生理学--细胞的基本功能PPT课件.ppt

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1、细胞的基本功能,第二章 细胞膜的结构特征和物质转运功能,细胞（cell） -机体的基本结构和功能单位。 英国物理学家 Robter Hooke， 16351703.,屏障及保护、物质转运、信号转导、生物电（兴奋及其传递）（通信）等。 肌细胞的收缩功能。,细胞的基本功能,第一节 细胞膜的结构特征,一、基本结构与物质组成 20世纪30s, 膜结构假说: 小孔刚性膜结构 20世纪中期，电镜技术发现，膜的三层结构型式,液态镶嵌模型,70年代，,细胞膜： 脂肪+蛋白质+糖类,重量：蛋白质与脂质之比为 4114 线粒体膜31，神经髓鞘膜为14 数量：脂质多于蛋白质100倍以上。,二、液态镶嵌模型及其分子组

2、成,液态镶嵌模型（liquid mosaic model; Singer & Nicholson,1972）的基本内容: 膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。,特征：脂质熔点低，体温下为液态，有一定的流动性；分子自由能低，具有稳定性。抗张力和变形，自动融合与修复能力。,（一）脂质双分子层细胞膜的基本骨架 证明：人工脂质膜: 单层、双层及 脂质小体 （liposome）,脂质构成：磷脂、糖脂、固醇（ 其含量与膜的 流动性成反变）,（二）膜蛋白质 -执行细胞膜的主要功能,分类： 依功能分：酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等； 依存在形式分：表面蛋白

3、、整合蛋白。,存在证明：冰冻蚀刻技术,膜蛋白质,运动形式： 平面侧向扩散运动，受骨架蛋白及胞外信号调节. 沿平面垂直轴旋转运动，受骨架蛋白调节. “插入”和“内化”.,（三）糖类 分子标记或信息载体,结构：寡糖和多糖链 糖蛋白或糖脂,功能：形成细胞的抗原性和表型，参与细胞识别、黏附、 分化、老化、吞噬、自身免疫、细菌感染等。,如 IgG糖链改变自身抗原自身免疫。 ABO血型抗原决定簇： A抗原为乙酰氨基半乳糖胺， B抗原为半乳糖。,第二节 细胞膜的物质转运功能,（一）单纯扩散（simple diffusion） 指疏水性或非极性程度较高的小分子物质顺浓度梯度的跨膜物理扩散。,一、被动转运,物质

4、：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等,扩散通量： mol or mmol/scm2,决定因素：物质的浓度差、膜的通透性.,（二）易化扩散（facilitated diffusion）,1. 经载体的易化扩散 （via carrier） 指某些分子量较大但脂溶性较低的物质（在 特殊蛋白质的帮助下）的跨膜被动转运。,载体（carrier）: 贯穿脂质双层的整合蛋白。 物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。,Facilitated diffusion via carrier,特点： 顺浓度梯度转运，速率：103105分子/s； 饱和现象；,结构特异性， 如右旋（D型）葡萄糖的转运左旋（L型） 葡萄糖

5、转运体（glucose transporter, GLUT） 5个亚型，GLUT1-5, 1分布于RBC、脑、肾等. 竞争性抑制。,Facilitated diffusion,2. 经通道的易化扩散 指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。 物质：Na+、 K+、 Ca2+、 H+、 Cl- 等。,通道类型（依离子选择性分）： （1）电压门控离子通道（Na+、 K+、 Ca2+等） 特异阻断剂：分别为河豚毒（TTX）、 四乙铵（TEA）、 异搏定(Mn2+等)。,通道易化扩散,（2）化学门控离子通道（配体门控离子通道） 肌肉终板膜、突触后膜,（3）机械门控离子通道 耳蜗毛细胞顶部,（4）水通道

6、由水孔蛋白组成（Agre,1988）, 1988， 终于发现 1991， 克隆基因 1992， 功能鉴定 2003， 诺贝尔化学奖,十余种，包含AQP0AQP9、MIWC（mercurial-insensitive water channel） 肾远球小管、集合管（ AQP2），受血管加压素（VP/AVP/ADH）的调节，决定尿量。,水孔蛋白（aquaporin,AQP）:,Water channel:,二、主动转运 (active transport),概念：指细胞利用代谢产生的能量将物质（常为离子）逆浓度梯度或/和电位梯度跨膜转运的过程。 能量物质：ATP,（一）原发性主动转运 （prim

7、ary active transport） 离子“泵”的转运,1.钠-钾泵（sodium-potassium pump；钠泵） - Na+-K+依赖式ATP酶（蛋白质）,Mechanism of ion transport by sodium pump,细胞内Na+或胞外K+钠泵 E1构象：在胞内对Na+的亲和力而结合Na+，并分解ATP获能、磷酸化结合Na+的位点转向膜外；,E2构象：对Na+的亲和力而释放Na+，同时对K+亲和力而结合胞外的K+，并激发脱磷酸化 E1构象：对K+的亲和力而释放K+，同时对Na+的亲和力、。,Sodium pump transport,特点： 逆浓度差，耗能；

8、 偶联转运但不对等，即分解1分子ATP， 转出3个Na+、移入2个K+（生电性转运）. 分子构象与磷酸化与脱磷酸化反应有关.,钠泵转运的意义：, 建立膜电位产生所需的Na+、K+势能储备，以备利用：胞内高K+是许多代谢反应的必需条件；膜内外Na+差是其它物质继发性主动转运的动力。, 膜内、外正常Na+差维持胞内渗透压和细胞容积正常稳定。, 膜内、外正常Na+差维持Na+-H+交换的动力维持胞内pH的正常稳定。, 对Na+、K+的不对等转运（、）膜外正电荷（生电作用）。,2. 钙泵（calcium pump）,Ca2+-ATP酶(Ca2+-ATPase) 一条肽链，10个跨膜螺旋，N、C端及活性

9、位点都位于胞内。,转运机制：胞内Ca2+ Ca2+-钙调蛋白（calmodulin,CaM）复合物+ C端/钙泵，并激活钙泵转运Ca2+出细胞（或进入肌质网）。,分解1分子ATP，转出1个Ca2+.,钙泵转运的意义：,维持细胞内原有低钙水平，防止钙超载（指胞质内Ca2+长时间、不可逆升高）维持细胞正常的兴奋/收缩能力。,（二）继发性主动转运 -secondary active transport， SAT；联合转运，cotransport）,概念：指利用原发性主动转运建立的膜电-化学势能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。 例：小肠腔、肾小管腔内Glucose和AA的转运， 甲状腺细胞的聚碘。,Na

10、+-葡萄糖同向转运体（Na+-glucose symporter） 以小肠上皮细胞为例：,血液,Process of SAT,小肠上皮细胞的侧膜钠泵分解ATP、耗能泵Na+至细胞间隙（Na+扩散入血液）胞内Na+肠腔，顶端膜同向转运体将Na+及葡萄糖或氨基酸（逆浓度差）转运至细胞内葡萄糖经易化扩散由细胞进入血液，Na+再被泵出而吸收。,哇巴因抑制钠泵葡萄糖不能转运,其他联合转运：,2.Na+Ca2+交换体（Na+Ca2+exchanger） 见心肌. 移入3个Na+、排出1个Ca2+。,3.Na+K+-2Cl-同向转运体 见于心、肾、脑、血管等. 将Na+、K+、2个Cl-转运入细胞。,4.N

11、a+H+交换体 见肾。,三、出胞和入胞 (exocytosis & endocytosis),（一）出胞（exocytosis） 指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或团块的排出过程。如腺细胞分泌、神经递质释放等.,（二）入胞（endocytosis），与出胞相反。 如白细胞对病毒、细菌的吞噬（phagocytosis）,或吞饮（pinocytosis）等。 方式：,Fashion of endocytosis,1. 液相入胞（fluid-phase endocytosis） 指细胞外液及其所含的较小溶质连续不断地以吞饮方式进入细胞内的过程。见于多数细胞对液体的吞饮.,2. 受体介导式入胞（re

12、ceptor-mediated endocytosis） 指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至细胞内的过程。,例：血浆低密度脂蛋白、运铁蛋白、维生素B12转运蛋白、多种生长因子、一些肽类物质（如胰岛素）、某些细菌毒素、病毒等。,Endocytosis & exocytosis,第三章 细胞的跨膜信号转导,分两种情况： 信息传递: 在细胞之间或胞内的细胞器等结构之间的信息传播；,第一节 细胞信号转导的概念和共同特征 一、信号转导的概念 （cellular signal transduction ）,跨膜信号转导（transmembrane signal transduction）或跨膜

13、信息传递 （ transmembrane signaling）,环境变化信息经膜受体的感受及传递，启动并经细胞内一系列信号分子的转导，引起细胞代谢和功能活动变化的过程。,获1971 年诺贝 尔生理 学与医 学奖,二、跨膜信号转导的三个共同特征,（一）细胞外信号作用于受体后引发一系列信号分 子的顺序激活，然后引发细胞功能的改变。 1.细胞外信号：激素、递质等；,2.受体（receptor）类型：（膜受体，部分为核受体） 1. 离子通道受体 2. G蛋白偶联受体 3. 酶偶联受体（或具有内在酶活性的受体）,（二）不同细胞的跨膜信号转导都是经少数 几类途径实现的。 几种途径类似；几类膜蛋白各有很大的

14、结构同源性，由相近的基因家族编码。,（三）具有信号放大作用 信号的级联放大：一个上游信号分子可激活多个下游信号分子，并依次类推。,第二节 跨膜信号转导的主要途径 一、离子通道介导的跨膜信号转导,1. 化学（或配体ligand）门控离子通道（chemically-gated ion channel） 快速的跨膜信号转导方式.,通道与受体并存, 例： N2型乙酰胆碱受体(肌细胞) A型-氨基丁酸（GABAA）受体 甘氨酸受体 促离子型谷氨酸受体等（神经元胞体）,2. 电压门控离子通道（voltage-gated ion channel） 见于神经纤维。,3. 机械门控离子通道（mechanical

15、ly-gated ion channel） 见于耳蜗的毛细胞、血管内皮细胞。,二、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导,（一）研究简历 诺贝尔生理学和医学奖得主及成就 1971年，E.W. Sutherland (美国)，发现cAMP、创立第 二信使学说。 1989，Bishop & Varmus (美国)，发现原癌基因 并发现 有些第二信使可激活细胞核内正常染色体中的原 癌基因，后者表达时成癌基因. 1992，Edmond Fischer and Edwin Krebs (美国), 发现 蛋白磷酸化在信息传递中的作用。 1994，Gilman & Rodbell (美国)，发现G蛋白并揭示其 在

16、细胞信号转导中的作用。 1998，Furchgott、Murad & Ignarro (美国)，发现NO既 是第一信使，也是第二信使。,关键信号分子及其信号传递作用的发现， 是揭示生命奥秘的重大事件。,（二）主要信号分子(群) 1. G蛋白偶联受体（G protein-coupled receptor, GPCR），也称促代谢型受体 （metabotropic R.），或7次跨膜受体（7- transmembrane R.）. 多达1000多种，克隆约300多种。,其激动剂（agonist）包括： 儿茶酚胺类激素、神经递质、Ach、5-HT、嗅觉刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴细胞活性因子、多

17、数肽类激素等。 作用: 被激动后，可结合并激活G蛋白，从而引起信号转导的级联反应。,G蛋白,2. 鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein）G蛋白（G protein） （1）基本结构: 异源三聚体G蛋白（由三个亚单位组成）和单体G蛋白（相当亚单位；或小G蛋白）,（2）类型： 按结构和功能分为两类: 三聚体G蛋白(20多种)；小G蛋白(100多种) 按G蛋白亚单位的结构差异分为6个亚族： Gs、Gi/o、Gt、Gg、Gq、G12（表3-1）,（3）功能：传递受体信息, 是决定细胞功能性质 的关键信号分子.,3. G蛋白效应器（G protein ef

18、fector） 两种： （1）催化生成第二信使的酶： adenylyl cyclase, AC（腺苷酸环化酶） phospholipase C, PLC（磷脂酶C） phosphodiesterase, PDE（磷酸二酯酶） phospholipase A2 （磷脂酶A2）等,（2）离子通道: 如Na+通道、K+通道、Ca2+ 、 Cl-通道等。,4. 第二信使（second messenger） 包括: cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+等。,5. 蛋白激酶（protein kinase），100多种。 类型： （1）依磷酸化底物蛋白的机制不同分为：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、酪氨

19、酸蛋白激酶等。,（2）依激活它们的第二信使不同分为：蛋白激酶A（依赖cAMP的）、蛋白激酶C（依赖Ca2+的）,功能：引起下游蛋白的磷酸化级联反应，或脱磷酸化，功能蛋白及细胞功能的变化。,（三）主要的信号通路,1. cAMP-PKA信号通路 （GPCR -GP-AC-） 1）配体+ R（如型肾上腺素受体、ACTH受体、胰高血糖受体等）+Gs+AC，生成cAMP +PKA（protein kinase A）靶细胞：,+磷酸化酶激酶/肝细胞 糖原分解、 Ca2+通道磷酸化/心肌细胞 Ca2+通道开放， Ca2+内流，胞内Ca2+心力、,( -RG-AC-) cAMP-PKA-信号通路,2）配体+R

20、（如2型肾上腺素受体、M2型ACh受体、生长抑素受体等）+Gi-AC，cAMP 与上相反，如 心力、。,2.受体-G蛋白-PLC途径（R-Gq-PLC-） 配体+R+Gq+PLC二磷酸磷脂酰肌醇（phosphotidylinositol biphosphate, PIP2）三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）,（1）IP3- Ca2+信号通路 （R-Gq-PLC-） IP3+ IP3受体（具有Ca2+释放通道）/内质网或肌质网膜 Ca2+释放，胞内Ca2+ Ca2+肌钙蛋白、肌肉收缩；, Ca2+钙调蛋白（calmodulin, CaM；/平滑肌） Ca2+-CaM复合物+肌球蛋白轻链激酶（

21、MLCK）肌球蛋白轻链磷酸化（构型改变）、平滑肌收缩；,Ca2+-CaM复合物+一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）L-精氨酸NO和胍氨酸，NO使血管舒张； Ca2+ +蛋白激酶C（protein kinase C, PKC; 同下）、。,（2） DG-PKC信号通路（R-Gq-PLC-） 、DG + 磷脂酰丝氨酸/膜磷脂+ PKC（protein kinase C）底物蛋白磷酸化生物效应.,MLCK; NOS,3. G蛋白-离子通道信号通路 （1）G蛋白直接调节离子通道. 如心肌细胞： ACh+M2型ACh受体+Gi生成-GTP复合物和-二聚体+ACh门控K+

22、通道（KACh）K+外流膜复极化。,（2）通过第二信使影响离子通道. 如神经细胞或平滑肌细胞，、胞内Ca2+Ca2+激活的K+通道（KCa）K+外流膜复极化或超极化。,三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路 激动剂：一些肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如多种GF、白细胞介素等）,受体： 酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、GC受体、MAPK受体等。,特点： 除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体 本身具有酶活性； 不需要G蛋白和第二信使参与； 催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸 化，从而影响细胞功能。,（一）酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导 1. 受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine k

23、inase)介导的信号通路（或丝裂原激活的蛋白激酶mitogen-activated protein kinase,MAPK通路. 其可被G蛋白及第二信使激活）,介导多种GF：包含EGF、NGF、PDGF、HGF、FGF、 白细胞介素、胰岛素等。,2. 结合酪氨酸激酶的受体(receptor-associated tyrosine kinase)介导的信号转导通路. 受体：EPO受体、GH受体、PRL受体、多种细胞因子受体、干扰素受体等。,（二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的跨膜 信号转导 （receptor serine/threonine kinase, RSTK）,转化生长因子（TGF-）

24、+RSTK+RSTK RSTK磷酸化、(c-Myc)、细胞周期,（三）受体鸟苷酸环化酶（receptor guanylyl cyclase, GC）介导的跨膜信号转导通路,配体，如心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide）,+R-GC+GC GTPcGMP +PKG靶蛋白磷酸化细胞功能效应；如肾排钠、水，血管舒张等。,summary 1. 跨膜信号转导的概念 2. 主要的信号分子：5类/GPCR介导的信号途径 3. 三类信号转导途径 （1）离子通道介导的信号转导途径 （3条通路） （2）Gp耦联受体、 （3、） （3）酶、 （3、）,第四章 细胞的生物电现象,概 述 1

25、. 生物电的发现 早期发现：电鲶,电鳗,电鳐, 有生电器官。 18世纪末, 1790-1791, Dr.Galvani in Italy, 金属蛙腿M M收缩; N,M发电内在电流 Volta, 认为是金属电流，非生物电流 科学竞争,Volta创立金属接触电动势理论, 发明Volta电池. Galvani, 1794,设计不用任何金属的同体损伤实 验，确认N.M放电现象.,1842, Carlo Matleuci, 异体损伤实验，证明: N,M 有电,可传播. 1920s, 阴极射线示波器电生理学研究. 1940s, 微电极技术,可在细胞水平研究生物电.,2. 意义: 生命现象之一、通讯、调控

26、、触发作用、 3. 生物电的应用:,第一节 静息电位(RP),细胞的跨膜电位（transmembrane potential, TMP，MP）：指存在于细胞膜两侧的电位差） MP： 静息电位（resting potential, RP） 动作电位（action potential, AP） 一、RP的记录及概念,RP的纪录,RP,RP的概念： 安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位差。,RP范围：10100mV. 骨骼肌细胞:90mV， 神经细胞:70mV， 平滑肌细胞:55mV， RBC:10mV,MP的状态：,极化 （polarization） 去极化 （depolarization） 反极

27、化 （reverse polarization） 复极化 （repolarization） 超级化 （hyperpolarization）,二、RP形成的机制,离子学说(Bernstein,1902),1. 膜两侧的离子浓度差 Na+O 是膜内的12倍，K+i 是膜外的30倍,（一）离子跨膜扩散的两个条件,2. 膜对离子的通透性 安静时，膜主要对K+通透,（二）RP形成的离子机制,RP形成的机制,在上述条件下，K+顺浓度差从膜内向膜外扩散（负电物质不能外移，极少Na+内移）膜外侧形成一层正电荷（正电位）、膜内侧为一层负电荷（负电位）膜外侧的正电场力与K+差的动力达到平衡时，K+的净通量为零，此

28、时的MP即RP，相当于K+的平衡电位（EK）.,（三）证明,1. 用Nernst公式计算的EK理论值与实测的 RP非常接近.,Nernst公式：Ex= RT/ZFlogexo/ xi 在温度为29.2，离子价位单价时，上式简 化为Ex = 60logxo/ xi 则 EK = 60logK+o/ K+i (mV),偏差解释： 有少量Na+内漏(极少; Cl-)； 钠泵生电作用的影响（2-16mV）,1939, Hodgkin&Huxley（英）,RP机制的证明,2.改变膜外K+ MP ？ 一定范围,K+o RP,反之则反.,3.用四乙铵阻断K+通道RP或消失.,4.测离子电流(I)或电导(G)

29、； 安静时主要是GK（PK） GK=IK/(EMEK),RP-K+顺化学梯度由膜内向膜外扩散所形 成的电-化学平衡电位.,第二节 动作电位（AP）,一、AP的记录、特性、概念及意义 标本：神经纤维,1. AP的波形及构成 AP，又称锋电位（SP）/Nf；（脉冲、放电、） 构成：AP=去极相(上升支)+复极相(下降支) /=SP+后电位(负后电位+正后电位),幅度: |-70| +50mV=|120|Mv (-70-90 +30+50mV)； =|RP|+超射值(ENa)=|EK|+ENa 时程: SP 1-2ms, 后电位 10-60ms (?),2. AP的特性,（1）“全或无”特性 “无”

30、：刺激小于阈值，不能产生AP； “全”：刺激达到或阈值 MP（RP） 阈电位（TP）爆发AP. AP一旦产生,其不再随阈上刺激而改变，也不随传播距离的增加而减小。,（2）不衰减传导.,（3） 互不融合. 即SP不会发生总合.,AP的概念、意义,3. 概念：指给细胞一次有效刺激,在细胞膜 RP基础上发生的一次快速而可逆的、可向 远处传播的电位波动.,4. 意义：兴奋的标志, 传播信息, 触发各 种外部活动.,二、AP产生机制,1.条件： RP ； 膜两侧的离子浓度差 ：见表4-1 膜对离子的通透性： 先Na+后K+。,2. AP产生机制（过程）,Na+,TP,Na+,Na+,阈电位(thresh

31、old potential, TP)：膜去极化达 到使Na+(或Ca2+)通道突然大量开放而爆发AP 的临界膜电位值。 一般比RP小10 20mV., 对Na+的驱动力： EMENa=70mV(+60mV)=130mV,阈电位的概念,（1）除极相（上升支）的产生,阈刺激膜轻度除极，MP（电紧张电位）部分Na+通道被激活、开放 Na+少量内流（内向电流）膜进一步除极，MP继续（局部反应电位）局部电位；, TP（约-55mV） 大量Na+通道被激活、开放，GNa Na+在电化学力驱动下，大量快速内流，正反馈变化膜进一步快速除极，MP急mV +50mV（ ENa） Na+通道关闭失活，Na+停止内流

32、,AP, + + + + + + + + + + ,+ +,膜上的K+通道开放，GKK+在电化学力驱动下外流（外向电流）膜复极，MPRP (EK),（2）复极相（下降支）的产生,对K+的驱动力：EMEK=70mV(90mV)= +20mV,（3）Na泵主动转运 因膜内Na+、膜外K+Na泵被激活并磷酸化Na泵逆浓度差，耗能，泵出Na+，移入K+ 以恢复膜 两侧原有的Na+、 K+分布,3. AP产生机制的证明,（） 用Nernst公式计算的ENaAP超射值；,（）改变膜外Na+， 观察AP变化,证明： AP的除极 速度和幅度取决于Na+o,（）用阻断剂TTX (或TEA)，观察AP变化； 观察

33、AP变化 ？ ？,观察膜电流（Im）:INa、IK（用电压钳， 宏膜电流，macroscopical current ） 膜电导（Gm）: GNa、GK,Hodgkin & Huxley, 获1963年诺贝尔奖,AP 除极相与Na+ 电导一致, 复极相与K+电 导一致,（）用膜片钳技术记录单通道离子电流 Neber & Sakmann （德国）， 获1991年诺贝尔生理学和医学奖。,显示：AP上升支，Na+电导增大，为内向Na+电流； AP下降支，K+电导增大，为外向K+电流。,三、AP（兴奋）的传播,（一）兴奋传导的原理 局部电流及其再刺激方式 以神经纤维为例：,特征：不衰减传导. 原因：局

34、部电流足够大，稳态,（1）纤维直径（D）一定范围，V与D成正比。 V(m/s)6D(m) . 轴索与总D之比为0.6时，V最快.,（2）有无髓鞘 无髓慢，有髓快。后者 “跳跃式传导”,（3）温度 一定范围，二者成正比。,（4）兴奋性 成正比。,决定和影响传导速度的因素,神经干AP （1）双向AP,(2)单相AP,(3)各类Nf的AP,III,III,(4)AP传导速度测量,V=S/t(m/s),V=(S1-S2)/(t1-t2)（m/s）,电传递,（二）兴奋在细胞间的电传递 结构基础：缝隙连接（gap junction） 电突触（electrical synapse） 特点：连接紧密并有通道，

35、电阻抗很低 兴奋传递原理：同上。,第三节 膜的被动电学特性和电紧张电位,一、膜的电学特性并联的阻容耦合电路 1. 膜电容（membrane capacitance, Cm） 膜脂质双层（绝缘）一个平行板电容器， 介电常数: 3-5, 膜电容: 1F/cm2,2. 膜电位（TMP；MP） 离子通道开放带电离子跨膜流动电容器充电或放电膜两侧电位差。 外加电流亦可引起。,3. 膜电阻（membrane resistance, Rm） 约103/1cm2，用膜电导（G; 1/Rm）表示. 轴向电阻（Ri），取决于胞质液及细胞D， Ri=1/D,二、电紧张电位（electrotonic potentia

36、l） 1.定义：指由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位。（物理因素造成的MP变化）,2. 电紧张电位的空间和时间依赖性 （1）空间常数： 指从刺激原点至膜电紧张电位衰减至最大值的37%处的空间距离。 反映电紧张电位达到稳态值的空间分布。 计算：= Rm/Ri 一般为0.11.0 mm,（2）时间常数：指电紧张电位上升或下降达稳态值的63%所需的时间。 反映电紧张电位达到稳态的速度。 计算： = RmRiCm 约12.0 ms,二者对AP传导速度（V)的影响： ，V （AP波前电紧张电位及AP发生加快）；反之减慢。 二者都增大时，无显著影响。,3. 电紧张电位的特征 （1）其幅度与St.i

37、相关，无“全或无”特征； （2）呈衰减性扩布，有一定的空间常数；,共有此特性的电位： LRP、EPP、PSP、RP等。,（3）无不应期，可发生空间总和时间总和。,第四节 离子通道与细胞电活动,一、离子通道的功能状态 H-H模型（Hodgkin & Huxley） 1. 钠通道 三种功能状态： 关闭：m门关、 h门开 激活：m门开、 h门将关 失活：h门关、m门开,钠通道的 开闭受膜 电位控制,2. 钾通道的两种状态： 激活（n门开）、 去激活（ n门关）,第五节 可兴奋细胞及其兴奋性,一、可兴奋细胞及其共同特征 1.、：神经细胞、肌肉细胞、腺细胞 2.共同特征：受St而兴奋时均产生AP.,二、

38、兴奋性（excitability） 指可兴奋细胞接受刺激后产生动作电位（或兴奋反应）的能力。,（一）衡量兴奋性的指标,刺激（stimulation；stimulus; St）： 指细胞所处环境因素的变化。 刺激的构成：三个参数（或三要素）： 强度、持续时间、强度变化率（随t) 方脉冲刺激：,1.阈强度（threshold intensity） 指固定时间（和变化率）、改变强度，刚能引起细胞兴奋即产生AP的最小刺激强度。 其与兴奋性成反比。 简单，最常用。,2.时值（chronaxie ；） （L.Lapicque，1909） 基强度（rheobase；Rb ） 时值：2倍Rb时的时间阈值。,4

39、.标准电量（a，我校侯宗濂教授提出）,3.强度-时间曲线（i-t曲线）,阈刺激、阈下与阈上（及最大）刺激。,（二）组织兴奋后兴奋性的规律性变化,研究方法：条件-试验刺激实验（双次刺激法）,一次兴奋及其恢复过程中兴奋性的周期性变化： 以Nf为例:,1. 绝对不应期（absolute refractory period）,2. 相对不应期（relative refractory period）,3. 超长期（supranormal period）,4. 低常期（subnormal period）,生理意义：-绝对不应期的意义 决定细胞发放SP的最大频率； 使SP不相融合。,第五章 肌细胞的收缩,横

40、纹肌：骨骼肌(skeletal muscle)、心肌 平滑肌,第一节 骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递,一、神经-肌接头处的功能解剖,接头前(N末梢)膜内，递质囊泡，含ACh 、间隙，胞外液 、后膜（终板膜），受体、胆碱酯酶,N-M接头,二、N-M接头处的兴奋传递过程,三、神经递质释放与终板电位的产生,（一）终板电位（endplate potential, EPP） 1. EPP的记录,少量箭毒,箭毒剂量,EPP的引起与肌膜AP 自发、或阈St或阈上St.Nf递质释放EPP（50mV）/MEPP肌膜TP肌膜AP ,2. 以EPP为指标的实验研究： （1）递质以囊泡为单位的量子性释放，其ACh释放

41、量与突前Ca2+内流量成正相关。证据： 形态学研究：冰冻劈裂技术； 突触前微电泳Ca2+观察；,突触前微注射ACh.,微终板电位（miniature endplate potential, MEPP）： 神经递质随机释放（1个量子10000 Ach分子） MEPP( 0.4mV),（2）EPP可被箭毒抑制、被胆碱酯酶抑制剂增强； （3）EPP可随扩布距离而减小。,EPP的特性（或特征）：,MEPP的整倍数变化,神经递质的量子性释放特征,神经递质的释放 有赖于Ca2+ ，即 Ca2+触发其释放.,（二）A2型ACh受体阳离子通道 化学门控离子通道,3. N-M接头兴奋传递的特点 1)同突触传递的

42、特点: 单向性； 时间延搁； 总和； 易疲劳； 易受内环境改变及药物的影响.,2) 1:1的传递 Why ?,N元一次兴奋 大量递质释放 及时被消除.,4.影响N-M接头兴奋传递的因素 1)Ca2+或/和Mg2+ 递质释放,2)筒箭毒碱（tubocurarine）或银环蛇毒 阻断受体功能,3)有机磷,或新斯的明抑制胆碱脂酶的活性,第二节 横纹肌的收缩和舒张,一、横纹肌的微细结构 （一）肌节（sarcomere ） 肌肉的基本结构和功能单位 初长度：2.02.2 m,肌肉的基本结构： 肌肉块肌束肌纤维(肌细胞)肌原纤维和肌小节,肌 节 的 微 细 结 构,（二）肌管系统 1. 横管（T管，tra

43、nsverse tubule, T tubule） 功能：传入兴奋（AP）,2. 纵管（L管，longitudinal tubule, L tubule）或肌质网（sarcoplasmic reticulum, SR） 分LSR和JSR（终池，terminal cisterna） 功能：储存、释放、再摄取Ca2+,LSR膜上有钙泵； JSR膜上有钙释放通道或ryannidine受体(RYR)，胞内有钙扣押素（calsequestrin; Ca2+结合蛋白）,三联管（triad）结构：T管+2JSR 是肌细胞兴奋-收缩偶联的关键部位； 偶联因子是Ca2+.,（三）肌丝及其分子构成 1.粗肌丝：

44、肌球（凝）蛋白（myosin） 横桥的功能： 具有ATP酶的活性，可分解ATP获能； 能与细肌丝上的肌动蛋白可逆结合，拖动其向肌节中央滑动或产生张力。,2. 细肌丝，由3种蛋白构成；（7：1：1） 肌动蛋白（actin） 原肌球(凝)蛋白（tropomyosin） 肌钙蛋白（troponin；3个亚单位：TnT, TnI, TnC）,Thick filaments：,The myosin molecules are bundled together to form the thick filaments. 粗肌丝由大量肌凝蛋白分子有序排列而成,Thin filaments ：,TROPONIN

45、,ACTIN,TROPOMYOSIN,Thin filaments are composed of three molecules: actin,tropomyosin,and troponin. 组成细肌丝三种分子分别是：肌纤蛋白、原肌凝蛋白 、肌钙蛋白,MOLECULAR PARTICIPANT （参与肌丝滑行的分子和离子）,Myosin肌凝蛋白,Actin 肌纤蛋白,Tropomyosin原肌凝蛋白,Troponin肌钙蛋白,Calcium ions 钙离子,ATP 三磷酸腺苷,二、肌肉收缩和舒张机制,1.肌丝滑行理论 （myofilament sliding theory） Huxle

46、y, 1954,二、肌肉收缩和舒张机制,肌丝滑行理论 2.横桥周期（cross-bridge cycling）： 指横桥激活、与肌动蛋白结合、耗能扭动、获能解离、复位及再结合的周期性活动过程。 20200ms,基本过程：,舒张时，横桥结合并分解ATP而获能变构竖起横桥，高势能并与肌动蛋白呈高亲和力，但不能结合； 因AP传入至三联管，触发Ca2+释放胞质 Ca2+Ca2+与肌钙蛋白TnC结合TnI、TnT位移原肌凝蛋白移位，暴露位点肌凝蛋白横桥与肌动蛋白结合，耗能变构（脱磷酸化），拖动细肌丝向M线滑动肌肉缩短，或张力；,因钙泵被激活转运Ca2+至SR及胞外胞质Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白TnC解

47、离与上相反变化，横桥再结合ATP、磷酸化、与肌动蛋白解离，细肌丝反向滑行 肌肉舒张。,钙瞬变（calcium transent） 指先于肌肉收缩或舒张而发生的胞质 Ca2+的快速波动。是决定肌肉收缩、舒张的重要因素。,三、肌细胞的兴奋-收缩偶联,（一） 基 本 过 程,（一）肌肉兴奋-收缩偶联 (excitation-contraction coupling),肌膜AP沿T管传播三联管，激活L型钙通道/ T管膜分子变构及Ca2+激活RYR/JSR膜Ca2+释放胞质Ca2+（10-100倍）（钙瞬变） Ca2+与肌钙蛋白TnC结合、肌肉收缩；,（同时激活肌膜和JSR膜上的钙泵耗能，将Ca2+泵回至SR和排出至胞外胞质Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白TnC解离、肌肉舒张）,关键结构及因子 从肌膜兴奋到肌肉收缩：3个环节 钙瞬变, 兴奋-收缩偶联的概念： 指将肌膜的电兴奋和肌肉的机械收缩联系起来的中介机制。,（二）关键环节及概念,（一）前负荷（preload）,四、影响肌肉收缩效能的因素,前负荷 M初长度M张力； 最适前负荷