分子ATP，3个个Na+出胞，出胞，2个个K+入胞，入胞，可使膜内净少一个正电荷，使安静状态下膜内电位可使膜内净少一个正电荷，使安静状态下膜内电位负值增加，同时维持了离子的不均匀分布。负值增加，同时维持了离子的不均匀分布。二、动作电位二、动作电位（一）动作

24、电位的定义（一）动作电位的定义o 细胞受到刺激时，膜电细胞受到刺激时，膜电位在静息电位基础上发位在静息电位基础上发生一次迅速、可逆和可生一次迅速、可逆和可传播的电位变化传播的电位变化，称动，称动作电位（作电位（AP）。）。o AP是细胞兴奋的标志是细胞兴奋的标志。（二）动作电位的产生机制（二）动作电位的产生机制n 细胞膜具有一定的电阻和电容特性细胞膜具有一定的电阻和电容特性。n 刺激电流会导致局部细胞膜产生一种去极化性质的刺激电流会导致局部细胞膜产生一种去极化性质的电紧张电位电紧张电位。o 兴奋兴奋n 组织和细胞受到刺激而产组织和细胞受到刺激而产生反应的过程生反应的过程。o 可兴奋细胞可兴奋细

25、胞n 能够产生能够产生AP的细胞，如神的细胞，如神经细胞、肌细胞等经细胞、肌细胞等。o 阈电位阈电位n 能够引起细胞膜上能够引起细胞膜上Na+通道突然大量开放并产生通道突然大量开放并产生AP的临界膜电位值（比的临界膜电位值（比RP1020 mV）。）。n 是细胞的是细胞的内在特性内在特性。o 阈强度阈强度n 引起膜去极化达到阈电位最小刺激强度，是引起膜去极化达到阈电位最小刺激强度，是测量兴测量兴奋性的指标奋性的指标。n 阈阈 刺刺 激：刺激强度激：刺激强度=阈强度阈强度n 阈下刺激：刺激强度阈下刺激：刺激强度阈强度阈强度AP的过程的过程局部电位局部电位锋电位锋电位去极相去极相复极相复极相复极化

26、复极化超射超射去极化去极化后电位后电位负后电位负后电位正后电位正后电位AP产生的机制产生的机制o 去极化时相去极化时相（去极相去极相）n 刺激刺激电紧张电位电紧张电位少量少量Na+通道开放通道开放Na+内流内流膜去极化膜去极化达到达到阈电位阈电位大大量量Na+通道激活而开放通道激活而开放Na+大量迅速内流（借助浓度差、大量迅速内流（借助浓度差、RP下的电位差下的电位差）引起膜内电位快速去极化和超射引起膜内电位快速去极化和超射（反极化）。（反极化）。o 复极化时相复极化时相（复极相复极相）1. 去极化过程中，电压门控性去极化过程中，电压门控性Na+通道通道因因失活而关闭失活而关闭内流停止内流停止

27、同时同时去极化导致去极化导致K+漏通道迅速开放漏通道迅速开放K+借电借电-化学驱动力向膜外扩散化学驱动力向膜外扩散膜内电位逐步恢膜内电位逐步恢复至极化状态复至极化状态。o后电位后电位o 负后电位负后电位n 复极化时，外流的复极化时，外流的K+蓄积膜外蓄积膜外K+外流速度外流速度 复极速度复极速度。o 正后电位正后电位n 去极化去极化Na+I、复极化、复极化K+o膜内外膜内外Na+和和K+浓浓度差减小度差减小Na+泵激活泵激活3Na+泵出泵出2K+o泵入（生泵入（生电性电性Na+泵）泵）RP（短暂的超极化）（短暂的超极化）。AP的特点的特点o “全或无全或无”o 不衰减不衰减o 双向性双向性（三

28、）动作电位产生的几个依据（三）动作电位产生的几个依据1、电、电-化学驱动力化学驱动力o 电电-化学驱动力化学驱动力的大小的大小取决取决于于膜电位膜电位（或静息电（或静息电位位，Em）与）与某离子平衡电位之差某离子平衡电位之差，即：电化学，即：电化学驱动力驱动力=Em - EK；o AP是产生在是产生在RP背景之上背景之上的；的；o 若若Em为为-70 mV，已知哺乳动物神经细胞，已知哺乳动物神经细胞ENa约约为为+60 mV，Ek约为约为-90 mV，则在则在静息状态下：静息状态下：o 对对Na+的驱动力为：的驱动力为：n Em - ENa = -70 mV -（+60 mV）= -130 m

29、Vo 对对K+的驱动力为：的驱动力为：n Em - EK = -70 mV -（-90 mV）= +20 mVo 膜内电位与膜内电位与ENa相比，较强大的电相比，较强大的电-化学化学驱动力驱动力（-130 mV），一旦，一旦Na+通道被激活通道被激活并并开放后开放后，将驱使带正电的将驱使带正电的Na+迅速向膜内扩散，形成快迅速向膜内扩散，形成快速去极化过程。速去极化过程。o 相对于相对于Na+而言，而言，RP下，膜内下，膜内K+仅有仅有+20 mV的的外向驱动力，不足于抵消外向驱动力，不足于抵消Na+的内流。的内流。2、膜电流的测定、膜电流的测定（电压钳技术电压钳技术）n 将枪乌贼大神经膜内电

30、位从将枪乌贼大神经膜内电位从-65 mV快速钳制到快速钳制到-9 mV，并并持续持续5 ms（A）。n 存在内向电流存在内向电流和和外向电流外向电流（B）；）；n 用用Na+通道特异性阻断剂通道特异性阻断剂河豚毒河豚毒（TTX）后，内向电流消失）后，内向电流消失；n 说明说明是是Na+内向离子电流。内向离子电流。n 但但膜上又出现了一种延迟性外向电膜上又出现了一种延迟性外向电流流（C）。n 用钾通道特异性阻断剂用钾通道特异性阻断剂四乙胺四乙胺（TEA）所阻断）所阻断后，外后，外向电流消失向电流消失；n 说明说明外向电流是由外向电流是由K+在去极化结在去极化结束后外束后外流流所致。所致。o 证明

31、在证明在RP基础上去极化，先可基础上去极化，先可激活激活Na+通道，通道，Na+内流内流；随后随后K+的通透性增加，的通透性增加，K+外流。外流。o 电压钳技术电压钳技术n 是通过插入细胞内的一根是通过插入细胞内的一根微电极向胞内补充电流，微电极向胞内补充电流，补充的电流量正好等于跨补充的电流量正好等于跨膜流出的反向离子电流量膜流出的反向离子电流量，这样能控制膜电位保持，这样能控制膜电位保持稳定。稳定。n 可记录不同膜电位水平时可记录不同膜电位水平时的跨膜离子电流及其电导的跨膜离子电流及其电导变化。变化。3、膜电导的测定、膜电导的测定o 膜电导即膜电阻的倒数，间接地反映出膜电导即膜电阻的倒数，

32、间接地反映出细胞膜细胞膜通透性的大小通透性的大小。o 测定测定AP期间膜电导的改变，有利于阐述其形成期间膜电导的改变，有利于阐述其形成的机制。的机制。o Na+和和K+电导（电导（G）的计算式为）的计算式为：o 将神经细胞膜电位从将神经细胞膜电位从-60 mV分步钳制至分步钳制至+20 mV，同时记录相应的膜电流，同时记录相应的膜电流，计算出对应的计算出对应的GNa和和GK。o 右图右图n AP去极相早期去极相早期GNa增加，表增加，表明膜对明膜对Na+通透性增加，随通透性增加，随后下降并出现后下降并出现GK的增加，的增加，膜对膜对K+通透性增加，并保通透性增加，并保持恒定。持恒定。4、单通道

33、电流的测定、单通道电流的测定（膜片膜片钳技术钳技术）o 可测量单个离子通道开放可测量单个离子通道开放产生的皮安（产生的皮安（10-12安培）安培）量级的电流。量级的电流。n 将膜电位从将膜电位从-120 mV钳至钳至-50 mV时，连续时，连续10次膜片钳记次膜片钳记录的单个通道的离子电流。录的单个通道的离子电流。n 相当于去极化的早期，可见相当于去极化的早期，可见较为规律的微弱内向电流出较为规律的微弱内向电流出现现。o 连续连续300次钳制记录的这种次钳制记录的这种单通道电流叠加平均所获单通道电流叠加平均所获总和电流，与电压钳记录总和电流，与电压钳记录的宏膜电流相似。的宏膜电流相似。o 给膜

34、片用给膜片用5 M利多卡因利多卡因后后，其内向电流和总和电流，其内向电流和总和电流减小，表明去极化时相这减小，表明去极化时相这种内向单通道电流，是由种内向单通道电流，是由膜外膜外Na+通过单个通过单个Na+通道通道内流所产生。内流所产生。o 膜片钳技术膜片钳技术n 可观察到膜上电可观察到膜上电压依赖型离子通压依赖型离子通道有开与关两种道有开与关两种状态状态。（四）离子通道启闭与膜的通透性改变（四）离子通道启闭与膜的通透性改变o RP的的形成和维持形成和维持n 是相当数量的钾漏通道随机开放的结果是相当数量的钾漏通道随机开放的结果；o AP去极相去极相n 是由于膜上电压门控性是由于膜上电压门控性N

35、a+通道大量激活（开放）通道大量激活（开放）所致。所致。o 产生产生AP去极化的去极化的Na+通道通道存在三种功能状态，即存在三种功能状态，即静静息息、激活激活和和失活失活状态状态。n 静息状态：静息状态：m门门关闭，关闭，h门门开放开放，不通透；，不通透；n 激活状态：激活状态：m门开放门开放，h门门尚未关闭，通透；尚未关闭，通透；n 失活状态：失活状态：m门开放门开放，h门门关闭，不通透；关闭，不通透；o 钾漏通道分子内部只有一钾漏通道分子内部只有一个激活门个激活门（n门门）。）。（五）局部电位与动作电位之间的关系（五）局部电位与动作电位之间的关系o 局部电位局部电位n 阈下刺激阈下刺激引

36、起的引起的电紧张电位使电紧张电位使少量少量Na+通道开放，通道开放，Na+内流使膜内流使膜局部局部去极化的状态去极化的状态。o 特征特征n 反应强度与刺激强度正相关反应强度与刺激强度正相关；n 电紧张性扩布，易衰减电紧张性扩布，易衰减；n 可总和，包括时间总和和空间总和。可总和，包括时间总和和空间总和。局部电位局部电位阈刺激、阈上刺激阈刺激、阈上刺激总和总和阈电位阈电位AP（六）动作电位的传导（六）动作电位的传导o 传导传导n 兴奋兴奋（AP）在同一个在同一个细胞上扩布细胞上扩布。o 机制机制n 局部电流学说（局部电流学说（局部电局部电流流局部兴奋局部兴奋！）！）o 局部电流学说局部电流学说已

37、兴奋区与未兴奋区电位差已兴奋区与未兴奋区电位差膜二侧导电溶液膜二侧导电溶液阈电位阈电位局部电流局部电流未兴奋区膜去极化未兴奋区膜去极化AP再生性循环再生性循环o 特性特性n 双向传导双向传导 n 安全传导安全传导n 不衰减传导不衰减传导o 有髓纤维传导有髓纤维传导n 跳跃传导，迅速而且省能跳跃传导，迅速而且省能静息电位（静息电位（RP）和动作电位（）和动作电位（AP）的比较）的比较RPAP膜状态膜状态安静安静刺激刺激电位电位外正内负稳定直流电位外正内负稳定直流电位（极化状态）（极化状态） RP电位翻转（外负内正）电位翻转（外负内正）（去极化、超射、复极化）（去极化、超射、复极化）意义意义活细胞

38、标志活细胞标志兴奋标志兴奋标志机制机制EK去极相去极相ENa+复极相复极相K+外流，生电性外流，生电性Na+泵泵与与Na+泵关系泵关系细胞内高钾，是细胞内高钾，是K+外流动力外流动力恢复膜二侧离子浓度恢复膜二侧离子浓度Na+通道通道K+通道通道性质性质电压依从性电压依从性电压依从性电压依从性激活激活阈电位阈电位膜去极化中激活膜去极化中激活去极化末最大去极化末最大失活失活从去极化至复极基本结束从去极化至复极基本结束无失活无失活活动特征活动特征单通道开关突然发生单通道开关突然发生多通道活动同步化电导恒定多通道活动同步化电导恒定部分通道持续开放部分通道持续开放复极过程正反馈复极过程正反馈阻断剂阻断剂

39、河豚毒河豚毒四乙（基）胺四乙（基）胺意义意义膜去极化形成膜去极化形成AP膜复极化、形成膜复极化、形成RP神经和骨骼肌神经和骨骼肌Na+、K+通道比较通道比较第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能一、神经一、神经-骨骼肌接头处兴奋的传递骨骼肌接头处兴奋的传递神经神经-骨骼肌接头骨骼肌接头结构结构o 突触前膜突触前膜n 囊泡（含囊泡（含ACh）n 线粒体线粒体o 突触间隙突触间隙o 突触后膜（终板膜）突触后膜（终板膜）n N型型ACh门控通道门控通道n 胆碱酯酶胆碱酯酶神经神经-肌肉接头兴奋的传递过程肌肉接头兴奋的传递过程o AP传至神经末梢传至神经末梢接头前膜上的接头前膜上的Ca2+通道

40、开放通道开放Ca2+内流内流囊泡出胞，囊泡出胞，ACh呈量子式释放（呈量子式释放（1个动作电位约释放个动作电位约释放200300囊泡）囊泡）ACh弥散弥散至后膜至后膜ACh与与N型型ACh敏感性阳离子通道敏感性阳离子通道上上的的受体结合受体结合通道开放通道开放Na+内流、内流、K+外流外流终板膜去极化终板膜去极化产生产生终板电位终板电位以电紧张电位以电紧张电位形式扩布至终板膜周围的普通肌细胞膜形式扩布至终板膜周围的普通肌细胞膜后者后者膜电位膜电位达到阈电位达到阈电位爆发爆发AP。n 终板膜不存在终板膜不存在电压门控通道电压门控通道，故终板电位不能转化，故终板电位不能转化为为AP。o 量子式释放

41、量子式释放n 神经末梢中的囊泡含有恒定量的递质，兴奋时成批神经末梢中的囊泡含有恒定量的递质，兴奋时成批地以囊泡为单位进行释放。地以囊泡为单位进行释放。o 微终板电位（微终板电位（MEPP）n 安静时，单囊泡安静时，单囊泡Ach释放引起的去极化电位（释放引起的去极化电位（0.4 mV）。）。o 终板电位（终板电位（EPP）n ACh作用于终板膜上的作用于终板膜上的N型型ACh敏感性阳离子通道敏感性阳离子通道，导致，导致Na+内流为主的离子电流，而引起终板膜的内流为主的离子电流，而引起终板膜的去极化电位（去极化电位（50 mV），是），是MEPP的叠加形成的。的叠加形成的。o N型型ACh敏感性阳

42、离子通道敏感性阳离子通道ACh的消除的消除o 胆碱酯酶水解胆碱酯酶水解ACh，保证，保证1:1传递传递n 兴奋传递后兴奋传递后ACh及时被清除，防止一次神经兴奋引及时被清除，防止一次神经兴奋引起肌肉多次收缩；起肌肉多次收缩；n ACh释放量是肌细胞膜阈值的释放量是肌细胞膜阈值的34倍，保证传递安倍，保证传递安全。全。影响神经影响神经-肌接头兴奋传导的因素肌接头兴奋传导的因素o 胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药和新斯的明和新斯的明等；等；o 受体阻断剂：受体阻断剂：美洲箭毒和美洲箭毒和-银环蛇毒银环蛇毒；o ACh门控通道或门控通道或Ca2+通道不足：重症肌无力。通道不足：重

43、症肌无力。二、骨骼肌的收缩机制二、骨骼肌的收缩机制1、骨骼肌细胞的微细结构骨骼肌细胞的微细结构（1）肌细胞（肌纤维）肌细胞（肌纤维）n 肌原纤维肌原纤维收收缩缩n 肌管系统肌管系统信息传递与信息传递与转转换换1）肌原纤维）肌原纤维n 粗肌丝（暗带、粗肌丝（暗带、M线）线）n 细肌丝细肌丝 （明带、（明带、Z线）线）2）肌小节）肌小节n 两两Z线之间的区域（暗带线之间的区域（暗带加上两侧各加上两侧各1/2明带），为明带），为结构和功能的基本单位。结构和功能的基本单位。长长1.53.5 m，安静时，安静时2.2 m。3）粗、细肌丝排列规则）粗、细肌丝排列规则n 粗肌丝互成正三角形；细粗肌丝互成正三

44、角形；细肌丝互成正六边形；细肌肌丝互成正六边形；细肌丝构成的六边形中央有一丝构成的六边形中央有一粗肌丝。粗肌丝。粗肌丝粗肌丝o 主要由肌球蛋白（又主要由肌球蛋白（又称肌凝蛋白）构成，称肌凝蛋白）构成，包括头部和杆部。包括头部和杆部。n杆部杆部：二条多肽链组成：二条多肽链组成粗肌丝的主干；粗肌丝的主干；n头部头部：又称横桥，其功：又称横桥，其功能：能：n 可与肌纤蛋白结合并可与肌纤蛋白结合并向向M线扭动；线扭动；1. ATP酶活性。酶活性。细肌丝细肌丝n肌动蛋白（肌动蛋白（AT）又称）又称肌纤蛋白，与肌球蛋白肌纤蛋白，与肌球蛋白合称收缩蛋白。功能：合称收缩蛋白。功能：n 形成细肌丝主干；形成细肌

45、丝主干；n 有横桥结合位点，安有横桥结合位点，安静时被遮盖。静时被遮盖。n原肌球蛋白（原肌球蛋白（Tm）。）。其功能是：其功能是：1. 位阻效应，位阻效应，抑盖肌动蛋抑盖肌动蛋白上的结合位点白上的结合位点。n肌钙蛋白（肌钙蛋白（Tn），），含含有三个亚单位有三个亚单位：n Tn C：Ca2+结合位点；结合位点；n Tn T：连结原肌球蛋白：连结原肌球蛋白和整个肌钙蛋白；和整个肌钙蛋白；n Tn I：与肌动蛋白结合与肌动蛋白结合，其功能是传递信息，其功能是传递信息，即把即把C与与Ca2+结合结合的的信信息传递给原肌球蛋白，息传递给原肌球蛋白，引起后者变构，引起后者变构，并并解除解除其位阻效应。其

46、位阻效应。（2）肌管系统肌管系统o 横管系统（横管系统（T管）管）n Z线处细胞膜内陷线处细胞膜内陷而成。而成。o 纵管系统（纵管系统（L管）管）n 肌浆网，肌浆网，Z线两侧线两侧为终末池。为终末池。o 三联管结构三联管结构n 横管加上两侧的终末池，是兴奋横管加上两侧的终末池，是兴奋-收缩耦联的部位收缩耦联的部位2、肌肉收缩的基本过程肌肉收缩的基本过程肌丝滑行学说肌丝滑行学说（1）收缩过程）收缩过程o 肌膜肌膜AP肌浆网中的肌浆网中的Ca2+进入肌浆进入肌浆胞浆中胞浆中Ca2+Tn C+Ca2+Tn、Tm变构变构位阻效位阻效应解除应解除肌动蛋白与横桥结合肌动蛋白与横桥结合ATP分解供能分解供能

47、横桥向横桥向M线扭动、解离、再结合、再扭动（线扭动、解离、再结合、再扭动（横桥循环）横桥循环）细丝向细丝向M线滑行线滑行暗带不变，暗带不变，H带和肌小节缩短带和肌小节缩短肌肉收缩肌肉收缩。o 横桥循环速率和数量决定肌肉收缩效果。横桥循环速率和数量决定肌肉收缩效果。（2）舒张过程）舒张过程o 肌质网钙泵回收肌质网钙泵回收Ca2+Ca2+脱离肌钙蛋白脱离肌钙蛋白细细肌丝复位肌丝复位肌肉肌肉舒张。舒张。o 骨骼肌收缩的耗能骨骼肌收缩的耗能n 横桥扭动。横桥扭动。o 骨骼肌舒张的耗能骨骼肌舒张的耗能n Ca2+泵活动。泵活动。三、骨骼肌的兴奋三、骨骼肌的兴奋-收缩耦联收缩耦联o 肌细胞肌细胞膜膜电电变

48、化为特征的变化为特征的兴奋过程和兴奋过程和肌纤维肌纤维机机械械变化为基础的变化为基础的收缩过程相联系的中介过程收缩过程相联系的中介过程。o 发生部位发生部位n 三联管区。三联管区。o 耦联因子耦联因子n Ca2+。o 三个主要步骤三个主要步骤n电兴奋通过电兴奋通过T管管膜向肌细胞的深膜向肌细胞的深处传导。处传导。n三联管结构处的三联管结构处的信息传递。信息传递。1. 肌浆网（即纵管肌浆网（即纵管系统）对系统）对Ca2+贮贮存、释放和再贮存、释放和再贮存。存。L型钙通道型钙通道o 位于位于T管膜和肌细胞膜管膜和肌细胞膜o AP传至骨骼肌细胞膜传至骨骼肌细胞膜L型钙通道激活型钙通道激活并并变构变构（“拔拔塞样塞样”效应效应）终池上的钙终池上的钙释放通道被打开释放通道被打开Ca2+向向胞质扩散胞质扩散从而触发肌丝从而触发肌丝滑行和肌肉收缩。滑行