《人體解剖生理學(xué)》第三章細(xì)胞的基本功能-上海海洋大學(xué)-吳文惠教授

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1、第三章細(xì)胞的生物電現(xiàn)象 第一節(jié)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 第二節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象與興奮性 第三節(jié)骨骼肌的收縮 第一節(jié)細(xì)胞表面受體介導(dǎo)的信號跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo) ?離子通道偶聯(lián)的受體 ?:. G-蛋白偶聯(lián)的受體 ?:?與酶偶聯(lián)的受體 一、細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念 ?信號：含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激 ?人體內(nèi)的信號: 存在于細(xì)胞外液中含有 信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì)，或機(jī)械的.電的. 電磁波等刺激 信號的類型 ?化學(xué)信號 ?機(jī)械信號 ?電磁信號 ?電信號 激素，遞質(zhì)，細(xì)胞因子 聲音 光 電流 跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) (transmembrane tranduction) 外界信號

2、卜細(xì)胞膜表面一種或幾 種膜蛋白分子構(gòu)象改變胞內(nèi)信號分子 變化 引起相應(yīng)的效應(yīng) 二. 細(xì)胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式 /G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)信號轉(zhuǎn)導(dǎo) /酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) /離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 三. G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的 信號轉(zhuǎn)導(dǎo) (signal transduction mediated by G protein-linked receptor) G蛋白是鳥昔酸結(jié) 合蛋白的簡稱 神經(jīng)遞質(zhì)與受體結(jié)合 仏 G protein linked rece阻l血石胞膜; NH EXTRACELLULAR SPACE CYTOSOL plasma membrane

3、COOH 具有特異地 識別和結(jié)合 外來化學(xué)信 I于物質(zhì)的功 能蛋白質(zhì) 圖2—1 與G蛋白偶聯(lián)的受體結(jié)構(gòu)撲式圖 發(fā)腎上腺素 受體 G蛋白 腺昔酸環(huán)化酚 GTP cAMP（環(huán)腺昔酸］ 2.G protein (GTP binding protein) 1 R 位于受體與 =二＜ 效應(yīng)器之間J rr step 1 1 5F f ? 1 rLn R u 2 配體與 受體結(jié)合 n step 4 受體構(gòu)象改變與麗 G蛋白a亞單位結(jié)旨 R step 2

4、 a亞單位與效應(yīng)器分子分離 與陽亞單位結(jié)合 等待新信號 G疋厶從〒必石詢 a亞單位與卩Y亞單位分離 G蛋白的工作原理 與GTP結(jié)合成為激發(fā)狀態(tài) 效應(yīng)器分子被激活 a亞單位水解GTP成GDP G蛋白的種類已多達(dá)40余種，大多數(shù)存在于細(xì)胞膜上，由a、0、Y三個不 同亞單位構(gòu)成，總分子量為100kDa左右。 冃前研究發(fā)現(xiàn)，趨化因子受體家族(chemokine receptor family)以及一 些神經(jīng)遞質(zhì)受體都屬于G蛋白偶聯(lián)的7次跨膜受體的超家族。 種類 (1) Gs：細(xì)胞表面受體與Gs (stimulating adenylate cyclase g prot

5、ein,Gs)偶聯(lián)激活腺甘酸環(huán)化酶，產(chǎn)生cAMP第二信〔吏，繼而激活 cAMP依賴的蛋白激酶。 (2) Gi：細(xì)胞表面受體同Gi (inhibitory adenylate cyclase g protein,Gi) 偶聯(lián)則產(chǎn)生與Gs相反的生物學(xué)效應(yīng)。 (3) Gt：可以激活cGMP磷酸二酯酶，同視覺有關(guān)。 (4) Go：可以產(chǎn)生百日咳桿菌毒不導(dǎo)致的一系列效應(yīng)。 (5) Gq：同PLC偶聯(lián)，在磷脂酰肌醇代謝途徑信號傳遞過程中發(fā)揮重要 作用。 (6) 小G蛋口：近年來研究發(fā)現(xiàn)小G蛋白，特別是一些原癌基因表達(dá)產(chǎn)物 具有廣泛的調(diào)節(jié)功能。Ras蛋口主要參與細(xì)胞增殖和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)；Rho蛋口對

6、細(xì)胞骨架網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成發(fā)揮調(diào)節(jié)作用；Rab蛋白則參與調(diào)控細(xì)胞內(nèi)膜交通 (membrane traffic)。此外，Rho和Rab亞家庭可能分別參與淋巴細(xì)胞極 化(polarization)和抗原的提呈。某些信號蛋白通過SH?3功能區(qū)將酪氨酸 激酶途徑同一些由小G蛋白所控制的途徑連接起來，如Rho (與Ras有30% 同源性)調(diào)節(jié)胞漿中微絲上肌動蛋白的聚合或解離，從而影響細(xì)胞形態(tài)。 這一事實解釋了某些含有SH?3的蛋匚I同細(xì)胞骨架某些成份相關(guān)聯(lián)或調(diào)節(jié)它 們的功能。 關(guān)鍵點: a亞單位具有ATP酶的活性，并有與GTP/GDT結(jié)合 的位點，是發(fā)揮功能的重要部分。 a亞單位與GDP or

7、GTP結(jié)合而具有失活或激活兩 種形式，這取決于G蛋白是否與受體結(jié)合。 a亞單位在信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中發(fā)揮重要的分子開關(guān)作 用。 Princip4e$ oi fiiixhiwMsiry O 19苗 McG^v+iB Hosier Educacion Hormone < O vrated receptor n^mwmn GTP中 Receptor 4 y"—gdp M gd GTP ( b^und w ■ I ■ 0 Adtnylale p cyclase GDP 1 Inaclive Ch n S praleh 工; Intrinsic GTPf

8、r activity Qf 」 a ? ubunJt Princip4e$ oi fiiixhiwMsiry O 19苗 McG^v+iB Hosier Educacion Princip4e$ oi fiiixhiwMsiry O 19苗 McG^v+iB Hosier Educacion Acllvfiled adenylate cyclane Activated # G proleln GTP Princip4e$ oi fiiixhiwMsiry O 19苗 McG^v+i

9、B Hosier Educacion Princip4e$ oi fiiixhiwMsiry O 19苗 McG^v+iB Hosier Educacion ^.cAMP cAMP *?econci 吁?》的“".g cAMP-dependent protein kirinse (inactive) Protein klna A ，一 P * 厶 PhOBphorylftdc kin aae (inactive) / \ Phoaphorylase J \ kinaae ATP | (active) ADP cyc

10、lic AMP Eubunit catalytic subunit active catnlyiic SDtwjnits complex of cyclic AMP and regulatory subunits wada>sal.2s.2>polldsolld<^M 趣嫌 00oseoa。Eemuen<羊氐餾枷娜 <=

11、)琪盤富(ed-)養(yǎng)嘗 川込尋匸密渡 (CMd_d)酸棗盅護(hù)畫rMln4 O-Jddased=olldsoqd。#膿

12、于特定特定的底物產(chǎn)生特殊的分子（二次信使） 2產(chǎn)生的特殊分子將細(xì)胞膜上的信號傳遞到胞內(nèi) 3影響各種胞內(nèi)蛋白激酶的活性 4促進(jìn)或抑制功能蛋白質(zhì)的磷酸化，實現(xiàn)對細(xì)胞功能的調(diào)節(jié)。 4■二次信使second messenger 是細(xì)胞外信號分子作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì) 胞內(nèi)信號分子。 細(xì)胞外信號分子稱first messenger,細(xì)胞內(nèi) 的信號分子則稱為second messenger。 nh2 nh2 環(huán)磷酸腺昔(CAM P)、 3-5Lcyclic adenosine monophosphate 環(huán)磷酸鳥昔(cGMP) 三磷酸肌醇(IP

13、3) 3-5-cyclic gua nosine mon ophosphate 二酰甘油(DG) Ca2+ inositol triphosphate cAMP. cGMP 0H2 Calcium F&n InositicFl flP4r$-tnsp4iosphate (IP}) 5. Protein

14、 kinase 絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶 Ml 酪氨酸蛋白激酶 ?:?另一分類: cAMP-dependent protein kinase, PKA Calcium-dependent protein kinase5 PKC 6>cAMP-PKA pathway PKA  7. IP3-Ca2+ /DG-PKC pathway IP3與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上的IP3配體門鈣通道結(jié)合，開啟鈣通道， 使胞內(nèi)Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。用 Ca?+載體離子霉素(ionomycin)處理細(xì)胞會產(chǎn)生類似 的結(jié)果。 DG結(jié)合于質(zhì)膜上，可活化與質(zhì)膜結(jié)合的蛋白激

15、酶C， PKC可以使蛋白質(zhì)的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化使不同 的細(xì)胞產(chǎn)生不同的反應(yīng)，如細(xì)胞分泌、肌肉收縮.細(xì)胞 增殖和分化等。DG的作用可用佛波醇酯(phorbol ester)模擬。 Phospholipase C Exttrior Endoplasmic reiiculum DAG Cytosol IPj^en$|ive channet 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 1 ?酪氨酸激酶受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

16、?特點： /酶與受體是同一膜蛋白 /這類受體一般只有一個0C-螺旋）膜夕卜 側(cè)肽鏈有與配體結(jié)合位點,膜內(nèi)側(cè)肽鏈有 蛋白激酶的活性。 生長因子 KKK) GRB2是生長因子受體結(jié)合蛋白2 Growth factor receptor-bound protein 2 MAPK為有絲分裂原活化蛋白激酶 mitogereactivated protein kinase, MAP SOS 能與GRB2結(jié)合， 本身是一種鳥瞟吟核昔酸交換因子， 并能與Ras蛋|J結(jié)合 Ras Ras-GTP具有活性，Ras-GDP無活性， 在通過受體酪氨酸激酶介導(dǎo)的

17、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)” 發(fā)揮中心作用，是一種關(guān)鍵成分 Raf 絲氨酸/蘇氨酸（Ser/Thr）蛋白激酶（又 稱MAPKKK） RPTK?Ras信號通路可概括如下： 配體->RPTK-^adaptor->SOS-^Ras^Raf (MAPKKK) MAPKKtMAPK—進(jìn)入細(xì)胞核->轉(zhuǎn) 錄因子一> 基因表達(dá)。 受體酪氨酸蛋白激酶(receptor protein tyrosine kinase, RPTK) ①號島盍與a島素旻依蜻合城飭合 ④活性耙蛋白引 起生物學(xué)效應(yīng) ②哽體構(gòu)象改變?受休 酪氨酸踐基自身確 酸化.酪氨靛激障 催化域被激活 ③債化域世化舍酩軌 酸曲思

18、的無活性靶 蛋白璘陵化為活性 耙蛋令 魄外側(cè) 自身璘酸化部位 陝島呆 唳島索 斑躱宋端域 2.結(jié)合酪氨酸激酶的受體 ?:?特點： 受體本身沒有酶的活性，當(dāng)它與配體結(jié) 合后，就可與酪氨酸激酶結(jié)合，并激活酪氨 酸激酶 催乳素 3?具有鳥昔酸環(huán)化酶的受體 只有一個跨膜a-螺旋，膜外側(cè)肽鏈 （N端）有與配體結(jié)合位點，而膜內(nèi)側(cè) 肽鏈（C端）有鳥昔酸環(huán)化酶（guanylyl

19、cyclase,GC) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程 PKG 五、離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程 信號 匚二＞ 胞膜上的通道蛋白I 離子 通道打開或關(guān)閉匚n離子跨膜流動匸二＞ 膜電位變化（去極化、超極化）I 細(xì)胞功能改變 1?化學(xué)信號一化學(xué)門控離子通道 A. N2型Ach受體陽離子通道是 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) 為a2pY5的梅花狀通道樣結(jié)構(gòu); 每個亞單位的肽鏈都要反復(fù) gill 貫穿

20、膜4次；在5個亞單位中, Ach的結(jié)合位點在a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) 運(yùn)動神經(jīng)末梢|——Ach ^^Ach門控通道 蛋白（a亞單位）二＞通道開放 導(dǎo) 大量Na+ 流入胞內(nèi)I 胞膜去極化產(chǎn)生終板電位 完成化學(xué)信號向生物電信號的轉(zhuǎn)換 2電信號一電壓門控離子通道 刺激細(xì)胞膜電位的變化 電 ??? 壓門控離子通道開放或關(guān)閉 離子內(nèi)流或外流 新信號形成 電壓門控通道又稱電壓依賴性或電

21、壓敏感性離子 通道:因膜電位變化而開啟和關(guān)閉，以最容易通過 的離子命名，如K+、Na+、Ca2+、Cl-通道4種主 要類型，各類型又分若干亞型。 分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)門控通道類似，但分子結(jié)構(gòu)中存 在一些對跨膜電位的改變敏感的結(jié)構(gòu)域或亞單位, 誘發(fā)整個通道分子功能狀態(tài)的改變。 A- 3機(jī)械信號-機(jī)械門控離子通道 機(jī)械信號（聲） 一? 耳蝸毛細(xì)胞纖毛彎曲 f 毛細(xì)胞上機(jī)械門控離子通道開放 離子跨 膜流動 ? 耳蝸微音器電位 離子通道型受體 ?離子通道型受體是一類自身為離子通道的受體， 即配體門通道(ligand-gated channel)

22、。主要 存在于神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞，其信號分子為 神經(jīng)遞質(zhì)。 ?:?神經(jīng)遞質(zhì)通過與受體的結(jié)合而改變通道蛋白的構(gòu)象，導(dǎo) 致離子通道的開啟或關(guān)閉，改變質(zhì)膜的離子通透性，在瞬 間將胞外化學(xué)信號轉(zhuǎn)換為電信號，繼而改變突觸后細(xì)胞的 興奮性。 ?:?如：乙酰膽堿受體以三種構(gòu)象存在，兩分子乙酰膽堿的 結(jié)合可以使之處于通道開放構(gòu)象，但該受體處于通道開放 構(gòu)象狀態(tài)的時限仍十分短暫，在幾十毫微秒內(nèi)又回到關(guān)閉 狀態(tài)。然后乙酰膽堿與之解離，受體則恢復(fù)到初始狀態(tài), 彳故好重新接受配體的準(zhǔn)備。 離子通道型受體分為陽離子通道，如乙酰膽堿、谷氨 酸和五軽色胺的受體，和陰離子通道，如甘氨酸和丫 -氨基

23、丁酸的受體。 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的特性 1信號作用于細(xì)胞膜上的受體 2受體以及所聯(lián)系的下游信號分子引起生物效應(yīng) 3相同的外來信號分子作用于細(xì)胞膜上的受體可以引發(fā) 細(xì)胞膜上的受體可以引發(fā) 不同的生物效應(yīng) 4不同的外來信號分子 相同的生物效應(yīng) 信號分子生物效應(yīng)的 不確定性 藥物與信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的關(guān)系 1大多數(shù)化學(xué)藥物通過作用于細(xì)胞膜上的特異性受體而 發(fā)揮其藥理作用。 2激動劑 藥物與受體結(jié)合使之激動，這類藥物與生物 信號發(fā)揮的作用相似。 3拮抗劑 藥物與受體結(jié)合不使之激動，這類藥物減弱 了生物信號的作用。 第二節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象 生物電現(xiàn)象是以細(xì)胞為

24、單位產(chǎn)生的，以 細(xì)胞膜兩側(cè)帶電離子的不均衡分布和離子的 選擇性跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)為基礎(chǔ)。 細(xì)胞膜的生物電現(xiàn)象主要有兩種表現(xiàn)形 式，即安靜時的靜息電位和受刺激時》生的 膜電位的改變（包括局部電位和動作電位）。 > 靜息電位(resting potential) 細(xì)施未受刺激時存在扌細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。 極化：靜息電位存在時膜兩側(cè)所保持的內(nèi)負(fù)外正狀態(tài) 稱為膜的極化。 超極化：當(dāng)靜息時膜內(nèi)外電位差的數(shù)值向膜內(nèi)負(fù)值加 大的方向變化時，RP由-70->-90mV ,稱為膜的超極化。 去極化（除極化）：與超極化相反，膜內(nèi)電位向負(fù)值 減少的方向變化，RP由-70->-50mV。

25、復(fù)極化：細(xì)胞先發(fā)生去極化，然后再向正常安靜時膜 內(nèi)所處的負(fù)值恢復(fù)，稱為復(fù)極化。 動作電位：可興奮細(xì)胞興奮時細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的可擴(kuò)布 的電位變化過程。 “全或無”現(xiàn)象：在同一細(xì)胞上動作電位大小不隨刺 激強(qiáng)度和傳導(dǎo)距離而改變的現(xiàn)象。 在電極插入纖維 瞬間，示渡器扌旨 云由OmiV疏變?yōu)?-65mV＞表云膜內(nèi) 外存在著-65mV的 電隹爰,此即靜息 電伎，一般為內(nèi)負(fù) 外正* 靜息電位的測量 A B 電極A、B放置細(xì)胞外 放大器 Amplifier

26、 電極B插入細(xì)胞內(nèi) 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。 當(dāng)A電極位于細(xì)胞 膜外，B電極詰入膜 內(nèi)時，有電位改變， 證明膜內(nèi).外間有電 位差。 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。 靜息電位形成的原理 (1)細(xì)胞膜內(nèi).外的離子濃度差 離子 胞漿(m mol/L) 細(xì)胞外液 (m mol/L) 平衡電位 (mVk^ K+ 400 20 -75 \ Na+ 50 44

27、0 +55 ci- 52 560 -60 A- 385 - - 槍烏賊巨軸突細(xì)胞膜兩側(cè)主要離子濃度 離子擴(kuò)散在『 內(nèi)外兩側(cè)達(dá)到 平耨(濃度梯 度所形成的化 學(xué)驅(qū)動力和電 位差所形成的 電驅(qū)動力的平 衡)時的擴(kuò)散 電位(由帶電 離子在膜內(nèi)外 兩側(cè)的跨膜擴(kuò) 散所致) < 丿 (2)細(xì)胞膜對離子的選擇通透性和2平衡電位 K+外流量與回收(回到胞內(nèi))的量達(dá)到了動態(tài) 平衡，K+的跨膜凈移動為零，此時膜

28、兩側(cè)電位 差就穩(wěn)定在某一不再增大的數(shù)值，即靜息電位。 因其是K+移動達(dá)到平衡時的膜電位，又可稱作 Nernst 式 E畔血常 式中，Ek表示K+平衡電位，R是通用氣體常數(shù)，T是絕對溫 度，2是離子價，F(xiàn)是Faradsiy常埶 式中只有[K+]0和[K+] 1 是變數(shù)，分別代表膜為和膜內(nèi)的K+濃度。如果把有關(guān)數(shù)值代入, 室溫1乩2T0C計算，再把自然對數(shù)化術(shù)常用對數(shù)，則式(1) 可簡化為: €比=8.3V (27^273K 2>3log [K4]o 1*96500 ■ [K Jo "0.0595log ； (V)

29、 靜息電位的產(chǎn)生（擴(kuò)散■電位差■平衡） 原因靜息電位指安靜時存在于細(xì)胞兩側(cè)的外正內(nèi)負(fù)的電 位差。其形成原因是膜兩側(cè)離子分布不平衡及膜對K+有 較高的通透能力。 現(xiàn)象 細(xì)胞內(nèi)K+濃度和帶負(fù)電的蛋白質(zhì)濃度都大于細(xì)胞外（而細(xì)胞外Na+和 CI+濃度大于細(xì)胞內(nèi)），但因為細(xì)胞膜只對K+有相對較高的通透性，K+順濃 度差由細(xì)胞內(nèi)移到細(xì)胞外，而膜內(nèi)帶負(fù)電的蛋白質(zhì)離子不能透出細(xì)胞，于是 K+離子外移造成膜內(nèi)變負(fù)而膜外變正。外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)一方面可隨K+的外 移而增加，另一方面，K+外移形成的外正內(nèi)負(fù)將阻礙K+的外移（正負(fù)電荷 互相吸引，而相同方

30、向電荷則互相排斥）。 結(jié)果最后達(dá)到一種K+外移（因濃度差）和阻礙K+外移 （因電位差）相平衡的狀態(tài)，這是的膜電位稱為K+平衡 電位，實際上，就是（或接近于）安靜時細(xì)胞膜外的電 位差。 靜息電位的維持機(jī)制 鈉泵(sodium pump)的活動維持了安靜時 細(xì)胞內(nèi)外的離子平衡：引起細(xì)胞膜上鈉泵活動的 因素是細(xì)胞內(nèi)Na+的增加和細(xì)胞外K?的升高。只 要細(xì)胞內(nèi)外的Nar 2平衡稍有變化，Na+泵就 被激活，在泵出胞內(nèi)多余的Na+的同時，將胞夕卜 多余的K+泵回，從而維持了細(xì)胞內(nèi)外正常的離 子濃度梯度。 靜息電位的影響因素 1細(xì)胞的種類 2 K+的擴(kuò)散■電位差■平衡是靜息電位形成的

31、關(guān)鍵 3少量Na+的內(nèi)流，對靜息狀態(tài)的膜電位也有一定的 影響 4扁泵(sodium pump)的活動維持了安靜時細(xì)胞 內(nèi)外的離子平衡 二、動作電位及其形成機(jī)制 1?動作電位(action potential，AP)：指膜受刺激后 在原有的靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速 而可逆的倒轉(zhuǎn)和復(fù)原O Membrane potomial 【mv) -50 ?70 Schwellen- spanriung unterscrwwhQe Rette t Rel2 Ruhepotential Hiyper- pola risation l*s]  2■動作

32、電位形成的原理 細(xì)胞受刺激時在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可傳布的電位變化，是細(xì)胞興 奮的標(biāo)志 峰電位是動作電位的主要成份 噸位: 上升相：去極化(?70mV->0mV) 反極化(超射)(0mV->+30mV) 下降相：復(fù)極化(+30mV->-70mV附近) 產(chǎn)生機(jī)制：離子流學(xué)說 上升相：細(xì)胞受刺激t少量Na+通道開放少量Na+內(nèi)流->局部去 極化（局部電位）—達(dá)到閾電位->Na+通道大量開放->Na+順電■化 學(xué)梯度快速大量內(nèi)流-去極化.反極化當(dāng)濃度差促進(jìn)Na+內(nèi)流的力 量等于電位差阻止Na+內(nèi)流的力量時，Na+凈移動為零（Na+的電訛 學(xué)4?祈電位） 下降相：細(xì)胞膜對K+的

33、通透性增加一>K+順電訛學(xué)梯度外流-> 極化 電位已基本恢復(fù)，但離子分布未恢復(fù)，Na+?K+泵運(yùn)轉(zhuǎn)，Na+泵 出，K+泵入，恢復(fù)興奮前離子的不均勻分布 激活門」 Pi/ixiivi mpniliranp 細(xì)輙 3.動作電位的特點 動作電位刺激強(qiáng)度不隨刺激強(qiáng)度增強(qiáng)而增強(qiáng) 動作電位的傳導(dǎo)是不衰減的 相繼產(chǎn)生的動作電位不能發(fā)生重合 Autorhythmic Cell 目生細(xì)胞 ExtracellTilai- space Sodium roiassium Fast calcium channe IjRi C)a e AjS ++ K亠電與 Cell inter

34、ior^胞內(nèi) 失活門 4?細(xì)胞產(chǎn)生動作電位時的興奮性變化 芒趙翠 芒恐藝畑冰 ⑴動作電位時相 ① 鋒電位 上升支：去極化，反極化 下降支：復(fù)極化始段、中段 ② 后電位 負(fù)后電位：復(fù)極化末段 正后電位：超極化 (2)興奮,性時期 ① 絕對不應(yīng)期 absduterefrectoryperiod ② 相對不應(yīng)期 relativerefrectoryperiod) ③ 超常期 supranomalrefrect

35、oryperiod) 動作電位與興奮性變化的時間關(guān)系 ④低常期 (subnormalrefrectoryperiod) 三.動作電位的引起和傳導(dǎo) 刺激引起細(xì)胞膜去極化，可以使電壓門控Na+. K+通道開放，從而產(chǎn)生動作電位(action potential5AP)0但弄不是任何強(qiáng)度的刺激都可使細(xì)胞 產(chǎn)生AP。 (一) 去極化與Na+內(nèi)流的正反饋 當(dāng)細(xì)胞膜受到刺激去極化時，膜上電壓門控Na+ 通道開放，其開放的數(shù)量可隨膜去極化幅度的增加而 增加。Na+通道開放使Na+內(nèi)流增加，又導(dǎo)致膜的進(jìn)一 步去極化，從而使更多的Na+通道開放。 mV 7" 去極化與Na+內(nèi)流示意

36、圖 Extracellular space 細(xì)胞外間陳 Sodium Potassium Fast calcium Cell interior^胞內(nèi) 超射 上升支 卷錐體細(xì)胞 ◎視覺脈沖 下降支 負(fù)后電位 *止后電位 閾電位 閾下電位 一個典型的動作電 位的變化曲線可以分 為閾下電位.上升支 （去極相）.下徉支 （復(fù)極相）、負(fù)后電 位、正后電位尊幾個 部分。 內(nèi)流超過 K"外流 re外流趙過 內(nèi)流

37、 (二) 閾電位與動作電 位的引起 細(xì)胞受到刺激時， 細(xì)胞膜發(fā)生去極化，即 膜電位值升高。當(dāng)膜電 位值達(dá)到閾電位 (Threshold potential) 水平時，動作電位才能 被觸發(fā)。 所謂閾電位，即指 恰好能使膜的去極化與 Na+內(nèi)流之間形成正反 饋的臨界膜電位值。 （三）局部電位與膜的興奮性 閾下刺激引起的膜局部去極化電位（未達(dá)到閾 電位的膜電位）稱為局部電位（Local potential） o 閾下刺激引起膜的去極化，膜上少量Na+通道開放, Na+內(nèi)流形成局部電位。 LV O -70mV OjiV -7

38、0irV OulV -70hlV OjilV -70HV 去極化 八 刺漁 超級化 *— 弱刺激強(qiáng)刺激 遠(yuǎn)離刺激點Lmm f刺激 t刺激 時間總和 空間總和 Time (ms)  （四）動作電位的傳導(dǎo)及其原理 只要細(xì)胞膜上的某一位點受到刺激產(chǎn)生AP,這個 AP就會沿著細(xì)胞膜向周圍傳播，使整個細(xì)胞的膜都經(jīng) 歷一次類似于受刺激部位的離子電導(dǎo)的改變，表現(xiàn)為 AP沿整個細(xì)胞膜的傳導(dǎo) (五) 影響動作電位傳導(dǎo)速度的因素 神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度很快，但不同神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)速度有所 不同。人體一些較粗的有髓神經(jīng)纖維，傳導(dǎo)速度可達(dá)120米/秒， 而某些較細(xì)

39、的無髓纖維的傳導(dǎo)速度甚至不超過1米/秒。影響動作電 位傳導(dǎo)速度的因素有： -j.軸突直徑 2*動作電位去極化的幅度 3.髓鞘 脊椎動物的許多神經(jīng)纖維都包有髓鞘，這是AP傳導(dǎo)速度增加 的重要原因，比單純增加纖維的直徑更有效。髓鞘是沿細(xì)胞膜間斷 排列的，每隔一段髓鞘就有一個無髓鞘的朗飛氏結(jié)(Ranviers node)存在。由于髓鞘具有高電阻低電容的特性，產(chǎn)生AP的結(jié)區(qū)， 只能與相鄰的結(jié)區(qū)形成局部電流，而僅有很少的電流能從髓鞘漏過。 AP只在結(jié)區(qū)處產(chǎn)生，就好象AP由…個結(jié)區(qū)跳到另一個結(jié)區(qū)。因此， 有髓神經(jīng)纖維上AP的傳導(dǎo)是跳躍式傳導(dǎo)。 神經(jīng)信息傳遞的特點和神經(jīng)干的動作電位 由于單根神經(jīng)

40、纖維的AP是“全或無”的，因此, 在傳導(dǎo)信息時，信息的強(qiáng)弱不可能以AP的幅度表示, 只能表現(xiàn)為AP的頻率不同。 第三節(jié) 細(xì)胞間生理功能的聯(lián)系 1、細(xì)胞間信息的傳遞 細(xì)胞間信息傳遞的方式主要有兩種： ① 通過細(xì)胞間的縫隙連接，允許無機(jī)離子和水溶 性小分子物質(zhì)的溝通，如電傳遞； ② 通過細(xì)胞產(chǎn)生的化學(xué)信號分子傳遞信息，即化 學(xué)傳遞。 細(xì)胞間電傳遞 化學(xué)傳遞  （二）細(xì)胞間的化學(xué)傳遞 1 ?化學(xué)信號分子 細(xì)胞分泌的化學(xué)信號分子通過與“靶”細(xì)胞的受體結(jié) 合，改變受體的性質(zhì)來傳遞信息。 劃分為兩類： 親脂性信號分子（笛類激素、甲狀腺素等） 親水性信號分子（大多數(shù)激

41、素、神經(jīng)遞質(zhì)、細(xì)胞因子 等） Introduction 2■激素的分泌和遠(yuǎn)距離傳遞 3 ■激素的旁分泌和自分泌作用 旁分泌 BK>Od!c* Hormones are produced by endocrine glands? Their products diffuse into capillaries and arc corricd throughout the body. 4■神經(jīng)內(nèi)分泌細(xì)胞的神經(jīng)分泌 5 ?神經(jīng)突觸的信息傳遞 每一神經(jīng)元的軸突末梢僅與 英它神經(jīng)元的胞體或突起相 接觸，此接觸部位稱為突觸。 神經(jīng)元間的信息傳遞是通過 突觸實現(xiàn)的。 每個突觸都由

42、三部分構(gòu)成： 突觸前膜 突觸后膜 突觸間隙 神經(jīng)沖動尢_ 突融小泡 突融間隙 受體 6.神經(jīng)■肌肉接頭處的信息傳遞 神經(jīng)系統(tǒng)對骨骼肌運(yùn)動的控制是靠運(yùn)動神經(jīng)末梢將神經(jīng)信號 通過神經(jīng)■肌肉接頭傳遞到骨骼肌纖維的。它與神經(jīng)突觸信息傳遞 的過程類似，即也是電?化學(xué)■電的傳遞，但接頭前膜釋放的神經(jīng) 遞質(zhì)為乙酰膽堿(ACh),它與接頭后膜上的特異受體結(jié)合，只 引起接頭后膜的興奮，即AP。 NEUROMUSCULAa JUNCTION  第四

43、節(jié)肌纖維的收縮功能 人體各種形式的運(yùn)動，主要由各種肌細(xì)胞 （骨骼肌、心肌、平滑?。┑氖湛s活動來完成。 不同肌肉組織在功能和結(jié)構(gòu)上各有特點，但從分 子水平上看，各種收縮活動都與細(xì)胞內(nèi)的收縮蛋 白質(zhì)，主要與肌凝蛋白和肌纖蛋白的相互作用有 關(guān)。 骨骼肌是由大量成束的肌纖維組成的, 每條肌纖維就是一個肌細(xì)胞（內(nèi)含肌 管組織）。 廠 肌纖維平行排列成肌束，兩端與由結(jié) 締組織構(gòu)成的肌腱相融合，后者附著 在骨上。通常四肢的骨骼肌在附著點 之間至少要跨過一個關(guān)節(jié)，通過肌肉 的收縮和舒張，就能導(dǎo)致肢體的屈曲 和伸直。 — Tendons Muscle Bundle of muscle f

44、ibers Connective tissue / !>di(.uleiua \(pla$ma mernbrane) Transverse tubule. < slP,Ssulr ^ Mitochondria z |訛 | 卩 band band 骨骼肌纖維接受運(yùn)動神經(jīng)末梢的支配，在有神經(jīng)沖動傳來時，發(fā)生收縮。當(dāng) 神經(jīng)沖動傳導(dǎo)到神經(jīng)末梢，首先進(jìn)行神經(jīng)■肌肉接頭的興奮傳遞，使骨骼肌纖 維產(chǎn)生自己的AP — 肌纖維內(nèi)部的興奮■收縮偶聯(lián)（在橫橋作用下，細(xì)肌絲沿粗肌絲之間的間隙

45、，向 肌小節(jié)中央（M線）作相對滑動，使肌小節(jié)縮短而產(chǎn)生收縮。）機(jī)制導(dǎo)致肌纖 維產(chǎn)生收縮。 、骨骼肌纖維 的結(jié)構(gòu) 骨骼肌” 旦廠 骨骼肌纖維 （肌細(xì)胞） 肌原纖維 肌小結(jié) 粗肌絲 細(xì)肌絲 神經(jīng)信息 一條肌纖維 I帶 Z線 肌球蛋白微絲肌動蛋白微處 （粗肌微絲）（細(xì)肌微絲廠 —塊肌肉 神經(jīng) 肌肉 接頭曇 一束肌纖維 A帶一根肌原纖維線 H帶 一段肌節(jié)（模式圖） J^HSBr?i*cwb CMCSWac 圖1 - 24b 骨骼肌纖維的微細(xì)結(jié)構(gòu)

46、 粗細(xì)肌絲的空間排列相當(dāng)規(guī)則。每條細(xì)肌絲周圍有 三條粗肌絲環(huán)繞，每條粗肌絲周圍有六條細(xì)肌絲環(huán)繞。 O o A帶的暗區(qū)域 O O ■ 細(xì)肌絲 粗肌絲  二、肌管系統(tǒng) 肌魯系統(tǒng)指包爲(wèi)在每一條肌原纖維周圍的膜性囊管狀結(jié)構(gòu)， 由來源和功能都不同的兩組獨立的管道系統(tǒng)組成。 橫管(transverse tubule)系統(tǒng)，或T管。它是肌膜向細(xì)胞 深處的延續(xù)。 縱管系統(tǒng)，又稱L管則是肌原纖維周圍的另一組肌管系統(tǒng)， 即肌漿網(wǎng)(sarcoplasmic reticulum),分支多,相互連通,走彳亍 與肌

47、小節(jié)平行，包繞每個肌小節(jié)的中間部分。 終末池(terminal cisternae),其中貯存了大量鈣離子，因 此又稱為細(xì)胞內(nèi)的鈣庫。 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)(triad system)每一個橫管和來自兩側(cè)肌小節(jié) 的縱管終末池構(gòu)成。 橫管系統(tǒng)的作用是將肌細(xì)胞的興奮沿T管膜傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)部, 而肌漿網(wǎng)和終末池的作用是控制鈣離子的貯存、釋放和再積聚， 觸發(fā)肌小節(jié)的收縮和舒張。 明帶 暗帶 明帶 I I I : H帶 1 Z袋 肋漿網(wǎng) 三、神經(jīng)、神經(jīng)肌肉接頭、 肌細(xì)胞（纖

48、維）、肌管系統(tǒng)的聯(lián)系 三聯(lián)管1 、神經(jīng)■骨骼肌接頭處興奮的傳遞 (--)興奮傳遞的接頭前過程 軸突末梢的軸漿中，含有大量囊泡, 每個囊泡中儲存有恒 量的乙酰膽堿(ACh)分子，約5000-10000個，它們可通過 岀胞作用進(jìn)行“量子式釋放”o 只有少數(shù)囊泡 在安靜狀態(tài)時，末梢內(nèi)的Ca2+濃度很低, 與接頭前膜隨機(jī)融合，自發(fā)釋放ACh。 當(dāng)有神經(jīng)沖動傳來時，軸突末梢的膜局部去極化，導(dǎo)致電 壓門控Ca2+通道開放，Ca2+的內(nèi)流觸發(fā)大量囊泡出胞，將所 含全部ACh釋放到接頭間隙。一次AP可引起200-300個囊泡釋 放，使106以上個ACh分子進(jìn)入接頭間

49、隙。 NEUROMUSCULAR JUNCTION — Node off Ranvier naptfaB knob yriptiic ? newrotransmlttera T-tUbHJl Schwann cell l rnyvlln membranes 4irCQplflnDlC raticulum myofl bril / (二)興奮傳遞的接頭后過程 在接頭后膜上，存在化學(xué)門控離子通道受體，每個通道受

50、 體分子含有兩個能與ACh特異結(jié)合的位點，也叫做N■型乙酰 膽堿受體。當(dāng)其與通過接頭間隙擴(kuò)散到接頭后膜的ACh結(jié)合后, 構(gòu)象改變導(dǎo)致通道開放。這種通道允許Na+、K+通透，Na+內(nèi) 流和K+外流的總體結(jié)果是使接頭后膜去極化，這一局部去極 化電位稱為終板電位。 終板電位產(chǎn)生后，由于終板電位的幅度很高(60mV), 約超過引起肌細(xì)胞膜AP所需的刺激閾值的3?4倍，因此它擴(kuò)布 到周圍很容易引起肌膜去極化達(dá)到閾電位水平，使Na+內(nèi)流和 膜去極之間形成再生式循環(huán)，觸發(fā)AP產(chǎn)生。 三、興奮■收縮耦聯(lián) 興奮■收縮耦聯(lián)(Excitatiomcontraction coupling) 是指連接肌

51、纖維的興奮和收縮的中介過程。它包括三個 步驟：電興奮通過橫管系統(tǒng)傳到肌細(xì)胞的深處； 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞； 肌漿網(wǎng)(即縱管系統(tǒng))對Ca2+釋放和再聚積，及其 導(dǎo)致的肌肉收縮和舒張。 興奮傳遞引起終池Ca2+釋放 興奮傳遞引起終池Ca2+釋放 當(dāng)橫管膜發(fā)生去極化，該蛋白質(zhì)構(gòu)象改變，不再 堵住Ca2+通道而使其開放，于是終池內(nèi)的Ca2+被大 量釋放到肌漿中 進(jìn)入肌漿中的Ca2+觸發(fā)肌絲的滑行 進(jìn)入肌漿中的高濃度Ca2+與細(xì)肌絲上的肌鈣蛋白 結(jié)合，引起細(xì)肌絲構(gòu)象改變，暴露出其上的橫橋結(jié)合 位點，粗肌絲上的橫橋與之結(jié)合，并發(fā)生扭動、解離 和再結(jié)合、再扭動的循環(huán)過程，拉動細(xì)肌絲不

52、斷向粗 肌絲間隙中滑動，使肌小節(jié)縮短，肌肉產(chǎn)生收縮。 由于Ca2+的作用使每一肌小節(jié)中細(xì)肌絲向粗肌絲 的間隙中滑行，使粗細(xì)肌絲重疊程度增加，肌小節(jié)縮 短肌肉收縮，這就是肌絲滑行理論。 肌絲滑行的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu) 成 收縮的支架 肌鍛蛋白］ 1橫橋 肌纖蛋白 尸有與冊結(jié)合的位點 有ATP酶活性 能與肌纖蛋白呈可逆結(jié)合，結(jié)合后能牽引細(xì) j肌絲沿粗肌絲滑丘 組成細(xì)肌絲 in 收 縮 蛋 S 原皿凝蛋白 靜息時位于橫橋和肌纖蛋白之間，有阻隔橫 調(diào) 橋與肌纖蛋白結(jié)合的作風(fēng) 節(jié) 與有較大的親合力，結(jié)合后能消除原肌凝f蛋 蛋白的阻隔作用

53、 肌動蛋白絲 肌球蛋白分子 輕鏈 頭 B 分子 a螺旋 粗肌絲 C 肌動蛋白絲 D 肌絲滑行機(jī)制微觀解釋一橫橋周期(cross-bridge cycling) 啟動 能量轉(zhuǎn)換 肌鈣蛋白上的c亞基結(jié) 合，依次使肌鈣蛋白、原肌譙 蛋白發(fā)生構(gòu)型改變，觸發(fā)橫橋 與肌纖蛋白結(jié)合和肌絲相對滑 行，肌小節(jié)縮短” 肌肉舒張

54、時ATP酶分解ATP庶ADP 和無機(jī)磷P臓高能磷酸鍵，便橫橋 處于高勢能狀態(tài)，對肌動蛋白保持著 高度親和力，并為橫橋的扭動提供能 當(dāng)[cf] 維持在 高濃度 時 IcTiT 持續(xù)高［C0］橫橋會與細(xì)肌絲 上新的縮結(jié)令 橫橋與肌纖蛋白分子解離，則 橫橋一旦與月千蛋白結(jié)合,ADP和無 機(jī)磷P就與橫橋分離；立即與AI? 結(jié)合,結(jié)果降低了橫橋與蜩蛋白的 親和力，遂康它與肌纖蛋白解離. ATP酶分解ATP為ADP和無機(jī)磷P, 出現(xiàn)相反的變化，肌小節(jié)恢復(fù) 釋蹶一個高能酸鍵, 能量貯存在頭 原狀，刖肉舒張。 鈣泵的活動導(dǎo)致肌纖維的舒張 肌漿網(wǎng)膜上的鈣泵是一種Ca2+-Mg2

55、+依賴的ATP 酶。當(dāng)肌漿中的Ca2+濃度升高時，鈣泵被激活，通 過分解ATP獲得能量，將Ca2+逆濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)回肌 漿網(wǎng)中。肌漿中Ca2+濃度隨之降低，Ca2+從肌鈣蛋 白上解離下來，引起肌纖維的舒張。 骨骼肌收縮的全過程 AP傳至軸突末梢，接頭前膜Ca2+內(nèi)流，ACh釋放到接頭間隙 ACh與接頭后膜特異受體結(jié)合，陽離子通道開放，產(chǎn)生終板電位 終板膜周圍肌膜產(chǎn)生AP AP沿肌膜傳導(dǎo)，通過橫管系統(tǒng)傳導(dǎo)到細(xì)胞深處 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)將橫管膜的興奮傳遞給毗鄰的終末池膜 終末池大量釋放Ca2+進(jìn)入肌漿 Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合，暴露出肌纖蛋白上的橫橋結(jié)合位點 橫橋與肌纖蛋白結(jié)合，扭

56、動，解離，再結(jié)合…不斷循環(huán) 細(xì)肌絲向粗肌絲間隙中滑行，肌小節(jié)縮短，肌纖維收縮 鈣泵活動將Ca2+泵回肌漿網(wǎng)，從肌鈣蛋白上解離下來，肌纖維舒張 骨骼肌收縮的形式及其影響因素 1等張收縮和等長收縮 .等長收縮 肌肉收縮時長度保持不變而只產(chǎn)生張力 :等張收縮首先產(chǎn)生張力克服阻力產(chǎn)生的收縮現(xiàn)象 - ?? 肌肉的收縮力學(xué)受以下因素的影響 前負(fù)荷 肌肉在收縮前承受的負(fù)荷，前負(fù)荷決足肌肉在收縮前 的長度，即肌肉的初長度。 后負(fù)荷肌肉在收縮開始后所承受的阻力稱為后負(fù)荷. 肌肉的收縮能力 缺氧、酸中毒、肌肉中能源物質(zhì)缺乏，以及其他原因引起的興奮 ■收縮耦聯(lián)、肌肉蛋口質(zhì)或橫橋功能特

57、性的改變，都吋能降低肌 肉收縮的效果，而鈣離子、咖啡因、腎上腺索等體液因素則町能 通過影響肌肉的收縮機(jī)制而提高肌肉的收縮效果 肌肉收縮的長度■張力關(guān)系曲線 4廠 正笊工作范樹 Www.bioon.2:om 肌肉初長（以最適初長為1） 肌肉長度與產(chǎn)生張力的關(guān)系 肌小節(jié)長度dm〉 后負(fù)荷（陽左動張力〉 肌小節(jié)長度dm〉 后負(fù)荷（陽左動張力〉 6址沏足W嶽 主動張力 變化昭線 sfts 慮大耶短連贋Vo 曲線2 曲線1 肌小節(jié)長度dm〉 后負(fù)荷（陽左動張力〉 2肌纖維收縮的總和 整塊骨骼肌收縮時產(chǎn)生力量的大小，與兩個因 素有關(guān)。一是單根肌纖維收縮的總和；二是同一時 間內(nèi)參與收縮的肌纖維數(shù)量。 單收箱n 張力 S S s :表示刺激 完全^直收癇|