生理學(xué)--細(xì)胞的基本功能PPT課件

1、細(xì)胞的基本功能第二章 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 細(xì)胞（cell） -機(jī)體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。 英國物理學(xué)家 Robter Hooke， 16351703.屏障及保護(hù)、物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、生物電（興奮及其傳遞）（通信）等。肌細(xì)胞的收縮功能。 細(xì)胞的基本功能第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征一、基本結(jié)構(gòu)與物質(zhì)組成 20世紀(jì)30s, 膜結(jié)構(gòu)假說: 小孔剛性膜結(jié)構(gòu) 20世紀(jì)中期，電鏡技術(shù)發(fā)現(xiàn)，膜的三層結(jié)構(gòu)型式 液態(tài)鑲嵌模型 70年代，細(xì)胞膜： 脂肪+蛋白質(zhì)+糖類重量：蛋白質(zhì)與脂質(zhì)之比為 4114 線粒體膜31，神經(jīng)髓鞘膜為14數(shù)量：脂質(zhì)多于蛋白質(zhì)100倍以上。二、液態(tài)鑲嵌模型及其分子組成液態(tài)鑲嵌模型（l

2、iquid mosaic model; Singer & Nicholson,1972）的基本內(nèi)容: 膜的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)。 特征：脂質(zhì)熔點(diǎn)低，體溫下為液態(tài)，有一定的流動(dòng)性；分子自由能低，具有穩(wěn)定性。抗張力和變形，自動(dòng)融合與修復(fù)能力。 （一）脂質(zhì)雙分子層細(xì)胞膜的基本骨架 證明：人工脂質(zhì)膜: 單層、雙層及 脂質(zhì)小體 （liposome） 脂質(zhì)構(gòu)成：磷脂、糖脂、固醇（ 其含量與膜的 流動(dòng)性成反變）（二）膜蛋白質(zhì) -執(zhí)行細(xì)胞膜的主要功能分類： 依功能分：酶蛋白、受體蛋白、轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等； 依存在形式分：表面蛋白、整合蛋白。存在證明：冰

3、凍蝕刻技術(shù)脂質(zhì)雙分子層細(xì)胞膜糖類細(xì)胞膜蛋白質(zhì)疏水基團(tuán)親水基團(tuán)膜蛋白質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式： 平面?zhèn)认驍U(kuò)散運(yùn)動(dòng)，受骨架蛋白及胞外信號(hào)調(diào)節(jié). 沿平面垂直軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，受骨架蛋白調(diào)節(jié). “插入”和“內(nèi)化”.（三）糖類 分子標(biāo)記或信息載體結(jié)構(gòu)：寡糖和多糖鏈 糖蛋白或糖脂功能：形成細(xì)胞的抗原性和表型，參與細(xì)胞識(shí)別、黏附、 分化、老化、吞噬、自身免疫、細(xì)菌感染等。 如 IgG糖鏈改變自身抗原自身免疫。 ABO血型抗原決定簇： A抗原為乙酰氨基半乳糖胺， B抗原為半乳糖。第二節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能（一）單純擴(kuò)散（simple diffusion） 指疏水性或非極性程度較高的小分子物質(zhì)順濃度梯度的跨膜物理擴(kuò)散。 一、被動(dòng)

4、轉(zhuǎn)運(yùn) 物質(zhì)：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子等 擴(kuò)散通量： mol or mmol/scm2決定因素：物質(zhì)的濃度差、膜的通透性.（二）易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 1. 經(jīng)載體的易化擴(kuò)散 （via carrier） 指某些分子量較大但脂溶性較低的物質(zhì)（在 特殊蛋白質(zhì)的幫助下）的跨膜被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。 載體（carrier）: 貫穿脂質(zhì)雙層的整合蛋白。物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。 Facilitated diffusion via carrier特點(diǎn)：順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，速率：103105分子/s； 飽和現(xiàn)象；結(jié)構(gòu)特異性， 如右旋（D型）葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)左旋（L型） 葡萄糖轉(zhuǎn)

5、運(yùn)體（glucose transporter, GLUT） 5個(gè)亞型，GLUT1-5, 1分布于RBC、腦、腎等.競(jìng)爭(zhēng)性抑制。Facilitated diffusion2. 經(jīng)通道的易化擴(kuò)散 指某些金屬或非金屬離子的被動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。 物質(zhì)：Na+、 K+、 Ca2+、 H+、 Cl- 等。 通道類型（依離子選擇性分）： （1）電壓門控離子通道（Na+、 K+、 Ca2+等） 特異阻斷劑：分別為河豚毒（TTX）、四乙銨（TEA）、 異搏定(Mn2+等)。 通道易化擴(kuò)散（2）化學(xué)門控離子通道（配體門控離子通道） 肌肉終板膜、突觸后膜（3）機(jī)械門控離子通道 耳蝸毛細(xì)胞頂部（4）水通道 由水孔蛋白組成（

6、Agre,1988） 1988， 終于發(fā)現(xiàn) 1991， 克隆基因 1992， 功能鑒定 2003， 諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 十余種，包含AQP0AQP9、MIWC（mercurial-insensitive water channel） 腎遠(yuǎn)球小管、集合管（ AQP2），受血管加壓素（VP/AVP/ADH）的調(diào)節(jié)，決定尿量。水孔蛋白（aquaporin,AQP）:Water channel:二、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (active transport)概念：指細(xì)胞利用代謝產(chǎn)生的能量將物質(zhì)（常為離子）逆濃度梯度或/和電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。能量物質(zhì)：ATP（一）原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) （primary active tran

7、sport） 離子“泵”的轉(zhuǎn)運(yùn) 1.鈉-鉀泵（sodium-potassium pump；鈉泵） - Na+-K+依賴式ATP酶（蛋白質(zhì)）Mechanism of ion transport by sodium pump 細(xì)胞內(nèi)Na+或胞外K+鈉泵 E1構(gòu)象：在胞內(nèi)對(duì)Na+的親和力而結(jié)合Na+，并分解ATP獲能、磷酸化結(jié)合Na+的位點(diǎn)轉(zhuǎn)向膜外； E2構(gòu)象：對(duì)Na+的親和力而釋放Na+，同時(shí)對(duì)K+親和力而結(jié)合胞外的K+，并激發(fā)脫磷酸化 E1構(gòu)象：對(duì)K+的親和力而釋放K+，同時(shí)對(duì)Na+的親和力、。Sodium pump transport特點(diǎn)： 逆濃度差，耗能； 偶聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)但不對(duì)等，即分解1分子AT

8、P， 轉(zhuǎn)出3個(gè)Na+、移入2個(gè)K+（生電性轉(zhuǎn)運(yùn)）. 分子構(gòu)象與磷酸化與脫磷酸化反應(yīng)有關(guān).鈉泵轉(zhuǎn)運(yùn)的意義： 建立膜電位產(chǎn)生所需的Na+、K+勢(shì)能儲(chǔ)備，以備利用：胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)的必需條件；膜內(nèi)外Na+差是其它物質(zhì)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力。 膜內(nèi)、外正常Na+差維持胞內(nèi)滲透壓和細(xì)胞容積正常穩(wěn)定。 膜內(nèi)、外正常Na+差維持Na+-H+交換的動(dòng)力維持胞內(nèi)pH的正常穩(wěn)定。 對(duì)Na+、K+的不對(duì)等轉(zhuǎn)運(yùn)（、）膜外正電荷（生電作用）。2. 鈣泵（calcium pump）Ca2+-ATP酶(Ca2+-ATPase) 一條肽鏈，10個(gè)跨膜螺旋，N、C端及活性位點(diǎn)都位于胞內(nèi)。 轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制：胞內(nèi)Ca2+ Ca2+

9、-鈣調(diào)蛋白（calmodulin,CaM）復(fù)合物+ C端/鈣泵，并激活鈣泵轉(zhuǎn)運(yùn)Ca2+出細(xì)胞（或進(jìn)入肌質(zhì)網(wǎng)）。 分解1分子ATP，轉(zhuǎn)出1個(gè)Ca2+. 鈣泵轉(zhuǎn)運(yùn)的意義： 維持細(xì)胞內(nèi)原有低鈣水平，防止鈣超載（指胞質(zhì)內(nèi)Ca2+長時(shí)間、不可逆升高）維持細(xì)胞正常的興奮/收縮能力。（二）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) -secondary active transport， SAT；聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)，cotransport） 概念：指利用原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)建立的膜電-化學(xué)勢(shì)能完成的物質(zhì)逆濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。例：小腸腔、腎小管腔內(nèi)Glucose和AA的轉(zhuǎn)運(yùn)， 甲狀腺細(xì)胞的聚碘。Na+-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體（Na+-glucose sympo

10、rter） 以小腸上皮細(xì)胞為例：血液Process of SAT 小腸上皮細(xì)胞的側(cè)膜鈉泵分解ATP、耗能泵Na+至細(xì)胞間隙（Na+擴(kuò)散入血液）胞內(nèi)Na+腸腔，頂端膜同向轉(zhuǎn)運(yùn)體將Na+及葡萄糖或氨基酸（逆濃度差）轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)葡萄糖經(jīng)易化擴(kuò)散由細(xì)胞進(jìn)入血液，Na+再被泵出而吸收。哇巴因抑制鈉泵葡萄糖不能轉(zhuǎn)運(yùn)其他聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)：2.Na+Ca2+交換體（Na+Ca2+exchanger） 見心肌. 移入3個(gè)Na+、排出1個(gè)Ca2+。3.Na+K+-2Cl-同向轉(zhuǎn)運(yùn)體 見于心、腎、腦、血管等. 將Na+、K+、2個(gè)Cl-轉(zhuǎn)運(yùn)入細(xì)胞。 4.Na+H+交換體 見腎。三、出胞和入胞 (exocytosis & e

11、ndocytosis) （一）出胞（exocytosis） 指細(xì)胞內(nèi)的某些大分子物質(zhì)、物質(zhì)顆?；驁F(tuán)塊的排出過程。如腺細(xì)胞分泌、神經(jīng)遞質(zhì)釋放等.（二）入胞（endocytosis），與出胞相反。 如白細(xì)胞對(duì)病毒、細(xì)菌的吞噬（phagocytosis）,或吞飲（pinocytosis）等。 方式：Fashion of endocytosis1. 液相入胞（fluid-phase endocytosis） 指細(xì)胞外液及其所含的較小溶質(zhì)連續(xù)不斷地以吞飲方式進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程。見于多數(shù)細(xì)胞對(duì)液體的吞飲.2. 受體介導(dǎo)式入胞（receptor-mediated endocytosis） 指某些較大的物質(zhì)分子

12、或顆粒經(jīng)膜受體介導(dǎo)被轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞內(nèi)的過程。 例：血漿低密度脂蛋白、運(yùn)鐵蛋白、維生素B12轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、多種生長因子、一些肽類物質(zhì)（如胰島素）、某些細(xì)菌毒素、病毒等。 Endocytosis & exocytosis第三章 細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 分兩種情況： 信息傳遞: 在細(xì)胞之間或胞內(nèi)的細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)之間的信息傳播； 第一節(jié) 細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念和共同特征一、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念 （cellular signal transduction ） 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（transmembrane signal transduction）或跨膜信息傳遞 （ transmembrane signaling） 環(huán)境變化信息經(jīng)膜受

13、體的感受及傳遞，啟動(dòng)并經(jīng)細(xì)胞內(nèi)一系列信號(hào)分子的轉(zhuǎn)導(dǎo)，引起細(xì)胞代謝和功能活動(dòng)變化的過程。 獲1971 年諾貝 爾生理 學(xué)與醫(yī) 學(xué)獎(jiǎng)二、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的三個(gè)共同特征（一）細(xì)胞外信號(hào)作用于受體后引發(fā)一系列信號(hào)分 子的順序激活，然后引發(fā)細(xì)胞功能的改變。 1.細(xì)胞外信號(hào)：激素、遞質(zhì)等；2.受體（receptor）類型：（膜受體，部分為核受體） 1. 離子通道受體 2. G蛋白偶聯(lián)受體 3. 酶偶聯(lián)受體（或具有內(nèi)在酶活性的受體）（二）不同細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)都是經(jīng)少數(shù) 幾類途徑實(shí)現(xiàn)的。 幾種途徑類似；幾類膜蛋白各有很大的結(jié)構(gòu)同源性，由相近的基因家族編碼。（三）具有信號(hào)放大作用 信號(hào)的級(jí)聯(lián)放大：一個(gè)上游信號(hào)分子

14、可激活多個(gè)下游信號(hào)分子，并依次類推。第二節(jié) 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑一、離子通道介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)1. 化學(xué)（或配體ligand）門控離子通道（chemically-gated ion channel） 快速的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式. 通道與受體并存, 例： N2型乙酰膽堿受體(肌細(xì)胞) A型-氨基丁酸（GABAA）受體 甘氨酸受體 促離子型谷氨酸受體等（神經(jīng)元胞體）2. 電壓門控離子通道（voltage-gated ion channel） 見于神經(jīng)纖維。3. 機(jī)械門控離子通道（mechanically-gated ion channel） 見于耳蝸的毛細(xì)胞、血管內(nèi)皮細(xì)胞。二、G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨

15、膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) （一）研究簡(jiǎn)歷 諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主及成就1971年，E.W. Sutherland (美國)，發(fā)現(xiàn)cAMP、創(chuàng)立第 二信使學(xué)說。 1989，Bishop & Varmus (美國)，發(fā)現(xiàn)原癌基因 并發(fā)現(xiàn) 有些第二信使可激活細(xì)胞核內(nèi)正常染色體中的原 癌基因，后者表達(dá)時(shí)成癌基因.1992，Edmond Fischer and Edwin Krebs (美國), 發(fā)現(xiàn) 蛋白磷酸化在信息傳遞中的作用。1994，Gilman & Rodbell (美國)，發(fā)現(xiàn)G蛋白并揭示其 在細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的作用。1998，F(xiàn)urchgott、Murad & Ignarro (美國)，發(fā)現(xiàn)NO既 是第

16、一信使，也是第二信使。 關(guān)鍵信號(hào)分子及其信號(hào)傳遞作用的發(fā)現(xiàn)，是揭示生命奧秘的重大事件。（二）主要信號(hào)分子(群)1. G蛋白偶聯(lián)受體（G protein-coupled receptor, GPCR），也稱促代謝型受體 （metabotropic R.），或7次跨膜受體（7- transmembrane R.）. 多達(dá)1000多種，克隆約300多種。 其激動(dòng)劑（agonist）包括： 兒茶酚胺類激素、神經(jīng)遞質(zhì)、Ach、5-HT、嗅覺刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴細(xì)胞活性因子、多數(shù)肽類激素等。 作用: 被激動(dòng)后，可結(jié)合并激活G蛋白，從而引起信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)。G蛋白2. 鳥苷酸結(jié)合蛋白（guan

17、ine nucleotide-binding protein）G蛋白（G protein） （1）基本結(jié)構(gòu): 異源三聚體G蛋白（由三個(gè)亞單位組成）和單體G蛋白（相當(dāng)亞單位；或小G蛋白）（2）類型： 按結(jié)構(gòu)和功能分為兩類: 三聚體G蛋白(20多種)；小G蛋白(100多種) 按G蛋白亞單位的結(jié)構(gòu)差異分為6個(gè)亞族： Gs、Gi/o、Gt、Gg、Gq、G12（表3-1）（3）功能：傳遞受體信息, 是決定細(xì)胞功能性質(zhì) 的關(guān)鍵信號(hào)分子. 3. G蛋白效應(yīng)器（G protein effector） 兩種：（1）催化生成第二信使的酶： adenylyl cyclase, AC（腺苷酸環(huán)化酶） phosphol

18、ipase C, PLC（磷脂酶C） phosphodiesterase, PDE（磷酸二酯酶） phospholipase A2 （磷脂酶A2）等（2）離子通道: 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多種。類型： （1）依磷酸化底物蛋白的機(jī)制不同分為：絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶等。（2）依激活它們的第二信使不同分為：蛋白激酶A（依賴cAMP的）、蛋白激酶C（依賴Ca2+的） 功能：引起下游蛋白的磷酸化

19、級(jí)聯(lián)反應(yīng)，或脫磷酸化，功能蛋白及細(xì)胞功能的變化。（三）主要的信號(hào)通路1. cAMP-PKA信號(hào)通路 （GPCR -GP-AC-） 1）配體+ R（如型腎上腺素受體、ACTH受體、胰高血糖受體等）+Gs+AC，生成cAMP +PKA（protein kinase A）靶細(xì)胞： +磷酸化酶激酶/肝細(xì)胞 糖原分解、 Ca2+通道磷酸化/心肌細(xì)胞 Ca2+通道開放， Ca2+內(nèi)流，胞內(nèi)Ca2+心力、 ( -RG-AC-) cAMP-PKA-信號(hào)通路 2）配體+R（如2型腎上腺素受體、M2型ACh受體、生長抑素受體等）+Gi-AC，cAMP 與上相反，如 心力、。2.受體-G蛋白-PLC途徑（R-Gq-

20、PLC-） 配體+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+信號(hào)通路 （R-Gq-PLC-） IP3+ IP3受體（具有Ca2+釋放通道）/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)膜 Ca2+釋放，胞內(nèi)Ca2+ Ca2+肌鈣蛋白、肌肉收縮； Ca2+鈣調(diào)蛋白（calmodulin, CaM；/平滑肌） Ca2+-CaM復(fù)合物+肌球蛋白輕鏈激酶（MLCK）肌球蛋白輕鏈磷酸化（構(gòu)型改變）、平滑肌收縮； Ca2+-CaM復(fù)合物+一氧化氮合酶（nitric oxide synthase, NOS）

21、L-精氨酸NO和胍氨酸，NO使血管舒張； Ca2+ +蛋白激酶C（protein kinase C, PKC; 同下）、。（2） DG-PKC信號(hào)通路（R-Gq-PLC-） 、DG + 磷脂酰絲氨酸/膜磷脂+ PKC（protein kinase C）底物蛋白磷酸化生物效應(yīng).-IP3/DG通路R-Gp-PLC-IP3/DG Pathways +磷脂酰絲氨酸MLCK; NOS3. G蛋白-離子通道信號(hào)通路 （1）G蛋白直接調(diào)節(jié)離子通道. 如心肌細(xì)胞： ACh+M2型ACh受體+Gi生成-GTP復(fù)合物和-二聚體+ACh門控K+通道（KACh）K+外流膜復(fù)極化。 （2）通過第二信使影響離子通道. 如

22、神經(jīng)細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞，、胞內(nèi)Ca2+Ca2+激活的K+通道（KCa）K+外流膜復(fù)極化或超極化。 Ion channel 三、酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 激動(dòng)劑：一些肽類激素（如胰島素）、細(xì)胞因子（如多種GF、白細(xì)胞介素等） 受體： 酪氨酸激酶受體、酪氨酸磷酸酶受體、GC受體、MAPK受體等。特點(diǎn)： 除結(jié)合酪氨酸激酶的受體外，這些受體 本身具有酶活性； 不需要G蛋白和第二信使參與； 催化受體自身或靶蛋白磷酸化或脫磷酸 化，從而影響細(xì)胞功能。（一）酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 1. 受體酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase)介導(dǎo)的信號(hào)通路（或絲裂原激活的蛋白激酶m

23、itogen-activated protein kinase,MAPK通路. 其可被G蛋白及第二信使激活） 介導(dǎo)多種GF：包含EGF、NGF、PDGF、HGF、FGF、 白細(xì)胞介素、胰島素等。2. 結(jié)合酪氨酸激酶的受體(receptor-associated tyrosine kinase)介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路. 受體：EPO受體、GH受體、PRL受體、多種細(xì)胞因子受體、干擾素受體等。（二）受體絲氨酸/蘇氨酸激酶介導(dǎo)的跨膜 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) （receptor serine/threonine kinase, RSTK） 轉(zhuǎn)化生長因子（TGF-）+RSTK+RSTKRSTK磷酸化、(c-Myc)、細(xì)胞

24、周期 （三）受體鳥苷酸環(huán)化酶（receptor guanylyl cyclase, GC）介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路 配體，如心房鈉尿肽（atrial natriuretic peptide）,+R-GC+GC GTPcGMP +PKG靶蛋白磷酸化細(xì)胞功能效應(yīng)；如腎排鈉、水，血管舒張等。summary1. 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念2. 主要的信號(hào)分子：5類/GPCR介導(dǎo)的信號(hào)途徑3. 三類信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 （1）離子通道介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 （3條通路） （2）Gp耦聯(lián)受體、 （3、） （3）酶、 （3、）第四章 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象概 述1. 生物電的發(fā)現(xiàn) 早期發(fā)現(xiàn)：電鯰,電鰻,電鰩, 有生電器官。 18世紀(jì)末

25、, 1790-1791, Dr.Galvani in Italy, 金屬蛙腿M M收縮; N,M發(fā)電內(nèi)在電流 Volta, 認(rèn)為是金屬電流，非生物電流 科學(xué)競(jìng)爭(zhēng)Volta創(chuàng)立金屬接觸電動(dòng)勢(shì)理論, 發(fā)明Volta電池.Galvani, 1794,設(shè)計(jì)不用任何金屬的同體損傷實(shí) 驗(yàn)，確認(rèn)N.M放電現(xiàn)象. 1842, Carlo Matleuci, 異體損傷實(shí)驗(yàn)，證明: N,M 有電,可傳播.1920s, 陰極射線示波器電生理學(xué)研究. 1940s, 微電極技術(shù),可在細(xì)胞水平研究生物電. 2. 意義: 生命現(xiàn)象之一、通訊、調(diào)控、觸發(fā)作用、 3. 生物電的應(yīng)用: 第一節(jié) 靜息電位(RP)細(xì)胞的跨膜電位（t

26、ransmembrane potential, TMP，MP）：指存在于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差）MP： 靜息電位（resting potential, RP） 動(dòng)作電位（action potential, AP）一、RP的記錄及概念RP的紀(jì)錄RPRP的概念： 安靜時(shí)存在于細(xì)胞膜兩側(cè)外正內(nèi)負(fù)的電位差。 RP范圍：10100mV. 骨骼肌細(xì)胞:90mV， 神經(jīng)細(xì)胞:70mV， 平滑肌細(xì)胞:55mV， RBC:10mVMP的狀態(tài)： 極化 （polarization） 去極化 （depolarization） 反極化 （reverse polarization） 復(fù)極化 （repolarization）

27、超級(jí)化 （hyperpolarization）二、RP形成的機(jī)制 離子學(xué)說(Bernstein,1902) 1. 膜兩側(cè)的離子濃度差 Na+O 是膜內(nèi)的12倍，K+i 是膜外的30倍 （一）離子跨膜擴(kuò)散的兩個(gè)條件 2. 膜對(duì)離子的通透性 安靜時(shí)，膜主要對(duì)K+通透（二）RP形成的離子機(jī)制RP形成的機(jī)制 在上述條件下，K+順濃度差從膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散（負(fù)電物質(zhì)不能外移，極少Na+內(nèi)移）膜外側(cè)形成一層正電荷（正電位）、膜內(nèi)側(cè)為一層負(fù)電荷（負(fù)電位）膜外側(cè)的正電場(chǎng)力與K+差的動(dòng)力達(dá)到平衡時(shí)，K+的凈通量為零，此時(shí)的MP即RP，相當(dāng)于K+的平衡電位（EK）.（三）證明 1. 用Nernst公式計(jì)算的EK理論值

28、與實(shí)測(cè)的 RP非常接近. Nernst公式：Ex= RT/ZFlogexo/ xi 在溫度為29.2，離子價(jià)位單價(jià)時(shí)，上式簡(jiǎn) 化為Ex = 60logxo/ xi 則 EK = 60logK+o/ K+i (mV)偏差解釋： 有少量Na+內(nèi)漏(極少; Cl-)； 鈉泵生電作用的影響（2-16mV）1939, Hodgkin&Huxley（英）RP機(jī)制的證明2.改變膜外K+ MP ？ 一定范圍,K+o RP,反之則反.3.用四乙銨阻斷K+通道RP或消失.4.測(cè)離子電流(I)或電導(dǎo)(G)； 安靜時(shí)主要是GK（PK） GK=IK/(EMEK)RP-K+順化學(xué)梯度由膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散所形 成的電-化學(xué)平衡

29、電位.第二節(jié) 動(dòng)作電位（AP）一、AP的記錄、特性、概念及意義 標(biāo)本：神經(jīng)纖維St偽跡 示波器刺激偽跡（后去極化）（后超極化）RP01. AP的波形及構(gòu)成 AP，又稱鋒電位（SP）/Nf；（脈沖、放電、） 構(gòu)成：AP=去極相(上升支)+復(fù)極相(下降支) /=SP+后電位(負(fù)后電位+正后電位)幅度: |-70| +50mV=|120|Mv (-70-90 +30+50mV)； =|RP|+超射值(ENa)=|EK|+ENa 時(shí)程: SP 1-2ms, 后電位 10-60ms (?) 2. AP的特性 （1）“全或無”特性 “無”：刺激小于閾值，不能產(chǎn)生AP； “全”：刺激達(dá)到或閾值 MP（RP）

30、 閾電位（TP）爆發(fā)AP. AP一旦產(chǎn)生,其不再隨閾上刺激而改變，也不隨傳播距離的增加而減小。 （2）不衰減傳導(dǎo). （3） 互不融合. 即SP不會(huì)發(fā)生總合. AP的概念、意義3. 概念：指給細(xì)胞一次有效刺激,在細(xì)胞膜 RP基礎(chǔ)上發(fā)生的一次快速而可逆的、可向 遠(yuǎn)處傳播的電位波動(dòng).4. 意義：興奮的標(biāo)志, 傳播信息, 觸發(fā)各 種外部活動(dòng).二、AP產(chǎn)生機(jī)制 1.條件： RP ； 膜兩側(cè)的離子濃度差 ：見表4-1 膜對(duì)離子的通透性： 先Na+后K+。2. AP產(chǎn)生機(jī)制（過程）Axon hillockNa+TP-70 mVRPStNa+Na+K+K+K+K+3Na+2K+ATP2K+3Na+ 閾電位(t

31、hreshold potential, TP)：膜去極化達(dá) 到使Na+(或Ca2+)通道突然大量開放而爆發(fā)AP 的臨界膜電位值。 一般比RP小10 20mV. 對(duì)Na+的驅(qū)動(dòng)力： EMENa=70mV(+60mV)=130mV閾電位的概念（1）除極相（上升支）的產(chǎn)生 閾刺激膜輕度除極，MP（電緊張電位）部分Na+通道被激活、開放 Na+少量內(nèi)流（內(nèi)向電流）膜進(jìn)一步除極，MP繼續(xù)（局部反應(yīng)電位）局部電位； TP（約-55mV） 大量Na+通道被激活、開放，GNa Na+在電化學(xué)力驅(qū)動(dòng)下，大量快速內(nèi)流，正反饋?zhàn)兓みM(jìn)一步快速除極，MP急mV +50mV（ ENa） Na+通道關(guān)閉失活，Na+停止內(nèi)

32、流AP + + + + + + + + + + + + 膜上的K+通道開放，GKK+在電化學(xué)力驅(qū)動(dòng)下外流（外向電流）膜復(fù)極，MPRP (EK)（2）復(fù)極相（下降支）的產(chǎn)生對(duì)K+的驅(qū)動(dòng)力：EMEK=70mV(90mV)= +20mV （3）Na泵主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 因膜內(nèi)Na+、膜外K+Na泵被激活并磷酸化Na泵逆濃度差，耗能，泵出Na+，移入K+ 以恢復(fù)膜 兩側(cè)原有的Na+、 K+分布3. AP產(chǎn)生機(jī)制的證明（） 用Nernst公式計(jì)算的ENaAP超射值； （）改變膜外Na+， 觀察AP變化證明： AP的除極速度和幅度取決于Na+o（）用阻斷劑TTX (或TEA)，觀察AP變化； 觀察AP變化 ？ ？

33、觀察膜電流（Im）:INa、IK（用電壓鉗， 宏膜電流，macroscopical current ） 膜電導(dǎo)（Gm）: GNa、GKHodgkin & Huxley, 獲1963年諾貝爾獎(jiǎng) AP除極相與Na+電導(dǎo)一致,復(fù)極相與K+電導(dǎo)一致（）用膜片鉗技術(shù)記錄單通道離子電流 Neber & Sakmann （德國）， 獲1991年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。 顯示：AP上升支，Na+電導(dǎo)增大，為內(nèi)向Na+電流； AP下降支，K+電導(dǎo)增大，為外向K+電流。 12345678910100次單通道電流的疊加平均Na+通道單通道電流三、AP（興奮）的傳播 （一）興奮傳導(dǎo)的原理 局部電流及其再刺激方式 以神經(jīng)

34、纖維為例：特征：不衰減傳導(dǎo). 原因：局部電流足夠大，穩(wěn)態(tài)（1）纖維直徑（D）一定范圍，V與D成正比。V(m/s)6D(m) . 軸索與總D之比為0.6時(shí)，V最快. （2）有無髓鞘 無髓慢，有髓快。后者 “跳躍式傳導(dǎo)” （3）溫度 一定范圍，二者成正比。 （4）興奮性 成正比。決定和影響傳導(dǎo)速度的因素 神經(jīng)干AP （1）雙向AP(2)單相AP cA(3)各類Nf的APIIIIIIartefact IIIIIIIIIIIIIII(4)AP傳導(dǎo)速度測(cè)量V=S/t(m/s)IIIIIIStIIIIIIIIIS1S1S2t2 t1V=(S1-S2)/(t1-t2)（m/s）電傳遞（二）興奮在細(xì)胞間的電傳

35、遞 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：縫隙連接（gap junction） 電突觸（electrical synapse）特點(diǎn)：連接緊密并有通道，電阻抗很低興奮傳遞原理：同上。第三節(jié) 膜的被動(dòng)電學(xué)特性和電緊張電位一、膜的電學(xué)特性并聯(lián)的阻容耦合電路 1. 膜電容（membrane capacitance, Cm） 膜脂質(zhì)雙層（絕緣）一個(gè)平行板電容器， 介電常數(shù): 3-5, 膜電容: 1F/cm2 2. 膜電位（TMP；MP）離子通道開放帶電離子跨膜流動(dòng)電容器充電或放電膜兩側(cè)電位差。外加電流亦可引起。 3. 膜電阻（membrane resistance, Rm） 約103/1cm2，用膜電導(dǎo)（G; 1/Rm）表示. 軸

36、向電阻（Ri），取決于胞質(zhì)液及細(xì)胞D， Ri=1/D 二、電緊張電位（electrotonic potential） 1.定義：指由膜的被動(dòng)電學(xué)特性決定其空間分布的膜電位。（物理因素造成的MP變化） 2. 電緊張電位的空間和時(shí)間依賴性 （1）空間常數(shù)： 指從刺激原點(diǎn)至膜電緊張電位衰減至最大值的37%處的空間距離。 反映電緊張電位達(dá)到穩(wěn)態(tài)值的空間分布。 計(jì)算：= Rm/Ri 一般為0.11.0 mm （2）時(shí)間常數(shù)：指電緊張電位上升或下降達(dá)穩(wěn)態(tài)值的63%所需的時(shí)間。 反映電緊張電位達(dá)到穩(wěn)態(tài)的速度。 計(jì)算： = RmRiCm 約12.0 ms二者對(duì)AP傳導(dǎo)速度（V)的影響： ，V （AP波前電緊張

37、電位及AP發(fā)生加快）；反之減慢。 二者都增大時(shí)，無顯著影響。 3. 電緊張電位的特征 （1）其幅度與St.i 相關(guān)，無“全或無”特征； （2）呈衰減性擴(kuò)布，有一定的空間常數(shù)； 共有此特性的電位： LRP、EPP、PSP、RP等。（3）無不應(yīng)期，可發(fā)生空間總和時(shí)間總和。第四節(jié) 離子通道與細(xì)胞電活動(dòng)一、離子通道的功能狀態(tài) H-H模型（Hodgkin & Huxley） 1. 鈉通道 三種功能狀態(tài)： 關(guān)閉：m門關(guān)、 h門開 激活：m門開、 h門將關(guān) 失活：h門關(guān)、m門開鈉通道的開閉受膜電位控制 2. 鉀通道的兩種狀態(tài)： 激活（n門開）、 去激活（ n門關(guān)）第五節(jié) 可興奮細(xì)胞及其興奮性一、可興奮細(xì)胞及

38、其共同特征 1.、：神經(jīng)細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、腺細(xì)胞 2.共同特征：受St而興奮時(shí)均產(chǎn)生AP. 二、興奮性（excitability） 指可興奮細(xì)胞接受刺激后產(chǎn)生動(dòng)作電位（或興奮反應(yīng)）的能力。（一）衡量興奮性的指標(biāo)刺激（stimulation；stimulus; St）： 指細(xì)胞所處環(huán)境因素的變化。刺激的構(gòu)成：三個(gè)參數(shù)（或三要素）： 強(qiáng)度、持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度變化率（隨t)方脈沖刺激： 1.閾強(qiáng)度（threshold intensity） 指固定時(shí)間（和變化率）、改變強(qiáng)度，剛能引起細(xì)胞興奮即產(chǎn)生AP的最小刺激強(qiáng)度。 其與興奮性成反比。 簡(jiǎn)單，最常用。 2.時(shí)值（chronaxie ；） （L.Lapicq

39、ue，1909） 基強(qiáng)度（rheobase；Rb ） 時(shí)值：2倍Rb時(shí)的時(shí)間閾值。4.標(biāo)準(zhǔn)電量（a，我校侯宗濂教授提出）3.強(qiáng)度-時(shí)間曲線（i-t曲線）閾刺激、閾下與閾上（及最大）刺激。（二）組織興奮后興奮性的規(guī)律性變化研究方法：條件-試驗(yàn)刺激實(shí)驗(yàn)（雙次刺激法）一次興奮及其恢復(fù)過程中興奮性的周期性變化： 以Nf為例:1. 絕對(duì)不應(yīng)期（absolute refractory period） 2. 相對(duì)不應(yīng)期（relative refractory period） 3. 超長期（supranormal period） 4. 低常期（subnormal period） 生理意義：-絕對(duì)不應(yīng)期的意義

40、決定細(xì)胞發(fā)放SP的最大頻率； 使SP不相融合。第五章 肌細(xì)胞的收縮橫紋?。汗趋兰?skeletal muscle)、心肌平滑肌第一節(jié) 骨骼肌神經(jīng)-肌接頭處興奮的傳遞一、神經(jīng)-肌接頭處的功能解剖 接頭前(N末梢)膜內(nèi)，遞質(zhì)囊泡，含ACh、間隙，胞外液、后膜（終板膜），受體、膽堿酯酶N-M接頭二、N-M接頭處的興奮傳遞過程量子式釋放以Na+為主， Na+內(nèi)流使鄰近肌膜去極化TP終板膜去極化N2型ACh受體陽離子通道三、神經(jīng)遞質(zhì)釋放與終板電位的產(chǎn)生（一）終板電位（endplate potential, EPP） 1. EPP的記錄 少量箭毒箭毒劑量 EPP的引起與肌膜AP 自發(fā)、或閾St或閾上St.

41、Nf遞質(zhì)釋放EPP（50mV）/MEPP肌膜TP肌膜AP 2. 以EPP為指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)研究： （1）遞質(zhì)以囊泡為單位的量子性釋放，其ACh釋放量與突前Ca2+內(nèi)流量成正相關(guān)。證據(jù)： 形態(tài)學(xué)研究：冰凍劈裂技術(shù)； 突觸前微電泳Ca2+觀察； 突觸前微注射ACh. 微終板電位（miniature endplate potential, MEPP）： 神經(jīng)遞質(zhì)隨機(jī)釋放（1個(gè)量子10000 Ach分子） MEPP( 0.4mV)（2）EPP可被箭毒抑制、被膽堿酯酶抑制劑增強(qiáng)；（3）EPP可隨擴(kuò)布距離而減小。EPP的特性（或特征）： MEPP的整倍數(shù)變化神經(jīng)遞質(zhì)的量子性釋放特征神經(jīng)遞質(zhì)的釋放有賴于Ca2+

42、，即Ca2+觸發(fā)其釋放.（二）A2型ACh受體陽離子通道 化學(xué)門控離子通道可被筒箭毒堿或銀環(huán)蛇毒阻斷 3. N-M接頭興奮傳遞的特點(diǎn) 1)同突觸傳遞的特點(diǎn): 單向性； 時(shí)間延擱； 總和； 易疲勞； 易受內(nèi)環(huán)境改變及藥物的影響.2) 1:1的傳遞 Why ?N元一次興奮 大量遞質(zhì)釋放 及時(shí)被消除. 4.影響N-M接頭興奮傳遞的因素 1)Ca2+或/和Mg2+ 遞質(zhì)釋放2)筒箭毒堿（tubocurarine）或銀環(huán)蛇毒 阻斷受體功能3)有機(jī)磷,或新斯的明抑制膽堿脂酶的活性第二節(jié) 橫紋肌的收縮和舒張一、橫紋肌的微細(xì)結(jié)構(gòu) （一）肌節(jié)（sarcomere ） 肌肉的基本結(jié)構(gòu)和功能單位 初長度：2.02.

43、2 m肌肉的基本結(jié)構(gòu)： 肌肉塊肌束肌纖維(肌細(xì)胞)肌原纖維和肌小節(jié) 肌節(jié)的微細(xì)結(jié)構(gòu)（二）肌管系統(tǒng) 1. 橫管（T管，transverse tubule, T tubule） 功能：傳入興奮（AP） 2. 縱管（L管，longitudinal tubule, L tubule）或肌質(zhì)網(wǎng)（sarcoplasmic reticulum, SR） 分LSR和JSR（終池，terminal cisterna） 功能：儲(chǔ)存、釋放、再攝取Ca2+LSR膜上有鈣泵；JSR膜上有鈣釋放通道或ryannidine受體(RYR)，胞內(nèi)有鈣扣押素（calsequestrin; Ca2+結(jié)合蛋白）三聯(lián)管（triad）結(jié)

44、構(gòu)：T管+2JSR 是肌細(xì)胞興奮-收縮偶聯(lián)的關(guān)鍵部位； 偶聯(lián)因子是Ca2+.（三）肌絲及其分子構(gòu)成 1.粗肌絲： 肌球（凝）蛋白（myosin） 橫橋的功能： 具有ATP酶的活性，可分解ATP獲能； 能與細(xì)肌絲上的肌動(dòng)蛋白可逆結(jié)合，拖動(dòng)其向肌節(jié)中央滑動(dòng)或產(chǎn)生張力。 2. 細(xì)肌絲，由3種蛋白構(gòu)成；（7：1：1） 肌動(dòng)蛋白（actin） 原肌球(凝)蛋白（tropomyosin） 肌鈣蛋白（troponin；3個(gè)亞單位：TnT, TnI, TnC） Thick filaments：The myosin molecules are bundled together to form the thick

45、 filaments. 粗肌絲由大量肌凝蛋白分子有序排列而成Thin filaments ：TROPONINACTINTROPOMYOSINThin filaments are composed of three molecules: actin,tropomyosin,and troponin.組成細(xì)肌絲三種分子分別是：肌纖蛋白、原肌凝蛋白 、肌鈣蛋白MOLECULAR PARTICIPANT （參與肌絲滑行的分子和離子）Myosin肌凝蛋白Actin 肌纖蛋白Tropomyosin原肌凝蛋白Troponin肌鈣蛋白Calcium ions 鈣離子ATP 三磷酸腺苷二、肌肉收縮和舒張機(jī)制1.

46、肌絲滑行理論 （myofilament sliding theory） Huxley, 1954 二、肌肉收縮和舒張機(jī)制 肌絲滑行理論 2.橫橋周期（cross-bridge cycling）： 指橫橋激活、與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、耗能扭動(dòng)、獲能解離、復(fù)位及再結(jié)合的周期性活動(dòng)過程。 20200ms基本過程： 舒張時(shí)，橫橋結(jié)合并分解ATP而獲能變構(gòu)豎起橫橋，高勢(shì)能并與肌動(dòng)蛋白呈高親和力，但不能結(jié)合； 因AP傳入至三聯(lián)管，觸發(fā)Ca2+釋放胞質(zhì) Ca2+Ca2+與肌鈣蛋白TnC結(jié)合TnI、TnT位移原肌凝蛋白移位，暴露位點(diǎn)肌凝蛋白橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合，耗能變構(gòu)（脫磷酸化），拖動(dòng)細(xì)肌絲向M線滑動(dòng)肌肉縮短，或張力；