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1、第二章第二章 細胞的基本功能細胞的基本功能 第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能第三節(jié)第三節(jié) 細胞的生物電活動細胞的生物電活動第四節(jié)第四節(jié) 肌肉的收縮功能肌肉的收縮功能第二節(jié)第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)學(xué)習(xí)要求 掌握：掌握：細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能；細胞靜息電細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能；細胞靜息電位和動作電位的概念、特征及其長生機制；動作位和動作電位的概念、特征及其長生機制；動作電位的引起和傳導(dǎo)；神經(jīng)電位的引起和傳導(dǎo)；神經(jīng)- -肌肉接頭的興奮傳導(dǎo)；肌肉接頭的興奮傳導(dǎo)；興奮和興奮性。興奮和興奮性。 熟悉：熟悉：骨骼肌的收縮機制；興奮骨骼肌的收縮機制；興奮- -收縮

2、偶聯(lián)收縮偶聯(lián) 了解：了解：細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；骨骼肌收縮的外部表；骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)和力學(xué)分析；影響肌肉收縮的因素；現(xiàn)和力學(xué)分析；影響肌肉收縮的因素； 第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能一、被動轉(zhuǎn)運一、被動轉(zhuǎn)運(順濃度梯度或電化學(xué)梯度順濃度梯度或電化學(xué)梯度)（一）單純擴散（一）單純擴散（二）易化擴散（二）易化擴散二、主動轉(zhuǎn)運二、主動轉(zhuǎn)運（一）原發(fā)主動轉(zhuǎn)運（一）原發(fā)主動轉(zhuǎn)運（二）繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運（二）繼發(fā)主動轉(zhuǎn)運三、入胞和出胞三、入胞和出胞（一）（一）被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運(passive transport)(passive transport) 概念概念：物質(zhì)順濃度

3、梯度或電化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)運：物質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)運過程。過程。 特點特點： 不耗能（轉(zhuǎn)運動力依賴物質(zhì)的電不耗能（轉(zhuǎn)運動力依賴物質(zhì)的電- -化學(xué)梯化學(xué)梯度所貯存的勢能）度所貯存的勢能） 依靠或不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的依靠或不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助幫助” 順電順電- -化學(xué)梯度進行化學(xué)梯度進行 分類分類： 單純擴散單純擴散 易化擴散易化擴散 1.1.單純擴散單純擴散(simple diffusion)(simple diffusion) (1) (1)概念概念: :一些一些脂溶性小分子物質(zhì)脂溶性小分子物質(zhì)由膜的高濃度一側(cè)由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動的過程。向低濃度一側(cè)移動的過程。COCO2

4、 2 i i COCO2 2 o oOO2 2 o o OO2 2 i i (2)(2)特點特點: : 不不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助幫助” 不不需另外消耗能量需另外消耗能量 順順濃度梯度濃度梯度 終點：膜兩側(cè)達到平衡終點：膜兩側(cè)達到平衡 (3)(3)轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：轉(zhuǎn)運的物質(zhì)： O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3 、N N2 2 、尿素、乙醚、乙醇、類固醇、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素類激素 等少數(shù)幾種等少數(shù)幾種脂溶性，小分子，不帶電荷。脂溶性，小分子，不帶電荷。2.2.易化擴散易化擴散(facilitated diffusion)(facilitated diffu

5、sion) (1) (1)概念概念: : 一些一些非脂溶性或脂溶解度甚小非脂溶性或脂溶解度甚小的物質(zhì)的物質(zhì), ,需特殊膜蛋白質(zhì)的需特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助幫助”下下, ,由膜的由膜的高高濃度一側(cè)向濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動的過程。低濃度一側(cè)移動的過程。 (2)(2)分類分類: : 經(jīng)經(jīng)通道通道的易化擴散的易化擴散經(jīng)經(jīng)載體載體的易化擴散的易化擴散（1 1）經(jīng)）經(jīng)載體載體（carrier，又稱轉(zhuǎn)運體，又稱轉(zhuǎn)運體，transporter）的易化擴散的易化擴散轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：葡萄糖轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：葡萄糖(GL)、氨基酸、氨基酸(AA)等小分子親水物質(zhì)等小分子親水物質(zhì)載體載體運輸?shù)奶攸c：運輸?shù)奶攸c：飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象(

6、saturation)(saturation)立體構(gòu)象特異性立體構(gòu)象特異性(stereospecificity)(stereospecificity)腎近曲小管腎近曲小管GLUTGLUT，D-glucoseD-glucose 競爭性抑制競爭性抑制(competitive inhibition)(competitive inhibition)D-Galactose D-Galactose D-glucose D-Galactose D-glucose（2 2）經(jīng)）經(jīng)通道（通道（channelchannel）的易化擴散的易化擴散轉(zhuǎn)運的物質(zhì)轉(zhuǎn)運的物質(zhì): :各種帶電離子各種帶電離子KK+ + i i

7、KK+ + o oNaNa+ + o o NaNa+ + i i通道運輸?shù)奶攸c：通道運輸?shù)奶攸c： 離子的選擇性離子的選擇性(ionic selectivity): Na+, K+, Ca 2+ , Cl-等等 轉(zhuǎn)運速度快：轉(zhuǎn)運速度快：106-108/s 門控特性門控特性(gating)：通道開閉取決于膜電位：通道開閉取決于膜電位或化學(xué)信號或化學(xué)信號：電壓門控通道，化學(xué)（配體）電壓門控通道，化學(xué)（配體）門控通道和機械門控通道門控通道和機械門控通道 激活門激活門激活門激活門激活門激活門失活門失活門失活門失活門失活門失活門Na+Ca2+K+失活狀態(tài)失活狀態(tài)除極化除極化復(fù)極化復(fù)極化配體門控通道配體門控

8、通道(ligand gated channel) 特點：特點：受體受體與細胞外的配體結(jié)合，引起通道構(gòu)象改與細胞外的配體結(jié)合，引起通道構(gòu)象改變，變， “門門”打開，又稱打開，又稱離子通道型受體離子通道型受體。分為分為： 1）陽離子通道陽離子通道，如，如乙酰膽堿激活鉀通道，乙酰膽堿激活鉀通道， 2）陰離子通道陰離子通道，如，如 -氨基丁酸激活的氯離子通道氨基丁酸激活的氯離子通道M-R AchAchK+-+AchAch敏感敏感鉀通道鉀通道超極化超極化Nicotinic acetylcholine receptor電壓門控通道電壓門控通道(voltage gated channel) 特點：膜電位變化

9、可引起構(gòu)象變化，特點：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，“門門”打開。打開。 結(jié)構(gòu)：四聚體，每個單體跨膜結(jié)構(gòu)：四聚體，每個單體跨膜6次。次。 Na+、K+、Ca2+電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個遠祖基因演化而來。遠祖基因演化而來。Structure of the voltage-gated sodium channela. The molecule consists of four domains, I-IV.b. An expanded view of one domain showing the voltage sensor of alpha helix S4 and t

10、he pore loop (red).c. The molecule arrange of domains form a pore between them.Patch clamping record ionic currents through single channels The patch contains a voltage-gated Na+ channel, Changing the membrane potential from 65 mV to 40 mV,Cause the channel to open,and current (I) will flow through

11、it (e).The amplitude of the measured current at a constant membrane voltage reflects the channel conductance, and the duration of the current reflects the time the channel is open. a. A glass electrode onto the membrane of the neuronB. Applying suction through the electrode tip.c. Withdraw the elect

12、rode from the cell, the membrane patch was torn away.D. Ionic currents was measured as steady voltages across the membrane.The opening and closing of Na+ channels upon membrane depolarization(a): The electrical potential across a patch of membrane. When the membrane potential is changed from 65-40mV

13、, the Na+ channels pop open.(b): Three different channels respond to the voltage step.(C) A model for how changes in the conformation of the Na+ channel protein might yield its functional properies.機械門控通道機械門控通道 感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。感受摩擦力、壓力、牽拉力、重力、剪切力等。 目前比較明確的有兩類機械門通道，目前比較明確的有兩類機械門通道， (1)(1)對對牽拉敏感牽

14、拉敏感，為，為2 2價或價或1 1價的陽離子通道，有價的陽離子通道，有NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+，以，以CaCa2+2+為主，幾乎存在于所有的細為主，幾乎存在于所有的細胞膜胞膜研究較多的有血管內(nèi)皮細胞、心肌細胞研究較多的有血管內(nèi)皮細胞、心肌細胞以及內(nèi)耳中的毛細胞等以及內(nèi)耳中的毛細胞等。 (2)(2)對對剪切力剪切力敏感敏感 ，僅發(fā)現(xiàn)于內(nèi)皮細胞和心肌細，僅發(fā)現(xiàn)于內(nèi)皮細胞和心肌細胞。胞。水通道水通道 19911991年年AgreAgre發(fā)現(xiàn)第一個水通道蛋白發(fā)現(xiàn)第一個水通道蛋白CHIP28 CHIP28 （28 28 KD KD ）。）。 目前在人類細胞中已發(fā)現(xiàn)至少目前在人類細胞

15、中已發(fā)現(xiàn)至少1111種此類蛋白，被種此類蛋白，被命名為水通道蛋白（命名為水通道蛋白（AquaporinAquaporin，AQPAQP）。）。The Nobel Prize in Chemistry 2003for discoveries concerning channels in cell membranesfor the discovery of water channelsfor structural and mechanistic studies of ion channels Peter Agre Roderick MacKinnon Johns Hopkins Universit

16、y School of Medicine Baltimore, MD, USA Rockefeller University, Howard Hughes Medical Institute New York, NY, USA Ion channels with different activation mechanisms易化擴散的影響因素易化擴散的影響因素膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差和電位差膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差和電位差膜上載體的數(shù)量或通道開放的數(shù)量膜上載體的數(shù)量或通道開放的數(shù)量4.4.易化擴散的易化擴散的特點特點順電順電-化學(xué)差擴散化學(xué)差擴散不直接耗能不直接耗能 二、二、主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運(active t

17、ransport)(active transport) 概念概念：指物質(zhì)指物質(zhì)逆逆濃度梯度或電位梯度的轉(zhuǎn)運過程。濃度梯度或電位梯度的轉(zhuǎn)運過程。 特點特點：需要消耗能量需要消耗能量, ,能量由分解能量由分解ATPATP來提供；來提供； 依靠特殊膜蛋白質(zhì)依靠特殊膜蛋白質(zhì)( (泵泵) )的的“幫助幫助”； 是是逆逆電電- -化學(xué)梯度進行的?；瘜W(xué)梯度進行的。 分類分類： 繼發(fā)性主動繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)運（簡稱：聯(lián)合轉(zhuǎn)運）；（簡稱：聯(lián)合轉(zhuǎn)運）；原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（簡稱：（簡稱：泵轉(zhuǎn)運泵轉(zhuǎn)運）；）； 如如:Na:Na+ +-K-K+ +泵、泵、CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+泵、泵、H H+ +

18、-K-K+ +泵等泵等1.1.泵轉(zhuǎn)運泵轉(zhuǎn)運NaNa+ +-K-K+ +泵泵(sodium pump)(sodium pump) NaNa+ +-K-K+ +泵泵又稱又稱NaNa+ +-K-K+ +-ATPase-ATPase，簡稱鈉泵。，簡稱鈉泵。當(dāng)當(dāng)NaNa+ + i i KK+ + o o時，時，都可被激活，都可被激活，ATPATP分解產(chǎn)分解產(chǎn)生能量，將生能量，將胞內(nèi)的胞內(nèi)的3 3個個NaNa+ +移至胞移至胞外和將胞外外和將胞外的的2 2個個K K+ +移移入胞內(nèi)。入胞內(nèi)。K+o Na+i通道轉(zhuǎn)運與鈉通道轉(zhuǎn)運與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運模式圖鉀泵轉(zhuǎn)運模式圖Na-K 泵泵 鈉鈉- -鉀泵的這種活動還為其

19、它一些物質(zhì)轉(zhuǎn)鉀泵的這種活動還為其它一些物質(zhì)轉(zhuǎn)運的提供了動力運的提供了動力（如葡萄糖、氨基酸的吸收：（如葡萄糖、氨基酸的吸收：NaNa+ +- -載體載體- -葡萄糖、葡萄糖、NaNa+ +- -載體載體- -氨基酸的復(fù)合體形式進氨基酸的復(fù)合體形式進行的聯(lián)合轉(zhuǎn)運）。行的聯(lián)合轉(zhuǎn)運）。維持維持NaNa+ + o o高高、KK+ + i i高高原先的不均勻分布狀態(tài)原先的不均勻分布狀態(tài)2K2K+ +泵至細胞內(nèi)泵至細胞內(nèi);3Na;3Na+ +泵至細胞外泵至細胞外分解分解ATPATP產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量當(dāng)當(dāng)NaNa+ + i i/K/K+ + o o激活激活鈉鈉- -鉀泵鉀泵: :鈉泵的意義：鈉泵的意義：細胞生

20、物電產(chǎn)生的重要條件之一細胞生物電產(chǎn)生的重要條件之一細胞內(nèi)高鉀是許多代謝反應(yīng)的必要條件細胞內(nèi)高鉀是許多代謝反應(yīng)的必要條件維持正常滲透壓和細胞容積維持正常滲透壓和細胞容積建立建立勢能勢能貯備，細胞外貯備，細胞外高鈉高鈉具有生電作用具有生電作用2.2.繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(secondary active transport)概念概念：間接利用間接利用ATPATP能量能量的主動轉(zhuǎn)運過程。的主動轉(zhuǎn)運過程。 即即逆逆濃度梯度或濃度梯度或逆逆電位梯度的轉(zhuǎn)運時，能量電位梯度的轉(zhuǎn)運時，能量非直接來自非直接來自ATPATP的分解，是來自膜兩側(cè)的分解，是來自膜兩側(cè)NaNa+ + 差，而差，而NaNa+ +

21、 差是差是NaNa+ +-K-K+ +泵分解泵分解ATPATP釋放的能量建立的。釋放的能量建立的。分類分類： 同向轉(zhuǎn)運同向轉(zhuǎn)運 逆向轉(zhuǎn)運逆向轉(zhuǎn)運同向轉(zhuǎn)運，小腸上皮細胞葡萄糖吸收同向轉(zhuǎn)運，小腸上皮細胞葡萄糖吸收逆向轉(zhuǎn)運：近曲小管上皮細胞的逆向轉(zhuǎn)運：近曲小管上皮細胞的Na+-H+交換交換 主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運需由細胞提供能量需由細胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆電逆電-化學(xué)勢差化學(xué)勢差順電順電-化學(xué)勢差化學(xué)勢差使膜兩側(cè)濃度差更大使膜兩側(cè)濃度差更大使膜兩側(cè)濃度差更小使膜兩側(cè)濃度差更小三、入胞和出胞三、入胞和出胞 指指大分子物質(zhì)大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊，通過細胞膜復(fù)

22、雜的或物質(zhì)團塊，通過細胞膜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)及功能改變來實現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運。結(jié)構(gòu)及功能改變來實現(xiàn)跨膜轉(zhuǎn)運。 入胞入胞 出胞出胞（exocytosis）吞噬作用吞噬作用吞飲作用吞飲作用（endocytosis）液相入胞液相入胞受體介導(dǎo)入胞受體介導(dǎo)入胞 大 分 子 物大 分 子 物質(zhì)或物質(zhì)團塊質(zhì)或物質(zhì)團塊進出細胞的過進出細胞的過程。程。 是指大分子或物質(zhì)團塊借助于細胞膜是指大分子或物質(zhì)團塊借助于細胞膜所形成的囊泡進入細胞的過程。所形成的囊泡進入細胞的過程。 （一）入胞（一）入胞（endocytosisendocytosis）入胞入胞吞噬作用吞噬作用吞飲作用吞飲作用（endocytosis）液相入胞液相入胞受體介

23、導(dǎo)入胞受體介導(dǎo)入胞 1.1.吞噬吞噬( (phagocytosis) )：細胞攝取大顆粒的過程，細胞攝取大顆粒的過程，如吞噬細菌和細胞碎片。如吞噬細菌和細胞碎片。 哺乳動物大多數(shù)細胞沒有吞噬作用，只有少數(shù)特哺乳動物大多數(shù)細胞沒有吞噬作用，只有少數(shù)特化細胞具有這一功能，起著化細胞具有這一功能，起著防御的功能防御的功能。專用于。專用于對抗細菌、塵埃等外來的有害異物，如對抗細菌、塵埃等外來的有害異物，如單核單核- -吞噬吞噬細胞系統(tǒng)的巨噬細胞、單核細胞和多形核白細胞細胞系統(tǒng)的巨噬細胞、單核細胞和多形核白細胞等。它們廣泛分布于組織和血液中，共同防御細等。它們廣泛分布于組織和血液中，共同防御細菌的侵入，

24、并清除衰老和死亡的細胞等。菌的侵入，并清除衰老和死亡的細胞等。巨噬細胞每天要清除巨噬細胞每天要清除10101111個衰老的紅細胞。個衰老的紅細胞。細胞的吞噬作用2.2.吞飲吞飲(pinocytosis) 指細胞攝取指細胞攝取液體液體和溶質(zhì)和溶質(zhì)的過程。由細的過程。由細胞膜包裹的液體內(nèi)陷胞膜包裹的液體內(nèi)陷而形成的小泡，稱為而形成的小泡，稱為吞飲小泡或吞飲體。吞飲小泡或吞飲體。受體介導(dǎo)入胞受體介導(dǎo)入胞(receptor-mediated endocytosi)(receptor-mediated endocytosi)：大分子與細胞表面的受體結(jié)合，通過有被小窩進大分子與細胞表面的受體結(jié)合，通過有被

25、小窩進入細胞，此過程稱為受體介導(dǎo)的胞吞作用。入細胞，此過程稱為受體介導(dǎo)的胞吞作用。 有被小窩：有被小窩：在細胞膜表面有攝取蛋白質(zhì)的特化在細胞膜表面有攝取蛋白質(zhì)的特化部位，該部位細胞膜向內(nèi)凹陷，在膜的細胞質(zhì)面部位，該部位細胞膜向內(nèi)凹陷，在膜的細胞質(zhì)面覆蓋了一層與有被小泡相似的包被結(jié)構(gòu)，此特化覆蓋了一層與有被小泡相似的包被結(jié)構(gòu)，此特化區(qū)域稱為區(qū)域稱為有被小窩有被小窩。 有被小泡：有被小泡：直徑約直徑約5050250nm250nm之間，其細胞質(zhì)之間，其細胞質(zhì)面覆蓋了毛刺狀的包被，故稱為有被小泡。面覆蓋了毛刺狀的包被，故稱為有被小泡。受體介導(dǎo)的細胞內(nèi)吞作用網(wǎng)格蛋白的功能：網(wǎng)格蛋白的功能： 第一、從有被

26、小窩處選擇或排除分子；第一、從有被小窩處選擇或排除分子； 第二、為細胞膜凹陷提供結(jié)構(gòu)支架。第二、為細胞膜凹陷提供結(jié)構(gòu)支架。( (二二) )出胞出胞( (exocytosis) ) 出胞作用出胞作用: :主要見于主要見于內(nèi)分泌細胞的激素內(nèi)分泌細胞的激素分泌和神經(jīng)分泌和神經(jīng)末梢的遞質(zhì)釋放以及細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的排出。其過末梢的遞質(zhì)釋放以及細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的排出。其過程是在細胞內(nèi)形成由膜包被的小泡，逐漸移動到細程是在細胞內(nèi)形成由膜包被的小泡，逐漸移動到細胞膜的內(nèi)表面與細胞膜接觸，在接觸點兩者的膜蛋胞膜的內(nèi)表面與細胞膜接觸，在接觸點兩者的膜蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，膜互相融合，產(chǎn)生通道，使物質(zhì)白發(fā)生構(gòu)象變化，膜互相

27、融合，產(chǎn)生通道，使物質(zhì)排出。排出。 包含內(nèi)容物的囊泡移至細胞表面，包含內(nèi)容物的囊泡移至細胞表面，與質(zhì)膜融，將物質(zhì)排出細胞之外。與質(zhì)膜融，將物質(zhì)排出細胞之外。exocytosisExocytosis細胞膜上的受體對物質(zhì)的細胞膜上的受體對物質(zhì)的“辨認(rèn)辨認(rèn)”發(fā)生特異性結(jié)合發(fā)生特異性結(jié)合= =復(fù)合物復(fù)合物復(fù)合物向膜表面的復(fù)合物向膜表面的“有被小窩有被小窩”移移動動“有被小窩有被小窩”處的膜凹處的膜凹陷陷凹陷膜與細胞膜斷離凹陷膜與細胞膜斷離= =吞食泡吞食泡吞食泡吞食泡與與胞內(nèi)體胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合的膜性結(jié)構(gòu)相融合入胞入胞分泌物排出分泌物排出融合處出現(xiàn)裂口融合處出現(xiàn)裂口囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)移動囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)

28、移動膜性結(jié)構(gòu)包被膜性結(jié)構(gòu)包被= =分泌囊泡分泌囊泡高爾基復(fù)合體高爾基復(fù)合體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物出胞出胞囊泡膜與質(zhì)膜的某點接觸并融合囊泡膜與質(zhì)膜的某點接觸并融合囊泡的膜成為細胞膜的組成部分囊泡的膜成為細胞膜的組成部分第二節(jié)第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 多細胞生物體必須具備完善的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)多細胞生物體必須具備完善的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)以協(xié)調(diào)其正常的生理功能。細胞間傳遞信息的物質(zhì)多達幾百種：其正常的生理功能。細胞間傳遞信息的物質(zhì)多達幾百種：如遞質(zhì)、激素、細胞因子等。如遞質(zhì)、激素、細胞因子等。 跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要涉及到：胞外信號的識別與結(jié)合、跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主

29、要涉及到：胞外信號的識別與結(jié)合、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞內(nèi)效應(yīng)等三個環(huán)節(jié)。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞內(nèi)效應(yīng)等三個環(huán)節(jié)。 一、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念一、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念細胞對外界刺激做出應(yīng)答反應(yīng)的基本生物學(xué)方式。細胞對外界刺激做出應(yīng)答反應(yīng)的基本生物學(xué)方式。 細胞通過位于胞膜或胞內(nèi)的細胞通過位于胞膜或胞內(nèi)的受體受體感受胞外感受胞外信息分子信息分子的刺的刺激，經(jīng)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而影響其生物學(xué)功能的過程。激，經(jīng)細胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換而影響其生物學(xué)功能的過程。二、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的組成二、細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)的組成 ：1、配體（信號）、配體（信號）2、接收信號的受體或離子通道、黏附分子、接收信號的受體或離子通道、黏附分子3、信號

30、轉(zhuǎn)導(dǎo)通路、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路4、靶蛋白、靶蛋白 1、配體：（、配體：（ligand） 能與受體特異性結(jié)合的物質(zhì)被稱為配體，如激素、神能與受體特異性結(jié)合的物質(zhì)被稱為配體，如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、細胞因子、代謝物、藥物、毒素等，一經(jīng)遞質(zhì)、生長因子、細胞因子、代謝物、藥物、毒素等，一種配體?？梢杂袃煞N以上的受體。種配體?？梢杂袃煞N以上的受體。 2、受體：、受體：（receptor） 靶細胞中能識別配體，并與其特異結(jié)合后靶細胞中能識別配體，并與其特異結(jié)合后, , 引起一引起一定生物效應(yīng)的蛋白質(zhì)。絕大多數(shù)受體具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。定生物效應(yīng)的蛋白質(zhì)。絕大多數(shù)受體具有信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。 有關(guān)概念有關(guān)概念 細胞信號轉(zhuǎn)

31、導(dǎo)的基本過程和機制細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程和機制（一）信號的接收和轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）信號的接收和轉(zhuǎn)導(dǎo)信號信號 化學(xué)化學(xué)物理物理受體受體核受體核受體膜受體膜受體細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 （級聯(lián)反應(yīng)）（級聯(lián)反應(yīng)）誘發(fā)特定的應(yīng)答反應(yīng)誘發(fā)特定的應(yīng)答反應(yīng) cascade1.1. G-G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；2.2. 離子通道受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；離子通道受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；3.3. 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)膜受體膜受體： 類固醇激素受體家族類固醇激素受體家族 甲狀腺素受體家族甲狀腺素受體家族 孤兒受體孤兒受體核受體核受體：Membr

32、ane Receptor ClassesFigure 6-5: Four classes of membrane receptors一、一、G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)( (G-Protein-coupled Receptors)膜外膜外N N端：識別、結(jié)合端：識別、結(jié)合第一信使第一信使膜內(nèi)膜內(nèi)C C端：激活端：激活G G蛋白蛋白二、二、G G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)導(dǎo)( (一一) ) cAMPcAMP信號通路信號通路神經(jīng)遞質(zhì)、激素等神經(jīng)遞質(zhì)、激素等（第一信使）（第一信使）興奮性興奮性G蛋白蛋白(G(GS S) )激活腺苷酸環(huán)化酶激活腺苷酸

33、環(huán)化酶(AC)(AC)ATPATPcAMPcAMP（第二信使）（第二信使）細胞內(nèi)生物效應(yīng)細胞內(nèi)生物效應(yīng)激活激活cAMPcAMP依賴的蛋白激酶依賴的蛋白激酶A A結(jié)合結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體激活激活G蛋白蛋白( (與與、亞單位分離亞單位分離) )膜外膜外N N端：識別、結(jié)合端：識別、結(jié)合第一信使第一信使膜內(nèi)膜內(nèi)C C端：激活端：激活G G蛋白蛋白( (二二) ) 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇信號通路信號通路激素激素（第一信使）（第一信使）興奮性興奮性G蛋白蛋白(G(GS S) )激活磷脂酶激活磷脂酶C C(PLC)(PLC)PIPPIP2 2( (第二信使）第二信使）IPIP3 3 和和 DGDG

34、激激 活活蛋白激酶蛋白激酶C C內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放釋放CaCa2+2+激活激活G蛋白蛋白( (與與、亞單位分離亞單位分離) )細胞內(nèi)生物效應(yīng)細胞內(nèi)生物效應(yīng)結(jié)合結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體 通過具有特異感受結(jié)構(gòu)的通道蛋白質(zhì)完成通過具有特異感受結(jié)構(gòu)的通道蛋白質(zhì)完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)二、離子通道介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)二、離子通道介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 離子通道離子通道 激活門激活門激活門激活門激活門激活門失活門失活門失活門失活門失活門失活門Na+Ca2+K+失活狀態(tài)失活狀態(tài)除極化除極化復(fù)極化復(fù)極化1.1.化學(xué)門控通道化學(xué)門控通道（chemically-gated ion channel）化學(xué)物質(zhì)控

35、制：化學(xué)物質(zhì)控制： 遞質(zhì)、遞質(zhì)、 激素激素等等主要分布：肌細胞的終板膜、神經(jīng)細胞的突觸后膜主要分布：肌細胞的終板膜、神經(jīng)細胞的突觸后膜及某些嗅、味感受細胞的膜中。及某些嗅、味感受細胞的膜中。作用：產(chǎn)生作用：產(chǎn)生局部電位局部電位例：骨骼肌終板膜化學(xué)門控通道例：骨骼肌終板膜化學(xué)門控通道運動終板膜電位是由于運動終板膜電位是由于AchAch受體陽離子通道開放而產(chǎn)生受體陽離子通道開放而產(chǎn)生N2型乙酰膽堿受體（型乙酰膽堿受體（ Nicotinic acetylcholine receptor ） 開放時允許開放時允許Na+內(nèi)流和少量內(nèi)流和少量K+外流外流 除乙酰膽堿（除乙酰膽堿（acetylcholine

36、，Ach）外，還可選擇性地）外，還可選擇性地與煙堿結(jié)合與煙堿結(jié)合 四種亞單位組成的五聚體四種亞單位組成的五聚體Three conformation of the acetylcholine receptorNa+ K+ Na+乙酰膽堿受體乙酰膽堿受體 化學(xué)性胞外信號化學(xué)性胞外信號(ACh)(ACh)ACh +ACh + 受體受體=復(fù)合體復(fù)合體終板膜變構(gòu)終板膜變構(gòu)=離子通道開放離子通道開放NaNa+ +內(nèi)流內(nèi)流終板膜電位終板膜電位骨骼肌收縮骨骼肌收縮2、電壓門控通道電壓門控通道(voltage-gated ion channel) 特點：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，特點：膜電位變化可引起構(gòu)象變化，

37、“門門”打開。打開。 Na+、K+、Ca2+電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個電壓門通道結(jié)構(gòu)相似，由同一個遠祖基因演化而來。遠祖基因演化而來。二、電壓門控通道：二、電壓門控通道：鉀、鈉、鈣鉀、鈉、鈣離子通道離子通道電壓門控鉀離子通道電壓門控鉀離子通道 Voltage gated K+ channel K K+ +通道有通道有四四個亞單位，每個亞單位，每個亞基有個亞基有6 6個跨膜個跨膜螺旋螺旋(S1-S6) (S1-S6) ，N N和和C C端均位于端均位于胞質(zhì)面。連接胞質(zhì)面。連接S5-S6S5-S6段的段的發(fā)夾樣發(fā)夾樣折疊折疊 (P(P區(qū)或區(qū)或H5H5區(qū)區(qū)) )，構(gòu)成通道內(nèi)襯，大，構(gòu)成通道內(nèi)襯，大

38、小允許小允許K K+ +通過。目前認(rèn)為通過。目前認(rèn)為S4S4段是電壓感受器段是電壓感受器K+ channel 4th subunit not shownK+K+K+-+-+K+K+K+抗心律失常藥抗心律失常藥-鉀通道阻滯藥鉀通道阻滯藥（延長動作電位時程藥物）：（延長動作電位時程藥物）： 主要抑制主要抑制kr鉀電流，延長鉀電流，延長心肌細胞動作電位時程，降低心肌細胞動作電位時程，降低自律性，延長有效不應(yīng)期。自律性，延長有效不應(yīng)期。AB主要分布：主要分布： 神經(jīng)軸突、骨骼肌、神經(jīng)軸突、骨骼肌、 心肌細胞細胞膜上。心肌細胞細胞膜上。作用：作用： 產(chǎn)生產(chǎn)生動作電位動作電位跨膜電位控制跨膜電位控制 例：

39、鈉通道例：鈉通道鈉離子通道鈉離子通道拓撲結(jié)構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu) Na+Na+Na+Na+Na+Na+-+-+Ca2+Ca2+Ca2+-+-+Ca2+Ca2+Ca2+心臟慢反應(yīng)細胞除極心臟慢反應(yīng)細胞除極 （竇房結(jié)、房室結(jié)）（竇房結(jié)、房室結(jié)）心肌細胞收縮性心肌細胞收縮性心肌細胞動作電位平臺期心肌細胞動作電位平臺期鈣內(nèi)流鈣內(nèi)流平滑肌細胞緊張性平滑肌細胞緊張性AB3. 機械門控通道機械門控通道機械刺激通過某種機制使機械感受器細胞膜上的機械刺激通過某種機制使機械感受器細胞膜上的通道開放，產(chǎn)生感受器電位。通道開放，產(chǎn)生感受器電位。 例：例：聽覺毛細胞、肌梭等聽覺毛細胞、肌梭等 各種門控通道完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特點：各

40、種門控通道完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特點： （1 1）速度相對較快）速度相對較快 （2 2）對外界作用出現(xiàn)反應(yīng)的位點較局限。）對外界作用出現(xiàn)反應(yīng)的位點較局限。（一）（一） 酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 受體酪氨酸激酶（受體酪氨酸激酶（receptor tyrosine kinases，RTKs） 包括包括6個亞族個亞族 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體受體受體受體二聚化受體二聚化受體的自磷受體的自磷酸化活化酸化活化胞內(nèi)信號蛋白胞內(nèi)信號蛋白啟動信號傳導(dǎo)啟動信號傳導(dǎo) RTK- Ras信號通路信號通路 三、酶三、酶耦聯(lián)耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（二）（二） 結(jié)合酪氨酸激

41、酶受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)合酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) （receptor associated with an enzyme) 結(jié)合酪氨酸激酶的受體（結(jié)合酪氨酸激酶的受體（tyrosine kinase associated receptor) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)：配體受體受體受體二聚化受體二聚化激激活酪氨酸激酶活酪氨酸激酶啟動信號傳導(dǎo)啟動信號傳導(dǎo) TranscriptionNucleusJak1Tyk2Tyk2Jak1Jak-STAT Signaling Pathway Activated by -interferonSTAT1STAT2Generegulatoryproteins -i

42、nterferonSTATs dissociate fromreceptor and dimerize via SH2 domainSH2 domainSTAT（Signal transducers and activators of transcription）(信號傳信號傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子), 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：“地球上幾乎地球上幾乎沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化”。人。人體及生物體活細胞在安靜和活動時都存在電活動，體及生物體活細胞在安靜和活動時都存在電活動，這種電活動稱為生物

43、電現(xiàn)象（這種電活動稱為生物電現(xiàn)象（bioelectricitybioelectricity）。）。細胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，臨床上廣泛應(yīng)用的細胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，臨床上廣泛應(yīng)用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖等就是這些等就是這些不同器官和組織活動時生物電變化的表現(xiàn)。不同器官和組織活動時生物電變化的表現(xiàn)。第三節(jié)第三節(jié) 細胞的生物細胞的生物電電活動活動“ 一、細胞生物電現(xiàn)象一、細胞生物電現(xiàn)象二、細胞生物電產(chǎn)生機制二、細胞生物電產(chǎn)生機制三、細胞的興奮和興奮性三、細胞的興奮和興奮性 一、一、 細胞的生物電現(xiàn)象細胞的生物電現(xiàn)象 （一）生物電（一）生物電：可興

44、奮細胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在的跨膜：可興奮細胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在的跨膜 電變化電變化 。 受刺激時受刺激時動作電位（動作電位（APAP） 反應(yīng)反應(yīng) （二）分類（二）分類安靜時安靜時靜息電位（靜息電位（RPRP）單細胞單細胞靜息電位（靜息電位（resting potential）：）： 細胞未受刺激時細胞細胞未受刺激時細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（-10-100 mV）。）。19371937年年，HodgkinHodgkin和和HuxleyHuxley在槍烏賊在槍烏賊巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(nèi)生物巨大神經(jīng)軸突細胞內(nèi)實現(xiàn)細胞內(nèi)生物電電記錄，獲電電記錄，獲19631963年年NobelNobel獎

45、獎。（一）靜息電位（一）靜息電位(resting potential RP)(resting potential RP) 2.2.實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象：3.3.證明證明RPRP的實驗：的實驗：（甲）當(dāng)（甲）當(dāng)A A、B B電極都位于電極都位于細胞膜外，無電位改變，細胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差證明膜外無電位差。（乙）當(dāng)（乙）當(dāng)A A電極位于細胞電極位于細胞膜外，膜外， B B電極插入膜內(nèi)時，電極插入膜內(nèi)時，有電位改變，有電位改變，證明膜內(nèi)、證明膜內(nèi)、外間有電位差外間有電位差。（丙）當(dāng)（丙）當(dāng)A A、B B電極都位于電極都位于細胞膜內(nèi)，無電位改變，細胞膜內(nèi)，無電位改變，證明膜內(nèi)無電位差證明膜

46、內(nèi)無電位差。與與RPRP相相關(guān)的概念：關(guān)的概念： 靜息電位靜息電位: :細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內(nèi)細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內(nèi)外存在的電位差。外存在的電位差。 膜電位膜電位: :因電位差存在于膜的兩側(cè)所以又稱為膜因電位差存在于膜的兩側(cè)所以又稱為膜電位（電位（membrane potentialmembrane potential）。）。 習(xí)慣叫法習(xí)慣叫法: :因膜內(nèi)電位低于膜外，習(xí)慣上因膜內(nèi)電位低于膜外，習(xí)慣上RPRP指的指的是膜內(nèi)負電位。是膜內(nèi)負電位。RPRP值描述值描述: : RP RP膜內(nèi)負電位膜內(nèi)負電位(-70-90mV)=(-70-90mV)=超極化超極化 RPRP膜內(nèi)負電

47、位膜內(nèi)負電位(-70-50mV)=(-70-50mV)=去極化去極化RP值值哺乳動物的神經(jīng)細胞：哺乳動物的神經(jīng)細胞： -70mV骨骼肌和心肌細胞：骨骼肌和心肌細胞：-90mV，平滑肌細胞：平滑肌細胞： -55mV紅細胞：紅細胞：-10mV。動作電位（動作電位（action potential）：）： 細胞受刺激時，細胞細胞受刺激時，細胞膜在靜息電位基礎(chǔ)上膜在靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的迅速、可逆和發(fā)生的迅速、可逆和可傳播的膜電位波動?？蓚鞑サ哪る娢徊▌?。（二）（二）動作電位動作電位(action potential AP)(action potential AP)APAP實驗現(xiàn)象實驗現(xiàn)象 APAP的特

48、點：的特點：“全或無全或無”現(xiàn)象及現(xiàn)象及可傳播性可傳播性APAP的意義：興奮的標(biāo)志的意義：興奮的標(biāo)志去去 極極 化化上上 升升 支支下降支下降支動作電位的圖形動作電位的圖形刺激刺激局部電位局部電位閾電位閾電位去極化去極化零電位零電位反極化（超射）反極化（超射）復(fù)極化復(fù)極化（負、正）后電位（負、正）后電位 AP的的波波形形Spike potentialoff shoot off shoot 超射值超射值去極化后電位去極化后電位超去極化后電位超去極化后電位reverse polarization4.動作電位的特征：動作電位的特征： 是是非衰減式非衰減式傳導(dǎo)的電位。傳導(dǎo)的電位。 具有具有“全或無全或

49、無”的現(xiàn)象：即同一細胞上的的現(xiàn)象：即同一細胞上的APAP大小不隨刺激強度和傳導(dǎo)距離而改變的現(xiàn)象。大小不隨刺激強度和傳導(dǎo)距離而改變的現(xiàn)象。 5.動作電位的意義：動作電位的意義： AP的產(chǎn)生是細胞興奮的標(biāo)志的產(chǎn)生是細胞興奮的標(biāo)志。 膜電位狀態(tài)膜電位狀態(tài)極極 化（化（polarizationpolarization）：）：靜息電靜息電位存在時膜兩側(cè)保持的位存在時膜兩側(cè)保持的內(nèi)負外正內(nèi)負外正的狀態(tài)。的狀態(tài)。超極化（超極化（hyperpolarizationhyperpolarization）：）：靜息電位靜息電位增大增大的過程。的過程。去極化（去極化（depolarizationdepolarizat

50、ion）：）：靜息靜息電位電位減小減小甚至消失的過程。甚至消失的過程。復(fù)極化（復(fù)極化（repolarizationrepolarization）：）：去極去極化后又向原先的極化狀態(tài)恢復(fù)的化后又向原先的極化狀態(tài)恢復(fù)的過程過程超射值（超射值（overshootovershoot）：）：去極化超去極化超過零電位以上部分。過零電位以上部分。反極化（反極化（reverse polarizationreverse polarization）：）：發(fā)生超射是膜兩側(cè)電位極性反轉(zhuǎn)。發(fā)生超射是膜兩側(cè)電位極性反轉(zhuǎn)。6.6.與與APAP相關(guān)的概念相關(guān)的概念: :極極 化化: :以膜為界，外正內(nèi)負的狀態(tài)。以膜為界，外正

51、內(nèi)負的狀態(tài)。 去極化去極化: :膜內(nèi)外電位差向小于膜內(nèi)外電位差向小于RPRP值的方值的方向變化的過程。向變化的過程。超極化超極化: :膜內(nèi)外電位差向大于膜內(nèi)外電位差向大于RPRP值的方值的方向變化的過程。向變化的過程。復(fù)極化復(fù)極化: :去極化后再向極化狀態(tài)恢復(fù)的去極化后再向極化狀態(tài)恢復(fù)的過程。過程。反極化反極化: :細胞膜由外正內(nèi)負的極化狀態(tài)細胞膜由外正內(nèi)負的極化狀態(tài)變?yōu)閮?nèi)正外負變?yōu)閮?nèi)正外負 的極性反轉(zhuǎn)過程。的極性反轉(zhuǎn)過程。閾電位閾電位: :引發(fā)引發(fā)APAP的臨界膜電位數(shù)值。的臨界膜電位數(shù)值。局部電位局部電位: :低于閾電位的去極化電位。低于閾電位的去極化電位。后電位：后電位：鋒電位下降支最后

52、恢復(fù)到鋒電位下降支最后恢復(fù)到RPRP水水平以前，一種時間較長、波動較小的電平以前，一種時間較長、波動較小的電位變化過程。位變化過程。 包括：包括：負后電位負后電位= =去極化后電位，去極化后電位， 正后電位正后電位= =超去極化后電位。超去極化后電位。 19021902年年BernsteinBernstein最先提出：最先提出：RPRP的產(chǎn)生可的產(chǎn)生可能與能與K K+ +在細胞內(nèi)外不均衡分布及安靜時膜主在細胞內(nèi)外不均衡分布及安靜時膜主要對要對K K+ +通透有關(guān)。通透有關(guān)。19391939年年HodgkinHodgkin對此加以證實。對此加以證實。二、細胞生物電產(chǎn)生的機制二、細胞生物電產(chǎn)生的機

53、制 (1)(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻（二）靜息電位的產(chǎn)生機制（二）靜息電位的產(chǎn)生機制1.1.靜息電位的產(chǎn)生條件靜息電位的產(chǎn)生條件主要離子分布：主要離子分布：膜內(nèi)：膜內(nèi)：膜外：膜外：(2)(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇通透選擇通透性性 通透性通透性：K K+ + ClCl- - NaNa+ + A A- -哺乳動物神經(jīng)元細胞內(nèi)外液中主要離子的濃度和平衡電位（37C）離子離子細胞細胞內(nèi)內(nèi)液液（mmol/L）細胞細胞外外液液（mmol/L）平衡電位平衡電位（mV）K+1403-102Na+18145+56

54、Cl-7120-76Ca2+0.1 mol/L1.2+125有機負離子有機負離子155152.RP產(chǎn)生機制的膜學(xué)說產(chǎn)生機制的膜學(xué)說: : 靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外離子分布不均；細胞靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外離子分布不均；細胞膜對離子的通透具有選擇性膜對離子的通透具有選擇性: :K K+ +ClCl- -NaNa+ +A A- - KK i i順濃度差向膜外擴散順濃度差向膜外擴散AA- - i i不能向膜外擴散不能向膜外擴散 K K+ + i i、AA- - i i膜內(nèi)電位膜內(nèi)電位(負電場負電場) ) K K+ + o o膜內(nèi)電位膜內(nèi)電位(正電場正電場) )膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)膜外為正、膜內(nèi)為負的

55、極化狀態(tài)當(dāng)擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時當(dāng)擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時=RP=RP結(jié)論結(jié)論: :RPRP的產(chǎn)生主要是的產(chǎn)生主要是K K向膜外擴散的結(jié)果。向膜外擴散的結(jié)果。 RP=KRP=K+ +的平衡電位的平衡電位 Nernst公式公式： Ex= ln ( mv ) Ex為某離子的平衡電位，為某離子的平衡電位，R為氣體常數(shù)，為氣體常數(shù)，T為絕對為絕對溫度，溫度，F(xiàn)為法拉第常數(shù)，為法拉第常數(shù)，Z為原子價，為原子價，X+為單價，為單價，環(huán)境溫度為環(huán)境溫度為29.2C Ex= 2.302log ( mv)RTZFCiCo8.31 (2.92+273) 1031 96500CoCi= 61log= 61

56、logCoCi證明：證明：NernstNernst公式的計算公式的計算 E EK K=RT/ZF=RT/ZFlnKlnK+ + O O/K/K+ + i i =61 logK =61 logK+ + O O/K/K+ + i i 同理可算出同理可算出E ENaNa, ,因因K K+ +的通透性大于的通透性大于NaNa+ +近近100100倍倍,E,EK K的權(quán)重明顯大于的權(quán)重明顯大于E ENaNa, ,故故RPRP是權(quán)重后的是權(quán)重后的E EK K和和E ENaNa的的代數(shù)和代數(shù)和, ,非常接近于非常接近于EKEK。 Hodgkin Hodgkin 和和 KatzKatz的實驗的實驗 在槍烏賊巨

57、大神經(jīng)纖維測得在槍烏賊巨大神經(jīng)纖維測得RPRP值為值為-77mv,-77mv,與與NernstNernst公式的計算值（公式的計算值（-87mv-87mv）基本符合。）基本符合。 人工改變?nèi)斯じ淖僈K+ + O O/K/K+ + i i，RPRP也發(fā)生相應(yīng)改變，也發(fā)生相應(yīng)改變，如 ： 軸 突 管 內(nèi) 置 換 等 張如 ： 軸 突 管 內(nèi) 置 換 等 張 N a C l , R PN a C l , R P 消 失 （ 即消 失 （ 即KK+ + i iRPRP）。）。 膜內(nèi)外膜內(nèi)外離子離子濃度差濃度差 ( (動力動力) 平衡電位平衡電位 正離子正離子外外流流 電位差（阻力）電位差（阻力） RP

58、RP的特點的特點：安靜時，安靜時，細胞膜上細胞膜上K K+ +通道開放，通道開放，K K+ +外流，形成內(nèi)負外正相對恒定的直流電。外流，形成內(nèi)負外正相對恒定的直流電。動作電位及其產(chǎn)生機制動作電位及其產(chǎn)生機制 1 1動作電位動作電位（action potentialaction potential）指可興奮細胞受到指可興奮細胞受到有效刺激有效刺激，在細胞膜兩側(cè)所產(chǎn)生的快速、在細胞膜兩側(cè)所產(chǎn)生的快速、可逆并可擴布的膜電位倒轉(zhuǎn)?？赡娌⒖蓴U布的膜電位倒轉(zhuǎn)。細胞的動作電位（細胞的動作電位（AP） 閾電位閾電位 threshold potential，TP 能引發(fā)動作電位的臨界膜電位值。能引發(fā)動作電位的臨

59、界膜電位值。 閾電位一般比閾電位一般比RPRP小小101020mV20mV。 如神經(jīng)細胞如神經(jīng)細胞RP=-70mVRP=-70mV，TP-55mVTP-55mV 達到達到閾電位閾電位后后,AP,AP幅度只取決于膜電位去極化幅度只取決于膜電位去極化程度、程度、NaNa+ +通道和通道和NaNa+ +電流之間的正反饋過程，而與電流之間的正反饋過程，而與外加刺激強度無關(guān)。外加刺激強度無關(guān)。 AP是細胞興奮的標(biāo)志。是細胞興奮的標(biāo)志。單一細胞產(chǎn)生單一細胞產(chǎn)生AP的特點：的特點： 只要刺激達到閾值即可產(chǎn)生只要刺激達到閾值即可產(chǎn)生AP，即使再增加，即使再增加 刺激強度，刺激強度，AP的幅度不再增加。的幅度不

60、再增加。 AP不僅出現(xiàn)在受刺激的局部，它也可向周圍不僅出現(xiàn)在受刺激的局部，它也可向周圍 細胞膜傳播，且大小不因傳播距離而改變。細胞膜傳播，且大小不因傳播距離而改變。即即單一細胞的單一細胞的“全或無全或無”（all or none）現(xiàn)象：）現(xiàn)象：在同一細胞上在同一細胞上AP的大小不隨刺激強度和傳導(dǎo)距的大小不隨刺激強度和傳導(dǎo)距離的改變而變化。離的改變而變化。 膜內(nèi)外膜內(nèi)外Na+濃度比濃度比 約約 1 1 12( 12( 動力動力 ) 受刺激時受刺激時Na+通道通道 開放開放 ( 通透性通透性 ) 電位差（阻力）電位差（阻力） = 動作電位動作電位1 1、電化學(xué)驅(qū)動力（、電化學(xué)驅(qū)動力（去極化）：去極

61、化）：細胞受刺激時細胞受刺激時 NaNa+ +通道開放，通道開放，NaNa+ +快快 速內(nèi)流（速內(nèi)流（內(nèi)正外負）。內(nèi)正外負）。NaNa+ +內(nèi)內(nèi)流流 濃度差（動力）濃度差（動力）Na +平衡電位平衡電位動作電位動作電位1.AP產(chǎn)生的產(chǎn)生的基本條件基本條件: :膜內(nèi)外存在膜內(nèi)外存在NaNa+ + 差差: :NaNa+ + i iNaNa+ + O O 110 110；膜在受刺激，使膜電位達到膜在受刺激，使膜電位達到閾電位閾電位（threshold threshold potentialpotential）時，引發(fā)動作電位。）時，引發(fā)動作電位。 即電壓門控性即電壓門控性Na+、K+通通道激活而開放

62、道激活而開放。（三）動作電位的產(chǎn)生機制（三）動作電位的產(chǎn)生機制2.AP2.AP的產(chǎn)生機制的產(chǎn)生機制: :APAP上升支上升支APAP下降支下降支當(dāng)細胞受到當(dāng)細胞受到刺激刺激細胞膜上細胞膜上少量少量NaNa+ +通道激活而開放通道激活而開放NaNa+ +順濃度差少量內(nèi)流順濃度差少量內(nèi)流膜內(nèi)外電位差膜內(nèi)外電位差局部電位局部電位當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時NaNa通道大量開放通道大量開放NaNa+ +順電化學(xué)差和膜內(nèi)負電位的吸引順電化學(xué)差和膜內(nèi)負電位的吸引再生式內(nèi)流再生式內(nèi)流 NaNa+ + i i、KK+ + O O激活激活NaNa+ +K K+ +泵泵2.AP2.AP的產(chǎn)生機

63、制的產(chǎn)生機制: :膜內(nèi)負電位減小到零并變?yōu)檎娢唬?nèi)負電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋPAP上升支上升支）NaNa+ +通道關(guān)通道關(guān)NaNa+ +內(nèi)流停內(nèi)流停+ +同時同時K K+ +通道激活而開放通道激活而開放K K順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引K K迅速外流迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RPRP水平（水平（APAP下降支下降支）NaNa+ +泵出、泵出、K K+ +泵回，泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平離子恢復(fù)到興奮前水平后電位后電位結(jié)論：結(jié)論：APAP的上升支由的上升支由NaNa內(nèi)流內(nèi)流形成，下降支是形成，下降支是K K外流外流形成的，形成的，后電

64、位是后電位是NaNaK K泵活動泵活動引起的。引起的。 APAP的產(chǎn)生是不消耗能量的，的產(chǎn)生是不消耗能量的，APAP的恢復(fù)是消的恢復(fù)是消耗能量的（耗能量的（NaNaK K泵的活動）。泵的活動）。 AP=NaAP=Na的平衡電位。的平衡電位。證明：證明：NernstNernst公式的計算公式的計算 APAP達到的超射值（正電位值）相當(dāng)于計算所得達到的超射值（正電位值）相當(dāng)于計算所得的的E ENaNa值。值。 應(yīng)用應(yīng)用NaNa通道特異性阻斷劑河豚毒（通道特異性阻斷劑河豚毒（TTX)TTX)后，后，內(nèi)向電流全部消失。應(yīng)用內(nèi)向電流全部消失。應(yīng)用K+K+通道特異性阻斷劑通道特異性阻斷劑（TEATEA，四

65、已基胺 ) )后，外向電流消失。后，外向電流消失。+350-55-70時間（時間（ms）超射超射閾電位閾電位去極化后電位去極化后電位超極化后電位超極化后電位AP模式圖模式圖mv 單通道紀(jì)錄單通道紀(jì)錄 膜片鉗膜片鉗 (patch clamp)膜電導(dǎo)的分子基礎(chǔ)通道的結(jié)構(gòu)和功能特點膜電導(dǎo)的分子基礎(chǔ)通道的結(jié)構(gòu)和功能特點Na+通道的結(jié)構(gòu)模式：通道的結(jié)構(gòu)模式：H-H模式兩門三模式兩門三態(tài)態(tài)u激活門激活門(m)u失活門失活門(H)u靜息態(tài)靜息態(tài)u激活態(tài)激活態(tài)u失活態(tài)失活態(tài) 激活門激活門激活門激活門激活門激活門失活門失活門失活門失活門失活門失活門Na+Ca2+K+失活狀態(tài)失活狀態(tài)除極化除極化復(fù)極化復(fù)極化 Na

66、Na+ +通道的失活和膜電位的復(fù)極通道的失活和膜電位的復(fù)極 通道的三種狀態(tài)：通道的三種狀態(tài)：激活（開放）、失活、關(guān)閉（備用狀態(tài)）。激活（開放）、失活、關(guān)閉（備用狀態(tài)）。 三種狀態(tài)的形成機制：通道蛋白構(gòu)型或構(gòu)象的變化三種狀態(tài)的形成機制：通道蛋白構(gòu)型或構(gòu)象的變化 Na+通道失活通道失活 去極化結(jié)束去極化結(jié)束； K+通道開放通道開放 復(fù)極化復(fù)極化 Na+通道失活通道失活 絕對不應(yīng)期絕對不應(yīng)期；部分失活；部分失活 相對不應(yīng)期相對不應(yīng)期 動作電位復(fù)極化完成后離子分布的恢復(fù)：動作電位復(fù)極化完成后離子分布的恢復(fù)：鈉泵鈉泵。 小結(jié)小結(jié)神經(jīng)細胞神經(jīng)細胞AP的形成的離子基礎(chǔ)：的形成的離子基礎(chǔ)： 升支升支:Na:Na+ +內(nèi)流；內(nèi)流； 降支降支:K:K+ +外流；外流； 靜息水平靜息水平: Na: Na+ +- K- K+ + 泵活動泵活動, ,離子恢復(fù)靜息離子恢復(fù)靜息 時的分布狀態(tài)；時的分布狀態(tài)； 負后電位負后電位( (后去極化后去極化):):復(fù)極時外流的復(fù)極時外流的K K+ +蓄積在膜蓄積在膜外外, ,阻礙了阻礙了K K+ +外流；外流； 正后電位正后電位( (后超極化后超極化):):生電性鈉泵作用的結(jié)