1、第 1 章 細 胞 生 理學習要求：掌握細胞膜物質被動與主動轉運幾種方式的機制(jzh)；由G蛋白和離子通道偶聯受體介導的跨膜信號轉導；生物電的種類、特性、產生及傳導的機制。學習內容：1.細胞膜的結構與物質的跨膜轉運；2.細胞的跨膜信號傳遞功能(gngnng)；3.細胞的興奮性和生物電現象。共七十頁 1.1.1脂質雙分子(fnz)層 以液態的脂質雙分子(fnz)層為基架，具有穩定性和流動性。 1.1.2 膜蛋白質 內在蛋白(integral protein)外周蛋白(extrinsic protein) 1 細胞膜物質轉運功能 1.1 細胞膜(cell membrane)的結構共七十頁 有些作

2、為抗原決定(judng)族=免疫信息(血型)。 1.1.3 膜糖 多為短糖鏈，以共價鍵的形式(xngsh)與膜脂質或蛋白質結合，形成糖脂或糖蛋白。 有些作為膜受體的“可識別”部分，能特異地與激素，遞質等結合。共七十頁1.2 細胞膜的跨膜物質(wzh)轉運功能 指物質順電位差或濃度(nngd)差的轉運過程。 1.2.1被動轉運特點： 不耗能（轉運動力依賴物質的電-化學梯度所貯存的勢能）; 順電-化學梯度進行分類： 單純擴散； 易化擴散共七十頁 1.2.1.1 單純擴散(simple diffusion) 概念：一些(yxi)脂溶性物質由膜的高濃度一側向低濃度一側移動的過程。CO2i CO2oO2

3、o O2i共七十頁 特點(tdin)： 擴散速率高 無飽和性 不依靠特殊膜蛋白質的“幫助” 不需另外消耗能量 擴散量與濃度梯度、溫度和膜通透性呈正相關 轉運的物質： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素(j s) 等少數幾種 滲透：水分子的跨膜擴散。滲透壓：溶質對水分子的吸引力。共七十頁 1.2.1.2 易化擴散(facilitated diffusion) 概念(ginin)：一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物質,需特殊膜蛋白質的“幫助”下,由膜的高濃度一側向低濃度一側移動的過程。 分類: 經載體(zit)的易化擴散 經通道的易化擴散共七十頁 經通道(tngdo)的易化

4、擴散特點：轉運的物質:各種帶電(di din)離子K+i K+oNa+o Na+i經通道的易化擴散速度快選擇性受精密調控：濃度和電壓依從性（化學門控通道、電壓門控通道） 共七十頁共七十頁 經載體(zit)的易化擴散共七十頁經載體的易化擴散(kusn)特點：特異性（特殊(tsh)膜蛋白質本身有結構特異性） 飽和性（結合位點是有限的） 竟爭性（經同一特殊膜蛋白質轉運）共七十頁 1.2.2 主動(zhdng)轉運(active transport)概念：指物質逆濃度梯度或電位梯度的轉運過程特點：需要消耗能量,能量由分解ATP來提供 依靠特殊膜蛋白質(泵)的“幫助” 逆電-化學梯度進行的分類：原發性主

5、動轉運（簡稱：泵轉運）：能量直接來源于ATP.如：Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵 繼發性主動轉運（簡稱：聯合轉運）:能量間接來源于ATP.共七十頁 1.2.2.1泵轉運(zhun yn)Na+-K+泵 Na+-K+泵又稱Na+-K+-ATPase，簡稱鈉泵 當Na+i K+o時，都可被激活(j hu)，ATP分解產生能量，將胞內的3個Na+移至胞外和將胞外的2個K+移入胞內。共七十頁通道(tngdo)轉運與鈉-鉀泵轉運模式圖共七十頁 鈉-鉀泵的這種活動還為其它一些物質轉運的提供了動力（如葡萄糖、氨基酸的吸收(xshu)：Na+-載體-葡萄糖、Na+-載體-氨基酸的復合體形式

6、進行的聯合轉運）。維持(wich)Na+o高、K+i高原先的不均勻分布狀態2K+泵至細胞內;3Na+泵至細胞外分解ATP產生能量當Na+i/K+o激活鈉-鉀泵：共七十頁 1.2.2.2 繼發性主動轉運 概念：間接利用ATP能量的主動轉運過程 即逆濃度梯度(t d)或逆電位梯度的轉運時，能量非直接來自ATP的分解，是來自膜兩側Na+差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP釋放的能量建立的。 分類： 同向轉運(zhun yn) 逆向轉運共七十頁共七十頁 1.2.2.3 入胞和出胞式轉運 一些大分子物質或團塊進出細胞,是通過細胞本身的吞吐(tnt)活動進行的,亦可屬于主動轉運過程 出胞：指細胞把成塊

7、的內容物由細胞內排出的過程 主要見于細胞的分泌過程：如激素、神經遞質、消化液的分泌 入胞：指細胞外的大分子物質或團塊進入細胞的過程(guchng) 分為：吞噬=轉運物質為固體 吞飲=轉運物質為液體共七十頁分泌物排出(pi ch)融合(rngh)處出現裂口囊泡向質膜內側移動膜性結構包被=分泌囊泡高爾基復合體粗面內質網合成蛋白性分泌物 出胞：囊泡膜與質膜的某點接觸并融合囊泡的膜成為細胞膜的組成部分共七十頁細胞膜上的受體對物質(wzh)的“辨認”發生(fshng)特異性結合=復合物復合物向膜表面的“有被小窩”移動“有被小窩”處的膜凹陷凹陷膜與細胞膜斷離=吞食泡吞食泡與胞內體的膜性結構相融合 入胞:共

8、七十頁共七十頁 2 細胞(xbo)的跨膜信號轉導化學因子刺激：遠距離分泌、突觸傳遞(chund)、旁分泌、自分泌）其它性質的刺激（機械、光、電、溫度） 共七十頁跨膜信號傳遞或跨膜信號轉導：通過引起細胞膜上一種或數種特異蛋白分子的變構作用，將外界環境變化的信息以一種新的信號形式傳遞到膜內，再引起作用細胞（靶細胞）相應功能的改變。跨膜信號轉導主要(zhyo)涉及到：胞外信號的識別與結合、信號轉導、胞內效應等三個環節。跨膜信號轉導方式大體有以下三類： G蛋白(dnbi)偶聯受體介導的信號轉導 離子通道介導的信號轉導 酶偶聯受體介導的信號轉導共七十頁 結構： 受體的結合部分決定受體的特異性 受體的催化

9、部分功能部分，大多(ddu)是酶，被激活而引發一系列連鎖性生化反應，導致細胞功能改變。 2.1 G蛋白偶聯受體介導的跨膜信號傳遞系統 2.1.1 受體 概念：細胞中存在能專一性結合激素(j s)、神經遞質以及其它化學介質，并能觸發特定效應的蛋白質，稱為受體。共七十頁2.1.4 信使(xnsh)（1）第一信使：神經遞質、激素等（2）第二信使：cAMP、cGMP、Ca2+ 、 IP3、DG等 2.1.2 G蛋白-GTP結合調節(tioji)蛋白(GTP-binding regulatory protein)：由三個亞單位構成。 G蛋白的無活性狀態：G蛋白-GDP G蛋白的活性狀態：G蛋白-GTP2

10、.1.3 G蛋白效應器（ G protein effector)：酶和離子通道。共七十頁膜外N端：識別(shbi)、結合第一信使膜內C端：激活(j hu)G蛋白 2.1.5 G蛋白偶聯受體介導的信號轉導 cAMP信號通路神經遞質、激素等(第一信使)興奮性G蛋白(GS)激活腺苷酸環化酶(AC)ATPcAMP(第二信使)細胞內生物效應激活cAMP依賴的蛋白激酶A結合G蛋白偶聯受體激活G蛋白(與、亞單位分離)共七十頁共七十頁膜外N端：識別(shbi)、結合第一信使膜內C端：激活(j hu)G蛋白 磷脂酰肌醇與信息傳遞通路激素（第一信使）興奮性G蛋白(GS)激活磷脂酶C(PLC)PIP2(第二信使）I

11、P3 和 DG激 活蛋白激酶C內質網釋放Ca2+激活G蛋白細胞內生物效應結合G蛋白偶聯受體共七十頁 2.2 離子通道偶聯受體介導的信號轉導 離子通道大體(dt)有：化學、電壓、機械性門控通道化學性胞外信號(xnho)(ACh)Ach+受體=復合體終板膜變構=離子通道開放Na+內流終板膜電位骨骼肌收縮共七十頁共七十頁 概 述 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象（bioelectricity）。細胞生物電現象是普遍存在的，臨床上廣泛應用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網膜電圖等就是(jish)這些不同器官和組織活動時生物電變化的表現。 3 細胞(xbo)的興奮性和生

12、物電現象共七十頁 3.1.1 興奮(xngfn)性與興奮(xngfn)(錄象）（錄象） 興奮性(excitability)（錄象） 指活組織或細胞(xbo)對刺激能夠發生反應（動作電位）的能力或特性 興奮(excitation)（錄象） 3.1 細胞的興奮性和刺激引起興奮的條件反應：活組織或細胞受刺激后產生的代謝過程及其外表活動的改變。1）興奮：由相對靜止狀態變為顯著活動狀態。2）抑制：由活動強變為活動弱。共七十頁 3.1.2 刺激引起興奮的條件 刺激(stimulus)的概念 凡是能引起細胞出現反應的內外環境變化。刺激引起興奮的條件 細胞方面 1）細胞的機能狀態(zhungti) 2）細胞對

13、刺激性質的要求：適宜刺激可興奮(xngfn)細胞(excitable cell) 能對刺激作出反應的細胞。共七十頁 刺激方面 1）刺激的強度(qingd) 閾值 閾刺激 閾下刺激 2）刺激時間 3）強度時間曲線 基強度 時值強 度 時 間 曲 線共七十頁 3.1.3 細胞興奮(xngfn)時的興奮(xngfn)性變化 絕對不應期：無論多強的刺激也不能再次興奮的期間 相對不應期：大于原先的刺激強度才能(cinng)再次興奮期間 超常期：小于原先的刺激強度便能再次興奮的期間 低常期：大于原先的刺激強度才能再次興奮的期間共七十頁 3.2.1 靜息電位(din wi)(resting potentia

14、l RP) 概 念 ：細胞處于相對安靜狀態時，細胞膜內外存在的電位差。 實驗(shyn)現象： 3.2 細胞的生物電現象及其產生機制共七十頁共七十頁共七十頁 證明(zhngmng)RP的實驗：（甲）當A、B電極(dinj)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電極插入膜內時，有電位改變，證明膜內、外間有電位差（丙）當A、B電極都位于細胞膜內，無電位改變，證明膜內無電位差共七十頁 與RP相關的概念： 靜息(jn x)電位:細胞處于相對安靜狀態時，細胞膜內外存在的電位差 膜電位:因電位差存在于膜的兩側所以又稱為膜電位 RP值:哺乳動物的神經、骨骼肌和心肌細胞為

15、-70-90mV，紅細胞約為-10mV左右 RP值描述: RP膜內負電位(-70-90mV)=超極化 RP膜內負電位(-70-50mV)=去極化共七十頁 3.2.2 動作電位(action potential AP) 概念(ginin)：可興奮細胞受到刺激，細胞膜在靜息電位基礎上發生一次短暫的、可逆的,并可向周圍擴布的電位波動稱為動作電位。 AP實驗(shyn)現象：共七十頁去極化上升(shngshng)支下降(xijing)支 動作電位的圖形 刺激局部電位閾電位去極化零電位反極化（超射）復極化（負、正）后電位共七十頁 動作電位的特征： 是非(shfi)衰減式傳導的電位 具有“全或無”的現象：

16、現象 動作電位的意義： AP的產生是細胞興奮的標志共七十頁 與AP相關的概念： 極 化：以膜為界，外正內負的狀態 去極化：膜內外電位差向小于RP值的方向變化的過程 超極化：膜內外電位差向大于RP值的方向變化的過程 復極化：去極化后再向極化狀態恢復(huf)的過程 反極化：細胞膜由外正內負的極化狀態變為內正外負的極性反轉過程 閾電位：引發AP的臨界膜電位數值后電位：鋒電位下降支最后恢復到RP水平以前，一種 時間較長、波動較小的電位變化過程 包括：負后電位=去極化后電位 正后電位=超去極化后電位共七十頁 3.2.3 生物電現象(xinxing)的產生機制 化學現象： 要在膜兩側(lin c)形成電

17、位差，必須具備兩個條件： 膜兩側的離子分布不均，存在濃度差； 對離子有選擇性通透的膜。 膜兩側K+差是促使K+擴散的動力，但隨著K+的不斷擴散，膜兩側不斷加大的電位差是K+繼續擴散的阻力，當動力和阻力達到動態平衡時，K+的凈擴散通量為零膜兩側的平衡電位。通透膜選擇性通透膜共七十頁 1）靜息狀態下細胞膜內、外離子(lz)分布不勻 Na+iNa+o110，K+iK+o301 Cl-iCl-o114，A-iA-o 41 3.2.3.1 靜息(jn x)電位和K+離子平衡電位 靜息電位的產生條件主要離子分布：膜內：膜外：共七十頁 2）靜息狀態下細胞膜對離子(lz)的通透性具有選擇性 通透性：K+ Cl

18、- Na+ A-共七十頁 3）RP產生機制的膜學說 靜息狀態(zhungti)下細胞膜內外離子分布不均；細胞膜對離子的通透具有選擇性:K+Cl-Na+A-Ki順濃度(nngd)差向膜外擴散A-i不能向膜外擴散K+i、A-i膜內電位(負電場) K+o膜外電位(正電場)膜外為正、膜內為負的極化狀態當擴散動力與阻力達到動態平衡時=RP 結論：RP的產生主要是K向膜外擴散的結果 RP=K+的平衡電位共七十頁 1）AP產生的基本條件： 膜內外存在Na+差：Na+iNa+O 110； 膜在受到閾刺激而興奮(xngfn)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。 3.2.3.2 動作電

19、位和Na+離子(lz)平衡電位共七十頁2)AP的產生(chnshng)機制: （錄象）AP上升(shngshng)支AP下降支共七十頁當細胞(xbo)受到刺激細胞膜上少量Na+通道激活(j hu)而開放Na+順濃度差少量內流膜內外電位差局部電位當膜內電位變化到閾電位時Na通道大量開放Na+順電化學差和膜內負電位的吸引再生式內流 AP的產生機制膜內負電位減小到零并變為正電位（AP上升支）共七十頁Na+通道關Na+內流停+同時K+通道激活(j hu)而開放K順濃度差和膜內正電位的排斥K迅速(xn s)外流膜內電位迅速下降，恢復到RP水平（AP下降支） Na+O、K+ i 激活Na+ K+泵Na+泵

20、出、K+泵回，離子恢復到興奮前水平后電位共七十頁 結論： AP的上升支由Na內流形成，下降支是K外流形成的，后電位是NaK泵活動(hu dng)引起的 AP的產生是不消耗能量的，AP的恢復是消耗能量的（NaK泵的活動） AP=Na的平衡電位共七十頁 3.2.3.3 局部(jb)興奮概念： 閾下刺激(cj)引起的低于閾電位的去極化（即局部電位），稱局部反應或局部興奮。共七十頁 特點： 不具有“全或無”現象。其幅值可隨刺激(cj)強度的增加而增大。 電緊張方式擴布。其幅值隨著傳播距離的增加而減小。 具有總和效應：時間性和空間性總和。共七十頁時間性總和(zngh)空間性總和(zngh)共七十頁3.2.4 動作電位在同一個細胞(xbo)上的傳導 傳導機制：局部(jb)電流學說共七十頁 傳導方式： 有