細胞的信號傳導課件

第二節(jié)細胞的信號轉(zhuǎn)導功能

外界信號細胞膜表面膜蛋白分子變構(gòu)新信號形成的功能變化靶細胞膜內(nèi)信號分子：在細胞間傳遞信息的物質(zhì)（神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細胞因子）細胞的信號傳導細胞膜的跨膜信息傳遞----膜受體的功能

受體具有三個特征：

特異性飽和性可逆性

受體激動劑受體阻斷劑配體：被膜受體特異識別并結(jié)合的特定的外來化學物質(zhì)細胞的信號傳導

跨膜信號轉(zhuǎn)導主要涉及到：胞外信號的識別與結(jié)合、信號轉(zhuǎn)導、胞內(nèi)效應等三個環(huán)節(jié)。跨膜信號轉(zhuǎn)導方式大體有以下四類：①離子通道介導的信號轉(zhuǎn)導

③酶偶聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導②G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導④細胞內(nèi)受體介導的信號轉(zhuǎn)導細胞的信號傳導膜外N端：識別、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：激活G蛋白一、G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導(一)cAMP信號通路神經(jīng)遞質(zhì)、激素等（第一信使）興奮性G蛋白(GS)激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)ATPcAMP（第二信使）細胞內(nèi)生物效應激活cAMP依賴的蛋白激酶A結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體激活G蛋白(與β、γ亞單位分離)細胞的信號傳導膜外N端：識別、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：激活G蛋白(二)磷脂酰肌醇信號通路激素（第一信使）興奮性G蛋白(GS)激活磷脂酶C(PLC)PIP2

(第二信使）IP3和DG激活蛋白激酶C內(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+激活G蛋白(與β、γ亞單位分離)細胞內(nèi)生物效應結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體細胞的信號傳導二、離子通道介導的信號轉(zhuǎn)導離子通道大體有：化學、電壓、機械性門控通道如：化學性胞外信號(ACh)ACh+

受體=復合體終板膜變構(gòu)=離子通道開放Na+內(nèi)流終板膜電位骨骼肌收縮細胞的信號傳導特點：信號傳導速度快

1.不需要其他蛋白的參與

2.不需改變細胞內(nèi)信使物質(zhì)的產(chǎn)生細胞的信號傳導三、酶偶聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導

1.酪氨酸激酶受體：受體本身具有酶的活性，又稱受體酪氨酸激酶。生長因子與受體酪氨酸激酶結(jié)合細胞內(nèi)生物效應膜外N端：識別、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：具有酪氨酸激酶活性細胞的信號傳導2.酪氨酸激酶結(jié)合型受體

入胞質(zhì)端無蛋白激酶活性，與細胞外的配體結(jié)合后可以結(jié)合并激活胞質(zhì)內(nèi)的酪氨酸激酶3.鳥苷酸環(huán)化酶受體N端：配體結(jié)合位點（膜外）C端：GC結(jié)構(gòu)域（膜內(nèi)）+配體+受體GCcGMPPKG膜內(nèi)NOsGCcGMPPKG+細胞的信號傳導特點：①信號轉(zhuǎn)導與G蛋白無關(guān)；②無第二信使的產(chǎn)生；③無細胞質(zhì)中蛋白激酶的激活。細胞的信號傳導

人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電現(xiàn)象（bioelectricity）。

細胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，臨床上廣泛應用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖等就是這些不同器官和組織活動時生物電變化的表現(xiàn)。第三節(jié)細胞的生物電現(xiàn)象細胞的信號傳導神經(jīng)和骨骼肌細胞的生物電現(xiàn)象1、可興奮細胞：受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細胞（可興奮組織）神經(jīng)細胞肌細胞腺細胞細胞的信號傳導2、興奮性和興奮的含義興奮

(excitation)

細胞受刺激時而發(fā)生可傳播的電變化。變遷活組織或細胞對刺激發(fā)生的反應。刺激：能引起反應的內(nèi)外環(huán)境條件的變化稱為刺激(stimulus)反應：刺激引起的機體或組織細胞活動的變化細胞的信號傳導

興奮性（excitability)：活組織或細胞對刺激發(fā)生反應的能力。

細胞受刺激時產(chǎn)生動作電位的能力。變遷刺激

可興奮細胞

動作電位

反應（興奮和抑制）本質(zhì)表現(xiàn)

外在表現(xiàn)

前提

神經(jīng)和肌肉細胞

細胞的信號傳導刺激引起興奮的條件：要素：刺激的強度、刺激的持續(xù)時間以及刺激強度對時間的變化率。閾強度（閾值）：引起組織興奮即產(chǎn)生動作電位所需的最小刺激強度。

閾刺激(Thresholdsitimulus):相當于閾強度的刺激

衡量組織興奮性高低的指標：強度小于閾值的刺激，為閾下刺激。(Thresholdintensity)細胞的信號傳導細胞的生物電現(xiàn)象

2.RP實驗現(xiàn)象：細胞的信號傳導一、靜息電位(restingpotentialRP)

（一）概念：細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內(nèi)外存在的電位差。1.實驗現(xiàn)象：細胞的信號傳導2.證明RP的實驗：（甲）當A、B電極都位于細胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差。（乙）當A電極位于細胞膜外，B電極插入膜內(nèi)時，有電位改變，證明膜內(nèi)、外間有電位差。（丙）當A、B電極都位于細胞膜內(nèi)，無電位改變，證明膜內(nèi)無電位差。細胞的信號傳導規(guī)定：以細胞外電位為0，為正極，則細胞內(nèi)電位為負。

①B在細胞表面，無電流②B插入細胞內(nèi)，瞬間有電流③B移動，電流不變現(xiàn)象：說明：細胞內(nèi)和細胞外之間存在著電位差，稱跨膜電位。細胞外電位高于細胞內(nèi)電位，外高內(nèi)低。這種電位差值相對恒定。

細胞的信號傳導RP值描述:RP↑→膜內(nèi)負電位↑(-70→-90mV)=超極化

RP↓→膜內(nèi)負電位↓(-70→-50mV)=去極化RP值:哺乳動物的神經(jīng)、骨骼肌和心肌細胞為-70～-90mV，紅細胞約為-10mV左右。細胞的信號傳導

3.與RP相關(guān)的概念：靜息電位:細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內(nèi)外存在的電位差。膜電位:因電位差存在于膜的兩側(cè)所以又稱為膜電位（membranepotential）。習慣叫法:因膜內(nèi)電位低于膜外，習慣上RP指的是膜內(nèi)負電位。極化：膜兩側(cè)電荷的分布分布情況（RP存在時細胞膜所處的“內(nèi)負外正”狀態(tài)）細胞的信號傳導

超極化：靜息電位增大即細胞內(nèi)負值增大（-70mv—-90mv)去極化（除極化）：靜息電位減小即細胞內(nèi)負值減小的過程（-70mv—-90mv)。復極：細胞膜除極后再向RP方向恢復的過程反極化：膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎档倪^程。超射值：膜內(nèi)電位由零到反極化頂點的數(shù)值。細胞的信號傳導(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻

[Na+]i＜[Na+]o≈1∶13,[K+]i＞[K+]o≈28∶1[Cl-]i＜[Cl-]o≈1∶30,[A-]i＞[A-]o≈4∶1(二）靜息電位的產(chǎn)生機制1）前提條件(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性

通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-

重點細胞的信號傳導哺乳動物神經(jīng)軸突內(nèi)外的離子濃度（mmol/L）細胞內(nèi)細胞外細胞內(nèi)外濃度比離子流動方向K+140528：1外流Na+131301：13內(nèi)流Cl-41201：30內(nèi)流細胞的信號傳導通透膜選擇性通透膜

膜兩側(cè)[K+]差是促使K+擴散的動力，但隨著K+的不斷擴散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴散的阻力，當動力和阻力達到動態(tài)平衡時，K+的凈擴散通量為零細胞的信號傳導(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻

主要離子分布：膜內(nèi)：膜外：細胞的信號傳導(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性細胞的信號傳導RP產(chǎn)生機制的膜學說:

[K＋]i順濃度差向膜外擴散[A-]i不能向膜外擴散[K+]i↓、[A-]i↑→膜內(nèi)電位↓(負電場)[K+]o↑→膜外電位↑(正電場)膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)當擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時=RP結(jié)論:RP的產(chǎn)生主要是K＋向膜外擴散的結(jié)果。

∴RP=K+的平衡電位細胞的信號傳導∴

K+外流：動力：跨膜的K+濃度梯度條件：細胞安靜時，K+通道開放阻力：K+外流引起的外正內(nèi)負的電場力

當動力=阻力時，K+外流停止結(jié)果：外正內(nèi)負，此時的電位值，稱K+的平衡電位。細胞的信號傳導影響靜息電位的因素細胞內(nèi)外K+影響:[K+]o↑→細胞內(nèi)外[Ｋ+]濃度差↓→RP↓

細胞代謝障礙：細胞缺血、缺Ｏ２、酸中毒→影響鈉泵膜對Na+、K+的相對通透性

K+↑----RP↑Na+↑-----RP↓細胞的信號傳導二、動作電位及其產(chǎn)生機制(AP)

可興奮細胞受到刺激，細胞膜在靜息電位基礎上發(fā)生一次短暫的、可逆的、并可向周圍擴布的電位波動稱為動作電位。AP實驗現(xiàn)象：細胞的信號傳導去極化上升支下降支（一）動作電位的形態(tài)刺激局部電位閾電位去極化零電位反極化（超射）復極化（負、正）后電位細胞的信號傳導上升支：去極化+反極化（外負內(nèi)正）

極化演變：極化狀態(tài)→減弱→消失→反轉(zhuǎn)電位演變：膜內(nèi)電位-90mV→↓→0→正下降支：復極化幅度：120mV

時程：2.0mS

鋒電位是動作電位的標志波形：細胞的信號傳導5.與AP相關(guān)的概念:去極化:膜內(nèi)外電位差向小于RP值的方向變化的過程。超極化:膜內(nèi)外電位差向大于RP值的方向變化的過程。復極化:去極化后再向極化狀態(tài)恢復的過程。反極化:細胞膜由外正內(nèi)負的極化狀態(tài)變?yōu)閮?nèi)正外負的極性反轉(zhuǎn)過程。閾電位:引發(fā)AP的臨界膜電位數(shù)值。局部電位:低于閾電位的去極化電位。后電位：鋒電位下降支最后恢復到RP水平以前，一種時間較長、波動較小的電位變化過程。包括：負后電位=去極化后電位，

正后電位=超去極化后電位。細胞的信號傳導1.AP產(chǎn)生的基本條件:①膜內(nèi)外存在[Na+]差:[Na+]i＜[Na+]O≈1∶10

②膜在受到閾刺激而興奮時，對離子的通透性增加：

即電壓門控性Na+、K+通道激活而開放。（二）動作電位的產(chǎn)生機制細胞的信號傳導AP上升支AP下降支細胞的信號傳導刺激膜上少量Na+通道開放Na+順濃度差少量內(nèi)流→局部電位

閾電位→Na＋通道大量開放再生式內(nèi)流[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵2.AP的產(chǎn)生機制AP上升支Na+內(nèi)流停+同時K+通道激活K＋迅速外流（AP下降支）離子恢復到興奮前水平重點細胞的信號傳導∴AP的產(chǎn)生上升支：Na+快速內(nèi)流條件：細胞受刺激，膜上Na+通道開放動力：細胞內(nèi)外[Na+]差阻力：Na+內(nèi)流后形成的電場力動力=阻力時，Na+內(nèi)流停止，形成Na+的電-化學平衡電位下降支：K+外流條件：Na+通道失活，K+通道開放結(jié)果：恢復膜內(nèi)的負電位狀態(tài)后電位：鈉泵激活，恢復興奮前細胞內(nèi)外Na+、K+分布的不均衡狀態(tài)。細胞的信號傳導結(jié)論：①AP的上升支由Na＋內(nèi)流形成，下降支是K＋外流形成的，后電位是Na＋－K＋泵活動引起的。

②AP的產(chǎn)生是不消耗能量的，AP的恢復是消耗能量的（Na＋－K＋泵的活動）。

③AP=Na＋的平衡電位。

細胞的信號傳導（三）動作電位的特征：

①具有“全或無”的現(xiàn)象：即同一細胞上的AP大小不隨刺激強度和傳導距離而改變的現(xiàn)象。②是非衰減式傳導的電位。

③連續(xù)刺激不融合脈沖式動作電位的意義：

AP的產(chǎn)生是細胞興奮的標志。

細胞的信號傳導1.閾電位：先決條件（一般比RP絕對值約少10～20mv)

概念：能使膜對Na+通透性突然大量增加的臨界膜電位數(shù)值。興奮性高低∝1/RP與閾電位之間的差值

(差值大，興奮性低．反之）與細胞興奮性的關(guān)系:（四）動作電位的引起必要前提：組織細胞具有正常的興奮性必要條件：靜息電位去極化達到閾電位水平細胞的信號傳導所以，AP引起的關(guān)鍵是刺激要達閾值閾電位AP膜去極化大量Na+通道開放

即：不管哪種性質(zhì)的刺激（物理、化學、機械、電），只要能使膜去極化達閾電位，即可自動引起AP的爆發(fā)。細胞的信號傳導2.局部興奮細胞的信號傳導局部興奮概念

閾下刺激引起的低于閾電位的去極化（即局部電位），稱局部反應或局部興奮。細胞的信號傳導①反應幅度隨閾下刺激強度增大而增大，不表現(xiàn)“全或無”特征；②呈衰減性擴布即電緊張性擴布；③總和現(xiàn)象（時間性、空間性）特性：細胞的信號傳導1.絕對不應期（absoluterefractoryperiod,ARP)

無論多強的刺激也不能再次興奮的期間。

Na+、Ca2+離子通道處于失活狀態(tài)膜電位復極化至-40mv

3.組織的興奮性及其周期性變化2.相對不應期(relativerefractoryperiod，RRP)：大于原先的刺激強度才能再次興奮期間。

Na+、Ca2+離子通道處于部分失活狀態(tài)細胞的信號傳導4.低常期(subnormalperiod)：大于原先的刺激強度才能再次興奮的期間。3.超常期(supernormalperiod,SNP)：