第02章細胞的基本功能

第二章細胞的基本功能目的要求：了解細胞膜的基本結(jié)構(gòu)、物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能以及跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。掌握生物電產(chǎn)生和興奮傳導(dǎo)的基本原理。

上一頁結(jié)束放映下一頁細胞是動物及其他生物體的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。在細胞和分子生理學(xué)水平，動物生命活動的基本原理具有高度的一致性和共性。第一節(jié)細胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁

一、細胞膜的基本結(jié)構(gòu)在電鏡下，可分為三層：膜內(nèi)外兩側(cè)各有一層厚約2.5nm的電子致密帶，中間夾有一層厚約2.5nm的透明帶，總厚度約7.5nm。這種結(jié)構(gòu)也見于其它生物膜，被認為是一種細胞中普遍存在的基本結(jié)構(gòu)形式，稱為單位膜或生物膜。細胞膜的作用：將細胞的內(nèi)容物和細胞周圍的微環(huán)境（主要是細胞外液）分割開來，使細胞能獨立于環(huán)境而存在，通過細胞膜接受外界或其它細胞的影響；細胞膜起到傳遞信息的作用；細胞膜還在細胞免疫、細胞生長、分裂、分化及癌變等生理、病理過程中起著重要的作用。

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20世紀(jì)70年代，Singer和Nicholson提出了“液態(tài)鑲嵌模型”：細胞膜以液態(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)分子。細胞膜內(nèi)還含有少量糖類，以糖脂或糖蛋白的形式存在。上一頁結(jié)束放映下一頁鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中的蛋白質(zhì)的機能：①形成細胞的骨架蛋白（anchoringprotein），可使細胞膜附著在另一細胞的膜上，或使其附著在細胞內(nèi)或細胞外的某物質(zhì)上；②作為“識別蛋白”（recognitionprotein），存在于免疫細胞膜上，能識別異體細胞的蛋白質(zhì)或癌細胞；③具有酶（enzyme）的特性，能催化細胞內(nèi)外的化學(xué)反應(yīng)；④作為“受體蛋白”（receptorprotein），能與信息傳遞物質(zhì)（激素或遞質(zhì)）進行特異性結(jié)合，并引起細胞反應(yīng)；⑤作為轉(zhuǎn)運蛋白或載體蛋白（carrierprotein）、通道蛋白（channelprotein）和膜泵（membranepump），與細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能有關(guān)。上一頁結(jié)束放映下一頁在正常生理狀態(tài)下，細胞膜既不是固態(tài)，也不是液態(tài)，而是介于液、固態(tài)之間的液晶態(tài)，具有流動性和不對稱性的特性：①細胞膜的流動性：膜脂和膜蛋白處于不斷運動的狀態(tài)。橫向擴散運動和旋轉(zhuǎn)運動；②細胞的膜的不對稱性：結(jié)構(gòu)和功能的不對稱。結(jié)構(gòu)的不對稱性決定了膜功能的不對稱性，使膜的功能保持方向性。細胞在新陳代謝過程中，不斷有各種各樣的物質(zhì)進出細胞。根據(jù)跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運的方向和功能特征，基本上可以分為被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運兩大類。上一頁結(jié)束放映下一頁二、細胞膜的跨膜物轉(zhuǎn)運功能

上一頁結(jié)束放映下一頁（一）被動轉(zhuǎn)運（passivetransport）

當(dāng)同種物質(zhì)、不同濃度的兩種溶液相鄰地放在一起時，溶質(zhì)的分子會順著濃度差（濃度梯度，concentrationgradient）或電位差（電位梯度，potentialgradient,二者合稱電化學(xué)梯度）產(chǎn)生凈流動叫被動轉(zhuǎn)運。被動轉(zhuǎn)運時的動力是電化學(xué)勢能。不需要細胞膜或細胞額外提供其它形式的能量。被動轉(zhuǎn)運又可有以下兩種形式：單純（簡單）擴散和易化擴散。

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1、單純（簡單）擴散（simplediffusion）

生物體中某些脂溶性物質(zhì)，順著電化學(xué)梯度通過細胞膜的方式稱為單純擴散。單位時間內(nèi)的擴散通量（即某物質(zhì)在每秒內(nèi)通過每平方厘米假想平面的摩爾數(shù)）取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的電化學(xué)梯度和細胞膜對該物質(zhì)的通透性（permeability）。通透性的概念是指物質(zhì)通過細胞膜的難易程度或阻力大小。機體內(nèi)脂溶性的物質(zhì)不多，因而靠單純擴散通過細胞膜的物質(zhì)較少，如O2和CO2等。體內(nèi)一些甾體化合物（類固醇激素）雖系脂溶性物質(zhì)，理論上也能夠靠單純擴散由細胞外液進入胞漿內(nèi)，但由于分子量比較大，需要借助某些特殊蛋白質(zhì)的“協(xié)助”才能加速其轉(zhuǎn)運過程。

2、易化擴散（facilitateddiffusion）一些非脂溶性物質(zhì)或脂溶性小的物質(zhì)（如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等無機離子）在細胞膜中的一些特殊蛋白質(zhì)的“協(xié)助”下，由膜的高濃度（高電位）一側(cè)向低濃度（低電位）一側(cè)擴散或轉(zhuǎn)運的過程。易化擴散可分為以載體為介導(dǎo)的易化擴散和以通道為介導(dǎo)的易化擴散兩類。上一頁結(jié)束放映下一頁（1）以載體為介導(dǎo)的易化擴散（carrier

mediated

diffusion）：

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許多營養(yǎng)物質(zhì)，如葡萄糖、氨基酸都不溶于脂質(zhì)，但在載體的“協(xié)助”下,也能進行跨膜轉(zhuǎn)運。所謂載體是指細胞膜上一類特殊蛋白質(zhì)，它能在溶質(zhì)高濃度一側(cè)與溶質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合，并且構(gòu)象發(fā)生改變，把溶質(zhì)轉(zhuǎn)運到低濃度一側(cè)將之釋放出來，載體蛋白恢復(fù)到原來的構(gòu)象，又開始新一輪的轉(zhuǎn)運。上一頁結(jié)束放映下一頁載體介導(dǎo)的易化擴散有以下特點：

A、高度的結(jié)構(gòu)特異性

B、飽和現(xiàn)象

C、競爭性抑制

D、順濃度梯度轉(zhuǎn)運

E、因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能常受膜內(nèi)、外各種因素的影響，因此與蛋白質(zhì)分子有關(guān)的物質(zhì)的通透性是可變化的。（2）以通道中介的易化擴散（channelmediateddiffusion）：上一頁結(jié)束放映下一頁

離子通道是一類貫穿脂質(zhì)雙分子層的、中央帶有親水孔道的膜蛋白。蛋白的壁外側(cè)面是疏水的，與膜的磷脂疏水區(qū)相鄰；而壁的內(nèi)側(cè)是親水的（叫水相孔道），能允許水及溶于水中的離子通過;通道的開放與關(guān)閉是受精密調(diào)控的，而不是自動、持續(xù)進行的。有些只有在它所在膜的兩側(cè)（主要是外側(cè)）出現(xiàn)某種化學(xué)信號時才開放，稱為化學(xué)門控通道；有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開閉，稱為電壓門控通道；有些則由所在膜所受壓力不同而決定其開放的稱機械門控通道。上一頁結(jié)束放映下一頁

通道介導(dǎo)的易化擴散的特點：

A、速度快：Na+通道:葡萄糖載體:鈉泵=107:104:5×102

B、離子選擇性：K+對K+和Na+的通透性之比約為100:1

C、門控性——受精密調(diào)控

（二）主動轉(zhuǎn)運（activetransport）

主動轉(zhuǎn)運是指細胞通過本身的某種耗能過程將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程。主動轉(zhuǎn)運所需要的能量由細胞膜或細胞膜所屬的細胞提供。另外，單純擴散和易化擴散都有一個最終平衡點，即被轉(zhuǎn)運物質(zhì)在膜兩側(cè)達到電化學(xué)梯度為零時。而主動轉(zhuǎn)運因膜提供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運物質(zhì)或離子逆著電-化學(xué)勢差的移動，沒有平衡終點，被轉(zhuǎn)運物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運到膜的另一側(cè)。由于提供能量的方式不同，主動轉(zhuǎn)運可分為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。上一頁結(jié)束放映下一頁（1）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(primaryactivetransport)：

在主動轉(zhuǎn)運中，如果所需的能量是由ATP直接提供的，則被稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。存在于細胞膜上的一種Na+-K+泵，簡稱鈉泵，它是一種鑲嵌蛋白質(zhì)，本身就具有ATP酶活性，能分解ATP釋放能量；能逆著濃度差將細胞內(nèi)的Na+移出膜外，將K+移入膜內(nèi)。從而，保持了膜內(nèi)高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布狀態(tài)。除此之外，還有鈣泵、氫（質(zhì)子）泵、Cl-泵和Na+-I+泵。

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細胞膜上的鈉泵活動的意義：

A、造成的細胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進行的必要條件；

B、維持細胞正常滲透壓和細胞容積相對穩(wěn)定；

C、細胞內(nèi)外Na+、K+的濃度差是細胞跨膜電位產(chǎn)生的勢能基礎(chǔ)，也是可興奮細胞產(chǎn)生興奮的基礎(chǔ)；鈉泵又稱為生電性鈉泵。

D、為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運提供能量；Na+-H+交換、Na+-Ca2+交換、葡萄糖和氨基酸在小腸和腎小管被吸收的過程都是鈉泵提供能量。

E、小腸和腎小管參與Na+和水的吸收、重吸收過程，這對維持體內(nèi)水、電解質(zhì)和酸堿平衡有重要作用。上一頁結(jié)束放映下一頁（2）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(secondaryactivetransport)

物質(zhì)逆著濃度差轉(zhuǎn)運的能量間接來自于ATP的主動轉(zhuǎn)運過程被稱為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運或聯(lián)合（或協(xié)同）轉(zhuǎn)運。Na+依賴式轉(zhuǎn)運體蛋白必須與Na+和待轉(zhuǎn)運物質(zhì)的分子同時結(jié)合，才能順著Na+濃度梯度的方向?qū)⑺鼈兊姆肿幽嬷鴿舛忍荻扔赡c（腎小管）腔轉(zhuǎn)運到細胞內(nèi)。由于存在于上皮細胞基側(cè)膜上的Na+泵活動，不斷將Na+轉(zhuǎn)運到細胞間隙，而細胞內(nèi)始終保持低Na+狀態(tài)，才能使它們的主動轉(zhuǎn)運得以實現(xiàn)，直至腸（腎小管）腔中的物質(zhì)濃度下降到零。

繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運中，如被轉(zhuǎn)運的分子與Na+擴散方向相同，稱為同向轉(zhuǎn)運，其轉(zhuǎn)運體稱為同向轉(zhuǎn)運體，如Na+-葡萄糖，Na+-K+-2Cl-等；如果二者方向相反，則稱為逆向轉(zhuǎn)運，其轉(zhuǎn)運體稱為逆向轉(zhuǎn)運體（交換體），如Na+-H+交換體和3Na+-1Ca2+等。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（三）胞吐與胞吞式轉(zhuǎn)運

細胞膜對于一些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊（固態(tài)或液態(tài)的）還能通過更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能變化，使之通過細胞膜。包括胞吐（出胞）和胞吞（入胞）兩種過程。

上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（1）胞吐：是細胞分泌的一種機制，見于內(nèi)分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原顆粒或粘液，神經(jīng)細胞分泌、釋放神經(jīng)遞質(zhì)。胞吐是一個比較復(fù)雜的耗能過程：

①分泌物由粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成；

②在向高爾基體轉(zhuǎn)移過程中形成囊泡，并貯存在胞漿中；

③當(dāng)細胞分泌時，囊泡被運送到細胞膜的內(nèi)側(cè)面，與細胞膜融合后向外開口破裂將內(nèi)容物一次性排出，而囊泡的膜也就變成細胞膜的組成部分。④分泌過程的啟動是膜的跨膜電位變化或特殊化學(xué)信號，引起局部膜Ca2+通道開放，Ca2+內(nèi)流（或通過第二信使物質(zhì)導(dǎo)致細胞內(nèi)Ca2+的釋放）而誘發(fā)的。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（2）胞吞：

是指細胞外某些物質(zhì)團塊，例如細菌，病毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營養(yǎng)物質(zhì)等進入細胞的過程。被攝取的物質(zhì)如果是固體，則可形成較大的囊泡，稱為吞噬作用。如果是微小的液滴狀液體則形成較小的囊泡，稱為胞飲

。

胰島素、多肽類激素以及生長因子等都是通過與膜表面的特殊受體蛋白質(zhì)相互作用而引起胞吞的，稱為受體介導(dǎo)式胞吞，這些物質(zhì)稱為配體。其過程是：①配體被受體識別，②配體-受體復(fù)合物向有被小窩集中③細胞膜內(nèi)陷形成囊泡④囊泡與初級溶酶體融合形成次級溶酶體⑤被消化后的配體（殘體）與帶有受體的膜分離⑥被消化后的配體（殘體）轉(zhuǎn)運到其它細胞器中⑦受體和膜返回細胞膜表面，循環(huán)利用。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁第二節(jié)細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一、跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞的信息傳遞伴隨著細胞的整個生命過程，主要通過內(nèi)分泌（遠距分泌）、旁分泌、神經(jīng)內(nèi)分泌等方式作用于另一個細胞。

不同形式的外界信號作用于細胞膜表面，通過引起膜結(jié)構(gòu)中一種或數(shù)種蛋白質(zhì)構(gòu)型的變化，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，再引發(fā)被作用細胞即靶細胞相應(yīng)功能的改變，包括細胞出現(xiàn)電反應(yīng)或其他功能改變的過程稱為跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。

細胞接受多種多樣外來的刺激信號并作出反應(yīng)的過程有明顯的共性：（1）各種能量形式的外界信號作用于靶細胞時，并不需要進入細胞內(nèi)直接影響細胞內(nèi)的過程，只需作用于細胞膜上一種或幾種特異性的受體。

受體是位于細胞膜或細胞內(nèi)能與細胞外信號物質(zhì)結(jié)合，并能引起特定生物效應(yīng)的大分子物質(zhì)。依據(jù)受體的結(jié)構(gòu)和跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式通?？煞譃镚蛋白耦聯(lián)受體、具有酶活性受體、離子通道型受體及核受體四種基本類型。

上一頁結(jié)束放映下一頁（2）除了魚類，高等動物一般不存在對外界環(huán)境電變化的反應(yīng)。但從細胞水平看，細胞常以自身產(chǎn)生一定形式的弱電變化作為對外界刺激的反應(yīng)，而且這種電的變化還會影響到相鄰的細胞膜或其他細胞。（3）跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)雖然涉及多種刺激信號，在多種細胞內(nèi)引發(fā)多種功能的改變，但轉(zhuǎn)導(dǎo)過程卻只通過少數(shù)幾種類似的途徑和方式實現(xiàn)。目前已知有三種轉(zhuǎn)導(dǎo)方式：離子通道介導(dǎo)的、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的和酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁二、跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要方式（一）通過離子通道介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

離子通道實際上是特殊的膜蛋白質(zhì)分子在膜上形成的通道。大多數(shù)離子通道都有門，稱為門控通道（gatedchannel）。根據(jù)控制其開放或關(guān)閉的原理不同，可將其分為化學(xué)門控通道、電壓門控通道和機械門控通道

。上一頁結(jié)束放映下一頁1、化學(xué)門控通道(chemicallygatedchannel)只有當(dāng)膜外特定的化學(xué)信號（配體，ligand）與膜上的受體結(jié)合后通道才開放，因而稱為化學(xué)門控通道或配體門控通道，因它的激活能直接引起跨膜離子流動，故又稱為促離子型受體。上一頁結(jié)束放映下一頁2、電壓門控通道（voltagegated

channel）上一頁結(jié)束放映下一頁3、機械門控通道(mechanicallygatedchannel)體內(nèi)許多細胞膜表面存在著能感受機械刺激引起開放，并誘發(fā)離子流動的變化，把信號傳遞到細胞內(nèi)部的通道。

上一頁結(jié)束放映下一頁（二）由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，主要包括：受體識別配體并與之結(jié)合；激活與受體耦聯(lián)的G蛋白；激活G蛋白效應(yīng)器（通常是酶）；產(chǎn)生第二信使；激活或抑制依賴第二信使的蛋白激酶或通道。這一過程與膜受體、G蛋白、G蛋白效應(yīng)器和第二信使有關(guān)。上一頁結(jié)束放映下一頁1、G蛋白耦聯(lián)受體(Gprotein-linkedreceptor)

受體蛋白質(zhì)是能與化學(xué)信號分子進行特異結(jié)合的獨立的蛋白質(zhì)分子，包括α和β腎上腺素能受體，膽堿能受體，5-羥色氨受體，嗅覺受體，視紫紅質(zhì)受體以及多數(shù)肽類激素等。上一頁結(jié)束放映下一頁2、G-蛋白

G-蛋白是鳥苷酸結(jié)合蛋白（guaninenucleotide-bindingprotein）的簡稱。有興奮（Gs、Go）型和抑制（Gi）型兩種，可分別引起效應(yīng)器酶的激活和抑制而導(dǎo)致細胞內(nèi)第二信使物質(zhì)增加或減少。

①受體與配體結(jié)合后構(gòu)型變化，激活膜內(nèi)側(cè)G蛋白，

②G-蛋白通常由α、β、γ3個亞基組成，

③當(dāng)它被激活時便與GDP分離，而與一個分子的GTP（三磷酸鳥苷）結(jié)合，④這α亞基與其它兩個亞基（β-γ）分離，分別對膜中的效應(yīng)器酶起作用。上一頁結(jié)束放映下一頁

3、G蛋白效應(yīng)器

第一種是能催化第二信使生成的酶：位于細胞膜上的腺苷酸環(huán)化酶（adenylatecyclase，AC）、磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）；依賴于cGMP的磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)及磷脂酶A2（phospholipaseA2），它們能催化生成或分解第二信使物質(zhì)。

第二種是離子通道：G蛋白也可以直接或間接（通過第二信使）調(diào)控離子通道的活動。上一頁結(jié)束放映下一頁

4、第二信使在細胞內(nèi)繼續(xù)傳遞激素所攜帶的調(diào)節(jié)信息的特殊化學(xué)物質(zhì)，稱為第二信使。含氮類激素的第二信使為cAMP，甾體類激素的第二信使為細胞內(nèi)的激素-受體復(fù)合物。此外，Ca2+、cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作為第二信使。第二信使的功能是調(diào)節(jié)各種蛋白激酶和離子通道。上一頁結(jié)束放映下一頁

5、蛋白激酶

蛋白激酶可分為絲氨酸/蘇氨酸激酶和酪氨酸激酶。絲氨酸/蘇氨酸激酶包括能被cAMP激活的依賴于cAMP蛋白激酶或稱蛋白激酶A（PKA）、能被cGMP激活的依賴于cGMP蛋白激酶或稱蛋白激酶G（PKG）和能被鈣離子激活的依賴于鈣離子的蛋白激酶或稱蛋白激酶C（PKC）。上一頁結(jié)束放映下一頁由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁含氮類激素的作用機制——第二信使學(xué)說2）激素與受體結(jié)合后，激活膜上的腺苷酸環(huán)化酶。3）在Mg2+存在的條件下，AC促使ATP轉(zhuǎn)變?yōu)閏AMP，cAMP是第二信使，信息由第一信使傳遞給第二信使。4）cAMP使無活性的蛋白激酶A（PKA）激活，催化細胞內(nèi)多種蛋白質(zhì)（包括一些酶蛋白）發(fā)生磷酸化，從而引起靶細胞各種生物學(xué)效應(yīng)。1.cAMP第二信使系統(tǒng)

根據(jù)第二信使學(xué)說，激素作用過程主要包括：1）激素是第一信使，首先與靶細胞膜上具有立體結(jié)構(gòu)的專一性受體結(jié)合。GsGiRsRi上一頁結(jié)束放映下一頁Ca2+釋放到細胞質(zhì)內(nèi)，提高了細胞質(zhì)內(nèi)Ca2+的濃度。Ca2+濃度增加也有利于細胞Ca2+的內(nèi)流，因此這兩種途徑進一步增加了細胞內(nèi)Ca2+的濃度。Ca2+與細胞內(nèi)的鈣調(diào)蛋白（CaM）結(jié)合后，可激活蛋白激酶，促進蛋白質(zhì)磷酸化，從而調(diào)節(jié)細胞的功能活動。DG在Ca2+存在的情況下，可特異性地激活蛋白激酶C（PKC），活化的PKC可以使多種蛋白質(zhì)和酶發(fā)生磷酸化反應(yīng)，從而產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。2.磷脂酰肌醇第二信使系統(tǒng)

激素作用于膜受體后，通過G蛋白介導(dǎo)，激活細胞膜內(nèi)的磷脂酶C（PLC），它使得磷脂酰二磷酸肌醇（PIP2）分解成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）。IP3進入細胞質(zhì)，與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的IP3受體結(jié)合后，使內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)儲存的2DG（三）由酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

一些肽類激素（如胰島素）和細胞生長因子在作用于靶細胞時，其相應(yīng)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式與前述兩類方式不同，既沒有G蛋白、第二信使產(chǎn)生和胞漿中蛋白激酶的激活，受體本身也沒有通道結(jié)構(gòu)，而是通過膜中一類具有酶活性的受體介導(dǎo)完成跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的。具有酶活性的受體包括酪氨酸激酶受體和結(jié)合酪氨酸激酶受體兩類。上一頁結(jié)束放映下一頁需要指出的是：細胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是一系列蛋白質(zhì)的構(gòu)型和功能改變引發(fā)的瀑布式級聯(lián)反應(yīng)，具有分級式放大效應(yīng)；跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程是相互聯(lián)系的，形成所謂的信號網(wǎng)絡(luò)。第三節(jié)細胞的興奮性和生物電現(xiàn)象當(dāng)動物生活的環(huán)境發(fā)生變化時引起體內(nèi)代謝過程及其外表活動的改變，稱為反應(yīng)。反應(yīng)有兩種表現(xiàn)形式：一種是由相對靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱@著活動狀態(tài)，或由活動弱變?yōu)榛顒訌?，稱為興奮（excitation）；另一種是有顯著活動狀態(tài)變?yōu)橄鄬o止?fàn)顟B(tài)，或由活動強變?yōu)榛顒尤?，稱為抑制（inhibition）。并不是所有的環(huán)境變化都能引起生物體反應(yīng)。能被動物體所感受并且引起動物體發(fā)生反應(yīng)的環(huán)境變化稱為刺激（stimulus）。上一頁結(jié)束放映下一頁一、細胞的興奮性和刺激引起興奮的條件（一）興奮性、興奮、可興奮細胞

早期生理學(xué)將活組織或細胞對刺激發(fā)生反應(yīng)的能力定義為興奮性（excitability）。神經(jīng)、肌肉、腺體三種組織的細胞的興奮性比較高，被稱為可興奮組織或可興奮細胞。這三種組織細胞興奮時雖有不同的外部表現(xiàn)形式，但在受到刺激產(chǎn)生興奮時，都會最先出現(xiàn)一次電位變化，稱為動作電位，而其它外部變化都是由動作電位引起或觸發(fā)的。動作電位是絕大多數(shù)細胞受到刺激產(chǎn)生興奮所共有的特征性表現(xiàn)。上一頁結(jié)束放映下一頁近代生理學(xué)中，更準(zhǔn)確地定義：興奮性是指細胞受刺激時產(chǎn)生動作電位的能力。興奮是指產(chǎn)生動作電位的過程，是動作電位的同義語?？膳d奮組織是指在受到刺激時能產(chǎn)生動作電位的組織。組織產(chǎn)生了動作電位就是產(chǎn)生了興奮（簡稱興奮）。上一頁結(jié)束放映下一頁（二）刺激引起興奮的條件1、刺激的強度閾強度（thresholdintensity）：當(dāng)刺激的作用時間和強度-時間變化率保持不變的情況下，引起組織、細胞產(chǎn)生興奮的最小刺激強度。閾刺激，閾下刺激，閾上刺激。閾強度可作為衡量組織興奮性的指標(biāo)。

2、刺激的持續(xù)時間時間閾值：引起組織產(chǎn)生興奮的最短刺激作用時間

3、強度-時間變化率強度-時間變化曲線基強度（rheobase）：能引起興奮所需要的最低刺激強度?；鶑姸仁情L時間刺激的閾強度。

時值（chronaxie）：用2倍于基強度的電流刺激組織，引起興奮所需的最短時間稱為時值，時值也可作為衡量組織興奮性的指標(biāo)。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（三）細胞興奮時的興奮性變化

絕對不應(yīng)期：在神經(jīng)接受前一個刺激而興奮時的一個短暫時期內(nèi)，神經(jīng)的興奮性下降至零。此時任何刺激均歸于“無效”。

相對不應(yīng)期：在絕對不應(yīng)期之后，神經(jīng)的興奮性有所恢復(fù)，但要引起組織的再次興奮，所用的刺激強度必須大于該神經(jīng)的閾強度。

超常期：經(jīng)過絕對不應(yīng)期、相對不應(yīng)期，神經(jīng)的興奮性繼續(xù)上升，可超過正常水平。用低于正常閾強度的檢測刺激就可引起神經(jīng)第二次興奮的時期稱。

低常期：繼超常期之后神經(jīng)的興奮性又下降到低于正常水平的時期。這一時期持續(xù)時間較長，此后組織、細胞的興奮性才完全恢復(fù)到正常水平。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁二、細胞的生物電現(xiàn)象

細胞在靜息或活動狀態(tài)下所伴隨的各種電現(xiàn)象（離子電流、溶液導(dǎo)電、靜息電位、動作電位等）總稱為生物電現(xiàn)象。細胞水平的生物電現(xiàn)象主要有兩種表現(xiàn)形式：在靜息時具有的靜息電位和受到刺激時所產(chǎn)生的電位變化（包括局部電位和可以擴布的動作電位）。

上一頁結(jié)束放映下一頁1、靜息電位（restingpotential，RP）的概念細胞在未受刺激、處于靜息狀態(tài)時存在于膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。（一）靜息電位上一頁結(jié)束放映下一頁在所有研究過的動植物細胞中（除少數(shù)植物細胞）靜息電位都表現(xiàn)為膜內(nèi)較膜外為負。槍烏賊巨大神經(jīng)軸突和蛙的骨骼肌纖維的靜息電位為-50~-70mV。相關(guān)概念

極化：細胞靜息狀態(tài)下，細胞膜外為正電位，膜內(nèi)為負電位的狀態(tài)。去極化：細胞膜受到刺激或損傷后，膜內(nèi)外的電位差逐漸減小，極化狀態(tài)逐步消除的過程。

上一頁結(jié)束放映下一頁超極化：原有極化程度增強，靜息電位絕對值增大，興奮性降低的狀態(tài)。反極化：去極化至零電位后，膜電位如進一步變?yōu)檎?，則稱為反極化。超射：膜電位高于零電位的部分稱為超射。復(fù)極化（repolarization）：由去極化狀態(tài)恢復(fù)到靜息時膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)的過程，稱為復(fù)極化。（二）動作電位

1、動作電位的概念動作電位（actionpotential，AP）：可興奮細胞受到刺激后，在靜息電位的基礎(chǔ)上，其細胞膜兩側(cè)電位會發(fā)生一次迅速而短暫的、可向周圍擴布的電位波動，稱為動作電位。上一頁結(jié)束放映下一頁2、動作電位的組成

動作電位中，快速去極化和復(fù)極化的部分，其變化幅度很大，稱為鋒電位或脈沖，是動作電位的主要部分。在鋒電位之后還會出現(xiàn)一個較長的、微弱的電位變化時期叫后電位。后電位是由緩慢的復(fù)極化過程和低幅的超極化過程組成，分別稱為后去極化或負后電位和后超極化或正后電位。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁3、動作電位與興奮性之間的關(guān)系將動作電位的進程與細胞進入興奮后的興奮性變化相對照：

鋒電位的時間相當(dāng)于細胞的絕對不應(yīng)期；后去極化（負后電位）期細胞大約處于相對不應(yīng)期和超常期；后超極化（正后電位）期則相當(dāng)于低常期。上一頁結(jié)束放映下一頁（三）靜息電位和K+平衡電位膜學(xué)說(1902年Bernstein)認為：細胞膜內(nèi)外K+、Na+分布不均勻和靜息時膜主要對K+有通透性是細胞保持膜外正內(nèi)負極化狀態(tài)的基礎(chǔ)。上一頁結(jié)束放映下一頁K+平衡電位的形成上一頁結(jié)束放映下一頁（四）動作電位和電壓門控離子通道（1）外來的閾刺激能使細胞膜對Na+通透性突然增加，并且超過K+的通透性。由于細胞膜外高Na+濃度勢能以及已形成的膜內(nèi)為負的電場力，促使Na+內(nèi)流，直至內(nèi)流的Na+在膜內(nèi)所形成的正電位足以阻止Na+的凈內(nèi)流為止，形成動作電位的上升支。這時膜內(nèi)所具有的電位值即為Na+平衡電位。（2）去極化達高鋒在很短時間里，Na+通道很快失活，膜對Na+通透性迅速下降，Na+內(nèi)流停止。上一頁結(jié)束放映下一頁（3）Na+通道失活的同時，伴隨著K+通道開放，K+外流增加，使膜內(nèi)電位變負，最后恢復(fù)到靜息時K+平衡電位的狀態(tài)。形成鋒電位下降支是K+順電化學(xué)梯度外流的結(jié)果。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（4）Na+通道的特性

Na+通道有兩道門，靜息時，位于膜外側(cè)的激活門關(guān)閉著，位于膜內(nèi)側(cè)的失活門開著。

去極化時，Na+通道激活，激活門和失活門都開放，Na+內(nèi)流；

Na+通道很快失活，激活門仍開著，但失活門卻關(guān)閉，Na+不能內(nèi)流；

Na+通道失活時，不會因尚存在著去極化而繼續(xù)開放，也不會因新的去極化再度開放，只有當(dāng)去極化消除后，恢復(fù)到靜息狀態(tài)，通道才有可能在新的去極化下而進入開放狀態(tài)。

（5）K+通道的特性

K+通道只有一道門，激活較延遲，而且沒有失活狀態(tài)，可直接恢復(fù)到靜息時的關(guān)閉狀態(tài)。三、動作電位的引起及其在同一細胞上的傳導(dǎo)（一）閾電位及動作電位的引起上一頁結(jié)束放映下一頁對于一段膜來說，當(dāng)刺激引起膜去極化達到閾電位時會引起一定數(shù)量的Na+通道開放，Na+因此內(nèi)流，而Na+的內(nèi)流會使膜進一步去極化，結(jié)果又引起更多的Na+通道開放和更大的開放概率，如此反復(fù)下去，出現(xiàn)一個“正反饋”過程，稱（Na+的）再生性去極化（循環(huán)）。

閾電位產(chǎn)生的結(jié)果，出現(xiàn)一個不依賴于原有的刺激，而使膜上Na+通道迅速、大量的開放，膜外Na+快速內(nèi)流，直至達到Na+平衡電位才停止，形成鋒電位的上升支。上一頁結(jié)束放映下一頁動作電位的“全或無”特性：

從興奮性角度來看，

①閾刺激是引起去極化達到閾電位水平的刺激；

②只要是閾上刺激，不論刺激強度多么強均能引起Na+內(nèi)流與去極化的正反饋關(guān)系，膜去極化都會接近或達到ENa；

③動作電位的幅度只與ENa和靜息電位之差有關(guān)，而與原來的刺激強度無關(guān)；

④閾下刺激使膜去極化達不到閾電位水平，不能形成去極化與Na+內(nèi)流的正反饋，不能形成動作電位。這就是動作電位的“全或無”特性。

上一頁結(jié)束放映下一頁（二）局部興奮與局部電位

閾下刺激雖不能引起膜去極化達到閾電位水平，但也可引起少量Na+通道開放，有少量Na+內(nèi)流。這時由電刺激造成的去極化與少量Na+內(nèi)流造成去極化迭加在一起，在受刺激部位出現(xiàn)的一個較小的去極化，稱為局部反應(yīng)或局部興奮。但由于該去極化程度較小，可被（維持當(dāng)時K+平衡電位的）K+外流所抵消，不能形成再生性去極化，因而不能形成動作電位，這種去極化電位稱為局部的去極化電位（簡稱局部電位）。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（三）興奮在同一細胞上的傳導(dǎo)細胞膜任何一處興奮，就會引發(fā)一次動作電位，其動作電位都可沿著細胞膜向周圍傳播，使細胞經(jīng)歷一次類似于被刺激部位的跨膜離子運動，表現(xiàn)為動作電位沿著整個細胞傳到。（1）傳導(dǎo)機制—局部電流學(xué)說：

一段正常靜息時的無髓神經(jīng)纖維在某一小段因受到足夠強度的外來刺激而出現(xiàn)了動作電位（興奮），即膜由靜息時的外正內(nèi)負變?yōu)橥庳搩?nèi)正，而與之鄰近的神經(jīng)段仍處于靜息狀態(tài)，因此兩段神經(jīng)纖維之間有了動作電位。因膜內(nèi)外的溶液都是導(dǎo)電的，于是就有了電荷移動，稱為局部電流，電流的方向在膜外由未興奮段流向興奮段，在膜內(nèi)有興奮段流向未興奮段。這樣的過程沿著神經(jīng)纖維膜繼續(xù)下去，動作電位（興奮）也就在神經(jīng)纖維膜上傳導(dǎo)開來，稱之為神經(jīng)沖動。上一頁結(jié)束放映下一頁上一頁結(jié)束放映下一頁（2）跳躍式傳導(dǎo)在有髓纖維中，局部電流只能出現(xiàn)在與之相鄰的朗飛氏結(jié)之間，興奮就以跳躍的方式從一個朗飛氏結(jié)傳到另一個朗飛氏結(jié)，不斷向前傳導(dǎo)。上一頁結(jié)束放映下一頁跳躍式傳導(dǎo)使興奮傳導(dǎo)的速率大大增加：一是髓鞘不導(dǎo)電，局部電流存在于郎飛結(jié)之間，在單位長度內(nèi)，每傳導(dǎo)一次興奮所涉及的跨膜離子轉(zhuǎn)運的總數(shù)要少得多，是一種更節(jié)能的傳導(dǎo)方式；二是電壓門控Na+通道都聚集在結(jié)節(jié)處，更容易引起Na+內(nèi)流。

上一頁結(jié)束放映下一頁四、興奮在細胞間的傳遞機體作為一個整體，其生命活動不可能只靠一個細胞來完成，每一個細胞活動（興奮）的信息必需傳遞給相關(guān)的細胞。然而細胞之間在結(jié)構(gòu)上并沒有原生質(zhì)的直接連續(xù)，只是彼此發(fā)生接觸，因此細胞之間必然要按一定的方式建立起一定形式的聯(lián)系完成信息（興奮）的傳遞，主要包括突觸傳遞、接頭傳遞和縫隙連接傳遞。上一頁結(jié)束放映下一頁（一）經(jīng)典的突觸傳遞1、突觸的微細結(jié)構(gòu)經(jīng)典突觸是指一個神經(jīng)元的軸突末梢與另一個神經(jīng)元的胞體或突起相接觸的部位。突觸的結(jié)構(gòu)包括3個組成部分：突觸前膜、突觸間隙和突觸后膜。突觸前膜：神經(jīng)軸突末梢進入突觸結(jié)構(gòu)的最前方的膜。突觸后膜：后一個神經(jīng)元與突觸前膜相對應(yīng)的一部分膜。突觸間隙：突觸前膜和突觸后膜之間的間隙，間隙內(nèi)充滿細胞外液。突觸的前一個神經(jīng)元軸突末梢可分成許多小支，每個分支末端球狀膨大形成突觸小體，貼附在后一神經(jīng)元的胞體或樹突（有時也為軸突末梢）上，突觸小體內(nèi)含有許多線粒體和大量的突觸小泡，不同突觸內(nèi)所含的突觸小泡的形狀和大小不完全相同。上一頁結(jié)束放映下一頁2、經(jīng)典的突觸傳遞過程經(jīng)典的突觸又稱為化學(xué)性突觸（chemicalsynapse），其傳遞過程是通過軸突末梢釋放特殊的化學(xué)物質(zhì)—神經(jīng)遞質(zhì)（neurotransmitter）而實現(xiàn)的，其過程可分為突觸前過程和突觸后過程。神經(jīng)動作電位使神經(jīng)末梢的突觸前膜去極化，當(dāng)去極化達到一定程度時，則引起前膜上的電壓門控Ca2+通道開放，細胞外液（突觸間隙）的Ca2+順著濃度梯度進入突觸小體內(nèi)，導(dǎo)致胞內(nèi)Ca2+濃度瞬間升高，由此誘發(fā)突觸小泡的胞吐，釋放其內(nèi)的神經(jīng)遞質(zhì)。釋放出來的神經(jīng)遞質(zhì)進入到突觸間隙，經(jīng)擴散很快到達突觸后膜，與后膜上受體或通道蛋白發(fā)生特異性結(jié)合，改變突觸后膜對某些離子的通透性，導(dǎo)致某些離子進入突觸后膜，從而使突觸后膜發(fā)生一定程度的去極化或超極化。這種突觸后膜上的電位變化稱為突觸后電位。上一頁結(jié)束放映下一頁由于突觸前膜釋放的神經(jīng)遞質(zhì)性質(zhì)不同，而引發(fā)的突觸后膜電位的性質(zhì)也不同，如果突觸后膜在遞質(zhì)作用下發(fā)生去極化，使該突觸后神經(jīng)元的興奮性升高，這種去極化電位變化稱為興奮性突觸后電位(excitatorypostsynapticpotential，EPSP)；如果突觸后膜在遞質(zhì)作用下發(fā)生超極化，使該突觸后神經(jīng)元的興奮性下降，這種超極化稱為抑制性突觸后電位(inhibitorypostsynapticpotential，IPSP)。上一頁結(jié)束放映下一頁（二）接頭傳遞

興奮從神經(jīng)細胞傳遞給效應(yīng)器細胞的機制與化學(xué)突觸傳遞相似，包括神經(jīng)—骨骼肌的興奮傳遞和自主神經(jīng)元與平滑肌、心肌之間的興奮傳遞。1、神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮的傳遞（又稱運動終板）（1）神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞的構(gòu)成由運動神經(jīng)末梢和骨骼肌細胞膜接觸形成。運動神經(jīng)末梢到達肌肉細胞表面時先失去髓鞘，以裸露的軸突末梢嵌入到肌細胞膜的小凹（褶）中，這部分軸突末梢也稱為接頭前膜，與其相對的肌膜是特化了的肌細胞膜，又稱為終板膜或接頭后膜，兩者之間的間隔稱為接頭間隙。終板膜厚而且有許多小褶，褶上有高密度的Ach受體（即N2型Ach受體陽離子通道）。另外在終板膜上還分布乙酰膽堿酯酶，它可將Ach分解為乙酸和膽堿。軸突末梢中含有許多突觸小泡，小泡內(nèi)含有大量的Ach。上一頁結(jié)束放映下一頁（2）神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程主要特點是軸突末梢釋放出來的Ach很快與終板上的Ach受體結(jié)合，使Ach門控Na+—K+通道打開，允許Na+內(nèi)流和K+外