医学精品课件：2细胞A

第二篇细胞的基本功能南京医科大学生理学系Cell第一节细胞膜的结构特征Whyhaveacellmembrane?Isolatethecellcytosol(intracellularfluid)fromextracellularfluidExchangewiththeenvironmentions,nutrients,wastes,secretionsCellcommunicateswiththeenvironmentreceptorproteinsbindsignalingmoleculesStructuralsupportcellularjunctions,anchorcytoskeletalproteins第二章细胞膜的结构特征和物质转运功能

以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。液态镶嵌模型

(fluidmosaicmodel)

Whatarethecomponentsofthecellmembraneandwhataretheirfunctions?Representationofthree-dimensionalorganizationofplasmamembranes.Abimolecularfilmofphospholipidsformsthematrixofthemembrane,andglobularproteinsareembeddedinthelipidcore.Someproteinsspanthemembrane;othersareembededinoneofthelipidmonolayers.细胞膜的基本骨架

Structuralproteins–junctions,cytoskeletonReceptors–bindasignalingmoleculeEnzymes–reactions(digestion,signaling)Transporters–channels,carrierproteinsFunctionsofmembraneproteins膜蛋白是膜功能的主要执行者糖类是分子标记或信息载体

半透膜(semipermeablemembrane)O2，能源物质氨基酸脂类各种离子等细胞CO2代谢尾产物第二节细胞膜的物质转运功能Whatmoleculescrossthecellmembrane?Howdothesemoleculescrossthecellmembrane?顺电化学梯度不耗能一、被动转运（passivetransport)一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。（一）单纯扩散（simplediffusion)1、顺浓度差2、不需要膜蛋白帮助3、不消耗能量4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2

细胞CO2O2特点：Characteristicsofsimplediffusion:DownaconcentrationgradientWithouthelpofmembraneproteinWithoutusingATPTransportforlipophilicmoleculessuchasO2andCO2通透性(permeability)

通透性指物质通过膜的难易程度。

扩散速率(Diffusiveflux)：表示单位时间内通过跨膜扩散的分子数量。取决于浓度差、通透性、扩散面积、温度、分子量等。需膜蛋白帮助顺浓度差转运1.通道

(channel)2.载体

(carrier)（二）易化扩散（facilitateddiffusion）特点：1、顺浓度差或电位差2、膜蛋白帮助3、不消耗能量4、转运水溶性物质Characteristicsoffacilitateddiffusion:DownaconcentrationgradientorvoltagedifferenceWiththehelpofmembraneproteinWithoutusingATPTransportforwatersolublemolecules转运物质：Na+,K+,Cl－,Ca2+等直径较小离子离子选择性(ionicselectivity)

根据其结构特异性和转运离子的特异性命名：Na+通道、K+通道、Cl－通道、Ca2+通道等。1.经通道的易化扩散(facilitateddiffusionviaionchannel)IonsdiffusethroughchannelsdowntheirconcentrationorpotentialgradientCa2+Ca2+通道基本状态：开放、关闭VoltagegatedChemicallygatedMechanicallygated电压门控通道化学门控通道机械门控通道Howarethechannelsgateopened?开放：激活静息：关闭，受刺激可开放失活：关闭，受刺激也不能开放电压门控通道的功能状态如：Na+通道Na+通道阻断剂：河豚毒

(tetrodotoxin,TTX)

利多卡因（lidocaine)K+通道阻断剂：四乙胺

(tetraethylammonium)Channelblocker水的跨膜转运单纯扩散——水虽是极性分子 但分子极小，又不带电荷。渗透(osmosis)易化扩散——水通道

(waterchannel)

水通道(waterchannel)水孔蛋白

(aquaporin,AQP)获2003诺贝尔化学奖2.经载体的易化扩散

(facilitateddiffusionviacarrier)高度特异性竞争性抑制饱和现象载体转运特点:Facilitateddiffusionbyacarrierprotein葡萄糖、氨基酸载体转运对象:Specificity(特异性)Glucosetransportersmove6carbonsugars(hexoses).Glucosetransporterswillnotmovemaltose(麦芽糖).Competition(竞争性)OnlygalactoseGlucoseandgalactose(半乳糖)Saturation(饱和现象)Carrierstransportingasubstratereachtheirmaximalrate.二、主动转运

(activetransport)Characteristicsofactivetransport:Withhelpofmembraneprotein(pump)AgainstitsconcentrationgradientNeedATPenergyforthiswork特点:1、膜蛋白（泵）帮助

2、逆浓度差或电位差

3、耗能主动转运种类1、原发性主动转运

Primary(direct)ActiveTransport

2、继发性主动转运

Secondary(indirect)ActiveTransport1.原发性主动转运PrimaryActiveTransport

钠泵（sodiumpump,钠-钾泵，钠-钾ATP酶）、钙泵、碘泵等。钠-钾泵

分解1个分子ATP，使3个Na+移出膜外，2个K+移到膜内——生电性钠泵

(electrogenicpump)。

泵入和泵出正离子数相等---------中性泵。Na+-K+ATPaseLowlevelsofintracellularNa+Activetransport:Na+-K+ATPase哇巴因：钠泵的特异性抑制剂SodiumPump钠泵活动重要的生理意义维持细胞正常的渗透压与形态。形成和保持细胞内外Na+、K+不均匀分布，为生物电和多种功能必需。势能贮备为葡萄糖、氨基酸跨小肠和肾小管上皮等继发性主动转运提供能量。2.继发性主动转运SecondaryActiveTransport

利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程，又称联合转运

(contransport)。如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。转运体蛋白（转运体，transporter)SymportdrivenbyNa+concentrationgradientfortrans-epithelialtransportSodium-glucosesymporter肠粘膜上皮细胞葡萄糖继发性主动转运模式图SecondaryactivetransportClicktoplay同向转运(symport)和逆向转运(antiport)三、出胞和入胞转运对象：大分子或物质团块入胞

(endocytosis):

吞噬(phagocytosis)——cellengulfsaparticleintoavesicle

吞饮(pinocytosis)——cellengulfsextracellularfluid

出胞

(exocytosis)

Phagocytosis–cellengulfsaparticleintoavesicleLDL(whichisacholesterolcarrier)isaligandthatentersbyreceptormediatedendocytosisReceptormediatedendocytosis吞饮的两种类型： 液相入胞

(fluid-phaseendocytosis)

受体介导入胞

(Receptormediatedendocytosis)Exocytosis&endocytosis四、大分子物质的跨核膜转运（一）蛋白质的入核转运——核定位信号介导被转运入核的蛋白质上的某些肽链区域可作为核定位信号(neuclearlocalizationsignals,NLS)，能识别核孔处NLS受体，启动核转位过程，即载有核定位信号的蛋白穿过核孔进入核内。（二）RNA、蛋白质的出核转运——核运送信号介导与核定位信号(neuclearlocalizationsignals,NLS)介导过程相似，由核运送信号(neuclearlocalizationsignals,NLS)介导。SummaryPassivetransportdownaconcentrationgradientwithoutusingATP

Simplediffusion:lipid-solublemoleculesFacilitateddiffusion:water-solublesubstances

Facilitateddiffusionviacarrier:glucose/aminoacid

Facilitateddiffusionviaionchannel:ionsActiveTransportAgainstaconcentrationgradientATPisnecessary

PrimaryActiveTransport:sodiumpumpSecondaryactivetransport:Sodium-glucosesymporterTransportforbigmoleculesExocytosis/endocytosis

第三章细胞的跨膜信号转导第一节：细胞跨膜信号转导的概念与特征

transmembranesignaltransduction

外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜表面，引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界信号以新的信号形式传到膜内，再引起靶细胞发生相应的功能变化。一、最常见的外界刺激信号——化学信号化学信号——激素、递质、细胞因子（cytokines)其它外界刺激信号：机械信号、电信号、电磁波等二、跨膜信号转导的共同特征1.外界信号作用于受体后引起一系列信号分子依次激活2.信号转导都是通过几种类似的转导途径实现的3.跨膜信号转导有信号放大作用膜受体1.离子通道ionchannel2.G蛋白耦联受体Gprotein-linkedreceptor3.酶耦联受体enzyme-linkedreceptor化学门控通道(chemicallygatedchannel)

又称配体门控通道(ligandgatedchannel)

或促离子型受体(ionotropicreceptor)ACh的N2型受体、GABAA受体、促离子型谷氨酸受体第二节跨膜信号转导的主要途径一、化学门控通道介导的跨膜信号转导—快速的信号转导途径N-receptorofAChVoltage

gatedchannelMechanicallygatedchannel通常不称为受体也可将信号传递到细胞内部电压门控通道和机械门控通道(一)G-蛋白耦联受体跨膜信号转导途径的发现

——信号转导研究的重要里程碑

二、G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导

——较为普遍的信号转导途径Gprotein-coupledreceptor,GPCR

激素、神经递质(第一信使)到达靶细胞时不直接进入胞浆,而是先与靶细胞膜受体结合,作用于膜结构中的信息传递系统(第二信使系统),使胞浆中某物质(第二信使)浓度改变,引起靶细胞发生相应变化。SignaltransductionmediatedbyGprotein-coupledreceptor

信号转导通过G蛋白偶联型受体介导的有关跨膜信号转导的一些重大发现第二信使学说，1971诺贝尔生理学和医学奖原癌基因，1989诺贝尔生理学和医学奖蛋白质磷酸化在信号转导中的作用，1992诺贝尔生理学和医学奖G蛋白及其在细胞信号转导中的作用，1994诺贝尔生理学和医学奖NO的生理功能，1998诺贝尔生理学和医学奖（二）G-蛋白耦联受体的跨膜信号转导通路由多个信号分子组成G蛋白耦联受体,Gprotein-linkedreceptorG蛋白,Gprotein(GTP结合蛋白，GTP-bindingprotein)G蛋白效应器，Gproteineffector第二信使，secondmessenger蛋白激酶，proteinkinaseG-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导的主要步骤G蛋白耦联受体途径多数激素通过此途径发挥作用

cAMP作为第二信使三、酶耦联受体介导的跨膜信号转导

——主要调节相对缓慢的生物学过程Signaltransductionmediatedbyenzyme-linkedreceptor

没有G蛋白、第二信使和胞内蛋白激酶的激活，受体本身也没有通道结构，而是通过胞内具有酶活性的受体介导完成跨膜信号转导。（一）酪氨酸激酶受体的跨膜信号转导

1.酪氨酸激酶受体(tyrosinekinasereceptor)：受体本身有酪氨酸激酶活性。主要介导与生长、发育有关的细胞因子(cytokine)和部分肽类激素，如epidermalgrowthfactor(EGF),nervegrowthfactor(NGF)，insulin等。又称为丝裂原激活的蛋白激酶通路（mitogen-activatedproteinkainase,MAPK)2.结合酪氨酸激酶的受体(receptor-associatedtyrosinekinase)受体本身没有酪氨酸激酶活性，与配体结合后，可与细胞内的酪氨酸激酶（如JAK）结合，并使之激活，进而使胞质中另一种酪氨酸蛋白激酶STAT磷酸化，导致转录因子磷酸化，使基因转录功能变化而发挥生物学作用。如growthhormone,prolactin（二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶的跨膜信号转导receptorserine/threoninekinase主要介导TGF-β蛋白超家族的生物学作用。TGF-β蛋白超家族有30多个成员，包括：激活素(activin)、抑制素(inhibin)等，具有调节细胞增殖和分化、细胞周期、细胞迁移粘附作用。（三）受体鸟苷酸环化酶的跨膜信号转导receptorguanylyicyclase,GC主要介导心房钠尿肽(atrialnatriureticpeptide,ANP)的生物学作用。NO的受体也是一种GC，存在于胞质中，称为可溶性GC(solubleGC)。（四）受体酪氨酸磷酸酶的跨膜信号转导receptortyrosinephasphatase,RTPase水解蛋白质中酪氨酸残基上的硫酸根基团的酯酶主要介导细胞免疫和细胞黏附等生物学作用SummaryThreepatternsofsignaltransductions

Mediatedbyligand-gatedionchannels MediatedbyGprotein-coupledreceptor Mediatedbyenzyme-linkedreceptor第四章：细胞的生物电现象静息电位

(restingpotential,RP)动作电位

(actionpotential,AP)膜电位

(MembranePotential)第一节静息电位细胞内微电极(microelectrode)记录细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差Restingpotential+++++++++++-----------+++++++++++-----------

细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差内负外正神经、骨骼肌、心肌：-70~-90mVRecordingofrestingpotential膜内外两侧电位维持内负外正的稳定状态——极化(polarization)膜内负电位减小甚至由负转正——去极化或除极化(depolarization)膜内负电位增大——超极化(hyperpolarization)如先去极化，再向静息电位水平恢复——称复极化(repolarization)常用术语

成分细胞内液(mEq/L)细胞外液(mEq/L)阳离子Na+10147K+1404Ca2+<0.001(游离)2.5Mg2+272阴离子Cl-25114HPO42--802HCO3-1030

1、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内K+高，膜外Na+高

2、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，安静时对K+通透性大形成静息电位的离子基础Na+Cl-OrganicanionsK+Na+Cl-OrganicAnionsK+ElectrochemicalgradientisacombinationoftheelectricalandchemicalgradientsK+channelsareopenduringtherestingmembranepotentialIfK+channelsareopen

静息电位的产生机制安静状态：膜内K+浓度高、膜对K+的通透性大→K+顺浓度差外流(阴离子不能通过细胞膜)→膜外电位↑、膜内电位↓(内负外正)→随着K+外流增多→膜内外电位差↑→K+外流阻力↑→K+外流的阻力(电位差)和动力（浓度差）相等→膜电位稳定于某一数值(K+平衡电位)。1.一种离子在膜两侧的浓度决定该离子的平衡电位R-气体常数；T-绝对温度；Z-离子价；F-法拉第常数Nernst公式：(自然对数)Ek=60log[K+]o[K+]i(mV)(常用对数)K+的平衡电位(equilibriumpotential)Ek=59.5log[K+]o[K+]i(mV)(常用对数)当[K+]o：[K+]i=1:30时，Ek=59.5log0.033=59.5(-1.477)=-87.9(mV)当[K+]o：[K+]i=2:30时，Ek=59.5log0.067=59.5(-1.176)=-70.0(mV)[K+]o↑→静息电位↓[K+]o↑→膜内外K+浓度差↓→K+外流↓→静息电位↓[K+]o↑→静息电位？2.膜对离子的通透性决定该离子跨膜扩散对静息电位的贡献实际值比计算值略小，与膜对Na+有很小的通透性有关。静息电位是K+和Na+的跨膜扩散形成的，主要是K+。Ek=60log[K+]o[K+]i(mV)膜对K+和Na+通透性与静息电位的关系Em= EK+ ENaPK+PNa PK+PNaPK PNa膜对K+的通透性较大，膜电位接近EK。膜对Na+的通透性↑→膜电位接近ENa↓。心肌、骨骼肌细胞：对K+和Na+的通透性之比为20~100，静息电位为-80~-90mV。平滑肌细胞：对K+和Na+的通透性之比为7~10，静息电位为-55mV左右。3.钠泵的生电作用对静息电位也有影响钠泵转运使膜内电位负值增加，约2~16mV。钠泵维持膜内外Na+和K+浓度的相对稳定。第二节动作电位(actionpotential,AP)细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转。锋电位与后电位

动作电位去极相和复极相的初期，电位变化迅速，曲线形如尖锋，故称锋电位。它被认为是动作电位的同义语。锋电位：

去极相：受刺激时，膜内电位迅速由-70mV上升到＋50mV，构成上升支。超过零电位至去极相顶端的电位数值称为超射值。

复极相：去极相结束时膜内电位迅速下降并向静息水平恢复，构成下降支。升支与降支共同构成锋电位。后电位：在复极化后段，下降速度明显减慢，为负后电位；随后出现缓慢而持续时间较长的超极化电位，为正后电位。一、动作电位的特征“全或无”不衰减传导具有不应期不能总和“全或无”：

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。能引起动作电位的最小刺激强度为阈强度。二、动作电位的形成机制内向电流与外向电流Inwardcurrent：阳离子内流→去极化Outwardcurrent：阳离子外流或阴离子内流→超极化Inwardcurrentandoutwardcurrent动作电位对Na+的依赖性1在正常海水中2在低Na+海水中3正常海水冲洗后膜电阻与膜电导膜电导：表述膜对离子通透性的指标。

Membraneresistance(R)andmembraneconductance(G)Em---膜电位Ex--平衡电位Ix---膜电流Gx=Ix/(Em-Ex）Voltageclamp(电压钳)DevelopedbyHodgkin,Huxley(1949)Gx=Ix/(Em-Ex）固定V（Em-Ex），测定Ix，求Gx1963年诺贝尔生理学和医学奖Em---膜电位Ex--平衡电位Ix---膜电流Voltageclamp

应用负反馈原理的电子装置，维持跨膜电位恒定，测量跨膜离子电流的强度改变，进而计算出膜电导即膜通透性的变化。

Thevoltagepotentialacrossacellmembraneiscontrolledbytheexperimenterandthecurrentismeasured.Undertheseconditionstheobservedcurrentcanbeadirectmeasureofionicmovementsacrossthemembranetowhichtheelectrodeisgripping.Voltageclamp

电极1测得的电位值经放大后输给负反馈放大器(FBA)，与预先设定的要求保持恒定的电位值比较。如有差值，FBA就通过电极2向轴突内输出相应强度相反方向的电流，补偿由于跨膜离子电流使膜充放电而引起的跨膜电位变化。在电流放大器IA上测得的跨膜离子电流的变化就反映了膜电导的变化。利用电压钳技术记录的枪乌鲗大神经轴突的膜电流及其离子成分的分析Ａ：钳制电压Ｂ：记录的内向电流和外向电流Ｃ：河豚毒(TTX)阻断了内向电流Ｄ：四乙铵(TEA)阻断了外向电流(引自Kuffler等,1984)不同程度去极化对膜钠电导和钾电导的影响上图：实施电压钳的程序，膜电位从维持电位﹣60mV起始，迅速钳制到﹣40mV、﹣20mV、0mV和﹢20mV.中图和下图：分别为根据上述电压钳制期间记录的钠电流和钾电流计算出的钠电导(gNa)和钾电导(gK).1.动作电位去极化的形成机制Na+的平衡电位

细胞受到有效刺激→Na+通道开放→Na+顺电-化学梯度内流→膜外电位↓、膜内电位↑(去极化)→内负外正变成内正外负→电位差成为Na+内流阻力→对抗Na+内流→Na+内流的动力(浓度差)与阻力(电位差)相等→Na+的平衡电位。

Na+通道失活。

复极化：膜电位达到峰值时，Na+通道关闭、K+通道开放，K+外流形成动作电位的下降支，并最终恢复到静息电位水平。超极化：动作电位复极化达到静息电位水平后，产生超极化后电位（正后电位），是由于钠钾泵对离子的不对称转运或GK增大的持续时间较长，K+持续外流所致。2.动作电位复极化和超极化的形成机制3.膜电导变化的实质是离子通道的开放和关闭SinglechannelcurrentPatchclamp测量单一通道离子电流和电导

尖端光洁、直径约0.5～3μm的玻璃微电极与细胞膜接触而不刺入，通过负压将电极尖端接触的细胞膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，并形成紧密的封接，其电阻可达数千兆欧，将吸附在微电极尖端开口处的小片膜与其余部分的膜在电学上完全隔离开来其中只包含一个或几个通道蛋白质分子。膜片钳钠通道的三种功能状态与分子内部两种功能状态有关钠通道门控的H-H模型Vm：膜电位；Im：膜电流m和h：钠通道的激活门和失活门激活：m门开启失活：h门关闭复活：失活状态的通道不能直接进入激活状态，必须随复极化先进入静息状态。激活的通道自动进入失活。电压门控钙通道和某些电压门控钾通道与之相似。三.动作电位的起始

有效刺激→去极化达-50～-70mV→膜上电压门控Na+通道开放→膜对Na+通透性突然↑→Na+顺电一化梯度内流→进一步去极化→更多的Na+通道开放→对Na+通透性↑（Na+的再生性循环，正反馈）→大量Na+内流产生陡峭的动作电位上升支。阈电位(thresholdpotential)

当刺激使静息电位减小到某个临界值时，膜上的电压门控Na+通道突然大量开放而爆发动作电位，这个临界膜电位数值称阈电位。阈电位一般比静息电位绝对值小约10～20mV。

刺激量的三个参数刺激强度、刺激持续时间、刺激强度的变化率。实际应用：通常固定刺激持续时间和强度的变化率，仅改变刺激强度。阈强度(thresholdintensity)：又称阈值。能引起组织兴奋的最小刺激强度。

使膜的静息电位去极化达到阈电位的最小刺激强度。

低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激。兴奋性与阈强度成反比。阈强度是衡量组织兴奋性的指标。RelationshipbetweenactionpotentialandstimulusintensityClicktoplay局部电位和动作电位的产生与传播

注射电流示意刺激的性质(去极化或超级化)和强度，超极化和小于阈电位的去极化刺激只能引起局部电位，只有阈上去极化刺激才能引起动作电位。记录电极A紧靠刺激部位，可同时记录到局部电位和动作电位。记录电极B距刺激电极5cm，记录到沿神经纤维传播的动作电位。四、动作电位的传导（一）动作电位的传导是不衰减的

1.无髓纤维和一般可兴奋细胞

1、传导机制————局部电流学说

可兴奋细胞膜在任何一处产生的动作电位可沿着整个细胞膜扩布。动作电位在同一细胞上的传布过程称为传导。++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++

静息部位膜内负外正,兴奋部位膜极性反转，兴奋区与未兴奋区之间存在电位差，形成局部电流，使邻近未兴奋膜去极化达阈电位而产生动作电位。

局部电流强度超过引起邻近膜兴奋所需的阈强度数倍以上，故动作电位的传导过程是“安全可靠”的。

局部电流(localcurrent)++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++无髓纤维动作电位的传导有髓纤维：跳跃式传导(saltatoryconduction)

局部电流发生在相邻的郎飞氏结之间。传导速度快。（二）缝隙连接可使动作电位直接从一个细胞传导到另一个细胞亲水性通道，低电阻区，双向五、能产生动作电位是可兴奋细胞的共有特征兴奋(excitation)：细胞产生动作电位的同义语。可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞。神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。一、可兴奋细胞(excitablecell)二、兴奋性兴奋性

(excitability)：细胞对外界刺激发生反应的能力。细胞接受刺激后产生动作电位的能力。刺激(stimulation)：细胞所处环境因素的变化。阈强度是细胞兴奋性大小的指标兴奋或动作电位产生的条件：(1)细胞必须具有兴奋性：通道处于可激活状态。(2)刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。

1．绝对不应期

(absoluterefractoryperiod)：Na+通道处于失活状态，兴奋性降低到零。大约相当于锋电位，因此动作电位不能总和。

2．相对不应期

(relativerefractoryperiod)：Na+通道逐渐复活，但处于静息状态的Na+通道数目及其开放能力尚未恢复正常，兴奋性低于平常。

3．超常期

(supranormalperiod)：Na+通道基本恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距小，兴奋性高于平常。

4．低常期

(subnormalperiod)：虽然Na+通道已完全恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距大，兴奋性低于平常。三、细胞兴奋后的兴奋性变化↑第三节电紧张电位和局部电位一、膜的电学特性相当于并联的阻容耦合电路细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开,类似于平行板电容器。细胞膜具有:膜电容Cm：较大，约1µF/cm2。膜电阻Rm：可变,与通道及转运体数目有关。膜电导Gm：为Rm倒数，相当于膜对该带电离子通透性。跨膜电位和轴向电阻膜电位Em：细胞膜通道开放→带电离子跨膜移动→相当于电容器充电或放电→可产生电位差即跨膜电位(transmembranepotential),因此电学特性可用并联的阻容耦合电路来描述。轴向电阻Ri：取决于胞质液本身的电阻和细胞直径。直径越大，Ri越小。图：膜的被动电学特性和电紧张电位A：膜的等效电路图。Cm：膜电容；Rm：膜电阻；Ri:纵向电阻。B：经微电极向神经纤维胞浆内注入的电流沿轴浆纵向流动并跨膜流出胞外，由于纵向电阻(A图中的Ri)的存在和沿途不断跨膜漏出，电流密度(由图中箭头的宽度表示)随流动距离的延长而逐渐衰减；C：随距离逐渐衰减的跨膜电流引起的膜电位变化－电紧张电位。二、具有电紧张电位特性的电信号是体内重要的电信号(一)电紧张电位的概念：electrotonicpotential

随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的电位。该电位是由膜的固有电学特性决定的,其产生过程中没有离子通道的激活,也无膜电导的改变。(二)电紧张电位具有空间依赖性和时间依赖性空间常数(spaceconstant,λ)：电紧张电位的幅度随扩散距离的增加而衰减，这种在空间上对距离的依赖性用空间常数描述。

λ值为从刺激原点至膜电位衰减至最大值的37%处的空间距离，0.1~1.0mm。时间常数(timeconstant,τ)

注入电流后电紧张电位达到稳态或停止注入电流后恢复到原始状态，都需要一定时间。时间常数描述电紧张电位达到稳态的速度。

τ值为电位上升或下降达稳态值63%所需时间。(三)电紧张电位影响动作电位的产生和传播空间常数λ↑→

前方较长距离的膜达到阈电位→传导速度↑时间常数τ→

电紧张电位形成速度快→传导速度↑电紧张电位的λ和τ值取决于膜的被动电学特征轴向电阻Ri↑→λ↓、τ↑→传导速度↓跨膜电阻Rm↑→λ↑、τ↑→传导速度变化不明显直径增加1倍→Ri减小到原来的1/4、Rm减小到原来的1/2(Cm增加1倍）→τ减小到原来的1/2，λ增加到原来的2倍→传导速度↑髓鞘：胶质细胞包绕25周（50层膜），相当于50个膜电容和膜电阻串联→Cm减小至1/50，Rm增大50倍→τ减小到原来的1/7，λ增加7倍→传导速度↑(四)电紧张电位特征1.不是“全或无”2.衰减性扩布：不可远距离传导3.没有不应期4.总和现象：时间性总和、空间性总和局部反应终板电位突触后电位感受器电位发生器电位NosummationTemporalsummationSpatialsummationSummaryTwofactorscontributetothemembranepotential.First,thecellmembraneisselectivelypermeabletoions.Inrestingstate,cellsarehighlypermeabletoK+.Second,differenttypesofionsareunequallydistributedacrossthecellmembrane.TherearehigherconcentrationofK+,andlowerconcentrationNa+insideofthecellthantheyareinoutside.第五章肌细胞的收缩SkeletalmuscleCardiacmuscleSmoothmuscleAsinglecontraction-relaxationcycleElectricalandmechanicalevents

Duringmusclecontraction第一节骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递一、神经-肌接头的结构neuromuscularjunctionsprejunctionalmembranepostjunctionalmembranejunctionalcleft(接头间隙)motorendplate(运动终板)vesicle(囊泡)acetylcholine(ACh，乙酰胆碱)acetylcholinesterase(胆碱酯酶)N2AChreceptors（二）神经－肌接头处的兴奋传递

动作电位到达神经末梢→Ca2+通道开放→Ca2+进入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合→通过出胞作用将囊泡中的ACh释放到接头间隙→接头间隙中ACh扩散到终板膜→ACh与ACh受体结合→化学门控通道开放→Na+内流（为主）和K+外流→终板膜去极化形成终板电位→扩散到相邻肌细胞膜→总和达阈电位→肌细胞膜爆发动作电位。神经-肌接头处兴奋传递的特征：

一对一兴奋传递

每一次神经冲动到达时释放的ACh量，超过引起肌细胞动作电位所需量的3～4倍。每次神经冲动所释放的ACh在它引起一次肌肉兴奋后迅速被终板膜上的胆碱酯酶破坏而终止作用，使下次神经冲动的效应不受影响。MoreaboutNeuromuscularjunctions量子式释放(quantalrelease)Ca2+进入轴突末梢的量决定释放ACh的囊泡数目终板电位(endplatepotential)（三）影响神经-肌接头传递的因素影响ACh释放的因素：细胞外液低Ca2+或高Mg2+→ACh释放↓影响ACh与受体结合的因素：美洲箭毒、-银环蛇毒、肌肉松弛药胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药、新斯的明终板膜上ACh门控通道的表达及其功能异常：重症肌无力Excitation-contractioncoupling

肌细胞的动作电位与收缩之间联系起来的过程。关键是胞质内Ca2+浓度的瞬间变化Ca2+

isreleasedfromthesarcoplasmicreticulumfollowingmotorneuronsynapticactivity.

第二节兴奋－收缩耦联（一）肌管系统(sarcotubularsystem)横管(transversetubule)或T管：将肌细胞膜其他部位传来的动作电位传导到肌细胞深部，有L型Ca2+通道。纵管(longitudinaltubule)或L管：即肌质网(sarcoplasmicreticulum,SR)，相当于内质网。

纵行肌质网(longitudinalSR,LSR)：肌原纤维周围的SR，膜上有钙泵。

连接肌质网(junctionalSR,JSR)：又称终池(terminalcisterna)，内有大量Ca2+贮存。膜上有钙释放通道(calciumrealeasechannel),又称雷诺丁受体(ryanodinereceptor，RyR)。

三联管结构(triad)：兴奋-收缩耦联的结构基础。（二）兴奋收缩耦联的基本过程1.肌膜上的动作电位沿T管膜扩布至三联管，激活T管膜上的L型Ca2+通道；2.L型Ca2+通道的激活通过变构作用激活JSR膜上的RyR(钙释放通道)，JSR中Ca2+释放入胞质，使胞质内Ca2+浓度升高10~100倍。3.Ca2+与肌钙蛋白结合导致肌肉收缩。4.激活LSR膜上的钙泵，将胞浆中的Ca2+回收至肌质网，遂使胞质Ca2+浓度降低，肌肉舒张。（三）RyR激活的机制(肌质网Ca2+

释放机制)A：钙触发钙释放机制（心肌）——肌膜去极化激活了L型钙通道和Ca2+

内流，Ca2+结合于肌质网的钙结合位点，引起钙释放通道开放。心肌对细胞外Ca2+依赖性大。B：构象变化触发钙释放（骨骼肌）——肌膜的去极化引起L型钙通道电压敏感肽段的位移，导致“拔塞”样作用的构象改变，使肌质网钙释放通道开放。心肌骨骼肌（四）胞质中Ca2+浓度的下降机制SR的钙泵主动转运，将Ca2+回收到SR中（消耗ATP）。肌肉的舒张和收缩一样，都属主动过程。骨骼肌：SR的钙泵将Ca2+全部回收到SR中。心肌：SR的钙泵将Ca2+大部分回收到SR中，肌膜上的Na+-Ca2+交换体将Ca2+排到膜外。（四）钙瞬变是肌肉收缩和舒张的决定因素钙瞬变上升速度↑→张力增加速度或缩短速度↑钙瞬变上升幅度↑→张力幅值或缩短幅度↑钙瞬变下降延缓→舒张减慢(Calciumtransient)三、骨骼肌收缩和舒张机制——肌丝滑行理论

（一）肌丝的分子组成ThickandthinfilamentRestinglengthSlidingfilamenttheoryofcontraction1.粗肌丝(thickfilament)

肌球蛋白(肌凝蛋白，myosin)组成

横桥(crossbridge)：1.可逆性与细肌丝结合，拖动细肌丝滑行；2.具有ATP酶活性。2.细肌丝(thinfilament)

三种蛋白质组成：肌动蛋白(肌纤蛋白，actin)、原肌球蛋白(原肌凝蛋白，tropomyosin)和肌钙蛋白(原宁蛋白，troponin）肌钙蛋白(troponin)球形分子，3个亚单位构成：TnT，TnI和TnCＡ：静息时，TnT和TnI分别与原肌球蛋白和肌动蛋白相连，遮盖两者结合位点。胞质中Ca2+浓度升高时，TnC与Ca2+结合，肌钙蛋白构象变化，暴露出结合位点，原肌球蛋白和肌动蛋白结合（图中移除了横桥）。Ｂ：显示肌动蛋白的结合位点暴露后横桥与肌动蛋白的结合Relaxedstate（二）肌丝滑行过程Initiationofcontration横桥周期收缩蛋白调节蛋白肌凝蛋白

肌动蛋白

原肌凝蛋白

肌钙蛋白

肌浆中Ca2+浓度↑→Ca2+与肌钙蛋白结合→肌钙蛋白构型变化→原肌凝（原肌球）蛋白构型变化→肌动蛋白上活性位点暴露→横桥与肌动蛋白结合→横桥ATP酶激活→分解ATP放出能量→横桥头部摆动并拖动细肌丝→肌丝滑行(肌肉收缩)。肌丝滑行过程

肌浆中Ca2+浓度↓→肌钙蛋白构型恢复→原肌凝蛋白构型恢复→掩盖肌动蛋白上活性位点→横桥不能与肌动蛋白结合→细肌丝回到原位→肌肉舒张。肌肉舒张横桥扭动时产生张力和缩短的示意图四、肌肉收缩效能(performanceofcontraction)包括张力变化幅度和缩短程度、张力变化速度和缩短速度。受前负荷、后负荷、肌肉收缩能力、总和效应等影响。等长收缩(isometriccontraction)：

张力增加、长度不变等张收缩(isotoniccontraction)：

张力不变、长度缩短等长收缩和等张收缩张力时间肌肉开始缩短等长收缩等张收缩–anycontractionthatcreatesaforceandmovesaloadIsotoniccontraction-CreateforcewithoutmovementIsometriccontraction肌肉的负荷前负荷(preload)指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(initiallength)

。后负荷(afterload)

指肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力，它阻碍收缩时肌肉的缩短。preloadafterload（一）前负荷对肌肉收缩的影响——长度-张力曲线1.被动张力曲线(passiveforce)：

只改变肌肉初长度并不刺激肌肉收缩时肌肉所受的拉力。反映安静肌肉具有弹性。2