(3.5)-第二章細(xì)胞的基本功能

生理學(xué)

Physiology

第二章細(xì)胞的基本功能第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四節(jié)骨骼肌的收縮功能第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

細(xì)胞是構(gòu)成人體最基本的功能單位第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

細(xì)胞膜（cellmembrane，也稱質(zhì)膜）一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)概述

lipidprotein

糖類(少量)

這些物質(zhì)分子在膜中是以怎樣的形式排列的呢？即膜的分子結(jié)構(gòu)如何呢？

液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）

(一)脂質(zhì)雙分子層

phospholipid:70%以上

cholesterol:不超過30%sphingolipid:不超過10%

1925年Gorter

和Grendel對(duì)紅細(xì)胞膜作了一些化學(xué)測(cè)定和有趣的計(jì)算：紅細(xì)胞膜中的脂質(zhì)以單分子層在水溶液表面平鋪開來時(shí)所占的面積，差不多是該細(xì)胞所占面積的2倍。

雙嗜性分子

磷脂分子中的磷酸和堿基、膽固醇分子中的羥基以及糖脂分子中的糖鏈等親水性基團(tuán)分別形成各自分子中的親水端，分子的另一端則是疏水的脂肪酸烴鏈。

特點(diǎn)：①流動(dòng)性:熔點(diǎn)較低→液態(tài)

膽固醇的含量

脂肪酸烴鏈的長度和不飽和度

膜蛋白的含量

②穩(wěn)定性:自由能最低意義:

(二)細(xì)胞膜的蛋白

integralprotein;peripheralproteinintegralprotein

:70%～80%

特征:肽鏈一次或反復(fù)多次穿越膜的脂質(zhì)雙層;

肽鏈具有雙嗜性:

根據(jù)疏水性片段數(shù)目→推測(cè)跨膜α-螺旋數(shù)目

G蛋白偶聯(lián)受體(G-proteincoupledreceptors,GPCRs)G蛋白偶聯(lián)區(qū)又稱七次跨膜受體/七螺旋受體

/蛇型受體（serpentinereceptor）(三)細(xì)胞膜的糖類:2%-10%

主要是一些寡糖和多糖鏈；它們以共價(jià)鍵的形式和膜脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合→

糖脂或糖蛋白。結(jié)合于糖脂或糖蛋白上的糖鏈僅存在于膜的外側(cè)，通常具有受體或抗原的功能。

二、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

脂溶性的和少數(shù)分子很小的水溶性物質(zhì)可直接穿越細(xì)胞膜；

大部分水溶性溶質(zhì)分子和所有離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)需要有膜蛋白介導(dǎo)來完成；

大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊則以復(fù)雜的出胞或入胞的方式整裝進(jìn)出細(xì)胞。

單純擴(kuò)散

膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：

通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)（經(jīng)通道易化擴(kuò)散）

載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：

經(jīng)載體易化擴(kuò)散

原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)出胞和入胞（一）simplediffusion

1.概念：脂溶性的和少數(shù)分子很小的水溶性的物質(zhì)通過脂質(zhì)雙層由高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。如:氧氣氮?dú)舛趸妓掖寄蛩馗视蚚CO2]i＞[CO2]o[O2]o＞[O2]i2.影響因素：“單純”→簡單的物理擴(kuò)散某物質(zhì)通過膜的難易程度（即膜對(duì)該物質(zhì)的通透性）取決于它們的脂溶性和分子大??；擴(kuò)散的方向和速度取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的濃度差和膜對(duì)該物質(zhì)的通透性。

3.特點(diǎn)：不需要外力，不消耗能量→被動(dòng)過程（二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

離子通道（ionchannel，簡稱通道）

載體蛋白（carrrier，簡稱載體，也稱轉(zhuǎn)運(yùn)體）有些載體具有ATP酶活性，稱為離子泵，

離子泵具有分解ATP的能力，也稱ATP酶（ATPase）。

經(jīng)通道易化擴(kuò)散經(jīng)載體易化擴(kuò)散原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)1.通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

通道是一類貫穿脂質(zhì)雙層、中央帶有親水性孔道的膜蛋白；無分解ATP的能力→被動(dòng)過程；（也稱經(jīng)通道易化擴(kuò)散）

特征：①高速度

②離子選擇性

③門控（gating）根據(jù)對(duì)不同刺激的敏感性，離子通道可分為：

chemically-gatedionchannelvoltage-gatedionchannelmechanically-gatedionchannel

注意，也有少數(shù)幾種通道始終是持續(xù)開放的，這類通道稱為非門控通道。

經(jīng)通道易化擴(kuò)散：轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):各種帶電離子[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i2.載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)：結(jié)合→構(gòu)象變化→解離

特征：①轉(zhuǎn)運(yùn)速率存在飽和現(xiàn)象；②載體與溶質(zhì)結(jié)合具有結(jié)構(gòu)特異性；③結(jié)構(gòu)相似的溶質(zhì)經(jīng)同一載體轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)有競(jìng)爭抑制。

（1）經(jīng)載體易化擴(kuò)散：指水溶性小分子物質(zhì)經(jīng)載體（轉(zhuǎn)運(yùn)體）介導(dǎo)順濃度梯度和（或）電位梯度進(jìn)行的被動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

形式：

單（物質(zhì)）轉(zhuǎn)運(yùn)

同向轉(zhuǎn)運(yùn)

反向轉(zhuǎn)運(yùn)（或交換）

經(jīng)載體易化擴(kuò)散:轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子親水物質(zhì)（2）原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：離子泵利用分解ATP產(chǎn)生的能量將離子逆濃度梯度和（或）電位梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。注意：①在物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過程中，細(xì)胞要代謝供能；②物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)是逆電-化學(xué)梯度進(jìn)行的。*sodium-potassiumpump:sodiumpump

Na+-K+-ATP酶當(dāng)膜內(nèi)Na+↑或膜外K+↑→激活鈉泵→每分解1分子ATP將3個(gè)Na+移出膜外，將2個(gè)K+移入膜內(nèi)→維持膜內(nèi)高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布。

通道轉(zhuǎn)運(yùn)與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運(yùn)模式圖鈉泵的主要功能：鈉泵活動(dòng)造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進(jìn)行的必要條件;b.鈉泵能不斷的將順濃度梯度漏入的Na+

轉(zhuǎn)運(yùn)回去→維持胞內(nèi)滲透壓和細(xì)胞容積；c.建立Na+的跨膜濃度梯度，為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)提供勢(shì)能儲(chǔ)備；d.鈉泵活動(dòng)造成的跨膜濃度梯度，是細(xì)胞發(fā)生電活動(dòng)的前提條件；e.鈉泵活動(dòng)是生電性的，可直接影響膜電位，使膜內(nèi)電位的負(fù)值增大。

*calciumpump，Ca2+-ATP酶分布：質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)膜上；作用：

質(zhì)膜鈣泵每分解1分子ATP

→將1個(gè)Ca2+移到膜外；→胞內(nèi)Ca2+

↓↓

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵每分解

1分子ATP→將2個(gè)Ca2+移到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)內(nèi)；（3）secondaryactivetransport：指驅(qū)動(dòng)力并不直接來自ATP的分解，而是來自原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)所形成的離子濃度梯度而進(jìn)行的物質(zhì)逆濃度梯度和（或）電位梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

（三）出胞和入胞

1.exocytosis:胞質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過程。如:

內(nèi)分泌細(xì)胞分泌激素;神經(jīng)細(xì)胞釋放遞質(zhì).2.endocytosis:指大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊（細(xì)菌,細(xì)胞碎片）借助于與細(xì)胞膜形成吞噬泡或吞飲泡的方式進(jìn)入細(xì)胞的過程,并分別稱為吞噬和吞飲.

液相入胞---指細(xì)胞外液及其所含的溶質(zhì)連續(xù)不斷地進(jìn)入胞內(nèi)，是細(xì)胞本吞飲身固有的活動(dòng)，進(jìn)入細(xì)胞的溶質(zhì)量和溶質(zhì)的濃度成正比。

受體介導(dǎo)入胞---指通過被轉(zhuǎn)運(yùn)物與膜受體的特異結(jié)合，選擇性地促進(jìn)其進(jìn)入細(xì)胞的一種入胞方式。

第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)人體要實(shí)現(xiàn)自身復(fù)雜的功能及適應(yīng)環(huán)境的各種變化，細(xì)胞之間必須有完善的信息聯(lián)系，即具有信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。

（signaltransduction）

細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng):

細(xì)胞間的通訊

細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)及其始動(dòng)功能跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一般步驟：特定的細(xì)胞釋放信息物質(zhì)信息物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散或血循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞與靶細(xì)胞的受體特異性結(jié)合受體對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換并啟動(dòng)細(xì)胞內(nèi)信使系統(tǒng)靶細(xì)胞產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)膜受體介導(dǎo)的信息傳遞胞內(nèi)受體介導(dǎo)的信息傳遞一、離子通道型受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)離子通道型受體屬于化學(xué)門控通道，其接受的化學(xué)信號(hào)絕大多數(shù)是神經(jīng)遞質(zhì)，故也稱遞質(zhì)門控通道；又由于激活后可引起離子的跨膜流動(dòng)，故也稱為促離子型受體。N2型ACh受體陽離子通道：①4種不同的亞單位α2βγδ→梅花狀通道樣結(jié)構(gòu);②

每個(gè)亞單位的肽鏈都要反復(fù)貫穿膜4次；③

ACh的結(jié)合位點(diǎn)在α亞單位上。

注意:電壓門控通道和機(jī)械門控通道常不稱為受體，但事實(shí)上，它們是接受電信號(hào)和機(jī)械信號(hào)的“受體”，并通過通道的開放、關(guān)閉和離子跨膜流動(dòng)將信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)到胞內(nèi)。

特點(diǎn)：路徑簡單、速度快，對(duì)外界作用出現(xiàn)反應(yīng)的位點(diǎn)較局限。

二、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(一)主要的信號(hào)蛋白1.G蛋白耦聯(lián)受體*通過G蛋白發(fā)揮作用→稱為G蛋白耦聯(lián)受體；*不具備通道結(jié)構(gòu)，無酶活性→通過與脂質(zhì)雙層中以及膜內(nèi)側(cè)存在的一系列信號(hào)蛋白質(zhì)分子之間級(jí)聯(lián)式的復(fù)雜的相互作用來完成信號(hào)跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)→也稱促代謝型受體；*種類繁多，每種受體都由一條包含7次跨膜α螺旋的肽鏈構(gòu)成→也稱7次跨膜受體。

G蛋白耦聯(lián)受體(Gprotein-linkedreceptor,

促代謝型受體,

7次跨膜受體)

配體（ligand):能與受體發(fā)生特異性結(jié)合的活性物質(zhì).G蛋白耦聯(lián)區(qū)2.G蛋白（鳥苷酸結(jié)合蛋白）：

耦聯(lián)膜受體與下游效應(yīng)器（酶或離子通道）的膜蛋白，通常是指由α、β和γ三個(gè)亞單位構(gòu)成的三聚體G蛋白.

特征:

α亞單位→具有結(jié)合GTP或GDP的能力具有GTP酶活性分型:

結(jié)合GDP的失活態(tài)結(jié)合GTP的激活態(tài)

互相轉(zhuǎn)化→分子開關(guān)失活態(tài)激活態(tài)注意:*G蛋白的種類很多，每一類還有許多亞型;*G蛋白功能的喪失或亢進(jìn)和許多疾病有關(guān):

霍亂弧菌→霍亂病毒→輔酶Ⅰ分子的ADP-核糖轉(zhuǎn)移至

G蛋白的α亞單位→α亞單位失去GTP酶活性而長久保持激活狀態(tài)→腺苷酸環(huán)化酶持續(xù)活化→cAMP↑↑

→腸腺細(xì)胞膜上氯通道持續(xù)開放→胞內(nèi)氯離子大量外流→鈉離子和水隨之大量流入腸腔→水樣腹瀉

3.Gproteineffector

離子通道:某些離子通道可接受G蛋白直接或間接調(diào)控

酶:催化生成（或分解）第二信使的主要效應(yīng)器酶有:

adenylylcyclase，ACphospholipaseC，PLC

磷脂酶A2

磷酸二酯酶

4.secondmessenger

指激素、遞質(zhì)、細(xì)胞因子等信號(hào)分子

（第一信使）作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子。環(huán)-磷酸腺苷（cAMP，簡稱環(huán)磷腺苷）

三磷酸肌醇（IP3）

diacylglycerol，DG

環(huán)-磷酸鳥苷（cGMP）

Ca2+（二）主要的G蛋白耦聯(lián)受體信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

受體-G蛋白-AC（腺苷酸環(huán)化酶）途徑

受體-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途徑1.受體-G蛋白-AC（腺苷酸環(huán)化酶）途徑

激素

受體Ｇs或GiACcAMP蛋白激酶A（PKA

）酶或其他功能蛋白

生物學(xué)效應(yīng)

激素

結(jié)合G蛋白耦聯(lián)受體

Gi

或Gq

激活磷脂酶C(PLC)PIP2IP3

和DG內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+激活蛋白激酶C

(PKC)生物學(xué)效應(yīng)

2.受體-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途徑PIP2:二磷酸磷脂酰肌醇IP3:三磷酸肌醇DG:二酰甘油膜磷脂①Ca2+＋PKC一起轉(zhuǎn)移到細(xì)胞膜上，在膜上DG、

Ca2+

和膜磷脂→激活PKC→底物蛋白磷酸化②鈣結(jié)合蛋白:Ca2+

＋多種底物蛋白→效應(yīng)

鈣調(diào)蛋白（CaM）＋Ca2+→Ca2+-CaM復(fù)合物肌鈣蛋白＋Ca2+→骨骼肌收縮

鈣釋放通道＋Ca2+→心肌肌質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+注意：①不同的G蛋白可激活不同的酶，產(chǎn)生不同的信使分子；②G蛋白效應(yīng)器和第二信使具有多樣性；③第二信使物質(zhì)的生成要經(jīng)過一系列酶催化反應(yīng)→生物放大作用;④第二信使→蛋白激酶活化→底物蛋白(酶)磷酸化→反應(yīng).

特點(diǎn):效應(yīng)出現(xiàn)較慢、反應(yīng)較靈敏、作用較廣泛.

三、酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶聯(lián)型受體也是一種跨膜蛋白，但每個(gè)受體分子只有1次穿膜,也稱為單次跨膜受體或單個(gè)跨膜α-螺旋受體。它往往既有與信號(hào)分子結(jié)合的位點(diǎn)，起受體的作用，又具有酶的催化作用，通過它們的這種雙重作用完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。

較重要的有:

酪氨酸激酶受體（TKR）酪氨酸激酶結(jié)合型受體鳥苷酸環(huán)化酶受體（一）酪氨酸激酶受體

生長因子與酪氨酸激酶受體結(jié)合細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng)膜外N端：識(shí)別、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：具有酪氨酸激酶活性（二）酪氨酸激酶結(jié)合型受體本身沒有蛋白激酶活性，但一旦與配體結(jié)合即可在胞質(zhì)側(cè)結(jié)合并激活酪氨酸激酶→底物蛋白磷酸化→效應(yīng)

（三）鳥苷酸環(huán)化酶受體胞外胞內(nèi)膜受體可溶性受體

GC

鳥苷酸環(huán)化酶(GC)結(jié)構(gòu)域PPiGTP

cGMP激活蛋白激酶G

（PKG）硝酸甘油治療心絞痛

硝酸甘油→NO↑→結(jié)合可溶性鳥苷酸環(huán)化酶（GC）→三磷酸鳥苷（GTP）轉(zhuǎn)變成cGMP→激活PKG→舒張血管，增加血流量.

弗奇戈特、伊格納羅及穆拉德1998年獲諾貝爾生理/醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)

!注意：

1.轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式不一定只限于以上三種;2.相互影響,作用上有交叉;3.同一刺激信號(hào)作用方式多樣:關(guān)鍵在于靶細(xì)胞膜上具有的感受結(jié)構(gòu).

第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象

一切活細(xì)胞無論處于安靜或活動(dòng)狀態(tài)都存在電的活動(dòng)，這種電的活動(dòng)稱為生物電。一、膜的被動(dòng)電學(xué)特性和電緊張電位(一)膜的被動(dòng)電學(xué)特性指細(xì)胞膜作為一個(gè)靜態(tài)的電學(xué)元件時(shí)所表現(xiàn)的電學(xué)特性。1.膜電容細(xì)胞膜具有顯著的電容特性，且膜電容較大；當(dāng)膜上的離子通道開放而引起帶電離子的跨膜流動(dòng)時(shí)，就相當(dāng)于在電容器上充電或放電而產(chǎn)生電位差，即跨膜電位，或簡稱膜電位。

2.膜電阻通常用它的倒數(shù)膜電導(dǎo)G來表示。對(duì)帶電離子而言，膜電導(dǎo)是膜對(duì)離子通透性的觀測(cè)指標(biāo)；細(xì)胞膜對(duì)某離子電導(dǎo)的變化與其對(duì)該離子的通透性的變化是完全一致的。（二）電緊張電位由膜的被動(dòng)電學(xué)特性決定其空間分布的膜電位稱為電緊張電位（electrotonicpotential）。

單純的電緊張電位產(chǎn)生過程中沒有離子通道的激活，因而也沒有膜電導(dǎo)的改變，完全是由膜固有的電學(xué)性質(zhì)決定的。

圖2-7膜的被動(dòng)電學(xué)特性和電緊張電位膜的等效電路圖:Cm

膜電容；

Rm膜電阻

Ri縱向電阻向胞漿注入的電流沿軸漿縱向流動(dòng)并跨膜流出胞外，由于Ri的存在和沿途不斷跨膜漏出→逐漸衰減；

電緊張電位電刺激↑(弱)時(shí):

膜外正電極下→超極化電緊張電位膜外負(fù)電極下→去極化電緊張電位

↑↑→局部電位

↑↑↑→AP

二、靜息電位及其產(chǎn)生機(jī)制（一）靜息電位的記錄和數(shù)值概念：靜息時(shí)，質(zhì)膜兩側(cè)存在著外正內(nèi)負(fù)的電位差稱為靜息電位（restingpotential，RP）。

細(xì)胞外電位記錄細(xì)胞內(nèi)電位記錄數(shù)值:骨骼肌約-90;神經(jīng)約-70;平滑肌約-55;紅細(xì)胞約為-10mV.特征：①通常是平穩(wěn)的直流電位（但在中樞內(nèi)的某些神經(jīng)細(xì)胞和具有自律性的心肌和平滑肌細(xì)胞也可出現(xiàn)自發(fā)性的靜息電位波動(dòng)）；②不同細(xì)胞靜息電位的數(shù)值可以不同，并且只要細(xì)胞未受刺激、生理?xiàng)l件不變，這種電位將持續(xù)存在。

注意：①極化:平穩(wěn)的RP存在時(shí)膜電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài);②超極化:RP增大的過程或狀態(tài)；③去極化(除極化):RP減小的過程或狀態(tài)；④反極化:去極化至零電位后膜電位進(jìn)一步變?yōu)檎?⑤超射:膜電位高于零電位的部分；⑥復(fù)極化:細(xì)胞膜去極化后再向RP方向恢復(fù)的過程。靜息電位和極化是一個(gè)現(xiàn)象的兩種表達(dá)方式:

靜息電位→

膜內(nèi)外的電位差

極化→膜兩側(cè)電荷的分布

→安靜狀態(tài)的標(biāo)志（二）靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制

1902年Bernstein提出了膜學(xué)說,認(rèn)為生物電現(xiàn)象的各種表現(xiàn)，主要是由于細(xì)胞內(nèi)外離子分布不均勻以及在不同狀態(tài)下，細(xì)胞膜對(duì)不同離子的通透性不同→離子跨膜擴(kuò)散。1.離子跨膜擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力：

濃度差

＋→方向和速度

電位差

離子的平衡電位:Nernst公式

EX=60lg[X+]O/[X+]i(mV)

電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力EK、ENa和ECl分別為K+、Na+和Cl﹣的平衡電位；RP:靜息電位；AP:動(dòng)作電位圖K+

、Na+

和Cl﹣的平衡電位與靜息電位和動(dòng)作電位的關(guān)系(1)靜息狀態(tài)下質(zhì)膜內(nèi)、外離子分布不均勻2.靜息電位的形成

膜外：(2)靜息狀態(tài)下質(zhì)膜對(duì)離子的通透性不同靜息狀態(tài)下質(zhì)膜對(duì)不同離子的通透性:①

K+的通透性較高：非門控鉀通道

神經(jīng)纖維膜→鉀漏通道心肌細(xì)胞膜→內(nèi)向整流鉀通道②Na+有一定通透性;③

Cl-不存在原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)→被動(dòng)分布;④

Ca2+通透性很低→忽略⑤

有機(jī)負(fù)離子幾乎不通透

(3)機(jī)制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡電位

證明：Nernst公式---EK=RT/ZF?ln[K+]O/[K+]i=60lg[K+]O/[K+]i①槍烏鲗巨大神經(jīng)軸突的RP測(cè)量值與Nernst

公式的計(jì)算值基本符合;②改變[K+]O/[K+]i→RP相應(yīng)改變。

圖.細(xì)胞外K+濃度對(duì)蛙縫匠肌靜息電位的影響

3.鈉泵的生電作用:對(duì)RP的貢獻(xiàn)并不很大4.影響靜息電位的因素①細(xì)胞外K+濃度的改變；②膜對(duì)K+和Na+的相對(duì)通透性;③鈉-鉀泵活動(dòng)的水平。

三、動(dòng)作電位及其產(chǎn)生機(jī)制（一）細(xì)胞的動(dòng)作電位

1．概念：在靜息電位的基礎(chǔ)上，給細(xì)胞一個(gè)適當(dāng)?shù)拇碳?，可觸發(fā)其產(chǎn)生可傳播的膜電位波動(dòng)，稱為動(dòng)作電位（actionpotential，AP）。

2.組成

spikepotential:具有AP的主要特征，是AP的標(biāo)志。

after-potential:

低幅而緩慢

負(fù)后電位（后去極化）正后電位（后超極化）3.特征①“全或無”（all-or-none）特性:指在同一細(xì)胞上

AP的大小不隨刺激強(qiáng)度而改變的現(xiàn)象；（即AP的幅度和形狀是“全或無”的）②可傳播性:指AP能沿細(xì)胞膜向周圍傳播，且是不衰減性傳播（等幅、等速）。（二）動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制當(dāng)膜受到刺激而發(fā)生通透性改變時(shí)，帶電離子將沿著電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力的方向發(fā)生跨膜運(yùn)動(dòng)，并引起膜電位的變化。

內(nèi)向電流:正電荷由膜外流入膜內(nèi);

內(nèi)向電流→膜去極化；

外向電流:

正電荷由膜內(nèi)流出膜外;

外向電流→膜復(fù)極化或超極化。

濃度差電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力

＋→方向和速度

電位差在靜息電位條件下→Na+受到很強(qiáng)的內(nèi)向驅(qū)動(dòng)力

在鋒電位期間→K+受到很強(qiáng)的外向驅(qū)動(dòng)力

圖利用電壓鉗技術(shù)記錄的槍烏鲗神經(jīng)軸突的膜電流及其離子成分分析

河豚毒阻斷了內(nèi)向電流；四乙銨阻斷了外向電流電壓鉗技術(shù)的基本原理就是歐姆定律

:I=V/R

圖2-11不同程度去極化對(duì)膜鈉電導(dǎo)和鉀電導(dǎo)的影響1.鋒電位的上升支：細(xì)胞受刺激時(shí)→膜對(duì)Na+通透性突然增大,由于在靜息電位條件下Na+受到很強(qiáng)的內(nèi)向驅(qū)動(dòng)力→Na+迅速內(nèi)流→先是造成膜內(nèi)負(fù)電位的迅速消失,但由于膜外Na+的較高濃度勢(shì)能,Na+繼續(xù)內(nèi)移,出現(xiàn)超射。

鋒電位的上升支是Na+快速內(nèi)流造成的,

接近于Na+的平衡電位。動(dòng)力:順電-化學(xué)梯度；

條件:膜對(duì)Na+電導(dǎo)的迅速增大.

注意：

膜對(duì)Na+通透性增大，實(shí)際上是膜結(jié)構(gòu)中存在的電壓門控性Na+通道開放的結(jié)果。

Na+通道的特點(diǎn)：①去極化程度越大，其開放的概率也越大，是

電壓依賴性的；②開閉是全或無式的，并且開、閉之間的轉(zhuǎn)換

速度非常快;③至少存在關(guān)閉、激活和失活三種功能狀態(tài)，其形成與分子內(nèi)部存在兩種門控機(jī)制有關(guān)。

圖2-14去極化過程中鈉通道狀態(tài)的變化Vm：膜電位；

Im：膜電流；

m→激活門

h→失活門從失活進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)的過程稱為復(fù)活.膜電導(dǎo)（通透性）變化的實(shí)質(zhì)就是膜上離子通道隨機(jī)開放和關(guān)閉的總和效應(yīng)。注意:

只有當(dāng)刺激適當(dāng)→膜本身去極化到某一臨界值(閾電位)→去極化和Na+電流之間的正反饋(再生性循環(huán))→AP

閾電位(thresholdpotential)是用膜本身去極化的臨界值來描述動(dòng)作電位產(chǎn)生條件的一個(gè)重要概念,是在一段膜上能夠誘發(fā)，即發(fā)生再生性循環(huán)的膜內(nèi)去極化的臨界水平。

AP的幅度是由膜電位、Na+通道和Na+電流間的正反饋過程決定的，外加刺激僅起觸發(fā)（燃點(diǎn)）這一過程的作用。2.鋒電位的下降支：

由于Na+通道激活后迅速失活→Na+電導(dǎo)↓,同時(shí)膜結(jié)構(gòu)中電壓門控性K+通道開放→K+電導(dǎo)↑；在很強(qiáng)的外向驅(qū)動(dòng)力作用下→K+迅速外流。鋒電位的下降支是K+外流所致。

AP上升支AP下降支

3.后電位

負(fù)后電位:復(fù)極時(shí)迅速外流的K+蓄積在膜外側(cè)附近，暫時(shí)阻礙了K+

外流。

正后電位:生電性鈉泵的作用。（三）動(dòng)作電位的傳播

（1）在無髓鞘的神經(jīng)纖維上：局部電流

圖2-16無髓鞘神經(jīng)纖維興奮的傳播原理（2）有髓鞘的神經(jīng)纖維上：跳躍式傳導(dǎo)

（四）縫隙連接:6個(gè)連接蛋白單體

(親水性孔道)

通常是開放的→允許水溶性分子和離子通過膜的電阻很低→AP通過流經(jīng)縫隙連接的局部電流直接傳播到另一個(gè)細(xì)胞

意義：使相臨的細(xì)胞對(duì)某些信號(hào)作出協(xié)同反應(yīng),出現(xiàn)同步化活動(dòng)。四、局部電位(一)概念刺激很弱→Na+通道未激活→電緊張電位刺激稍強(qiáng)→少量Na+通道激活→較小去極化＋電緊張電位

這種產(chǎn)生于膜的局部、較小的去極化反應(yīng)稱為局部反應(yīng)(localresponse)，產(chǎn)生的電位稱為局部電位。

（二）特點(diǎn)１．等級(jí)性：不是“全或無”式的２．電緊張傳播：傳播距離增加衰減３．無不應(yīng)期：時(shí)間總和或空間總和

時(shí)間總和空間總和圖2-12局部電位和動(dòng)作電位的產(chǎn)生與傳播

五、可興奮細(xì)胞及其興奮性（一）興奮和興奮性概念的變遷活組織或細(xì)胞對(duì)stimulus發(fā)生反應(yīng)的能力，稱為excitability，而由刺激引起的反應(yīng)，稱為excitation

。其中的刺激是因，反應(yīng)是果。

在近代生理學(xué)中：興奮性是指細(xì)胞受到刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力，而興奮就是指產(chǎn)生了動(dòng)作電位，或者說產(chǎn)生了動(dòng)作電位才是興奮。神經(jīng)沖動(dòng)肌肉電變化（AP）收縮腺體分泌（二）可興奮細(xì)胞凡在接受刺激后能產(chǎn)生動(dòng)作電位的細(xì)胞，稱為可興奮細(xì)胞（excitablecell）或電可興奮細(xì)胞。所有的可興奮細(xì)胞都必然具有電壓門控鈉通道或電壓門控鈣通道，它們?cè)谑艽碳ず笫紫劝l(fā)生的共同反應(yīng)就是基于這些離子通道激活而產(chǎn)生的動(dòng)作電位。

（三）閾刺激

刺激是指細(xì)胞所處環(huán)境因素的變化.

刺激的強(qiáng)度刺激的持續(xù)時(shí)間刺激強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的變化率

在刺激的持續(xù)時(shí)間以及刺激強(qiáng)度對(duì)時(shí)間的變化率不變的情況下，剛能引起細(xì)胞興奮或產(chǎn)生動(dòng)作電位的最小刺激強(qiáng)度，稱為閾強(qiáng)度(thresholdintensity,閾值)。

閾刺激

閾下刺激

閾上刺激

閾刺激或閾強(qiáng)度→衡量細(xì)胞興奮性的指標(biāo)

（四）細(xì)胞興奮后興奮性的變化

第四節(jié)骨骼肌的收縮功能

橫紋肌平滑肌

骨骼肌心肌平滑肌隨意肌非隨意肌

根據(jù)功能特性根據(jù)神經(jīng)支配根據(jù)形態(tài)學(xué)特點(diǎn)

一、骨骼肌的收縮過程（一）骨骼肌神經(jīng)-肌接頭處興奮的傳遞

1．結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：(電鏡)

2.傳遞過程

神經(jīng)纖維動(dòng)作電位接頭前膜去極化電壓門控鈣通道開放

囊泡與接頭前膜融合、ACh釋放Ca2+進(jìn)入神經(jīng)末梢

ACh結(jié)合并激活A(yù)Ch受體通道終板膜對(duì)Na＋、K＋通透性↑終板電位

肌膜動(dòng)作電位N-M接頭處的興奮傳遞過程Ca2＋通道開放→Ca2＋向膜內(nèi)流動(dòng)

囊泡與接頭前膜融合、ACh釋放ACh結(jié)合并激活A(yù)Ch受體通道

終板膜對(duì)Na＋、K＋通透性↑3.特點(diǎn)（1）單向傳遞；（2）時(shí)間延擱；（3）1對(duì)1的關(guān)系：

ACh釋放的量;膽堿酯酶

（4）易受環(huán)境因素和藥物的影響。

①影響ACh的合成、釋放：

肌無力綜合征→自身免疫抗體→Ca2+通道↓

肉毒桿菌毒素→接頭前膜ACh釋放↓②影響ACh與受體通道結(jié)合：

筒箭毒和α銀環(huán)蛇毒→阻斷ACh受體通道

重癥肌無力→自身免疫抗體→ACh受體通道↓③影響膽堿酯酶的作用：

有機(jī)磷農(nóng)藥，新斯的明→抑制膽堿酯酶活性4.注意①神經(jīng)肌肉接頭處的信息傳遞是“電-化學(xué)-電”過程;②一個(gè)囊泡中所含的ACh,稱為一個(gè)量子的ACh,

量子式釋放(quantalrelease),

由一個(gè)ACh量子→終板膜電位變化(微終板電位);③終板電位具有局部電位的特征。(二)骨骼肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)

特點(diǎn):

含有大量的肌原纖維和發(fā)達(dá)的肌管系統(tǒng)，且在排列上是高度規(guī)則有序的。

1.肌原纖維和肌節(jié)：

光鏡→明帶（Z線）、暗帶

肌節(jié)是肌肉進(jìn)行收縮和舒張的最基本功能單位

粗肌絲→暗帶電鏡

細(xì)肌絲→明帶、暗帶2.肌管系統(tǒng)：指包繞在每一條肌原纖維周圍的膜性囊管狀結(jié)構(gòu)。

橫管

縱管

①橫管(T管):肌細(xì)胞膜垂直于肌原纖維向內(nèi)凹陷而形成的管道。

作用：將AP→細(xì)胞內(nèi)部②縱管（L管，肌質(zhì)網(wǎng)）：與肌原纖維平行。作用：對(duì)Ca2+儲(chǔ)存、釋放和再聚集→收縮和舒張注意：

縱行肌質(zhì)網(wǎng)（LSR）：在肌原纖維周圍的肌質(zhì)網(wǎng)（SR），

LSR上有鈣泵；

連接肌質(zhì)網(wǎng)（JSR）：肌質(zhì)網(wǎng)的末端膨大或呈扁平狀,

稱為JSR或終池；

JSR上有鈣釋放通道，與JSR相對(duì)的T管膜上有L型鈣通道③興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵部位三聯(lián)管（triad）結(jié)構(gòu):骨骼肌中80%的T管與其兩側(cè)的終池相接觸；二聯(lián)管結(jié)構(gòu):心肌的T管主要與單獨(dú)的終池相接觸

證據(jù)：暗帶不變，明帶和H帶變化一致。(三)骨骼肌的收縮機(jī)制：肌絲滑行理論

究竟是什么原因促使肌節(jié)內(nèi)的細(xì)、粗肌絲相互滑行的？（1）粗肌絲：肌球蛋白(亦稱肌凝蛋白)1.肌絲的分子組成

橫橋的特性①一定條件下，可以和細(xì)肌絲上的肌動(dòng)蛋白分子呈可逆性的結(jié)合；②具有ATP酶作用，分解ATP→能量→橫橋擺動(dòng)。（2）細(xì)肌絲

肌動(dòng)蛋白

（肌纖蛋白）

原肌球蛋白

（原肌凝蛋白）

肌鈣蛋白

（原寧蛋白)

(7:1:1)按任意鍵飛入橫橋擺動(dòng)動(dòng)畫肌節(jié)縮短

細(xì)肌絲向粗肌絲滑行橫橋頭部發(fā)生變構(gòu)并擺動(dòng)處于高勢(shì)能狀態(tài)的橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合原肌球蛋白變構(gòu)，暴露出肌動(dòng)蛋白上的活化位點(diǎn)Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)的Ca2+進(jìn)入胞質(zhì)2.肌肉收縮的過程注意：①在肌肉處于舒張狀態(tài)時(shí)，橫橋結(jié)合的ATP被分解，分解產(chǎn)物ADP和無機(jī)磷酸仍留在頭部，此時(shí)的橫橋處于高勢(shì)能狀態(tài)，其方位與細(xì)肌絲垂直，并對(duì)肌動(dòng)蛋白有高度親和力，但因?yàn)榧?dòng)蛋白上的活化位點(diǎn)被原肌球蛋白和肌鈣蛋白的復(fù)合物遮蓋了而不能與之結(jié)合；②當(dāng)橫橋頭部發(fā)生變構(gòu)并擺動(dòng)的同時(shí)，ADP和無機(jī)磷酸與之分離，在ADP解離的位點(diǎn)，橫橋頭部結(jié)合一個(gè)ATP分子；結(jié)合ATP后，橫橋頭部與肌動(dòng)蛋白的親和力降低，并與之解離；③解離后的橫橋頭部迅速將與之結(jié)合的ATP

分解，并恢復(fù)高勢(shì)能狀態(tài)。④橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、扭動(dòng)、復(fù)位的過程，稱為橫橋周期（cross-bridgecycling），

其長短決定了肌肉的縮短速度。

（四）骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)

1.概念：將電興奮和機(jī)械收縮聯(lián)系起來的中介機(jī)制，稱為興奮-收縮耦聯(lián)(excitation-contractioncoupling)。

2.結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：肌管系統(tǒng)（三或二聯(lián)管結(jié)構(gòu)）。3.基本過程①AP由橫管系統(tǒng)迅速傳向肌細(xì)胞深處；②三聯(lián)管處的信息傳遞；

③肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca2+的釋放和再聚集：Ca2+

具體過程---①電興奮沿肌膜和T管膜傳播，同時(shí)激活T管膜和肌膜上的L型鈣通道；②激活的L型鈣通道

變構(gòu)作用(骨骼肌)

激活鈣釋放通道

Ca2+內(nèi)流（心肌10%-20%）

JSR內(nèi)的Ca2+釋放入胞質(zhì);③肌肉收縮

﹝Ca2+﹞↑

(1-10umol/L)激活縱行肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵

Ca2+回收入肌質(zhì)網(wǎng)舒張。

4.注意：①L型鈣通道在心肌和骨骼肌的作