生物学细胞生理

生物学细胞生理第1页/共155页预习提纲1什么是单纯扩散？有何特点？哪些物质可以通过单纯扩散过膜？什么是易化扩散？易化扩散有哪两种类型？各有何特点？什么是主动转运？什么是原发性的主动转运？以Na+-K+为例，说明原发性主动转运的机制；什么是继发性的主动转运？以小肠粘膜和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸为例，说明继发性主动转运的机制大分子物质的跨膜转运过程-出胞和入胞第2页/共155页什么是细胞的信号转导？什么是受体？什么是配体？受体与配体结合有哪些特征？膜受体（G蛋白耦联受体、具酶活性的受体以及通道耦联的受体）介导的信号转导过程核受体介导的信号转导过程第3页/共155页动物细胞的结构第4页/共155页第一节细胞膜的结构和物质

转运功能一、细胞膜的结构第5页/共155页二、细胞膜的物质转运功能被动转运主动转运转运方式单纯扩散：O2、CO2、NO、甘油易化扩散载体介导易化扩散通道介导易化扩散主动转运泵入胞和出胞顺浓度梯度不需额外提供能量（浓度梯度或电位梯度中的势能使浓度梯度或电位梯度消失逆浓度梯度需额外提供能量主要的物质跨膜转运方式膜内外物质的不均衡分布原发性主动转运继发性主动转运第6页/共155页(一)被动转运(Passivetransport)1.单纯扩散（Simplediffusion）

定义：在生物体系中，小分子的脂溶性物质分子顺浓度差所进行的跨细胞膜的转运。

影响因素：膜两侧物质的浓度梯度和物质

的脂溶性。第7页/共155页OutsideInsideMoleculesSimplediffusionCellmembraneO2、CO2N2、NH3尿素、乙醇Steroidhormone第8页/共155页2易化扩散（Facilitateddiffusion）定义：在生物体系中，不溶于脂质或难溶于脂质（水溶性）的物质分子或离子借助于细胞膜上特殊蛋白质的帮助进行顺电-化学梯度的转运。影响因素：膜两侧被转运物质的浓度差细胞膜对该物质的通透性带电荷离子受到的电场力的大小第9页/共155页易化扩散的两种类型：由载体介导的易化扩散（载体转运）HighconcentrationLowconcentrationFacilitateddiffusionmediatedbycarrier特异性饱和现象(所有载体及其结合位点都进入活动状态)竞争性抑制顺浓度梯度实例：全身组织细胞对葡萄糖和氨基酸的摄取以及上皮细胞内和肾小管上皮细胞内的葡萄糖与氨基酸向细胞间隙的转运第10页/共155页由通道介导的易化扩散(通道扩散）

转运方式

特点：选择性：只允许一定离子通过高速性：Na+通道转运Na+的速度是载体蛋白转运葡萄糖速度的1000倍顺浓度梯度通道开、关的瞬时性：通道开或关都很快不同离子通道有特异阻断剂：Na+、K+、Ca2+

通道和乙酰胆碱（ACh）化学门控通道的特异性阻断剂分别是河豚毒素、四乙基胺、异搏定和箭毒第11页/共155页（1）电压门控通道：启、闭取决于膜两侧电压差，如Na＋通道、K＋通道和Ca2＋通道等。这类通道通常分布在神经纤维或肌细胞膜上。（2）化学门控通道：启、闭取决于膜两侧化学信息，如N型乙酰胆碱门控通道。这类通道通常分布在突触后膜、肌细胞终板膜和某些腺细胞膜上。（3）机械门控通道：启、闭取决于机械牵拉刺激，如皮肤触压觉和内耳毛细胞的机械门控通道。go通道介导的异化扩散的类型第12页/共155页HighconcentrationLow

concentrationCellmembraneFacilitateddiffusionmediatedbychannel第13页/共155页ChemicallygatedionchannelVoltage-gatedionchannel第14页/共155页(二)主动转运(Activetransport)

细胞通过耗能的过程将物质逆浓度梯度或逆电位梯度进行的跨膜转运过程。第15页/共155页LowconcentrationHighconcentrationActivetransportATPADP+Pi第16页/共155页Passivetransport第17页/共155页定义：

细胞通过本身的某种耗能过程，在细胞膜上一些特殊蛋白质的帮助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程。妨碍因素低温缺氧代谢抑制剂（哇巴因、二硝基酚、氰化物等）说明主动转运的能量依赖性第18页/共155页主动转运的类型原发性主动转运(Primaryactivetransport)

直接消耗能量。如Na+-K+泵、Ga+泵继发性主动转运(Secondaryactivetransport)

转运过程中不直接消耗能量，依靠储存在离子浓度梯度中的能量完成转运。如小肠粘膜重吸收葡萄糖和氨基酸，利用储存在Na+浓度梯度中的能量，

Na+浓度梯度的维持则靠Na+-K+泵的持续活动（消耗能量）。第19页/共155页

1、原发性主动转运（Primaryactivetransport）

能量直接来自ATP的分解维持细胞内外离子的不均衡分布实例：Na+-Na+泵（简称钠泵）

第20页/共155页

Na+-Na+泵的主动转运机制

⑴.Na+-K+泵的分子结构

2个α亚单位(100KD)和1个β亚单位(50KD)α亚单位:

Na+、K+和ATP结合的位点⑵.Na+-K+泵的功能

分解ATP，释放能量，利用此能量进行Na+和

K+的主动转运

Na+-K+泵就是Na+-K+依赖式ATP酶。第21页/共155页神经和肌肉细胞膜内、外Na+

和K+的浓度细胞细胞内浓度（mmol/L）细胞外浓度（mmol/L）Na+K+Na+K+枪乌贼巨轴突5040046010蛙神经和肌肉151201202.5哺乳动物肌肉101401504细胞外Na+是细胞内的10～15倍，细胞内K+是细胞外的40～50倍。Na+-K+泵利用分解ATP释放的能量向胞外转运Na+，向胞内转运K+

（逆浓度转运）第22页/共155页⑶Na+-K

+泵转运Na+和K

+的过程①Na+-K+泵的启动和活动强度与膜内出现较多的Na+和膜外出现较多的K+有关②膜内侧Na+与酶结合，激活ATP酶，ATP

分解，泵磷酸化，构型改变，Na+结合位点转向胞外，泵与离子亲和力改变，在膜外释放Na+，结合K+③

膜外侧K+与磷酸化酶结合，泵去磷酸化，构象恢复原状，于是与K+结合的部位转向膜内侧，K+与酶的亲和力降低，在膜内释放K+，结合Na+第23页/共155页Na+-K+泵转运Na+和K+的过程Na+-K+泵有3个Na+结合位点，2个K+结合位点，因此每一循环消耗一个ATP；转运出三个Na+，转进两个K+。

第24页/共155页⑷

Na+-K+泵活动的生理意义维持细胞的渗透性，保持细胞的体积维持低Na+高K+的细胞内环境，维持细胞的静息电位和许多代谢反应所需要的高K+环境形成和保持细胞内外Na+、K+不均衡分布及建立一种势能储备为某些物质的继发性主动转运提供势能差第25页/共155页2、继发性主动转运

(secondary

activetransport)定义：又叫联合转运或协同转运。指某一物质逆浓度差转运要依赖另一物质的浓度差所造成的势能而实现的主动转运。实例：小肠粘膜和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖和氨基酸特点：逆浓度梯度(转运物)；同向转运体参与；依靠存储在离子浓度梯度中的能量；与另一物质同时转运。第26页/共155页2继发性主动转运(Secondaryactivetransport)

小肠粘膜葡萄糖和一些氨基酸的继发性主动转运模式图上方弯曲的管腔侧膜上的圆和方块，分别表示同葡萄糖和某些氨基酸的继发性转运有关的转运蛋白质

葡萄糖的主动转运与Na+的易化扩散协同进行Na+-K+泵的持续活动维持细胞内低Na+环境能量：Na+-K+泵提供的膜内外Na+电势能差第27页/共155页

其他较为重要的主动转运机制H+泵（H+-K+依赖式ATP酶）钙泵（Ca+-Mg+依赖式ATP酶）go第28页/共155页

3入胞和出胞式物质转运

(endocytosisandexocytosis)

大分子物质或固态、液态的物质团块第29页/共155页Primarylysosomeendosomecoatedpit入胞细胞外某些大分子物质或物质团块（如侵入体内的细菌、病毒、异物或血浆中脂蛋白颗粒、大分子营养物质等）进入细胞的过程。受体介导式入胞过程示意图第30页/共155页出胞

一些大分子物质或固态、液态的物质团块由细胞排出的过程。主要见于细胞的分泌活动，如内分泌腺把激素分泌到细胞外液中，外分泌腺把酶原颗粒和黏液分泌到腺管的管腔中，以及神经细胞的轴突末梢把神经递质分泌到突触间隙中。出胞的基本过程：第31页/共155页EndoplasmicreticulumGolgibodySecretivevesicleNucleusMitochondria第32页/共155页第二节细胞的信号转导

CellularSignalTransduction

定义：遗传信息以及身体内外环境变化的

各种刺激信号通过作用于细胞的特殊结构（受体），通过一系列复杂的反应，实现对细胞功能活动调控的过程生理意义：是细胞间信息交换、各种功能协调及生物体生存、生长发育和繁衍的最基本和最重要的细胞功能之一第33页/共155页一、信号转导概述细胞外信号细胞的接受系统-受体胞内传递信息的信号分子胞内反应系统-效应蛋白、靶基因第34页/共155页1、细胞外刺激信号作用于机体的刺激信号体外信号体内信号（化学信号）神经递质内分泌激素局部化学介质：旁分泌信号，组胺、生长因子气体信号物理性信号：光、声、温度等化学性信号：空气和环境中的化学物质生物性信号：细菌、病毒、寄生虫等第35页/共155页2、受体与配体受体(receptor)：是指存在于靶细胞膜上或细胞内能特异识别与结合生物活性分子（配体），进而引起靶细胞生物学效应的分子。绝大部分受体为蛋白质，少数为糖脂配体(ligand)：能与受体呈特异性结合的生物活性分子则称配体(ligand)。第36页/共155页⑴受体的分类、结构及功能分类及各种类型受体的结构特点分布位置

膜受体：配体依赖性离子通道、G蛋白偶联受体、单个跨膜螺旋受体、具有鸟嘌呤环化酶活性的受体胞内受体：单体蛋白，如雌激素受体受体结构及跨膜信号转导方式

G蛋白耦联受体

具有酶活性的受体

离子通道型受体

核受体第37页/共155页G蛋白耦联受体单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外区（N-端）、跨膜区（7个螺旋）、细胞内区（C-端）三个区，第五及第六跨膜螺旋结构之间的细胞内环部分（第三内环区），是G蛋白偶联区。大多数常见的激素受体和慢反应神经递质受体是属于G蛋白偶联型受体第38页/共155页具酶活性的受体受体本身是一种具有跨膜结构的酶蛋白，由胞外与配体的结合区、胞内具有激酶活性的结构区和连接二者的跨膜结构区3个结构区组成动物细胞生长因子，如PDGF,EGF,胰岛素等的受体，它们本身具有酪氨酸蛋白激酶活性第39页/共155页离子通道型受体：由多亚基组成受体/离子通道复合体，具信号接受部位外，又是离子通道。乙酰胆碱受体2个α亚基(乙酰胆碱的结合位点)，1个β亚基，1个γ亚基的和1个δ亚基。五个亚基共同在膜中形成一个亲水性的通道第40页/共155页核受体(nuclearreceptor)提供信号分子和转录系统间的联系。单体蛋白，A/B域接受顺式激活作用。保守的C域与DNA结合（通常在二聚化后）。D域为一可弯曲的铰链区。E域与配体（激素，维生素等）结合、二聚体化和控制转录。

第41页/共155页受体的功能识别特异的配体；把识别和接受的信号准确无误的放大并传递到细胞内部，产生特定的细胞反应。受体与配体结合的特征高度的亲和力高度的特异性可饱和性：受体数量有限可逆性：非共价键结合，可以采用简单的方法将二者分离开第42页/共155页3、信号转导的基本过程(以G蛋白

耦联受体介导的信号转导为例)胞外信号物质（配体，第一信使）G蛋白偶联受体G蛋白：GTP结合蛋白腺苷酸环化酶(AC)：G蛋白效应器，催化生成cAMP第二信使-cAMP蛋白激酶A(PKA)：催化蛋白质磷酸化的酶系统胞内信号传递③引发生物学效应④受体-G蛋白结合，跨膜信号转导②结合，受体构型改变①第43页/共155页

二、跨膜信号转导途径G蛋白耦联受体介导的信号转导具有酶活性的受体介导的信号转导通道耦联的受体介导的信号转导核受体第44页/共155页(一)G蛋白耦联的受体介导的信号转导G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子①G蛋白耦联受体G蛋白:

α,β,γ三亚基组成的三聚体，可被配体与受体的结合所激活，激活后与GDP结合的抑制型G蛋白(Gi)变为与GTP结合的激活型G蛋白(Gs)，Gs解离出α,GTP复合体和β,γ复合体，α,GTP复合体激活腺甘酸环化酶，生成cAMP③G蛋白效应器：能催化生成第二信使。如腺甘酸环化酶(cAMP)、鸟甘酸环化酶(cGMP)④第二信使：如cAMP，活化依赖cAMP的蛋白激酶⑤蛋白激酶：催化蛋白质磷酸化，产生生物效应第45页/共155页G蛋白作用模式图第46页/共155页2.G蛋白耦联受体信号转导途径

①受体-G蛋白-cAMP-PKA途径

配体＋受体G蛋白(Gi→Gs)

腺甘酸环化酶(AC)ATPcAMP蛋白激酶(PKA)蛋白质磷酸化

生物学效应磷酸二酯酶降解第47页/共155页GsACATPcAMPCCRRCC

底物蛋白磷酸化RR2cAMP2cAMPCREBNPiPiPi

转录活化域DNA结合域细胞膜核膜受体-G蛋白-cAMP-PKA途径第48页/共155页②受体-G蛋白-DG/PKC途径(自学)③受体-G蛋白-IP3/Ca2+系统(自学)④受体-G蛋白-离子通道途径(自学)第49页/共155页(二)具有酶活性的受体介导的信号转导1.信号通路中的信号分子(以酪氨酸激酶受体介导的转导通路为例)①受体：酪氨酸激酶受体(酪氨酸激酶偶联受体：本身不具有酶活性，活化后的下游靶蛋白具激酶功能）②小G蛋白(Ras)：与GTP结合而被活化③丝裂原激活的蛋白激酶(MAPK)：活化后进入核内影响基因表达第50页/共155页2.酪氨酸激酶受体介导的信号转导途径生长因子+酪氨酸激酶受体受体形成二聚体，膜内区段的酪氨酸蛋白激酶(PTK)激活小G蛋白(Ras)活化激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)

促进多种转录因子磷酸化

基因表达胞浆靶蛋白磷酸化

调节其他蛋白激酶的活性

激活的ERK进入核内

激活细胞外信号调节激酶(ERK)

第51页/共155页酪氨酸激酶受体介导的信号转导途径第52页/共155页3.酪氨酸激酶耦联受体介导的信号转导(略)

4.酶活性的受体介导的信号转导途径的特征简单快捷（无需G蛋白效应器中介，也不产生第二信使）配体是各种生长因子和细胞因子激活的效应因子大多是转录因子，最终生物学效应通常是调节基因转录第53页/共155页(三)通道耦联的受体介导的信号转导

是胞外信号对靶细胞作用的一种简单直接的方式。这种受体可识别并结合特异的配体发挥受体的功能，其配体通常是神经递质。配体与受体结合后直接使通道开放并允许离子的跨膜移动，改变细胞膜电位，从而改变细胞的兴奋性。

通道受体是通过将化学信号转变成为电信号而影响细胞的功能的。

第54页/共155页乙酰胆碱受体介导的信号转导两分子乙酰胆碱与受体结合，使受体处于通道开放构象，但即使有乙酰胆碱的结合，该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。

第55页/共155页(四)核受体信号转导

核受体是存在于胞浆或核内的一类特异蛋白，脂溶性化学信号(如类固醇激素、甲状腺素、前列腺素、维生素A及其衍生物和维生素D及其衍生物等)的受体属于核受体。信号物质进入细胞后，有些与其胞核内的受体结合形成激素-受体复合物，有些则先与其在胞浆内的受体结合，然后以激素-受体复合物的形式进入核内，与靶基因结合调节基因转录。

第56页/共155页核受体信号转导第57页/共155页预习提纲2什么是静息电位？有何特点？静息电位的产生机制；如何证实静息电位的产生机制主要是K+跨膜扩散形成的电化学平衡电位？什么是动作电位？有何特点？产生机制？如何证实动作电位的产生机制主要是Na+跨膜扩散形成的电化学平衡电位？什么是极化、去极化、反极化、复极化和超极化？什么是峰电位、后电位、负后点位、正后电位、超射？什么是“全或无”现象？动作电位具有“全或无”特性的原因是什么？第58页/共155页动作电位传导的机制(局部电流学说)，动作电位为什么能进行无衰减传导？什么是局部兴奋(局部电位)？局部兴奋有何特征？细胞在产生兴奋的过程中及之后的一段时间兴奋性会发生什么样的改变？什么是绝对不应期、相对不应期、超常期、低常期？细胞兴奋后产生不应期的原因是什么？什么是化学性突触传递？化学性突触传递的过程和特点如何？（P267）什么是突触后电位、兴奋性突触后电位、抑制性突触后电位？什么是电突触传递？其过程和特征如何？第59页/共155页第三节细胞的生物电现象生物电现象的发现1791年，L.Galvni及其学生首次发现并证实生物电现象1837年MatteucciC电流从肌肉未损伤部位流向横断面1843年，DuBios-Reymond观察到神经的损伤电位1849年，DuBios-Reymond观察到神经活动期间的动作电位1850年vonHelmholtzH测定了神经传导速度

第60页/共155页生物电产生机制的研究“现存学说”：组织内带负电，外表带正电，是正常状态下存在的。“变质学说”：组织内的负电是被切割时组织损伤变质造成的膜的通透性理论(OstwaldW,1890):如果在电解质弥散的途径上有一层半透膜，它只允许一种离子通过，而带有相反电荷的另一种离子不能通过，就会通过静电作用限制透过膜的离子不能进一步弥散，在膜两侧就会形成电位差。“膜学说”：静息时细胞膜只对K+有通透性，由于胞内带正电荷的K+顺浓度差扩散到膜外，相应的负电荷仍留在膜内，使细胞膜呈现外正内负的极化状态，形成静息电位。动作电位则是由于膜在一瞬间失去了对K+的选择性通透，变得对所有离子通透性一过性地升高，导致膜两侧电位差瞬间消失。第61页/共155页细胞跨膜电位的记录1936年，生物学家YoungJZ发现了头足类软体动物枪乌贼的巨大神经轴突1939年，HodgkinAL和HuxleyAF用玻璃电极首次记录到膜两侧的静息电位1939年，ColeKS和CurtisHJ利用惠斯登电桥观测枪乌贼巨大轴突动作电位期间膜电阻和膜电容的变化以上实验支持生物电产生的“膜学说”，但“膜学说”不能解释动作电位过程中去极化程度超过了极化的程度，出现反极化的现象1949年A．L．Hodgkin和B．Katz根据细胞内记录方法所得的结果对Bernstein膜学说加以修正，提出离子学说（ionictheory）。

HodgkinAL和HuxleyAF因分析了细胞电变化和膜两侧离子分布以及膜通透性随刺激而改变的关系，并创立了生物电产生机制的一整套理论，获得1963年的诺贝尔生理学或医学奖

第62页/共155页一、生物电现象及生物电的产生机制

一切活组织细胞，无论在安静状态还是在活动过程中均表现有电的变化，这种伴随着细胞生命活动出现的电变化称为生物电（bioelectricity）第63页/共155页细胞的生物电活动及其产生机制安静时的静息电位兴奋时的动作电位第64页/共155页(一)静息电位（restpotential，RP）1.定义

细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。

习惯上以膜外电位为零时的膜内电位的数值来表示极化：静息时位于膜两侧电荷的分极状态静息状态时膜内外两侧的电荷分布-70mV--------------------+++++++++++++++第65页/共155页2.特点①膜内较膜外为负，即膜内为负电位，如规定膜外电位为0，则膜内电位大多在-10~-100mV之间。②大多数细胞的RP是一种稳定的直流电位③不同类型的细胞其RP值有所不同哺乳动物神经、骨骼肌和心肌细胞为-70~-90mV枪乌贼巨大神经轴突为-50~-70mV腺细胞和平滑肌细胞为-40~-70mV人红细胞约为-10mV第66页/共155页

3.产生机制细胞细胞内浓度（mmol/L）细胞外浓度（mmol/L）Na+K+Cl-Na+K+Cl-枪乌贼巨轴突5040011046010540蛙神经和肌肉1512031202.5120哺乳动物肌肉101401504140神经和肌肉细胞膜内、外某些离子的浓度细胞外Na+是细胞内的10～15倍，细胞内K+是细胞外的40～50倍第67页/共155页⑴

K+平衡电位（Ek）是形成RP的主要因素细胞内外离子呈现不对称分布。细胞外正离子以Na+为主，负离子以Cl-为主，细胞内正离子以K+为主，负离子以大分子蛋白质为主安静状态下细胞膜主要对K+有通透性K+顺浓度梯度由膜内向膜外扩散，但膜内带负电荷的大分子蛋白质不能跨膜扩散，由于静电吸引作用，使K+在膜表面形成一正电场K+在跨膜扩散的过程中，同时受到促使离子跨膜扩散的K+浓度梯度和膜外聚积的K+形成的阻止其继续扩散的阻力的共同作用，最终这两种力量达到动态平衡，此时细胞膜两侧的电位差即为静息电位在记录静息膜电位时，人为改变灌流液中K+浓度即改变K+的浓度差时，膜电位会因此改变，证实以上结论第68页/共155页高K+高Na++++++++--------RP的形成（Ek的产生过程）高K+高Na++++++++--------第69页/共155页细胞Ek（mV）实测RP（mV）枪乌贼神经轴突-73-65蛙缝匠肌-101-90哺乳动物神经轴突-88-85哺乳动物骨骼肌-97-90Ek的计算：Nernst公式Ek=60·log———（mV）[K+]o[K+]i实测的静息电位值总是略小于理论的K+平衡电位值(Ek)why第70页/共155页高K+高Na++++++++--------RP的形成（少量Na+内流）(2)

Na+的少量扩散实测的静息电位略小于K+的平衡电位，少量K+外流，静息电位远小于Na+的平衡电位（+30mV），少量Na+内流，长此下去将改变K+和Na+在膜两侧的浓度梯度，怎么办？第71页/共155页(3)Na+-K+泵的生电作用当Na+-K+泵进行主动运输时，通常将细胞内的3个Na+泵到细胞外，同时把细胞外的2个K+泵入细胞内，膜内净缺一个正电荷。βα高[K+]i高[Na+]o第72页/共155页小结：静息电位产生的机制(1)K+平衡电位（Ek）是形成RP的主要因素(2)Na+的少量扩散(3)Na+-K+泵的生电作用第73页/共155页（二)动作电位(activepotential，AP)1.定义

各种可兴奋细胞在具有一定RP的基础之上受到有效刺激时，在细胞膜两侧所产生的快速、可逆、扩布性的电位变化。

神经细胞的动作电位包括峰电位和后电位两部分胞内记录得到的膜电位RP极化：P26去极化：P26反极化：P26复极化：P26超极化：P26峰电位：P27后电位：P27负后电位：P27正后电位：P27超射：P27第74页/共155页2.动作电位的特点①动作电位是兴奋的标志②一个连续的膜电位变化过程，包括去极化、反极化、复极化三个阶段③具有“全或无”特征P27④在同一细胞上能作无衰减式传导⑤动作电位之后具有不应期

P28胞内记录得到的膜电位RP去极化反极化复极化第75页/共155页3.动作电位的产生机制

动作电位产生的机制与静息电位相似，都与细胞膜的通透性及离子转运有关。去极化和反极化—Na+的平衡电位(超射值与Na+平衡电位接近)

刺激使细胞膜通透性改变，主要对Na+具有通透性，Na+顺浓度梯度内流，直到达到其平衡电位复极化：去极化到达一定电位水平，Na+通透性减低，K+通透性升高，K+由于浓度差，电位差使之外移，膜内正电位水平迅速下降→0→负电位。恢复到静息电位水平。

第76页/共155页3.动作电位产生机制①去极化和反极化的形成-Na+的平衡电位②复极化的形成-动作电位达一定水平后，膜透性改变，K+外流③动作电位产生过程中进入胞内的Na+和排出的K+通过钠泵转运(超极化)(钠泵泵出3Na+，泵入2

K+）RP去极化反极化复极化超极化胞内记录得到的膜电位第77页/共155页高K+高Na++++++++---------去极化的形成第78页/共155页高K+高Na++++++++---------反极化的形成第79页/共155页高K+高Na++++++++---------复极化的形成第80页/共155页替代实验(膜内外Na+浓度梯度影响动作电位的幅度)

无Na+溶液灌流导致膜外Na+浓度的降低，降低膜内外Na+浓度梯度，进而影响动作电位的幅度。

第81页/共155页应用通道阻断剂的实验在含NaCl的海水溶液中记录到动作电位时，加入特异性Na+通道阻断剂(河豚毒)可以阻断动作电位的产生结论：动作电位的产生依赖膜对Na+的通透性。第82页/共155页4.动作电位产生的条件只要刺激达到了阈强度,动作电位的幅度就达到了一定,不会随着刺激强度增加而增加幅度,始终保持它固有的大小和波形动作电位一旦在受刺激部位产生后,还可沿着细胞膜自动地向周围扩布,而且扩步的范围和距离并不因原初刺激的强弱而有所不同,直到整个膜都依次兴奋并产生一次同样形式的动作电位

阈刺激、阈电压(P32)、“全或无”现象(P32)的概念第83页/共155页

动作电位“全或无”特征的原因阈下刺激产生的去极化被K+外流所抵消，不能形成动作电位阈刺激使去极化达阈电位，膜的去极化不再是刺激依赖性的，因为Na+通道的一个重要特征是电压依赖性，且Na+的通透性随去极化程度的增加而增大，形成通透性越来越大和去极化过程越来越快的现象动作电位一旦产生，其幅度、形状及时程均与原刺激无关第84页/共155页5.阈下刺激与局部兴奋阈下刺激不能产生动作电位，但可引起局部兴奋局部兴奋的概念：P33局部兴奋的特征

刺激依赖性：局部兴奋的产生依赖于刺激；去极化的幅度依赖于刺激的强弱

电紧张性扩布：局部兴奋不能长距离扩布，在邻近膜的扩布随距离延长而衰减

总和反应：局部兴奋的去极化反应可以叠加。表现为局部兴奋的空间总和和时间总和（P33）局部兴奋通过总和可以产生动作电位第85页/共155页6.动作电位的传导①同一细胞中的传导：动作电位产生后迅速向周围扩布，直至整个细胞的膜历经同样的变化(动作电位的幅度、大小不变)，这是神经冲动能迅速传导的原因②神经元间的功能联系及活动(P278)

突触的传递过程与突触后电位③兴奋由神经向肌肉的传递神经-肌肉接头第86页/共155页①神经冲动在同一细胞中的传导机制

—局部电流学说

产生动作电位的部位，由于超射形成膜电位的倒转，兴奋部位与邻近的膜形成了电位差，在电位差的作用下，产生局部电流，局部电流使邻近的膜产生去极化反应，一旦达到阈电位将引起动作电位的发生，这样使动作电位传导至整个细胞（无髓神经纤维上的传导）在有髓神经纤维中，由于绝缘的髓鞘的原因，局部电流的产生发生在郎飞结间，动作电位的传导呈跳跃式传导，其速度很快第87页/共155页神经冲动在同一细胞中的传导机制

局部电流学说局部电流学说模式图？传导方向第88页/共155页②神经元间的功能联系及活动

—突触传递突触：反射弧的传入神经元与中枢神经元之间、中枢内神经元与神经元之间，以及传出神经元与效应器细胞之间的连结部位

第89页/共155页

经典突触的结构(化学性突触)

突触前膜：突触小体（含

神经递质-乙酰胆碱、儿茶酚胺；神经肽等）突触间隙：15-30nm突触后膜：与神经递质特异性结合的受体突触传递：突触前神经元的冲动，通过突触传向突触后神经元的全过程（电-化-电）第90页/共155页化学性突触传递过程与突触后电位化学性突触传递过程

①突触前神经元兴奋传到神经末梢，使突触前膜去极化②突触前膜上电压门控式Ca2+通道开放，胞外Ca2+进入胞内。降低轴浆粘度，促进突触小泡位移；消除突触前膜内侧负电位，促进突触小泡和前膜接触、融合；③神经递质释放；④递质与受体结合，作用于突触后膜上特异性受体或化学门控式通道，引起突触后膜上某些离子通道（Na+、Cl-）通透性改变；⑤产生突触后电位突触后电位(postsynapticpotential,PSP)

突触前膜释放的神经递质与突触后膜上受体结合，使突触后膜上某些离子的通透性改变，引起的突触后膜上的电位变化称为突触后电位。第91页/共155页兴奋性突触的传递过程与兴奋性

突触后电位（EPSP）兴奋性突触后电位（EPSP）是突触前膜释放兴奋性递质，作用突触后膜上的受体，引起细胞膜对Na+、K+等离子的通透性增加（主要是Na+），导致Na+内流，出现局部去极化电位。兴奋性突触后电位使突触后神经元兴奋性增加，突触后电位经过总和(时间总和和空间总和)，达到阈电位，触发突触后神经元轴突始段(轴丘)暴发动作电位，即完成了突触传递的过程。第92页/共155页APCa2＋Na+K+EPSP在突触前膜所释放的兴奋性递质的作用下，在突触后膜产生的轻度去极化膜电位变化第93页/共155页兴奋性突触传递过程总结突触前神经元传来兴奋突触前膜去极化Ca2+进入突触小体突触囊泡移向突触前膜并与前膜融合突触前膜释放出兴奋性递质递质穿过突触间隙到达后膜递质与后膜上的受体结合突触后膜对Na+和K+尤其是Na+的通透性增加突触后膜出现轻度的去极化产生EPSPEPSP总和达到一定水平，通过局部电流作用方式在轴突始段产生AP突触后神经元兴奋第94页/共155页抑制性突触的传递过程与抑制性

突触后电位(IPSP)抑制性突触后电位(IPSP)是突触前膜释放抑制性递质(抑制性中间神经元释放的递质)，导致突触后膜主要对Cl-通透性增加，Cl-内流产生局部超极化电位。抑制性突触后电位使突触后神经元兴奋性降低。

第95页/共155页抑制性突触传递过程总结突触前神经元传来兴奋突触前膜去极化Ca2+进入突触小体突触囊泡移向突触前膜并与前膜融合突触后神经元不易产生动作电位从而表现抑制在IPSP的作用下突触后神经元轴突始段也出现超极化，兴奋性下降。突触前膜释放出抑制性递质递质穿过突触间隙到达后膜递质与后膜上的受体结合突触后膜对Cl-和K+尤其是Cl-的通透性增加突触后膜出现轻度的超极化产生IPSP第96页/共155页突触后电位的特点①引发的原因：突触前神经元传来兴奋使突触前膜去极化，Ca2+进入突触小体，突触前膜释放神经递质，神经递质与突触后膜上受体结合，导致突触后膜离子通透性的改变引起的②突触后电位是局部电位，可总和③突触后电位包括EPSP和IPSP第97页/共155页化学性突触传递的特征单向传递化学性突触的信息传递只能沿单一方向进行；突触延搁突触传递的速度较冲动在神经纤维上的传导慢得多；对内环境变化敏感细胞外液中物质(离子Ca2+、Mg2+和受体拮抗剂、激动剂)影响突触传递；突触传递的可塑性当突触前末梢受到不同形式的条件刺激后，相同的测试刺激可引起突触传递效应的改变。第98页/共155页电突触传递电突触传递的结构基础是神经元间的缝隙连接。缝隙相对的两侧细胞膜借“连接子”(6个间隙连接蛋白)架桥连接构成通道，允许水、带电的离子和有机小分子物质通过突触间隙突触后膜突触前后两膜很接近，神经冲动可以直接通过，速度快；传导没有方向之分，形成电突触的2个神经元的任何一个发生冲动，即可以通过电突触而传给另一个神经元。

无脊椎动物主要是电突触

第99页/共155页电突触传递的机制电突触传递冲动不是以递质为媒介，而是依靠突触前神经元末梢的动作电位来实现的，类似于动作电位在神经纤维上的传导电突触传递特征：双向性，速度快，几乎无潜伏期。

第100页/共155页③兴奋由神经向肌肉的传递

神经-肌肉接头(Neuromuscularjunction)第101页/共155页二.组织的兴奋和兴奋性广义的兴奋概念生理学意义的兴奋和兴奋性可兴奋细胞及其共同特征可兴奋细胞兴奋性的表现

第102页/共155页(一)引起兴奋的刺激兴奋状态

组织细胞兴奋的引起

组织本身的机能状态

刺激

抑制状态

引起兴奋的刺激必须具备的要素①刺激强度②刺激时间③强度对时间变化率强度-时间曲线第103页/共155页强度—时间曲线（b：基强度；T：时值）强度—时间曲线：以刺激时间为横坐标，以阈强度为纵坐标，做出的有关阈强度与刺激时间的关系曲线

刺激强度越小，需要的刺激时间越长；刺激强度小到一定程度时，延长刺激时间也不能引起兴奋

基强度:引起兴奋的最小阈强度时值：用两倍于基强度的刺激引起兴奋所需的最短刺激时间

第104页/共155页(二)细胞兴奋后兴奋性的改变细胞在产生兴奋的过程中及之后的一段时间，兴奋性会发生改变机制：Na+通道在接受一次刺激开放后，会经历不同的功能状态(刺激→开放→关闭→失活→复活)，以及复极化过程中K+外流和动作电位后期Na+-K+泵的作用引起的膜电位差的变化第105页/共155页绝对不应期(absoluterefractoryperiod)

兴奋产生的最初阶段，无论多大的刺激也不能使细胞再次兴奋，这段时间称绝对不应期发生在峰电位持续期间。此时Na+通道全处于失活状态相对不应期(relativerefractoryperiod)绝对不应期后的一段时间，给予细胞一个大于阈强度的强刺激可产生一个动作电位，这段时间称为相对不应期。此时Na+通道在逐渐复活，细胞兴奋性逐渐恢复。超常期（supranormalperiod）相对不应期之后，用阈下刺激就可引起兴奋。K+蓄积于膜外而进一步阻止K+的外流所致低常期（subnormalperiod）超常期之后，只有阈上刺激才能引起兴奋。进入胞内的Na+和排出的K+通过钠泵转运，膜两侧电位低于静息电位水平（处于超极化)恢复期：兴奋性由95～100%。第106页/共155页RP超常期

低常期

绝对不应期

相对不应期

第107页/共155页预习提纲3神经-肌肉接头的结构、神经-肌肉接头处的兴奋传递过程和神经-肌肉接头处的兴奋传递特点骨骼肌的细微结构骨骼肌收缩的分子机制骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联神经-肌肉接头、终板电位、等长收缩、等张收缩第108页/共155页第四节肌细胞的收缩功能骨骼肌的兴奋来源于运动神经的冲动，通过神经-肌肉接头，完成神经和肌肉之间的兴奋传递，将神经的兴奋转变为肌肉的兴奋。神经-肌肉接头运动神经末梢:内有大量含ACh的囊泡，接头前膜(电压门控Ca2+通道)接头间隙肌细胞膜:终板膜(很多皱褶、胆碱能N受体-通道耦联的受体)第109页/共155页一、神经-肌肉接头的兴奋传递1、神经-肌肉接头第110页/共155页++++++++++++++Na+APCa2+K+EPPAP－－－－－－－－－－－在接头前膜所释放的ACh的作用下在接头后膜产生的去极化型膜电位变化2神经-肌肉接头的兴奋传递第111页/共155页Ca2+进入接头前膜启动囊泡移动囊泡移向前膜并与前膜融合破裂释放AChACh穿过接头间隙到达后膜并与后膜上的ACh化学门控通道受体结合接头后膜的离子通透性发生改变，Na+内流K+外流但以Na+内流为主接头后膜产生去极化膜电位变化即终板电位（EPP）EPP通过局部电流作用于邻近的一般肌膜使其产生APACh被ACh酯酶降解失活神经末梢AP接头前膜Ca2+通透性↑第112页/共155页在终板处不能引发动作电位？？？原因：终板膜处不存在电压门控性Na+通道，Na+内流经化学门控通道AP的产生：刺激使膜通透性改变（电压门控性Na+通道开放）终板电位作为一种刺激，以局部电流的形式作用于邻近肌细胞膜，使其去极化产生AP。第113页/共155页终板膜上的N2型乙酰胆碱受体----化学门控Na+通道第114页/共155页终板电位(endplatepotential，EPP)神经肌肉传递时产生在终板膜上的一种局部去极化电位。终板电位(局部兴奋)的特性

不具有全或无的性质有总和现象以电紧张的方式向临近区域作有限的扩布没有不应期

第115页/共155页3、神经-肌接头传递的特点①单向传递。在神经-肌接头处兴奋的传递是单向的，兴奋只能由运动神经末梢传向肌细胞，这是由神经-肌接头的结构所决定的；②时间延搁。在神经-肌接头处，由于递质的释放、扩散及其与受体结合而发挥作用，均需要时间，兴奋通过一个神经-肌接头头至少需要0.5~1.0ms；③易受药物和其他环境因素的影响。细胞外液的酸碱度、温度的改变和药物或其他体液性物技的作用都可以影响神经-肌接头处的兴奋传递。第116页/共155页第117页/共155页二、骨骼肌收缩和舒张的分子机制（一）骨骼肌的微细结构肌肉肌细胞(肌纤维)肌束肌原纤维肌原纤维肌管系统明带暗带第118页/共155页肌小节½明带(I带)：细肌丝，固定在Z线上暗带(A带)：粗肌丝，固定在M线上½明带(I带)：细肌丝，固定在Z线上①肌原纤维的结构明带：细肌丝

Z线：锚定细肌丝

暗带：粗肌丝

M线：锚定粗肌丝

H带：仅有粗肌丝肌小节：肌肉收缩和舒张的基本单位M线暗带M线暗带明带第119页/共155页②肌管系统终池：横管所在部位，纵管膨大横管纵管横管（T管）：肌膜内陷，垂直穿行于肌原纤维之间，在Z线附近环绕肌原纤维纵管（L管）：细胞内滑面内质网，纵向包绕肌原纤维三联体三联体结构是完成兴奋-收缩耦联的结构基础第120页/共155页三联体结构横管：肌膜，能将肌细胞膜产生的AP

传至每条肌原纤维的Z线处两侧终池：肌细胞内的Ca2+储池，可释放或摄取Ca2+，调控肌浆内Ca2+

浓度，触发肌细胞的收缩和舒张第121页/共155页（二）骨骼肌的收缩机制1滑行学说肌肉收缩时肌纤维长度的改变并非由于肌丝蛋白分子的缩短，而是肌小节内相互重叠的粗细肌丝的相对位置发生改变。即由Z线发出的细肌丝受粗肌丝的作用向M线移动。是什么力量引起细肌丝向M线方向移动？第122页/共155页2肌肉收缩的分子机制

①粗肌丝的分子组成：200-300肌球蛋白(myosin)杆部：呈束状排列，朝向M线头部：有规律地分布在粗肌丝表面，形成横桥，横桥可与细肌丝上的肌动蛋白分子可逆性结合，出现横桥向M线方向的扭动；二是横桥具有ATP酶的作用，可以分解ATP而获得能量，作为横桥扭动和作功的能量来源。

肌球蛋白MH带第123页/共155页②细肌丝的分子组成肌动蛋白(actin):双螺旋，细肌丝的主干原肌球蛋白(tropomyosin)：双螺旋，位于肌动蛋白双螺旋的浅沟内，安静时位于肌动蛋白和肌球蛋白的横桥之间，阻碍二者的结合肌钙蛋白(troponin)：位于原肌球蛋白分子上，3个亚基，之一为与Ca+结合亚单位第124页/共155页③肌肉收缩过程横桥的ATP酶作用，形成横桥-ADP-Pi复合物，横桥垂直细肌丝，此时，原肌球蛋白覆盖在肌动蛋白上，阻碍肌动蛋白与横桥的联系肌浆中[Ca2+]↑,肌钙蛋白结合Ca2+，变构，使原肌球蛋白构象改变，暴露肌动蛋白与横桥的结合位点，二者结合横桥构象改变，横桥向M线45°摆动，牵引细肌丝向M线移动(利用横桥ATP酶分解ATP的能量)，同时ADP和Pi与横桥解离横桥结合ATP，与肌动蛋白的亲和力下降，与肌动蛋白解离，之后横桥水解ATP，形成横桥-ADP-Pi复合物第125页/共155页肌肉收缩的过程—横桥周期（结合-摆动-解离-复位）肌浆Ca2+↑Ca2+起关键作用第126页/共155页

三、骨骼肌的兴奋-收缩耦联

(excitation-contractioncoupling)

以肌膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过程3个主要步骤AP沿横管传至肌细胞深处三联体信息传递(T管L型Ca2+通道变构→肌浆网RYR受体Ca2+通道活化)肌浆网Ca2+的释放(Ca2+通道开放)和再聚集(Ca2+泵)第127页/共155页兴奋-收缩耦联的过程

肌膜上的动作电位沿T管膜扩布至三联管，终池释放Ca2+，肌浆Ca2+迅速升高，肌丝滑行，肌肉收缩。肌浆内Ca2+浓度升高同时激活肌浆网膜上的钙泵，钙泵将胞浆中的Ca2+回收至肌浆网，遂使胞浆Ca2+浓度降低，肌肉舒张。第128页/共155页肌肉兴奋-收缩耦联第129页/共155页四、影响骨骼肌收缩效能的因素

肌肉收缩效能(performanceofcontraction产生张力force缩短程度shortening缩短的速度velocityW=F·SP=F·V作功输出功率第130页/共155页等张收缩(isotoniccontraction)

肌肉收缩时,张力不变,而长度缩短(缩短速度≠0)。如与关节屈曲有关的肌肉的收缩。等长收缩(isometriccontraction)

肌肉收缩时,长度不变(缩短速度=0),而张力增加。维持姿势的抗重力肌,如颈后部肌的收缩。第131页/共155页影响骨骼肌收缩效能的因素前负荷后负荷肌肉收缩能力刺激频率第132页/共155页1、前负荷(preload)

定义：肌肉收缩前遇到的负荷

初长度：前负荷使肌肉在收缩前就处于某种拉长状态，使之具有一定的长度，即肌肉的初长度(initiallength)

前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。第133页/共155页负荷实验的装置布置1354657初长度调节钮第134页/共155页骨骼肌的长度—张力关系曲线记录同一肌肉不同初长度时产生的张力变化的曲线被动张力：未受刺激时，肌肉受到的拉力=肌肉的弹性回缩力总张力：接受刺激时记录到的张力=被动张力+主动张力主动张力：接受刺激时，肌肉收缩产生的张力在一定范围内，随肌肉初长度的增加，主动张力增加至最大值，之后随初长度的增加，主动张力下降至0同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化(前负荷)(最适初长度)第135页/共155页

结论

①肌肉收缩存在一个最适初长度(L0，即最适前负荷)，此状态下，肌肉