第二章細胞的基本功能2-3節(jié)

黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)佳木斯學(xué)院生理教研室孫靜

第二章細胞的基本功能

第二節(jié)細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)主要途徑：1.受體-G蛋白-AC途徑:

物質(zhì)膜表面的特異受體Gs-(興奮性G蛋白)激活腺苷酸環(huán)化酶胞漿中的ATP分解膜內(nèi)側(cè)胞漿中cAMP(有時是減少),實現(xiàn)激素對細胞內(nèi)功能的調(diào)節(jié)2.受體-G蛋白-PLC途徑外界剌激信號膜受體Go的G蛋白激活磷脂酶C磷脂酰肌醇三磷酸肌醇(IP3)

二酰甘油第二信使影響細胞內(nèi)過程,完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。二、離子通道受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

1.離子通道受體-促離子型受體（化學(xué)門控通道）因化學(xué)門控通道具有受體功能，也稱為通道型受體；激活時直接引起跨膜離子流動，也稱促離子型受體?？刂仆ǖ篱_、關(guān)的因素-化學(xué)物質(zhì)。

主要分布：

肌細胞終板膜、神經(jīng)細胞突觸后膜、嗅、味感受細胞膜中,使所在膜產(chǎn)生終板電位、突觸后電位以及感受器電位等局部電反應(yīng)。

2.電壓門控通道：主要分布:

神經(jīng)軸突、骨骼肌、心肌細胞的一般質(zhì)膜中,控制這類通道開、關(guān)的因素是通道所在膜兩側(cè)的跨膜電位的變化。3.機械門控通道：細胞表面膜存在能感受機械性刺激并引起細胞功能改變的通道樣結(jié)構(gòu)。

特點：速度快、對外界刺激反應(yīng)的位點局限。三、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)特點：受體分子的胞質(zhì)側(cè)自身具有酶的活性，可直接激活胞質(zhì)中酶。受體只有一跨膜α-螺旋和一個較短的膜內(nèi)肽段。

酪氨酸激酶受體重要的受體有鳥苷酸環(huán)化酶受體（一）酪氨酸激酶受體特點：膜外側(cè)-配位體結(jié)合點

深入胞質(zhì)端-酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域受體與酶是同一蛋白分子肽類激素如胰島素和細胞因子相應(yīng)的靶細胞時,激活細胞膜酪氨酸激酶受體胞質(zhì)側(cè)酶活性部位活化胞質(zhì)酪氨酸激酶結(jié)合、激活完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一系列細胞內(nèi)信號分子細胞核內(nèi)基因轉(zhuǎn)錄改變。

（二）鳥苷酸環(huán)化酶受體

膜外側(cè)-α-螺旋分子N端-配位體結(jié)合點

膜內(nèi)側(cè)-α-螺旋分子C端-鳥苷酸環(huán)化酶（GC）結(jié)構(gòu)域,與配位體結(jié)合活化。機制

GTPCG

CGMP

蛋白激酶G（PKG）PKG活化

底物磷酸化第三節(jié)細胞的生物電現(xiàn)象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。恩格斯：“地球上幾乎沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化”。

①安靜時——靜息電位②受刺激時—動作電位

(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。(二)實驗現(xiàn)象：

一、細胞的靜息電位(RP)(三)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。特征：靜息電位在大多數(shù)細胞是一種穩(wěn)定的直流電位,但不同細胞的靜息電位數(shù)值可以不同;

只要細胞未受刺激、生理條件不變,這種電位將持續(xù)存在。(四)靜息電位的產(chǎn)生機制1化學(xué)現(xiàn)象

要在膜兩側(cè)形成電位差，必須具備兩個條件：①膜兩側(cè)的離子分布不均，存在濃度差；②對離子有選擇性通透的膜。

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→膜兩側(cè)的平衡電位。通透膜選擇性通透膜②靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)、外離子分布不勻③細胞膜的選擇性通透作用2靜息電位的產(chǎn)生機制(1)靜息電位的產(chǎn)生條件主要離子分布：膜內(nèi)：膜外：①細胞膜的電阻性和電容性

靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外主要離子分布及膜對離子通透性③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-(2)RP產(chǎn)生機制的膜學(xué)說:

∵靜息狀態(tài)下①細胞膜內(nèi)外離子分布不均；②細胞膜對離子的通透具有選擇性:K+＞Cl-＞Na+＞A-∴[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↑→膜內(nèi)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推測:RP的產(chǎn)生主要是K＋向膜外擴散的結(jié)果。靜息電位時膜兩側(cè)所保持的外正內(nèi)負狀態(tài)稱為膜的極化；膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負值加大的方向變化時，稱為膜的超極化；膜內(nèi)電位向負值減小的方向變化，稱為去極化或除極化；去極化至零電位后膜電位進一步變?yōu)檎捣Q為反極化，膜電位高于零電位的部位稱為超射。細胞先發(fā)生去極化，然后再向正常安靜時膜內(nèi)所處的負值恢復(fù)，則稱作復(fù)極化。RP形成機制二、動作電位(AP)

(一)概念：可興奮細胞受到刺激，細胞膜在靜息電位基礎(chǔ)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（二）動作電位產(chǎn)生的過程上升支去極化（-70到0mV）

峰電位超射（0到+30mV）

動作電位下降支復(fù)極化（+30到-70mV）負后電位-后去極化后電位正后電位-后超極化（負值大于-70mV）

（三）動作電位的特點①“全或無”性質(zhì)：當刺激未達閾值時，動作電位不會出現(xiàn)，一旦達到閾電位水平，動作電位便迅速產(chǎn)生，并達到最大值，其幅度和波形不隨刺激的強度增強而增大。②不衰減性傳導(dǎo)：動作電位能沿細胞膜向周圍不衰減性傳導(dǎo)，其幅度和波形始終保持不變。③脈沖式：具有不應(yīng)期，峰電位不可融合疊加。(四)動作電位的意義：

AP的產(chǎn)生是細胞興奮的標志——可興奮性組織與興奮性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。（五）動作電位的產(chǎn)生機制2.AP的產(chǎn)生機制:AP上升支AP下降支當細胞受到閾刺激當膜內(nèi)電位變化到閾電位時→Na＋通道大量開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負電位的吸引→再生式內(nèi)流

[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵AP的產(chǎn)生機制:膜內(nèi)負電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支）Na+通道關(guān)→Na+內(nèi)流停+同時K+通道激活而開放K＋順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引→K＋迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RP水平（AP下降支）Na+泵出、K+泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平→后電位動作電位上升支：1.細胞受剌激時，迅速增加Na+電導(dǎo)，2.動力：Na+在很強的電化學(xué)驅(qū)動力作用下，形成Na+內(nèi)向電流，膜內(nèi)負電位的迅速消失；3.超射:膜外Na+較高的濃度勢能，Na+在膜內(nèi)負電位減小到零時仍可繼續(xù)內(nèi)移，出現(xiàn)超射。4.阻力:內(nèi)移的Na+在膜內(nèi)形成的正電位足以阻止的Na+靜移動為止；這時膜內(nèi)所具有的電位值，理論上應(yīng)相當于根據(jù)膜內(nèi)、外Na+濃度差代入Nernst公式時所得出的Na+平衡電位值。動作電位降支：Na+通道失活，Na+電導(dǎo)減小形成峰電位降支，同時K+電壓門控性通道的開放。在膜內(nèi)電-化學(xué)梯度的作用下,出現(xiàn)了K+外向電流，使膜內(nèi)電位變負，加速了膜的復(fù)極，參與峰電位降支的形成。后電位：正后電位一般認為是生電性鈉泵作用的結(jié)果。（五）局部電位與閾電位

1.概念

局部電位：

閾下刺激引起的低于閾電位的去極化（即局部電位），稱局部興奮。

閾電位：

當剌激引起膜內(nèi)去極化達到引起正反饋Na+內(nèi)流的臨界膜電位稱為閾電位。它一般比靜息電位小10～20mV。閾下刺激閾刺激閾上刺激特點：

①不具有“全或無”現(xiàn)象。②電緊張方式擴布。③具有總和效應(yīng)：時間性和空間性總和。。

2.局部電位的特點

電緊張電位(局部興奮)沒有不應(yīng)期,一次閾下剌激引起一個局部反應(yīng)雖然不能引發(fā)動作電位,可疊加或總和后導(dǎo)致膜去極化到閾電位,從而爆發(fā)動作電位。空間性總和：多個閾下刺激在相鄰部位同時發(fā)生，疊加起來。

時間總和：閾下剌激在同一部位連續(xù)發(fā)生，后一次反應(yīng)可在前一次反應(yīng)尚未完全消失的基礎(chǔ)上發(fā)生，多個局部反應(yīng)在時間上疊加。時間性總和空間性總和當細胞受到刺激細胞膜上少量Na+通道激活而開放Na+順濃度差少量內(nèi)流→膜內(nèi)外電位差↓→局部電位當膜內(nèi)電位變化到閾電位時→Na＋通道大量開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負電位的吸引→再生式內(nèi)流

[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵AP的產(chǎn)生機制:膜內(nèi)負電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支）Na+通道關(guān)→Na+內(nèi)流停+同時K+通道激活而開放K＋順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引→K＋迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RP水平（AP下降支）Na+泵出、K+泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平→后電位局部興奮與動作電位的區(qū)別:

不衰減擴布電緊張擴布⑥傳播特點無有⑤總和現(xiàn)象有無④‘全或無’特點大?、勰る娢蛔兓榷嗌佗阝c通道開放數(shù)閾或閾上刺激閾下刺激①刺激強度動作電位局部興奮區(qū)別（六）動作電位的傳導(dǎo)

1、無髓鞘神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方式——局部電流

1.某一小段纖維受到足夠強的外加剌激；

2.局部出現(xiàn)膜兩側(cè)電位的暫時性倒轉(zhuǎn)；

3.在已興奮的神經(jīng)段和相鄰的未興奮神經(jīng)段之間，電位差的出現(xiàn)而發(fā)生電荷移動，稱為局部電流。

4.方向：巳興奮的膜部分向未興奮的膜部分。

特點:直徑大的細胞電阻較小傳導(dǎo)的速度快。傳導(dǎo)機制——局部電流+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+--+-+-+神經(jīng)沖動：神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)神經(jīng)纖維靜息部位膜內(nèi)為負電位，膜外為正電位興奮部位膜內(nèi)為正電位，膜外為負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)的負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到閾電位，觸發(fā)鄰近靜息部位膜爆發(fā)新的AP局部電流2、有髓鞘神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)方式跳躍式傳導(dǎo)有髓纖維:跳躍式傳導(dǎo)

3、傳導(dǎo)特點（1）絕緣性（2）雙向性（3）不衰減性（4）相對不疲勞性（5）不可融合性4、動作電位傳遞速度的影響（1）生物材料的導(dǎo)電性（2）動作電位的特性（七）細胞興奮后興奮性的變化

細胞在發(fā)生一次興奮后，將經(jīng)歷一系列興奮性的變化。絕對不應(yīng)期：當出現(xiàn)鋒電位的時期內(nèi)，不能再接受任何強大的刺激而出現(xiàn)新的鋒電位，因而也不可能發(fā)生兩次鋒電位的疊加。這一時期稱為絕對不應(yīng)期。處在絕對不應(yīng)期的細胞，Na+通道是失活狀態(tài)，細胞興奮性降低到零。絕對不應(yīng)期之后的一定時間內(nèi)，細胞對閾上剌激可發(fā)生興奮。標志著一些失活的Na+通道已開始逐漸復(fù)活，細胞興奮性從無到有逐漸向正?；謴?fù)的時期。相對不應(yīng)期：超常期：相對不應(yīng)期之后，閾下剌激就可引起細胞再