2022年醫(yī)學(xué)專題-第二章細(xì)胞的基本功能13

第二節(jié)細(xì)胞(xìbāo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)（signaltransduction）

細(xì)胞的基本功能第一頁，共一百零四頁。靶細(xì)胞感受器細(xì)胞(xìbāo)化學(xué)(huàxué)信號激素(jīsù)或其他體液性調(diào)節(jié)因子

(遠(yuǎn)距離調(diào)節(jié))遞質(zhì)或調(diào)質(zhì)（近距離調(diào)節(jié)）細(xì)胞因子（中距離調(diào)節(jié)）其他性質(zhì)的刺激機(jī)械的、電的、一定波長的電磁波跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念第二頁，共一百零四頁。跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑分為3類：根據(jù)細(xì)胞膜上感受信號物質(zhì)的蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)(fēnzǐjiéɡòu)和功能的不同：1、離子通道受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)2、G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)3、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三頁，共一百零四頁。一、離子通道受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

根據(jù)通道蛋白質(zhì)感受(gǎnshòu)外來刺激信號的不同，可將之分為：化學(xué)門控通道電壓門控通道機(jī)械門控通道

細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第四頁，共一百零四頁。1．化學(xué)門控通道：由某些化學(xué)物質(zhì)控制其開或關(guān)的通道。具有(jùyǒu)結(jié)構(gòu)上的相似性。如：N2型Ach受體陽離子通道

細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第五頁，共一百零四頁。分布效應(yīng)骨骼肌細(xì)胞(xìbāo)終板膜(N2受體)神經(jīng)細(xì)胞(shénjīnɡxìbāo)的突觸后膜(N1受體)某些嗅、味覺感受(gǎnshòu)細(xì)胞的膜中終板電位突觸后電位感受器電位細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能(只能引起局部反應(yīng))第六頁，共一百零四頁。研究細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能始于：運(yùn)動神經(jīng)(yùndòngshénjīng)乙酰膽堿骨骼肌興奮(xīngfèn)（神經(jīng)(shénjīng)沖動）（終板膜）終板電位（ACh）分子結(jié)構(gòu)化學(xué)本質(zhì)N-型乙酰膽堿門控通道蛋白質(zhì)（化學(xué)門控通道）分子量為290KD的五聚體蛋白質(zhì)(2)在膜中形成梅花狀通道樣結(jié)構(gòu)

兩個-亞單位可與兩分子ACh特異性結(jié)合

通道蛋白質(zhì)N-受體煙堿第七頁，共一百零四頁。①由4種不同的亞單位組成的5聚體蛋白質(zhì)，形成一種結(jié)構(gòu)(jiégòu)為α2βγδ的梅花狀通道樣結(jié)構(gòu)；②每個亞單位的肽鏈都要反復(fù)貫穿膜4次；③在5個亞單位中，Ach的結(jié)合位點在α亞單位上，結(jié)合后可引起通道結(jié)構(gòu)的開放,然后靠相應(yīng)離子的易化擴(kuò)散而完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第八頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第九頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能AChACh第十頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第十一頁，共一百零四頁?；瘜W(xué)性胞外信號(xìnhào)(Ach)Ach+化學(xué)(huàxué)門控通道終板膜上離子通道開放(kāifàng)Na+內(nèi)流終板膜電位骨骼肌收縮細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能信息傳遞過程（以運(yùn)動終板為例）（電位變化）第十二頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能兼有兩方面(fāngmiàn)作用：1、化學(xué)(huàxué)門控通道——與ACh結(jié)合后通道開放2、受體蛋白質(zhì)——兼有受體樣功能(gōngnéng)化學(xué)門控通道的特點既是通道同時又有受體功能被激活時直接引起跨膜離子流動通道型受體促離子型受體配體門控通道

（能與受體特異性結(jié)合的化學(xué)信號）第十三頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能2、電壓(diànyā)門控通道分布效應(yīng)神經(jīng)細(xì)胞(shénjīnɡxìbāo)、骨骼肌細(xì)胞、心肌細(xì)胞的表面膜中細(xì)胞(xìbāo)興奮（產(chǎn)生和傳導(dǎo)動作電位）特點蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)與化學(xué)門控通道相似，但存在對跨膜電位敏感的亞單位，使其開放與關(guān)閉受電位控制。第十四頁，共一百零四頁。心肌細(xì)胞T管膜上的L型鈣通道：T管膜的去極化→L型鈣通道激活→鈣離子內(nèi)流→內(nèi)流鈣離子作為第二信使激活肌質(zhì)網(wǎng)的鈣釋放通道→胞質(zhì)鈣離子濃度升高(shēnɡɡāo)→肌細(xì)胞收縮→細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第十五頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能3、機(jī)械(jīxiè)門控通道(mechanically-gatedchannel)分布效應(yīng)特點內(nèi)耳(nèiěr)毛細(xì)胞感受器電位(diànwèi)存在于一些特殊細(xì)胞的膜上，能感受機(jī)械性刺激并改變細(xì)胞的功能活動第十六頁，共一百零四頁。對血管(xuèguǎn)壁的牽張刺激-機(jī)械門控通道開放----Ca++內(nèi)流------血管收縮第十七頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能通道(tōngdào)蛋白質(zhì)完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特點轉(zhuǎn)導(dǎo)(zhuǎndǎo)速度較快對外來信號起反應(yīng)的位點較局限(júxiàn)（與通道蛋白質(zhì)分布有關(guān)）較為少見第十八頁，共一百零四頁。

二、G-蛋白(dànbái)耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第十九頁，共一百零四頁。(一)主要的信號蛋白G蛋白耦聯(lián)受體(Gprotein-linkreceptor):胞外側(cè)和跨膜螺旋內(nèi)部有配體的結(jié)合部位，膜內(nèi)胞質(zhì)側(cè)有結(jié)合G蛋白的部位。促代謝型受體：腎上腺素能α和β受體Ach受體5－羥色胺受體嗅覺(xiùjué)受體視紫紅質(zhì)以及多肽類受體細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十頁，共一百零四頁。G蛋白耦聯(lián)受體：1000種左右每種受體都是由一條(yītiáo)7次穿膜的肽鏈構(gòu)成,故也稱為7次跨膜受體蛋白耦聯(lián)受體與配體結(jié)合后，通過構(gòu)象變化結(jié)合并激活G蛋白.細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能作用第二十一頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十二頁，共一百零四頁。受體空間結(jié)構(gòu)第二十三頁，共一百零四頁。2．G蛋白(dànbái)：

鳥苷酸結(jié)合蛋白（guaninenucleotide-bindingprotein），簡稱G-蛋白，通常是指由α、β、γ三個亞單位形成的異源三聚體G蛋白。此外,還有一類單一亞單位的G蛋白，稱為小G蛋白。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十四頁，共一百零四頁。G蛋白(dànbái)分類：根據(jù)亞單位基因序列的同源性：Gs、Gp、Gq、G12細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十五頁，共一百零四頁。特點：是其中的α亞單位同時具有結(jié)合GTP或GDP的能力和GTP酶活性。分型：失活型和激活(jīhuó)型能互相轉(zhuǎn)化，在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的級聯(lián)反應(yīng)中起著分子開關(guān)的作用。*G蛋白激活后，可進(jìn)一步激活膜的效應(yīng)器蛋白，把信號向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能作用第二十六頁，共一百零四頁。失活型激活型細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十七頁，共一百零四頁。小G蛋白：分子結(jié)構(gòu)(fēnzǐjiéɡòu)上相當(dāng)于G蛋白的α亞單位具有結(jié)合GTP和GDP的能力和GTP酶活性有結(jié)合GTP的激活型和結(jié)合GDP的失活型，可相互轉(zhuǎn)換。激活過程中GDP的解離非常緩慢，需鳥苷酸釋放因子GTP酶活性較低，需GTP酶激活蛋白第二十八頁，共一百零四頁。3.G蛋白效應(yīng)器（Gproteineffector）：指催化生成（或分解）第二信使的酶。主要(zhǔyào)有:腺苷酸環(huán)化酶（AC）磷脂酶C（PLC）磷脂酶A2(PLA2)cGMP磷酸二酯酶(PDE)它們生成第二信使物質(zhì)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二十九頁，共一百零四頁。作用通過(tōngguò)生成或分解第二信使，實現(xiàn)細(xì)胞外信號向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)導(dǎo)；細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十頁，共一百零四頁。4.第二信使:是指激素、遞質(zhì)、細(xì)胞因子等信號分子(fēnzǐ)（第一信使）作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號分子，能把細(xì)胞外信號分子攜帶的信息轉(zhuǎn)入胞內(nèi)。如:環(huán)-磷酸腺苷（cAMP，簡稱環(huán)磷腺苷）三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油（DG）環(huán)-磷酸鳥苷（cGMP）Ca2+細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十一頁，共一百零四頁。作用調(diào)節(jié)靶蛋白（蛋白激酶、離子通道），產(chǎn)生以靶蛋白構(gòu)象變化為基礎(chǔ)的基聯(lián)反應(yīng)和細(xì)胞(xìbāo)功能的改變；細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十二頁，共一百零四頁。（二）主要的G蛋白(dànbái)耦聯(lián)受體信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑

細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能1.受體-G蛋白(dànbái)-AC（腺苷酸環(huán)化酶）途徑2.受體-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途徑第三十三頁，共一百零四頁。配體：能與受體發(fā)生特異性結(jié)合(jiéhé)的活性物質(zhì)（ligand）生物胺類激素：腎上腺素、去甲腎上腺素、組胺、5－羥色胺肽類激素：緩激肽、黃體生成素、甲狀腺激素氣味分子、光量子細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能分類(fēnlèi)

第三十四頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能1.受體-G蛋白-AC（腺苷酸環(huán)化酶）途徑Gs家族(jiāzú)G蛋白→激活腺苷酸環(huán)化酶（AC）→催化ATP→cAMPGi家族G蛋白→抑制AC→降低cAMP第三十五頁，共一百零四頁。腺苷酸環(huán)化酶（AC）位于細(xì)胞膜上的G蛋白效應(yīng)器，催化活性部位位于胞質(zhì)側(cè)，可催化ATP生成cAMPcAMP細(xì)胞內(nèi)的信號物質(zhì)(wùzhì)，通過激活蛋白激酶A（PKA）來實現(xiàn)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十六頁，共一百零四頁。蛋白激酶A：肝細(xì)胞：PKA激活磷酸化酶激酶，促進(jìn)肝糖原分解；心肌細(xì)胞：PKA使鈣通道磷酸化，增加有效鈣通道的數(shù)量，增強(qiáng)心肌(xīnjī)的收縮；胃粘膜壁細(xì)胞：PKA激活可促進(jìn)胃酸的分泌；海馬錐體細(xì)胞：PKA可抑制鈣激活的鉀通道，使細(xì)胞去極化，放電時間延長；細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十七頁，共一百零四頁。2.受體-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途徑配體與受體結(jié)合→Gｉ或Gq家族某些亞型→激活磷脂酶C（PLC）→分解二磷酸磷脂酰肌醇→三磷酸肌醇IP3和二酰甘油DG→IP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)上的受體結(jié)合可導(dǎo)致鈣離子釋放和鈣離子濃度(nóngdù)升高DG可激活蛋白激酶C細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十八頁，共一百零四頁。特點：效應(yīng)出現(xiàn)較慢反應(yīng)較靈敏(línɡm(xù)ǐn)作用較廣泛細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三十九頁，共一百零四頁。膜外N端：識別(shíbié)、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：具有酪氨酸激酶活性三、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第四十頁，共一百零四頁。酶耦聯(lián)受體：分子的胞質(zhì)側(cè)自身具有(jùyǒu)酶的活性，或者可直接結(jié)合并激活胞質(zhì)中的酶而不需要G蛋白。酪氨酸激酶(jīméi)受體（TKR）鳥苷酸環(huán)化酶受體分類細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第四十一頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能由酪氨酸激酶(jīméi)受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

特點是一些肽類激素(jīsù)、細(xì)胞因子的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式結(jié)構(gòu)有多種類型，與相應(yīng)(xiāngyīng)配體有特異性結(jié)合能力只有一個跨膜α-螺旋膜外側(cè)的長肽段：受體膜內(nèi)側(cè)的短肽段：蛋白激酶受體+化學(xué)信號激活蛋白激酶（引起細(xì)胞內(nèi)效應(yīng)）第四十二頁，共一百零四頁。酪氨酸激酶(jīméi)受體TKR第四十三頁，共一百零四頁。鳥苷酸環(huán)化酶受體細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第四十四頁，共一百零四頁。第三節(jié)細(xì)胞(xìbāo)的生物電現(xiàn)象細(xì)胞的生物電現(xiàn)象電化學(xué)驅(qū)動力：決定離子(lízǐ)跨膜流動的方向和速度Em-70mVENa+60mVEk-90mVNa＋驅(qū)動力:Em-ENa=-70mV–(+60mV)=-130mVK＋驅(qū)動力:Em-ENa=-70mV-(-90mV)=+20mV第四十五頁，共一百零四頁。

一切活細(xì)胞無論處于安靜或活動狀態(tài)都存在(cúnzài)電的活動，這種電的活動稱為生物電。靜息電位動作電位細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四十六頁，共一百零四頁。不同形式(xíngshì)的生物電現(xiàn)象：肌電圖、心電圖、腦電圖不同部位(bùwèi)的生物電現(xiàn)象：感受器受刺激產(chǎn)生(chǎnshēng)感受器電位傳入、傳出神經(jīng)纖維產(chǎn)生的電脈沖神經(jīng)原細(xì)胞和效應(yīng)器細(xì)胞的跨膜電變化細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四十七頁，共一百零四頁。一、細(xì)胞膜的被動電學(xué)特性膜的被動電學(xué)特性：細(xì)胞膜作為一個靜態(tài)的電學(xué)元件時所表現(xiàn)的電學(xué)特性；包括靜息狀態(tài)下膜的電容(diànróng)、電阻以及它們所決定的膜電流、膜電位的變化特征。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四十八頁，共一百零四頁。（一）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時，就相當(dāng)于在電容器上充電或放電(fàngdiàn)而產(chǎn)生電位差，即跨膜電位（transmembranepotential），或簡稱膜電位。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四十九頁，共一百零四頁。（二）膜電阻通常用膜電容的倒數(shù)膜電導(dǎo)（membraneconductance）G來表示。膜電導(dǎo)對帶電離子而言，膜對某種離子的電導(dǎo)，就是(jiùshì)膜對它的通透性；細(xì)胞膜對某離子電導(dǎo)的變化與其對該離子的通透性的變化是完全一致的。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十頁，共一百零四頁。（三）電緊張電位：由膜的被動電學(xué)特性決定(juédìng)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。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十一頁，共一百零四頁。電緊張電位(diànwèi)：隨距離逐漸衰減的跨膜電流引起的膜電位(diànwèi)變化細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十二頁，共一百零四頁。二、靜息電位及其產(chǎn)生機(jī)制(jīzhì)（一）細(xì)胞的靜息電位1．概念：（restingpotential）。細(xì)胞未受刺激時（靜息狀態(tài)下）存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十三頁，共一百零四頁。2.證明RP的實驗：（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。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十四頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜電變化

記錄方法

示波器＋－0mv-70mvSR第五十五頁，共一百零四頁。RP的特點(tèdiǎn)

①一般(yībān)相當(dāng)穩(wěn)定，呈直流電位②不同(bùtónɡ)細(xì)胞的RP值不同(bùtónɡ)（膜外為0，膜內(nèi)電位都在－10~－100mv之間）槍烏賊巨大神經(jīng)軸突蟾蜍骨骼肌細(xì)胞－50~－70mv哺乳動物的神經(jīng)、肌肉細(xì)胞－70~－90mv人的紅細(xì)胞－10mv細(xì)胞的跨膜電變化第五十六頁，共一百零四頁。注意：①細(xì)胞處于靜息電位時，膜內(nèi)電位較膜外電位為負(fù)，這種膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正的狀態(tài)稱為膜的極化；②當(dāng)靜息時膜內(nèi)、外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值加大的方向(fāngxiàng)變化時，稱為膜的超極化；細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十七頁，共一百零四頁。③當(dāng)靜息時膜內(nèi)、外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值減小的方向變化時，稱為膜的去極化或除極化；④去極化至零電位后膜電位如進(jìn)一步變?yōu)檎?，則稱為反極化或倒極化，膜電位高于零電位的部分(bùfen)稱為超射；⑤細(xì)胞膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過程，稱為復(fù)極化。

細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十八頁，共一百零四頁。（二）靜息電位(diànwèi)產(chǎn)生的機(jī)制*1902年Bernstein→膜學(xué)說*電化學(xué)驅(qū)動力（electrochemicaldrivingforce）

1離子跨膜擴(kuò)散的驅(qū)動力和平衡電位濃度差和電位差

細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第五十九頁，共一百零四頁。①靜息狀態(tài)(zhuàngtài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分布不勻

（1）靜息(jìnɡxī)電位的產(chǎn)生條件:主要離子(lízǐ)分布：膜內(nèi)：膜外：細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜電變化②K+平衡(pínghéng)電位當(dāng)：K+外移造成的電場力＝細(xì)胞(xìbāo)內(nèi)的高K+勢能不再有K+的跨膜凈移動膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定(wěndìng)在某一數(shù)值——K+的平衡電位Nernst公式：K+平衡電位EK＝59.5log————〔K+〕o〔K+〕i（mv）（EK計算值與RP實測值接近）EK計算值RP實測值槍烏賊巨大神經(jīng)軸突-87mv-77mv哺乳動物骨骼肌細(xì)胞-95mv-90mv（RP）（阻止K+外移）(促進(jìn)K+外移)第六十一頁，共一百零四頁。2膜對離子的通透性和靜息單位(dānwèi)具有選擇性細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十二頁，共一百零四頁。細(xì)胞的跨膜電變化靜息電位(diànwèi)和K+平衡電位K+Na+細(xì)胞(xìbāo)內(nèi)細(xì)胞(xìbāo)外CI﹣A﹣細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布細(xì)胞膜的選擇性通透只對K+有通透性（IK1）對其他離子通透性極低安靜時K+K+K+K+K+A﹣A﹣A﹣A﹣A﹣⑴RP的產(chǎn)生機(jī)制——K+外流K+外流的動力：膜內(nèi)的高K+勢能K+外流的條件：安靜時膜對有K+通透性第六十三頁，共一百零四頁。RP產(chǎn)生(chǎnshēng)機(jī)制:[K＋]i順濃度(nóngdù)差向膜外擴(kuò)散[A-]i不能向膜外擴(kuò)散[K+]i↓→膜內(nèi)電位(diànwèi)↓(負(fù)電場)[K+]o↑→膜內(nèi)電位↑(正電場)膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)當(dāng)擴(kuò)散動力與阻力達(dá)到動態(tài)平衡時=RP結(jié)論:

靜息電位主要是由K+外流形成的；接近于K+外流的平衡電位。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十四頁，共一百零四頁。靜息電位的影響因素(yīnsù)：①細(xì)胞外K+濃度的改變；②膜對K+和Na+的相對通透性：

③鈉-鉀泵活動的水平。3鈉泵的生電作用鈉泵：分解一個分子的ATP可使3個分子的Na+排除，將2個分子的K+進(jìn)入細(xì)胞。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十五頁，共一百零四頁。三、動作電位及其產(chǎn)生機(jī)制（一）細(xì)胞(xìbāo)的動作電位（actionpotential）1．概念：細(xì)胞的生物電現(xiàn)象——在RP的基礎(chǔ)上細(xì)胞受到適當(dāng)刺激(cìjī)膜電位會發(fā)生迅速的一過性的波動，這種膜電位的波動稱為動作電位。第六十六頁，共一百零四頁。2.動作電位的組成(zǔchénɡ):細(xì)胞的生物電現(xiàn)象＋50第六十七頁，共一百零四頁。0mv+20mv-70mv以神經(jīng)纖維(shénjīnɡxiānwéi)為例將AP分為1、上升(shàngshēng)支（去極相）去極化-70mv~0mv反極化(jíhuà)（超射）0mv~+20mv2、下降支（復(fù)極相）+20mv~-70mv復(fù)極化神經(jīng)纖維的AP：幅度：120mv超射值：50mv時程：0.5ms~2.0ms細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十八頁，共一百零四頁。刺激(cìjī)偽跡局部(júbù)電位閾電位(diànwèi)負(fù)后電位正后電位從AP的形態(tài)上劃分①鋒電位（0.5～2.0ms）構(gòu)成AP的主要部分呈短促而尖銳的脈沖樣變化（興奮的產(chǎn)生、傳導(dǎo)）②后電位鋒電位之后膜電位的低幅、緩慢的波動（興奮性的恢復(fù)）負(fù)后電位（5~30ms）——后去極化正后電位（40~60ms）——后超極化0mv+20mv-70mv-55mv細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第六十九頁，共一百零四頁。（二）動作電位產(chǎn)生(chǎnshēng)機(jī)制1.電化學(xué)驅(qū)動力：決定離子(lízǐ)跨膜流動的方向和速度Em-70mVENa+60mVEk-90mVNa＋驅(qū)動力:Em-ENa=-70mV–(+60mV)=-130mVK＋驅(qū)動力:Em-ENa=-70mV-(-90mV)=+20mV細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十頁，共一百零四頁。內(nèi)向電流：電化學(xué)驅(qū)動力為負(fù)值(fùzhí)，方向指向膜內(nèi)，推動正電荷由膜外流入膜內(nèi)；外向電流：電化學(xué)驅(qū)動力為正值，方向指向膜外，推動正電荷由膜內(nèi)流出膜外；細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十一頁，共一百零四頁。2.動作電位期間(qījiān)膜電導(dǎo)的變化動作電位的產(chǎn)生(chǎnshēng)：Na+電導(dǎo)迅速增加，Na+在很強(qiáng)的電化學(xué)驅(qū)動力作用下形成Na+內(nèi)向電流，細(xì)胞膜迅速去極化，構(gòu)成鋒電位的升支Na+電導(dǎo)減小，形成鋒電位的降支，K+電導(dǎo)的增大使K+外向電流增強(qiáng)，加速膜的復(fù)極，也參與鋒電位降支的形成。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十二頁，共一百零四頁。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十三頁，共一百零四頁。3動作電位產(chǎn)生(chǎnshēng)過程0mv+20mv-70mv細(xì)胞(xìbāo)受刺激產(chǎn)生AP時：①膜對Na+通透性突然(tūrán)增大（PNa+＞PK+）②Na+大量內(nèi)流并達(dá)Na+平衡電位(AP的頂點)⑴AP上升支的產(chǎn)生機(jī)制——Na+快速內(nèi)流Na+內(nèi)流的動力：膜外的高Na+勢能＋膜內(nèi)負(fù)電吸引Na+內(nèi)流的條件：Na+通道大量開放（順電-化學(xué)梯度）當(dāng)膜內(nèi)正電產(chǎn)生的電場力足以阻止Na+內(nèi)流時，即達(dá)ENa細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十四頁，共一百零四頁。⑵膜對離子(lízǐ)通透性變化的機(jī)制①膜內(nèi)、外的Na+濃度之比決定(juédìng)鋒電位的高度②用Na+通道的阻斷劑河豚毒處理后，細(xì)胞(xìbāo)不能再產(chǎn)生AP（人工改變細(xì)胞外液的Na+濃度，AP的幅度隨之改變）③膜片鉗實驗:用來直接觀察記錄單一的離子通道蛋白質(zhì)分子的通透性，從分子水平研究跨膜離子移動，離子通道的開放、關(guān)閉條件及失活。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十五頁，共一百零四頁。膜片鉗技術(shù)(jìshù)的基本原理和方法微電極（直徑(zhíjìng)0.5~3μm）負(fù)壓吸引(xīyǐn)與膜形成緊密封接可記錄單一通道的帶電離子跨膜移動將跨膜電位人為地設(shè)定維持在一定數(shù)值（鉗制）以便分析和確定通道是否為電壓門控式的①超極化②去極化1234當(dāng)膜電位向RP的去極化方向改變時（-80→-10mv），可記錄到Na+通道（電壓門控性）開放形成的離子流。當(dāng)膜電位向RP的超極化方向改變時，Na+通道一般很少開放；細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十六頁，共一百零四頁。1、開放(kāifàng)和關(guān)閉都是突然的（方波狀電流曲線）通道(tōngdào)蛋白質(zhì)構(gòu)象之間可躍變2、通道的開放(kāifàng)具有“全或無”性質(zhì)3、隨機(jī)性（開放的時機(jī)和持續(xù)時間）膜去極化程度愈大，Na+通道的開放概率愈大。每個通道每次開放的電流強(qiáng)度很固定（2pA）4、開放后進(jìn)入“失活”狀態(tài)，再次開放的概率減小多種離子通道的共同特征細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十七頁，共一百零四頁。膜片鉗實驗技術(shù)(jìshù)的意義：整段膜去極化時，參與開放的Na+通道很多，所以AP的上升(shàngshēng)支是由眾多Na+通道隨機(jī)開放造成的電流物理疊加的結(jié)果。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十八頁，共一百零四頁。Na+通道(tōngdào)的失活和膜電位的復(fù)極①激活(jīhuó)激活(jīhuó)失活復(fù)活（備用）②失活③復(fù)活（備用）當(dāng)膜去極化達(dá)一定水平（閾電位）時，可引起Na+通道迅速開放，之后迅速關(guān)閉。表現(xiàn)為當(dāng)膜的去極化仍然存在或再進(jìn)一步去極化，都不會使Na+通道再次開放。（1）Na+通道的三種狀態(tài)（蛋白質(zhì)構(gòu)象）只有當(dāng)去極化消除（復(fù)極）后，Na+通道才恢復(fù)到備用狀態(tài)，當(dāng)新的膜去極化出現(xiàn)時才能再次激活、開放。迅速復(fù)極去極化達(dá)閾電位細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第七十九頁，共一百零四頁。（2）膜電位的復(fù)極（AP的下降(xiàjiàng)支）復(fù)極的產(chǎn)生(chǎnshēng)在Na+通道失活的同時，膜的去極化電位會激活膜結(jié)構(gòu)中的K+通道（電壓門控式），使之開放，產(chǎn)生(chǎnshēng)K+外流，膜復(fù)極化。復(fù)極的機(jī)制——K+外流K+外流的動力：順電-化學(xué)梯度K+外流的條件：K+通道的大量開放證據(jù)使用K+通道的阻斷劑四乙胺后，AP的復(fù)極相延長，很難下降。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十頁，共一百零四頁。（3）后電位(diànwèi)①負(fù)后電位(diànwèi)：復(fù)極時迅速外流的K+蓄積在膜外側(cè)(wàicè)附近，暫時阻礙了K+的外流，使復(fù)極減慢。②正后電位：生電性鈉泵活動的結(jié)果。（Na+：K+為3：2）外出的正電荷多，膜超極化。綜上所述，AP的產(chǎn)生及形態(tài)特征是由膜中的離子通道決定的。不同的細(xì)胞因為有不同的離子通道存在而使其AP的形態(tài)及產(chǎn)生機(jī)制有所不同。（如：心肌細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞）細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十一頁，共一百零四頁。（三）動作電位的傳導(dǎo)(chuándǎo)：

細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十二頁，共一百零四頁。無髓神經(jīng)纖維(shénjīnɡxiānwéi)＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋－－＋＋＋＋＋＋＋－－＋＋－－＋＋＋－－－－－－－－－－－－－－－＋＋－－－－－－－＋＋－－＋＋－－－①安靜(ānjìng)時，極化狀態(tài)（外正內(nèi)負(fù)）②受刺激的局部，膜電位翻轉(zhuǎn)（倒極化、反極化），而鄰近部位仍處于(chǔyú)極化狀態(tài)。已興奮部位和未興奮部位之間存在電位差，產(chǎn)生了電荷的移動（局部電流localcurrent）。③未興奮部位的膜內(nèi)去極化達(dá)閾電位水平時，該部位的Na+通道大量激活也產(chǎn)生AP，并以同樣方式向兩端下傳（雙向性）。↓↓細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十三頁，共一百零四頁。靜息部位(bùwèi)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(jìnɡxī)部位之間存在著電位差膜外的正電荷由靜息部位(bùwèi)向興奮部位(bùwèi)移動膜內(nèi)的負(fù)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細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十四頁，共一百零四頁。在無髓鞘的神經(jīng)纖維(shénjīnɡxiānwéi)上:細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十五頁，共一百零四頁。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十六頁，共一百零四頁。2.在有髓鞘的神經(jīng)纖維(shénjīnɡxiānwéi)上:跳躍式傳導(dǎo)(saltatoryconduction)

速度(sùdù)快、耗能少生物進(jìn)化的結(jié)果細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十七頁，共一百零四頁。（四）縫隙連接兩個細(xì)胞靠的很近，每側(cè)細(xì)胞膜上都有一些孔道蛋白相對，形成(xíngchéng)縫隙連接。AP通過縫隙傳播。第八十八頁，共一百零四頁。四．局部(júbù)電位(localresponse)

細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第八十九頁，共一百零四頁。1、概念(gàiniàn)（局部(júbù)興奮、局部電位）在細(xì)胞(xìbāo)受到閾下刺激的局部所產(chǎn)生的小于閾電位的去極化。局部反應(yīng)的組成：①少量Na+內(nèi)流引起的去極化②電刺激（膜內(nèi)正極）造成的去極化細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第九十頁，共一百零四頁。特點：①反應(yīng)幅度隨刺激強(qiáng)度(qiángdù)的增加而增大：不是“全或無”細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第九十一頁，共一百零四頁。②電緊張傳播(chuánbō)(在局部形成衰減的傳播電位)：

③可以總和：細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第九十二頁，共一百零四頁。細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第九十三頁，共一百零四頁。局部電位(diànwèi)與