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1、第二节 细胞的跨膜信号 转导功能 概念： 不同形式的外界信号作用于细胞时，通 常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而 是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中的 一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将 外界环境变化的信息以新的信号形式传递到 膜内，再引发被作用细胞相应的功能改变， 包括细胞出现电反应或其它功能改变。 几种主要的跨膜信号转导方式几种主要的跨膜信号转导方式 一、由膜的特异受体蛋白质、一、由膜的特异受体蛋白质、G-G-蛋白和蛋白和 膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统 二、由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号 转导 三、通过具有特异感受结构的通道蛋白三、通过具有
2、特异感受结构的通道蛋白 质完成的跨膜信号转导质完成的跨膜信号转导 一、由膜的特异受体蛋白质、G-蛋白和膜 的效应器酶组成的跨膜信号转导系统 信使学说 G蛋白-GDP 第一信使+R G蛋白-GTP 效应器酶 蛋白激酶 第二信使 及其他 第二信使前体 细胞功能改变 1 第一信使：激素、递质等 2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等 3 第二信使：cAMP、IP3、DG、cGMP、 PG、钙离子等 第二信使学说 1. 肾上腺素+受体 Gs蛋白 激活腺苷 酸环化酶 ATP cAMP 一些蛋白质磷酸化 PKA 2. 乙酰胆碱+受体 Go蛋白 激活磷脂酶C 磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇+二酰甘油 一些蛋白质磷酸
3、化 PKC 二、由酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导 酪氨酸激酶受体： 膜外部分 跨膜a- 螺旋 膜内肽段 识别相应配体 酪氨酸残基磷酸化 肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF ） 细胞膜上酪氨酸激酶受体 膜内侧肽段的蛋白激酶被激活 酪氨酸残基磷酸化 细胞功能改变 三、通过具有特异感受结构的通道蛋 白质完成的跨膜信号转导 1.化学门控通道 化学物质控制： 递质、 激素等 主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触 后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。 作用：产生局部电位 例：终板膜化学门控通道 2.电压门控通道 主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细 胞的一般细胞膜上。 作用： 产生动作电位 跨
4、膜电位控制 例：钠通道 3. 机械门控通道 机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的 通道开放，产生感受器电位。 例：听觉毛细胞、肌梭等 各种门控通道完成的跨膜信号转导特点： （1）速度相对较快 （2）对外界作用出现反应的位点较局限。 第三节第三节 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象 复习绪论中几个基本概念： 1、反应 2、刺激 3、兴奋 4、抑制 5、兴奋性 6、可兴奋组织 重点比较：重点比较： 兴奋兴奋：活组织或细胞对刺激发生的反应表现为相：活组织或细胞对刺激发生的反应表现为相 对静止转变为活动或由弱的活动转变为强的活动对静止转变为活动或由弱的活动转变为强的活动 。机体常见
5、的兴奋表现为：细胞受刺激时产生动。机体常见的兴奋表现为：细胞受刺激时产生动 作电位。作电位。 兴奋性兴奋性：组织或细胞对刺激发生反应的：组织或细胞对刺激发生反应的能力能力。常。常 用细胞受刺激时用细胞受刺激时产生动作电位的能力产生动作电位的能力来衡量。来衡量。 本章内容： 一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象及机制 （一）生物电现象的观察和记录方法（了解） （二）静息电位和动作电位（掌握） （三）生物电现象产生机制（掌握） 二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导 （一）刺激引起兴奋的条件（了解） （二）阈电位与动作电位（掌握） （三）阈下刺激、局部反应及其总和（掌握） （四）细胞兴奋及其恢复过程中
6、兴奋性的周期变化及本质（难点 ，掌握） （五）兴奋在同一细胞上的传导（掌握） 一、细胞的生物电现象及其产生机制 （一）生物电现象的观察和记录方法 1、19世纪中叶 电位计 但常不能准确记录 2、20世纪初 阴极射线示波器及附属设备 观 察效果较好，但为复合电位 3、 20世纪50年代 电压钳技术（ 基础是1947年微电极 的发明） 更先进，但仍是大量离子通道的膜行为 4、20世纪70年代 膜片钳技术 可记录单一离子通 道的电流和电导 （二）细胞的静息电位与动作电位 1、静息电位 定义：细胞未受刺激时（ 即安静时）膜两侧的电 位差。体内所有细胞都 表现为相对膜外为正电 位，膜内为负电位。这 种状
7、态又称为极化。 若规定膜外为0，则膜内 多为-10-100mV之间。 动作电位（AP）定义： 细胞受刺激时，细胞膜 在静息电位基础上发生 的一次迅速而短暂的可 扩布性电位。 2 2、细胞的动作电位、细胞的动作电位 膜电位状态 极 化： 静息电位存在时膜两侧保持的内负外正 的状态。 去极化： 静息电位减小甚至消失的过程。 反极化： 膜内电位由零变为正值的过程。 超射值： 膜内电位由零到反极化顶点的数值。 复极化： 去极化、反极化后恢复到极化的过程。 超极化： 静息电位增大的过程。 A P 的 波 形 难点概念： 1、峰电位 2、后电位 3、负后电位 4、正后电位 AP的特点：1、“全或无”现象；
8、 2、可扩播性； 3、不衰减传导。 AP的意义：兴奋的标志 （三）生物电产生机制（三）生物电产生机制 （重（重 点）点） RP的形成机理： K+ i K+ o P K+ 高 K+外流 促进K+外流的浓度势能阻碍K+外流的电场力 K+的净外流为零 1、RP的形成条件： u 细胞内外K分布不均匀 u 安静时膜对K选择性通透 证明： 1、Nernst 公式 Ek= ln Ek= 59.5 Log K+ o/K+ i (mV) 理论值 87mV，实际值 77mV 2、改变细胞外液中的K+浓度 RT ZF K+o K+i Em= Ek + ENa PK PK+PNa PK PK+PNa PNa越大，Em
9、越小 RP的产生影响因素： * EK * Na内流 * Na泵 2. AP产生机制 膜内外Na+不均匀分布（外高内低） 膜突然对Na+通透增大（ Na+通道开放） Na+内流达Na+平衡电位 去极化 复极化 ：Na+通道关闭， K+通道开放， K+外 流 1、Nernst公式 ENa= 59.5 Log Na+o/Na+i (mV) 超射值= ENa 2、改变细胞外液的Na浓度 3、河豚毒(tetrodotoxin,TTX） 4、电压钳或膜片钳 证据 m m m h m m m h m m m h 失活 激活 1ms 复活 复极到RP 去极自动 备用状态失活状态 激活状态 去极化时，将引起 电
10、压门控Na+通道的激活开放，膜对Na+的通透 性可增高5000倍，Na+顺电-化学梯度迅速内流而 形成AP的升支 电压门控Na+通道的时间依从性失活，导致 Na+通道的关闭和Na+内流的停止 电压门控K+通道延迟性开放，膜对K+的通透性 增高，K+顺电-化学梯度外流而形成动作电位的 下降支，也使得Na+通道复活到备用状态 3、后电位的产生机制 去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性K蓄积 超极化后电位（正后电位）： 膜对K+仍具有较高的通透性 Na泵活动增强 小结 * 少量的K+跨膜流动就可引起膜电位的明显变化 细胞内K+只降低1/100000 * 未配对的离子集中在膜的内外表面 * 膜电位与
11、平衡电位的差值是驱动离子跨膜流动的动力 * 已知离子的浓度差可计算其平衡电位 二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导 （一）刺激引起兴奋的条件 1 1、 刺激强度刺激强度 2 2、 刺激持续时间刺激持续时间 3 3、 刺激强度刺激强度- -时间变化率时间变化率 为研究方便常采用各种形式的电刺激，如为研究方便常采用各种形式的电刺激，如方波方波。 因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另 外两个条件的相互关系。外两个条件的相互关系。 实验表明，不是所有的刺激都能引起细胞兴奋。 作为刺激一般要具有三个条件： 实验中常使用方波电脉冲作为刺激 方波的优点： 1
12、、每个方波上升支和下降支的斜率相同，故认为不同 强度方波刺激的强度-时间变化率是固定不变的，只要 观察刺激强度（方波振幅）和刺激持续时间（方波宽 度）两个参数间的相互关系。 2、采用不同波宽（即刺激时间）的方波电脉冲做刺激 ，测定不同波宽条件下，引起兴奋（常用神经或骨骼 肌细胞产生动作电位）所需要的最小刺激强度，即可 很容易得到可兴奋组织或细胞的强度-时间曲线（即强 度与时间的相互影响关系）（见下页图）。 刺激强度 时 值 基强度 刺激作用的时间 强 度 时 间 曲 线 曲线表明： 1、当刺激强度低于某一临界值时，即使刺激时间无限长 ，也不能引起兴奋； 2、同样当作用时间短于某一临界值时，即使
13、刺激强度无 限大，也不能引起兴奋； 因此，当刺激时间足够长，能引起兴奋的最小刺激强度 就称为基强度又叫阈强度或阈值；达到这种强度的刺激 称为阈刺激； 用基强度做刺激引起兴奋所需要的最短时间就叫做利用 时； 同样条件下，两倍基强度的刺激引起兴奋的最短刺激时 间就称为时值； 阈刺激 阈值：刺激持续时间和强度-时间变化率 固定时，引起组织兴奋所需的最 小刺激强度。 阈 刺 激：强度等于阈值的刺激。 阈下刺激：强度小于阈值的刺激。 阈上刺激：强度大于阈值的刺激。 想 一 想 为什么阈刺激会引发兴奋为什么阈刺激会引发兴奋？ （二）阈电位与动作电位 在确定刺激引起兴奋的实验中，发现： 直流电刺激的神经纤维
14、，在 阴极下方的神经纤维上产生动作电位，而 阳极下方的神经纤维不出现动作电位，即 使加大刺激强度，也不产生动作电位。 产生这种现象的原因是： u电刺激时，阴极下方的细胞膜产生的膜电流（电 流方向是由内向外），膜本身有电阻，当电流通过 时，细胞膜两侧产生内负外正的电压降，与原有的 外正内负的静息电位方向相反，两者抵消，结果阴 极下方的膜的电位数值减小，即处于去极化状态； u而阳极下方的神经纤维细胞膜上恰恰相反，产生 的是超极化状态； u阴极下方的细胞膜电位去极化达到一定值（膜电 位的临界值，即阈电位）时，细胞膜上电压依从性 的钠离子通道快速被激活，膜对钠离子的通透性增 加，更多的钠离子内流（正反
15、馈），直至到达峰值 。 阈电位的本质就是钠离子通道大量开放（ 又叫激活）时的膜的电压值。 阈电位与阈值的关系： 阈刺激（即阈值）导致阈电位产生， 达到阈电位，在其他条件不变的情况下， 就必然产生兴奋（即动作电位）。故阈值 可以反应兴奋性的高低。 两者有一定联系，但是本质上是完全不同 的概念。 兴奋性的衡量指标：阈值 兴奋性1/阈值 例： 指 标 A肌肉 B肌肉 阈 值 0.7V 1.2V 兴奋性 较大 较小 （三）阈下刺激、局部反应及其总和 阈下刺激不能产生动作电位，只能引起少量钠离子内流，引 发细胞膜内少量去极化，膜电位少许减少，这种膜电位的变 化称为局部反应。 局部反应不能产生动作电位，但
16、它能使膜电位距阈电位更近 ，所以在其基础上，再受刺激就容易爆发动作电位。因此， 局部反应提高细胞膜的兴奋性。 局部反应的特点（与动作电位特点比较）： 1、不具全或无 2、不能远距无衰减性传播，只能是以电紧张的形式扩布（ 又叫衰减性传播） 3、有总和效应（时间总和，空间总和） （四）组织兴奋及其恢复过程中兴奋性的变化 分 期 兴奋性 反 应 绝对不应期 零 对任何刺激不起反应 相对不应期 低于正常 对阈上刺激起反应 超 常 期 稍高于正常 对阈下刺激可起反应 低 常 期 稍低于正常 对阈上刺激起反应 绝对不应期 意义：连续刺激不可能引起AP的融合 AP产生的最大频率=1/绝对不应期 （理论值） 细胞兴奋及恢复过程中兴奋性变化的机制 分分 期期 兴奋性兴奋性 机机 制制 绝对不应期绝对不应期 零零 已处激活状态或全失活已处激活状态或全失活 相对不应期相对不应期 低于正常低于正常 部分恢复为备用状态部分恢复为备用状态 超超 常常 期期 稍高于正常稍高于正常 全恢复备用状态，且接近阈电位全恢复备用状态，且接近阈电位 低低 常常 期期 稍低于正常稍低于正常 全恢复备用状态，但远离阈电位全恢复备用状态，但远离阈电位 （五）兴奋在同一细胞上的传导 (1)无髓神经纤维的传导： 局部电流连续传导 特点：慢 (2)有髓神经纤维（图图）的传导： 局部电流在郎飞氏结跳跃传导 特点：快