生理學(xué)細(xì)胞膜課件

1、復(fù)習(xí)上節(jié)課內(nèi)容1.概念：生理學(xué)，內(nèi)環(huán)境，穩(wěn)態(tài)，負(fù)反饋。2.肌體中細(xì)胞生活的內(nèi)環(huán)境是指（ ） A. 細(xì)胞外液 B. 細(xì)胞內(nèi)液 C. 組織間液 D. 腦脊液 E. 血漿A3.下列生理過程中屬于負(fù)反饋調(diào)節(jié)的是（ ） A. 排尿反射 B. 排便反射 C. 血液凝固 D. 減壓反射 E. 分娩4.維持肌體穩(wěn)態(tài)的重要調(diào)節(jié)過程是（ ） A. 神經(jīng)調(diào)節(jié) B. 體液調(diào)節(jié) C. 自身調(diào)節(jié) D. 前饋調(diào)節(jié) E. 反饋調(diào)節(jié)DE5.神經(jīng)調(diào)節(jié)的基本方式是（ ）結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是（ ）。6.生理功能的調(diào)節(jié)方式有（ ）（ ）和（ ）7.生理學(xué)研究的三個水平是（ ）（ ）和（ ）反射反射弧神經(jīng)調(diào)節(jié)體液調(diào)節(jié)自身調(diào)節(jié)器官和系統(tǒng)水平細(xì)胞和分

2、子水平整體水平第二章 細(xì)胞的基本功能CELL PHYSIOLOGY第一節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能第三節(jié) 細(xì)胞的電活動第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮第二節(jié) 細(xì)胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第一節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 The Organization And Transport Function Of Cell Membrane一、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜也稱質(zhì)膜，和細(xì)胞器的膜結(jié)構(gòu)及其化學(xué)組成是基本相同的，主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，還有少量糖類。表面蛋白疏水端親水端 （磷酸+堿基）細(xì)胞外整合蛋白糖蛋白 糖脂細(xì)胞內(nèi)（脂肪酸長烴鏈）液態(tài)鑲嵌模型 有些作為抗原決定族=免疫信息(血型)； (三)細(xì)胞膜糖類 多為寡糖和多糖鏈，以共價鍵的

3、形式與膜脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖脂或糖蛋白。大多數(shù)的整合蛋白都是糖蛋白，近1/10的膜脂質(zhì)是糖脂。細(xì)胞膜的作用： 屏障 跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)： 1.單純擴(kuò)散 2.易化擴(kuò)散 3.主動轉(zhuǎn)運(yùn) 4.膜泡運(yùn)輸 二、跨細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) （一）單純擴(kuò)散(Simple diffusion)1.概念:也稱簡單擴(kuò)散，物質(zhì)從質(zhì)膜的高濃度一側(cè)通過脂質(zhì)分子間隙向低濃度一側(cè)進(jìn)行的跨膜擴(kuò)散。CO2i CO2oO2o O2i （二）易化擴(kuò)散(facilitated diffusion)1.概念:在膜蛋白的幫助（或介導(dǎo)下），非脂溶性的小分子物質(zhì)或帶電離子順濃度梯度和（或）電位梯度進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。2.分類: 經(jīng)通道易化擴(kuò)散 經(jīng)載體易化擴(kuò)散C

4、O2i CO2o通道介導(dǎo)的溶質(zhì)幾乎都是離子，因而通道也稱離子通道（ion channel）通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)都是被動的。被動轉(zhuǎn)運(yùn) Passive transport主動轉(zhuǎn)運(yùn) Active transport物質(zhì)順濃度和（或）電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。不消耗能量物質(zhì)逆濃度梯度和（或）電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。消耗能量離子通道具有兩個重要的基本特征 離子選擇性（ion selectivity）：是指每種通道只對一種或幾種離子有較高的通透能力，而對其他離子的通透性很小或不通透。 根據(jù)通道對離子的選擇性，可將通道分為鈉通道、鈣通道、非選擇性陽離子通道等。 門控特性：大部分通道蛋白分子內(nèi)部有一些可移動的結(jié)構(gòu)或化學(xué)集

5、團(tuán)，在通道內(nèi)起“閘門”作用。許多因素可引起閘門運(yùn)動，導(dǎo)致通道的開放和關(guān)閉，這一過程稱為門控（gating）。 化學(xué)門控通道受膜內(nèi)外化學(xué)物質(zhì)調(diào)控（Ach） 配體門控通道（骨骼肌終板膜中的N2型乙酰膽堿受體） 電壓門控通道受膜電位調(diào)控 機(jī)械門控通道受機(jī)械刺激調(diào)控 （動脈血管平滑肌細(xì)胞膜中的機(jī)械門控鈣通道等） 非門控通道持續(xù)開放（少數(shù)） （神經(jīng)纖維膜中的鉀漏通道等）靜息關(guān)閉，刺激開放根據(jù)閘門對不同刺激的敏感性（門控特性）離子通道分為：通道狀態(tài)的變化：三種 激活態(tài) （開）：離子擴(kuò)散 失活態(tài) （關(guān)）：刺激不能開放 靜息態(tài) （關(guān)）：刺激能開放 通 道 阻 斷 劑 Na+ 河豚毒 (TTX） Ca2+ Mn

6、2+、維拉帕米 K+ 四乙基銨載體（carrier）：也稱轉(zhuǎn)運(yùn)體（transporter），是介導(dǎo)多種水溶性小分子物質(zhì)或離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的一類膜蛋白。經(jīng)載體易化擴(kuò)散：是指水溶性小分子物質(zhì)或離子在載體蛋白介導(dǎo)下順濃度梯度進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，屬于載體介導(dǎo)的被動轉(zhuǎn)運(yùn)。擴(kuò)散特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)選擇性：各種載體僅能識別和結(jié)合具有特定化學(xué)結(jié)構(gòu)的底物（特殊膜蛋白質(zhì)本身有結(jié)構(gòu)特異性） 飽和現(xiàn)象：由于細(xì)胞膜中載體的數(shù)量和轉(zhuǎn)運(yùn)速率有限，當(dāng)被轉(zhuǎn)運(yùn)的底物濃度增加到一定程度時，底物的擴(kuò)散速度便達(dá)到最大值，不再隨底物濃度的增加而增大，這種現(xiàn)象稱為載體轉(zhuǎn)運(yùn)的飽和現(xiàn)象（saturation）。竟?fàn)幮砸种疲喝绻袃煞N結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)都能與同一載體

7、結(jié)合，兩底物之間將發(fā)生競爭性抑制（competition inhibition）。 1. 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)（primary active transport） 概念：細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將物質(zhì)逆濃度 梯度和（或）電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。膜蛋白：載體（實(shí)質(zhì)）-離子泵-ATP酶種類：很多，如、鈉-鉀泵、鈣泵、質(zhì)子泵等 （1）鈉-鉀泵（sodium-potassium pump）又稱鈉-鉀依賴式ATP酶（Na+,K+-ATPase），簡稱鈉泵。當(dāng)Na+i K+o時，都可被激活，1分子ATP分解產(chǎn)生能量，將胞內(nèi)的3個Na+移至胞外和將胞外的2個K+移入胞內(nèi)。直接效應(yīng)：維持細(xì)胞膜兩側(cè)Na + 和K+的濃度

8、差， Na+o高、 K+i高，生電效應(yīng)。通道轉(zhuǎn)運(yùn)與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運(yùn)模式圖轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):帶電離子Na+、 K+生理意義：鈉泵活動造成的細(xì)胞內(nèi)高鉀為胞質(zhì)內(nèi)許多代謝反應(yīng)所必需。核糖體蛋白質(zhì)維持胞內(nèi)滲透壓和細(xì)胞容積建立鈉的跨膜濃度梯度，為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)提供勢能儲備是細(xì)胞發(fā)生電活動的基礎(chǔ)鈉泵是生電性的，可直接影響膜電位，使膜內(nèi)電位的負(fù)值增大鈉泵活動建立的鈉離子跨膜濃度梯度可為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)提供勢能儲備。質(zhì)膜-質(zhì)膜鈣ATP酶（PMCA）(1：1)肌質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜-肌質(zhì)網(wǎng)和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)鈣ATP酶（SERCA）(1：2)作用：胞質(zhì)內(nèi)游離鈣濃度保持低水平，細(xì)胞對胞質(zhì)內(nèi)鈣濃度的增加非常敏感，鈣離子進(jìn)入胞質(zhì)可觸發(fā)和激活很

9、多生理過程，如肌細(xì)胞收縮、腺細(xì)胞分泌、神經(jīng)遞質(zhì)釋放等。（2）鈣泵（calcium pump）又稱Ca 2+ -ATP酶2. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(yùn)（secondary active transport） 概念：間接利用ATP能量的主動轉(zhuǎn)運(yùn)過程。 即逆濃度梯度或逆電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)時，能量非直接來自ATP的分解，是來自膜兩側(cè)Na+差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP釋放的能量建立的。 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)聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)分類： 同向轉(zhuǎn)運(yùn) (symport) 反向轉(zhuǎn)運(yùn) ( antiport) （交換） (exchange)聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)分類： 同向轉(zhuǎn)運(yùn)(symport) -同向轉(zhuǎn)運(yùn)

10、體 （ symporter） Na+ -葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)，Na+ -K+ -2Cl-同向轉(zhuǎn)運(yùn) Na+ -HCO3-同向轉(zhuǎn)運(yùn)，Na+ -I-同向轉(zhuǎn)運(yùn)體 反向轉(zhuǎn)運(yùn) ( antiport) -反向轉(zhuǎn)運(yùn)體( antiporter) Na + -Ca 2+交換體(3：1)， Na + -H +交換體(1：1) （交換）(exchange)-交換體(exchanger) 絕大多數(shù)情況下，溶質(zhì)跨質(zhì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)的動力來自鈉泵活動所建立的鈉離子的跨膜濃度梯度，而溶質(zhì)跨細(xì)胞器膜轉(zhuǎn)運(yùn)的動力則來自質(zhì)子泵活動所建立的氫離子的跨膜濃度梯度。 大分子和顆粒物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞,并不直接穿越細(xì)胞膜，而是由膜包圍形成囊泡，通過膜包裹、膜融合和

11、膜離斷等一系列過程完成轉(zhuǎn)運(yùn)，故稱膜泡運(yùn)輸。 出胞: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。有持續(xù)性出胞和調(diào)節(jié)性出胞。 主要見于細(xì)胞的分泌過程：如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、消化液的分泌。 入胞:指細(xì)胞外的大分子物質(zhì)或團(tuán)塊等被細(xì)胞膜包裹后以囊泡的形式進(jìn)入細(xì)胞的過程。如：巨噬細(xì)胞的吞噬作用等 吞噬=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為固體;吞飲=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為液體。 （四）膜泡運(yùn)輸（vesicular transport）分泌物排出融合處出現(xiàn)裂口囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)移動膜性結(jié)構(gòu)包被=分泌囊泡高爾基復(fù)合體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物出胞：囊泡膜與質(zhì)膜的某點(diǎn)接觸并融合囊泡的膜成為細(xì)胞膜的組成部分細(xì)胞膜上的受體對物質(zhì)的“辨認(rèn)”發(fā)生特異性結(jié)合=

12、復(fù)合物復(fù)合物向膜表面的“有被小窩”移動“有被小窩”處的膜凹陷凹陷膜與細(xì)胞膜斷離=吞噬泡吞噬泡與胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合入胞:總結(jié)：細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)形式 定義 是否直接通過膜 方向 是否耗能 例子單純擴(kuò)散 是 高低 否 O2、CO2易化擴(kuò)散 否（通道、載體） 高 低 否 葡萄糖(GL)、 氨基酸(AA） Na+、 K+主動轉(zhuǎn)運(yùn) 否 （泵、轉(zhuǎn)運(yùn)體） 低 高 是 Na+、 K+ 葡萄糖(GL)、 氨基酸(AA）出胞、入胞 否（吞噬泡、分泌囊泡） 是 巨噬細(xì)胞吞噬、 內(nèi)分泌細(xì)胞分泌 復(fù)習(xí)思考題1.Na+-K+泵的生理意義？2.在一般生理情況下,每分解一分子ATP,鈉泵運(yùn)轉(zhuǎn)可使( ) A.2個鈉離

13、子移出膜外 B.2個鉀離子移入膜內(nèi) C.2個鈉離子移出膜外,同時有2個鉀離子移入膜內(nèi) D.3個鈉離子移出膜外,同時有2個鉀離子移入膜內(nèi) E.2個鈉離子移出膜外,同時有3個鉀離子移入膜內(nèi)D3、細(xì)胞膜的脂質(zhì)雙分子層是( ) A.細(xì)胞內(nèi)容物和細(xì)胞環(huán)境間的屏障 B.細(xì)胞接受外界和其他細(xì)胞影響的門戶 C.離子進(jìn)出細(xì)胞的通道 D.受體的主要成分 E.抗原物質(zhì)4、葡萄糖進(jìn)入紅細(xì)胞膜是屬于( ) A.單純擴(kuò)散 B.主動轉(zhuǎn)運(yùn) C.易化擴(kuò)散 D.入胞作用 E.吞飲AC 細(xì)胞生物電（bioelectricity）：細(xì)胞在進(jìn)行生命活動時都伴有電現(xiàn)象。 產(chǎn)生機(jī)制：跨膜離子流動 表現(xiàn)形式：跨膜電位（transmembra

14、ne potential）簡稱膜電位（ membrane potential）。 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)膜電圖等就是在器官水平上記錄到的生物電，它們是在細(xì)胞生物電活動基礎(chǔ)上發(fā)生總和的結(jié)果。第三節(jié) 細(xì)胞的電活動細(xì)胞的膜電位主要有兩種表現(xiàn)形式：靜息電位(resting potential RP)：安靜狀態(tài)下，相對平穩(wěn)，所有細(xì)胞都具有。動作電位(action potential AP)：受刺激時迅速發(fā)生、并向遠(yuǎn)處傳播，僅見于神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和部分腺細(xì)胞。2.RP實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：一、靜息電位(resting potential RP) （一）靜息電位的測定和概念

15、1.證明RP的實(shí)驗(yàn)：（甲）當(dāng)A、B電極都位于細(xì)胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差。（乙）當(dāng)A電極位于細(xì)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(dāng)A、B電極都位于細(xì)胞膜內(nèi)，無電位改變，證明膜內(nèi)無電位差。2. 概念： 靜息電位:安靜情況下細(xì)胞膜兩側(cè)存在的外正內(nèi)負(fù)且相對平穩(wěn) 的電位差，稱為靜息電位。 RP的數(shù)值:當(dāng)細(xì)胞外液固定于零電位，各類細(xì)胞的RP均為負(fù) 值，范圍在-10-100mV之間，如骨骼肌細(xì)胞約 為-90mV，神經(jīng)細(xì)胞約-70mV，紅細(xì)胞約-10mV。 有些細(xì)胞可發(fā)生自發(fā)性的波動。 RP值描述: RP的絕對值細(xì)胞內(nèi)負(fù)值(-70-90mV)=增大 RP的絕對值

16、細(xì)胞內(nèi)負(fù)值(-70-50mV)=減小極 化(polarization):安靜時膜兩側(cè)處于外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)。去極化(depolarization):RP減小的過程或狀態(tài)。超極化(hyperpolarization):RP增大的過程或狀態(tài)。復(fù)極化(repolarization):去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過程。反極化:去極化至零電位后，膜電位如進(jìn)一步變化為正值則稱為 反極化。超射：膜電位高于零電位的部分稱為超射（overshoot）（二）靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制：離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)離子轉(zhuǎn)運(yùn)速率：1.該離子在膜兩側(cè)的濃度差 2.膜對它的通透性1.細(xì)胞膜兩側(cè)離子的濃度差與平衡電位直接動力：細(xì)胞膜兩側(cè)離子的濃度

17、差是引起離子跨膜擴(kuò)散的直接動力（化學(xué)驅(qū)動力）。（離子泵-鈉泵）表2-1哺乳動物骨骼肌細(xì)胞外和細(xì)胞內(nèi)主要離子的濃度梯度和平衡電位離子（X）胞外濃度 XO（mM）胞內(nèi)濃度Xi （mM）濃度比值XO/ Xi 平衡電位 (mV)靜息電位 (mV)Na+ 1451212+67K+ 4.51550.026-95-80Cl- 1164.229-89Ca2+ 1.0 10-4 104 +123阻力：細(xì)胞膜兩側(cè)離子的電位差，將阻止該離子的擴(kuò)散（電驅(qū)動力）。電-化學(xué)驅(qū)動力（electrochemical driving force）：某種離子在膜兩側(cè)的電位差和濃度差兩個驅(qū)動力的代數(shù)和。電位差驅(qū)動力=濃度差驅(qū)動力，

18、電化學(xué)驅(qū)動力=0，該離子的浄擴(kuò)散量為零，膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定下來。平衡電位：這種離子浄擴(kuò)散量為零時的跨膜電位差稱為該離子的平衡電位（equilibrium potential）。Nernst公式：離子由濃度差決定的平衡電位(EX ) EX =RT/ZFlnX+ O /X+ i =60 logX+ O /X+i T為絕對溫度，Z為離子價數(shù) 2.安靜時細(xì)胞膜對離子的相對通透性 膜對某種離子的通透性越高，該離子的擴(kuò)散對靜息電位形成的作用就越大，靜息電位也就越接近于該離子的平衡電位。在安靜狀態(tài)下，細(xì)胞膜對各種離子的通透性以K+為最高。因此靜息電位更接近于K+的平衡電位。 實(shí)測值非常接近K+的平衡電位，但

19、比公式計算值小。因?yàn)橛锈c離子參與。 Em=( PK / PK+PNa)EK+ (PNa / PK+PNa )ENa 細(xì)胞膜對K+和Na+的通透性之比越大，靜息電位的負(fù)值就越大。 除了K+和Na+外，膜兩側(cè)溶液中的其他離子對靜息電位的形成均無明顯作用。RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說（條件）: 1.安靜時膜兩側(cè)存在K+差 2.安靜時膜對K+通透性最大RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說（過程）: 膜兩側(cè)K+差是促使K+擴(kuò)散的動力，但隨著K+不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴(kuò)散的阻力，當(dāng)動力和阻力達(dá)到動態(tài)平衡時，K+的凈擴(kuò)散量為零膜兩側(cè)的平衡電位。+K+K+K+外流形成 K+平衡電位神經(jīng)纖維電勢能30K+1 K+

20、+ + + + + +P -濃差勢能3.鈉泵的生電作用 濃度差為離子擴(kuò)散形成RP奠定基礎(chǔ)，活動越強(qiáng)，負(fù)值就越大4.影響靜息電位的因素膜內(nèi)外鉀離子濃度差（決定）： 下降-減小膜對鉀離子、鈉離子的相對通透性： 鉀通透性增加-增大 鈉通透性增加-減小鈉泵活動的水平： 活動增強(qiáng)，一定程度的超極化，負(fù)值增大二、動作電位（一）動作電位的概念和特點(diǎn) 1.概 念：是指細(xì)胞在靜息電位基礎(chǔ)上接受有效刺激后發(fā)生的一個迅速的、并可向遠(yuǎn)處傳播的膜電位波動。神經(jīng)細(xì)胞時間（ms）正后電位負(fù)后電位-70-550+30mV刺激偽跡鋒電位2.動作電位的波形及組成后電位鋒電位（spike potential）:是動作電位的主要部分

21、，是動 作電位的標(biāo)志。后電位(after potential)：鋒電位之后膜電位的低幅、緩慢 波動。 包括：負(fù)后電位(negative after -potential)=后去極化電位(小于靜息電位) (after depolarization potential，ADP)正后電位(positive after -potential)=后超極化電位(大于靜息電位) (after hyperpolarization potential，AHP)時間（ms）-70-550+30mV動作電位的波形及組成去極相復(fù)極相超射3.動作電位的特征：“全或無”(all or none)現(xiàn)象不衰減傳播脈沖式發(fā)放

22、不會融合AP刺激RS（二）動作電位的產(chǎn)生機(jī)制：離子的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)內(nèi)向電流（inward current）：正離子由膜外向膜內(nèi)或負(fù)離子由膜內(nèi)向膜外轉(zhuǎn)運(yùn)時，可造成膜外正電荷流入膜內(nèi)，這種電流稱為內(nèi)向電流。外向電流（outward current）：正離子由膜內(nèi)向膜外或負(fù)離子由膜外向膜內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)時，可造成膜內(nèi)正電荷流出膜外，這種電流稱為外向電流。內(nèi)向電流膜電位減小去極化去極相外向電流膜電位增大復(fù)極化或超極化復(fù)極相離子跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)必需的因素：一是離子的電化學(xué)驅(qū)動力；二是細(xì)胞膜對離子的通透性，靜息電位的基礎(chǔ)上兩者發(fā)生改變產(chǎn)生了AP。1.電-化學(xué)驅(qū)動力及其變化電-化學(xué)驅(qū)動力（electrochemical drivi

23、ng force）：某種離子在膜兩側(cè)的電位差和濃度差兩個驅(qū)動力的代數(shù)和。電位差驅(qū)動力=濃度差驅(qū)動力，電化學(xué)驅(qū)動力=0，該離子的浄擴(kuò)散量為零，膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定下來。平衡電位：這種離子浄擴(kuò)散量為零時的跨膜電位差稱為該離子的平衡電位（equilibrium potential）。當(dāng)膜電位（Em ）=平衡電位（ EX ）時，該離子的電化學(xué)驅(qū)動力等于零離子的電化學(xué)驅(qū)動力= Em -EX （正號為外向，負(fù)號為內(nèi)向）如，神經(jīng)細(xì)胞安靜時，靜息膜電位Em =70mV ENa =60 mV EK =90 mVNa+的電-化學(xué)驅(qū)動力= EmENa=70（60）=130mV （內(nèi)向）K+的電-化學(xué)驅(qū)動力 = EmE

24、K =70（90）=20mV （外向） 安靜時， Na+的內(nèi)向驅(qū)動力明顯大于K+外向驅(qū)動力。 AP期間ENa和EK 基本不變，Na+和 K+的電-化學(xué)驅(qū)動力將隨Em的變化而變化。當(dāng)， Em在30 mV的超射值水平時，Na+的電-化學(xué)驅(qū)動力= EmENa= 30 （60）=30mV （內(nèi)向）K+的電-化學(xué)驅(qū)動力 = EmEK = 30 （90）=120mV （外向） 當(dāng)膜電位向Na+的平衡電位方向發(fā)展（去極化）時， Na+的內(nèi)向驅(qū)動力將逐漸減小，而K+外向驅(qū)動力則逐漸增大。2.動作電位期間細(xì)胞膜通透性的變化 細(xì)胞在安靜時Na+受到很強(qiáng)的內(nèi)向驅(qū)動力，如果此時膜對Na+的通透性增大，將出現(xiàn)很強(qiáng)的內(nèi)向

25、電流，從而引起膜的快速去極化；細(xì)胞發(fā)生動作電位后，隨著膜去極化程度的增加， K+將受到越來越強(qiáng)的外向驅(qū)動力，若此時膜對K+的通透性增大，將出現(xiàn)很強(qiáng)的外向電流，從而引起膜的快速復(fù)極化。膜對Na+和K+通透性的相繼改變是AP形成的離子基礎(chǔ)。（1）電壓鉗技術(shù)與膜電導(dǎo)的測定 膜對離子的通透性可用膜電導(dǎo)（ GX ）表示,膜電阻的倒數(shù)。 GX= IX /(EmEX )，當(dāng)Em固定，可用IX的變化來反映膜電導(dǎo)的變化（2）鈉電導(dǎo)和鉀電導(dǎo)的變化細(xì)胞膜鈉電導(dǎo)和鉀電導(dǎo)的電壓和時間依賴性 膜去極化與鈉電導(dǎo)之間形成正反饋，使之快速去極化，形成動作電位升支。 膜去極化 鈉電導(dǎo)增加 鈉離子內(nèi)流 膜去極化也使鉀電導(dǎo)增大，導(dǎo)致

26、膜的復(fù)極化，使之恢復(fù)到靜息電位水平。膜去極化 鉀電導(dǎo)增加 鉀離子外流 膜復(fù)極化動作電位的形成過程： 當(dāng)細(xì)胞受到有效刺激時，細(xì)胞膜的鈉電導(dǎo)將首先增大，鈉離子在較大的電-化學(xué)驅(qū)動力推動下流入胞內(nèi)，鈉離子內(nèi)流引起的去極化達(dá)到一定程度（即閾電位）后，去極化與鈉電導(dǎo)之間出現(xiàn)正反饋，使膜電位急劇上升，形成動作電位迅速上升的去極化和超射，到達(dá)接近鈉離子平衡電位的峰值，此后隨著鈉電導(dǎo)迅速下降和鉀電導(dǎo)的增大，鉀離子在強(qiáng)大的外向驅(qū)動力作用下快速外流，使膜迅速復(fù)極化，形成動作電位的降支，并與升支構(gòu)成尖鋒狀的鋒電位。 膜的鈣電導(dǎo)與鈉電導(dǎo)的電壓依賴性和時間依賴性類似，許多細(xì)胞動作電位的升支是鈣內(nèi)流形成的。上升支由Na內(nèi)

27、流形成， 下降支是K外流形成的 后電位是NaK泵活動引起的。AP=Na的平衡電位時間（ms）正后電位負(fù)后電位-70-550+30mV刺激偽跡鋒電位2.動作電位的波形及組成后電位（3）膜電導(dǎo)改變的實(shí)質(zhì) 膜中離子通道的開放和關(guān)閉（4）離子通道的功能狀態(tài) 靜息態(tài) 激活態(tài) 失活態(tài)（二）AP的觸發(fā)1.閾刺激刺激（stimulation，stimulus）：細(xì)胞所處環(huán)境的變化。（電）刺激量：強(qiáng)度，持續(xù)時間，強(qiáng)度-時間變化率閾強(qiáng)度：能使細(xì)胞產(chǎn)生AP的最小刺激強(qiáng)度，稱為閾強(qiáng)度 （threshold intensity）或閾值（ threshold value）閾刺激：相當(dāng)于閾強(qiáng)度的刺激。（threshold

28、stimulus ）閾上刺激 閾下刺激有效刺激：使細(xì)胞產(chǎn)生AP的閾刺激或閾上刺激2.閾電位有效刺激 膜超極化 不能觸發(fā)AP有效刺激 膜去極化 能觸發(fā)AP閾電位（threshold potential，TP）：能觸發(fā)AP的膜電位臨 界值。剛好能觸發(fā)膜去極化與鈉電導(dǎo)之間形成正反饋的 膜電位水平。數(shù)值：一般比RP小10-20mV，如神經(jīng)細(xì)胞RP約-70mV，其 閾電位約-55mV。達(dá)到膜電位的某一臨界值 （四）、動作電位的傳播 1.動作電位在同一細(xì)胞上的傳播1）傳導(dǎo)：細(xì)胞膜某一部分產(chǎn)生的AP可沿細(xì)胞膜不衰減地傳遍整個細(xì)胞，這一過程也稱為傳導(dǎo)2）傳導(dǎo)機(jī)制：局部電流學(xué)說（local current）靜息

29、部位膜內(nèi)為負(fù)電位，膜外為正電位興奮部位膜內(nèi)為正電位，膜外為負(fù)電位在興奮部位和靜息部位之間存在著電位差膜外的正電荷由靜息部位向興奮部位移動膜內(nèi)的正電荷由興奮部位向靜息部位移動形成局部電流膜內(nèi)：興奮部位相鄰的靜息部位的電位上升膜外：興奮部位相鄰的靜息部位的電位下降去極化達(dá)到閾電位，觸發(fā)鄰近靜息部位膜爆發(fā)新的AP局部電流：3）傳導(dǎo)方式：無髓鞘N纖維或肌纖維的興奮傳導(dǎo)為近距離局部電流；有髓鞘N纖維的興奮傳導(dǎo)為遠(yuǎn)距離局部電流(跳躍式)。2.動作電位在細(xì)胞之間的傳播 細(xì)胞之間電阻很大，一般不傳播。某些組織如，腦內(nèi)某些核團(tuán)、心肌以及某些平滑肌，細(xì)胞間存在縫隙連接（gap junctional），可使AP在細(xì)

30、胞之間直接傳播。+- - - -神經(jīng)細(xì)胞之間的縫隙連接也稱電突觸（electrical synapse） （五）興奮性及其變化1.興奮性興奮性（excitability） ：是指機(jī)體的組織或細(xì)胞接受刺激后發(fā)生反應(yīng)的能力或特性，它是生命活動的基本特征之一。興奮（excitation） ：當(dāng)機(jī)體、器官、組織或細(xì)胞受到刺激時，功能活動由弱變強(qiáng)或由相對靜止轉(zhuǎn)變?yōu)楸容^活躍的反應(yīng)過程或反應(yīng)形式?？膳d奮細(xì)胞（excitable cell ）：凡在受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細(xì)胞如， 神經(jīng)細(xì)胞，肌細(xì)胞，部分腺細(xì)胞。很容易接受刺激并發(fā)生明顯的興奮反應(yīng)，具有較多的電壓門控鈉通道或電壓門控鈣通道，受刺激首先發(fā)生的共同反

31、應(yīng)就是基于這些離子通道激活而產(chǎn)生的AP。衡量興奮性高低的指標(biāo)：刺激的閾值。閾值愈小，興奮性愈高。絕對不應(yīng)期：無論多強(qiáng)的刺激也不能再次興奮的期間。Absolute refractory period 相對不應(yīng)期：興奮性逐漸恢復(fù)，受刺激后可發(fā)生興奮，但刺激強(qiáng)度必須 大于原來的閾值。Relative refractory period 超常期：有的細(xì)胞可出現(xiàn)興奮性輕度增高的時期。Supranormal period 低常期：有的細(xì)胞還會出現(xiàn)興奮性輕度降低的時期。Subnormal period2.細(xì)胞興奮后興奮性的變化 組織興奮后興奮性變化的對應(yīng)關(guān)系 分 期 興奮性 與AP對應(yīng)關(guān)系 機(jī) 制絕對不應(yīng)期

32、 降至零 鋒電位 鈉或鈣通道失活狀態(tài)相對不應(yīng)期 漸恢復(fù) 負(fù)后電位前期 鈉或鈣通道部分恢復(fù)超常期 正常 負(fù)后電位后期 鈉或鈣通道基本恢復(fù)低常期 正常 正后電位 膜內(nèi)電位呈超極化 +30絕對不應(yīng)期的意義：其長短決定細(xì)胞興奮的最高頻率例：絕對不應(yīng)期 2 ms 興奮的最高頻率?1000/2 =500 Hz使Ap不會重合三、電緊張電位和局部電位（一）電緊張電位1.電緊張電位（electrotonic potential）：由膜的被動電學(xué)特性決定其空間分布和時間變化的膜電位。（沒有離子通道的激活和膜電導(dǎo)的改變）2.極性：當(dāng)用細(xì)胞外電極刺激組織時，只有在出現(xiàn)去極化電緊張電位的負(fù)電極下方才可能產(chǎn)生AP。3.特

33、征：等級性電位衰減性傳導(dǎo)電位可融合（二）局部電位(local potential )概念：閾下刺激引起的，由少量鈉通道激活而產(chǎn)生的去極化膜電位波動屬于局部電位或局部反應(yīng)，稱為局部興奮。 少量鈉通道激活，膜去極化與去極化電緊張電位的融合特征： 等級性電位，不具有“全或無”現(xiàn)象。其幅度與刺激強(qiáng)度相關(guān)。 衰減性傳導(dǎo)，其幅值隨著傳播距離的增加而減小。（不超過1mm半徑） 沒有不應(yīng)期，具有總和效應(yīng)：時間性和空間性總和。 Experiments: -90-70-110閾下刺激-90-70-110電緊張擴(kuò)布空間時間不僅發(fā)生在可興奮細(xì)胞，也可見于其他不能產(chǎn)生動作電位的細(xì)胞，如感受器細(xì)胞。局部興奮與AP的區(qū)別:

34、不衰減性傳導(dǎo)電緊張擴(kuò)布傳播特點(diǎn)無總和現(xiàn)象，有不應(yīng)期有時間總和，空間總和，無不應(yīng)期總和現(xiàn)象，不應(yīng)期有無全或無特點(diǎn)大小膜電位變化幅度多少鈉通道開放數(shù)閾或閾上刺激閾下刺激刺激強(qiáng)度AP局部興奮區(qū)別課后復(fù)習(xí)題試述RP、AP的概念、特點(diǎn)、形成機(jī)制及影響因素Ap是如何在同一細(xì)胞傳導(dǎo)的？名詞： 興奮性與興奮 局部興奮 極化與超極化 全或無現(xiàn)象Rp是形成的；Ap去極相是形成的，復(fù)極相是形成的C外液中鈉濃度，Ap幅度C外液中鉀離子濃度，Rp幅度第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮 一、橫紋肌（一）骨骼肌N-M接頭處neuromuscular junction 的興奮傳遞1、N-M接頭的結(jié)構(gòu) 接頭前膜(prejunctional

35、membrane)：突觸囊泡內(nèi)含ACh,并以囊泡為單位釋放ACh（稱量子釋放）。 接頭間隙(junctional cleft)：約20-30nm。 接頭后膜(postjunctional membrane)：又稱終板膜(endplate membrane)。存在ACh受體（N2乙酰膽堿受體陽離子通道），能與ACh發(fā)生特異性結(jié)合。無電壓性門控性鈉通道。后膜外表面分布有乙酰膽堿酯酶突觸囊泡（Ach）神經(jīng)肌肉 接頭運(yùn)動終板膜肌小節(jié)接頭間隙接頭前膜2.N-M接頭處的興奮傳遞過程運(yùn)動神經(jīng)纖維末梢動作電位Ca2進(jìn)入運(yùn)動神經(jīng)末梢突觸囊泡移動、融合、破裂，出胞囊泡中的ACh釋放(量子釋放)ACh激活終板膜上的

36、N2型乙酰膽堿陽離子通道終板膜對Na、K (尤其是Na)通透性終板膜去極化終板電位（EPP）激活鄰近肌膜電壓門控鈉通道去極化達(dá)到閾電位骨骼肌細(xì)胞動作電位接頭前膜去極化電壓門控鈣通道開放N-M接頭處的興奮傳遞過程膜Ca2通道開放，膜外Ca2向膜內(nèi)流動接頭前膜內(nèi)囊泡移動、融合、破裂，囊泡中的ACh釋放(量子釋放)-MEPPACh與終板膜上的N2受體結(jié)合，受體蛋白分子構(gòu)型改變終板膜對Na、K (尤其是Na)通透性 3.N-M接頭處的興奮傳遞特征: （1）是電-化學(xué)-電的過程：N末梢APACh受體EPP肌膜AP （2）具1對1的關(guān)系： 接頭前膜傳來一個AP，便能引起肌細(xì)胞興奮和收縮一次（因每次ACh釋

37、放的量，產(chǎn)生的EPP是引起肌膜AP所需閾值的3-4倍）。 神經(jīng)末梢的一次AP只能引起一次肌細(xì)胞興奮和收縮（因終板膜上含有豐富的膽堿酯酶，能迅速水解ACh）。 4.影響N-M接頭處興奮傳遞的因素： （1）阻斷ACh受體： 箭毒和銀環(huán)蛇毒，肌松劑（馳肌碘）。 （2）抑制膽堿酯酶活性： 有機(jī)磷農(nóng)藥，新斯的明。 （3）自身免疫性疾病： 重癥肌無力（抗體破壞ACh受體）， 肌無力綜合征（抗體破壞N末梢Ca2+通道）。 （4）接頭前膜Ach釋放： 肉毒桿菌中毒。 5.EPP的特征：局部電位無“全或無”現(xiàn)象；無不應(yīng)期；有總和現(xiàn)象；EPP的大小與Ach釋放量呈正相關(guān)。（二）骨骼肌細(xì)胞的結(jié)構(gòu)特征肌節(jié)（肌肉收縮、

38、舒張的最基本單位）1.肌原纖維和肌節(jié)肌節(jié)(sarcomere): 是肌細(xì)胞收縮的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。 =1/2明帶暗帶1/2明帶 = 2條Z線間的區(qū)段2.肌管系統(tǒng)：橫管系統(tǒng)：T管（肌膜內(nèi)凹而成。肌膜AP沿T管傳導(dǎo)）?？v管系統(tǒng)：肌質(zhì)網(wǎng)（SR）L管LSR縱行肌質(zhì)網(wǎng)（鈣泵）JSR連接肌質(zhì)網(wǎng)、終池 (鈣釋放通道或RY受體RYR)，內(nèi)部有大量鈣離子)。 三聯(lián)管(triad)：T管+終末池2二聯(lián)管（diad）興奮收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵部位肌管系統(tǒng)返回肌絲滑行理論(myofilament sliding theory)（三）橫紋肌收縮機(jī)制相鄰Z線靠近,即肌節(jié)縮短；暗帶長度不變,即粗肌絲長度不變；明帶和H帶變窄。 肌

39、細(xì)胞收縮時肌原纖維的縮短,并不是肌絲本身縮短,而是粗細(xì)肌絲在肌節(jié)內(nèi)相互滑行所致，粗細(xì)肌絲本身的長度并不改變。1.肌絲的分子結(jié)構(gòu) 粗肌絲(trick filament): 由肌球蛋白或稱肌凝蛋白（myosin）組成，其頭部有一膨大部橫橋:能與細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生可逆性結(jié)合;具有ATP酶的作用, 分解ATP提供橫橋扭動（肌絲滑行）和作功的能量 肌動蛋白或肌纖蛋白（actin）：表面有與橫橋結(jié)合的位點(diǎn)，靜息時被原肌球蛋白掩蓋； 原肌球蛋白或原肌凝蛋白（tropomyosin）：靜息時掩蓋橫橋結(jié)合位點(diǎn)； 肌鈣蛋白（troponin）：與Ca2+結(jié)合變構(gòu)后,使原肌球蛋白位移，暴露出結(jié)合位點(diǎn)。細(xì)肌絲(t

40、hin filament):肌球蛋白和肌動蛋白-收縮蛋白原肌球蛋白和肌鈣蛋白調(diào)節(jié)蛋白按任意鍵飛入橫橋擺動動畫2.肌絲滑行過程橫橋周期（cross-bridge cycling）：是指肌球蛋白的橫橋與肌動蛋白結(jié)合、扭動、復(fù)位的過程。（20-200ms）主要過程如下： （四）橫紋肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián) 概念：將橫紋肌細(xì)胞產(chǎn)生動作電位的電興奮過程與肌絲滑行的機(jī)械收縮聯(lián)系起來的中介機(jī)制或過程。 關(guān)鍵部位：三聯(lián)管、二聯(lián)管耦聯(lián)因子Ca2+基本步驟T管膜的動作電位傳導(dǎo)。肌膜上的動作沿肌膜和由肌膜延續(xù)形成的T管膜傳播至肌細(xì)胞內(nèi)部，同時激活T管膜和肌膜上的L型鈣通道；JSR Ca2+的釋放。內(nèi)激活的L型鈣通道通

41、過變構(gòu)作用（骨骼肌）或內(nèi)流的Ca2+（心?。┘せ頙SR膜上的RYR受體，RYR是一種鈣釋放通道，它的激活使JSR內(nèi)的Ca2+釋放入胞質(zhì)（鈣觸發(fā)鈣釋放CICR），胞質(zhì)內(nèi)的Ca2+濃度由靜息時0.1mol/L的水平升高至1-10mol/L； Ca2+觸發(fā)肌肉收縮。肌質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度的升高促使肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合并引發(fā)肌肉收縮；JSR回收Ca2+。肌質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高的同時也激活LSR膜上的鈣泵，使Ca2+回收入肌質(zhì)網(wǎng)，遂使胞質(zhì)中Ca2+濃度降低，肌肉舒張。由于Ca2+的這種再聚集也需要分解ATP而耗能，所以肌肉的舒張和收縮一樣，都屬主動過程。T管膜的動作電位傳導(dǎo)。 JSR Ca2+的釋放。 Ca