1、第 1 章 細(xì) 胞 生 理學(xué)習(xí)要求：掌握細(xì)胞膜物質(zhì)被動(dòng)與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)幾種方式的機(jī)制(jzh)；由G蛋白和離子通道偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；生物電的種類、特性、產(chǎn)生及傳導(dǎo)的機(jī)制。學(xué)習(xí)內(nèi)容：1.細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)與物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)；2.細(xì)胞的跨膜信號(hào)傳遞功能(gngnng)；3.細(xì)胞的興奮性和生物電現(xiàn)象。共七十頁 1.1.1脂質(zhì)雙分子(fnz)層 以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子(fnz)層為基架，具有穩(wěn)定性和流動(dòng)性。 1.1.2 膜蛋白質(zhì) 內(nèi)在蛋白(integral protein)外周蛋白(extrinsic protein) 1 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 1.1 細(xì)胞膜(cell membrane)的結(jié)構(gòu)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(jià)鍵的形式(xngsh)與膜脂質(zhì)或蛋白質(zhì)結(jié)合，形成糖脂或糖蛋白。 有些作為膜受體的“可識(shí)別”部分，能特異地與激素，遞質(zhì)等結(jié)合。共七十頁1.2 細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)(wzh)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 指物質(zhì)順電位差或濃度(nngd)差的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。 1.2.1被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)特點(diǎn)： 不耗能（轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力依賴物質(zhì)的電-化學(xué)梯度所貯存的勢能）; 順電-化學(xué)梯度進(jìn)行分類： 單純擴(kuò)散； 易化擴(kuò)散共七十頁 1.2.1.1 單純擴(kuò)散(simple diffusion) 概念：一些(yxi)脂溶性物質(zhì)由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過程。CO2i CO2oO2

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

4、擴(kuò)散特點(diǎn)：轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):各種帶電(di din)離子K+i K+oNa+o Na+i經(jīng)通道的易化擴(kuò)散速度快選擇性受精密調(diào)控：濃度和電壓依從性（化學(xué)門控通道、電壓門控通道） 共七十頁共七十頁 經(jīng)載體(zit)的易化擴(kuò)散共七十頁經(jīng)載體的易化擴(kuò)散(kusn)特點(diǎn)：特異性（特殊(tsh)膜蛋白質(zhì)本身有結(jié)構(gòu)特異性） 飽和性（結(jié)合位點(diǎn)是有限的） 竟?fàn)幮裕ń?jīng)同一特殊膜蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)）共七十頁 1.2.2 主動(dòng)(zhdng)轉(zhuǎn)運(yùn)(active transport)概念：指物質(zhì)逆濃度梯度或電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)過程特點(diǎn)：需要消耗能量,能量由分解ATP來提供 依靠特殊膜蛋白質(zhì)(泵)的“幫助” 逆電-化學(xué)梯度進(jìn)行的分類：原發(fā)性主

5、動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（簡稱：泵轉(zhuǎn)運(yùn)）：能量直接來源于ATP.如：Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（簡稱：聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)）:能量間接來源于ATP.共七十頁 1.2.2.1泵轉(zhuǎn)運(yùn)(zhun yn)Na+-K+泵 Na+-K+泵又稱Na+-K+-ATPase，簡稱鈉泵 當(dāng)Na+i K+o時(shí)，都可被激活(j hu)，ATP分解產(chǎn)生能量，將胞內(nèi)的3個(gè)Na+移至胞外和將胞外的2個(gè)K+移入胞內(nèi)。共七十頁通道(tngdo)轉(zhuǎn)運(yùn)與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運(yùn)模式圖共七十頁 鈉-鉀泵的這種活動(dòng)還為其它一些物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的提供了動(dòng)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(fù)合體形式

6、進(jìn)行的聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)）。維持(wich)Na+o高、K+i高原先的不均勻分布狀態(tài)2K+泵至細(xì)胞內(nèi);3Na+泵至細(xì)胞外分解ATP產(chǎn)生能量當(dāng)Na+i/K+o激活鈉-鉀泵：共七十頁 1.2.2.2 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 概念：間接利用ATP能量的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程 即逆濃度梯度(t d)或逆電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，能量非直接來自ATP的分解，是來自膜兩側(cè)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(zhuǎn)運(yùn)(zhun yn) 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)共七十頁共七十頁 1.2.2.3 入胞和出胞式轉(zhuǎn)運(yùn) 一些大分子物質(zhì)或團(tuán)塊進(jìn)出細(xì)胞,是通過細(xì)胞本身的吞吐(tnt)活動(dòng)進(jìn)行的,亦可屬于主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程 出胞：指細(xì)胞把成塊

7、的內(nèi)容物由細(xì)胞內(nèi)排出的過程 主要見于細(xì)胞的分泌過程：如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、消化液的分泌 入胞：指細(xì)胞外的大分子物質(zhì)或團(tuán)塊進(jìn)入細(xì)胞的過程(guchng) 分為：吞噬=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為固體 吞飲=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為液體共七十頁分泌物排出(pi ch)融合(rngh)處出現(xiàn)裂口囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)移動(dòng)膜性結(jié)構(gòu)包被=分泌囊泡高爾基復(fù)合體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物 出胞：囊泡膜與質(zhì)膜的某點(diǎn)接觸并融合囊泡的膜成為細(xì)胞膜的組成部分共七十頁細(xì)胞膜上的受體對物質(zhì)(wzh)的“辨認(rèn)”發(fā)生(fshng)特異性結(jié)合=復(fù)合物復(fù)合物向膜表面的“有被小窩”移動(dòng)“有被小窩”處的膜凹陷凹陷膜與細(xì)胞膜斷離=吞食泡吞食泡與胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合 入胞:共

8、七十頁共七十頁 2 細(xì)胞(xbo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)化學(xué)因子刺激：遠(yuǎn)距離分泌、突觸傳遞(chund)、旁分泌、自分泌）其它性質(zhì)的刺激（機(jī)械、光、電、溫度） 共七十頁跨膜信號(hào)傳遞或跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：通過引起細(xì)胞膜上一種或數(shù)種特異蛋白分子的變構(gòu)作用，將外界環(huán)境變化的信息以一種新的信號(hào)形式傳遞到膜內(nèi)，再引起作用細(xì)胞（靶細(xì)胞）相應(yīng)功能的改變。跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)主要(zhyo)涉及到：胞外信號(hào)的識(shí)別與結(jié)合、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、胞內(nèi)效應(yīng)等三個(gè)環(huán)節(jié)。跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式大體有以下三類： G蛋白(dnbi)偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 離子通道介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)共七十頁 結(jié)構(gòu)： 受體的結(jié)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(fā)一系列連鎖性生化反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞功能改變。 2.1 G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)傳遞系統(tǒng) 2.1.1 受體 概念：細(xì)胞中存在能專一性結(jié)合激素(j s)、神經(jīng)遞質(zhì)以及其它化學(xué)介質(zhì)，并能觸發(fā)特定效應(yīng)的蛋白質(zhì)，稱為受體。共七十頁2.1.4 信使(xnsh)（1）第一信使：神經(jīng)遞質(zhì)、激素等（2）第二信使：cAMP、cGMP、Ca2+ 、 IP3、DG等 2.1.2 G蛋白-GTP結(jié)合調(diào)節(jié)(tioji)蛋白(GTP-binding regulatory protein)：由三個(gè)亞單位構(gòu)成。 G蛋白的無活性狀態(tài)：G蛋白-GDP G蛋白的活性狀態(tài)：G蛋白-GTP2

10、.1.3 G蛋白效應(yīng)器（ G protein effector)：酶和離子通道。共七十頁膜外N端：識(shí)別(shbi)、結(jié)合第一信使膜內(nèi)C端：激活(j hu)G蛋白 2.1.5 G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) cAMP信號(hào)通路神經(jīng)遞質(zhì)、激素等(第一信使)興奮性G蛋白(GS)激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)ATPcAMP(第二信使)細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng)激活cAMP依賴的蛋白激酶A結(jié)合G蛋白偶聯(lián)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(shí)別(shbi)、結(jié)合第一信使膜內(nèi)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(nèi)質(zhì)網(wǎng)釋放Ca2+激活G蛋白細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng)結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體共七十頁 2.2 離子通道偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 離子通道大體(dt)有：化學(xué)、電壓、機(jī)械性門控通道化學(xué)性胞外信號(hào)(xnho)(ACh)Ach+受體=復(fù)合體終板膜變構(gòu)=離子通道開放Na+內(nèi)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(xì)胞在安靜和活動(dòng)時(shí)都存在電活動(dòng)，這種電活動(dòng)稱為生物電現(xiàn)象（bioelectricity）。細(xì)胞生物電現(xiàn)象是普遍存在的，臨床上廣泛應(yīng)用的心電圖、腦電圖、肌電圖及視網(wǎng)膜電圖等就是(jish)這些不同器官和組織活動(dòng)時(shí)生物電變化的表現(xiàn)。 3 細(xì)胞(xbo)的興奮性和生

12、物電現(xiàn)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(xì)胞(xbo)對刺激能夠發(fā)生反應(yīng)（動(dòng)作電位）的能力或特性 興奮(excitation)（錄象） 3.1 細(xì)胞的興奮性和刺激引起興奮的條件反應(yīng)：活組織或細(xì)胞受刺激后產(chǎn)生的代謝過程及其外表活動(dòng)的改變。1）興奮：由相對靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱@著活動(dòng)狀態(tài)。2）抑制：由活動(dòng)強(qiáng)變?yōu)榛顒?dòng)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(xì)胞出現(xiàn)反應(yīng)的內(nèi)外環(huán)境變化。刺激引起興奮的條件 細(xì)胞方面 1）細(xì)胞的機(jī)能狀態(tài)(zhungti) 2）細(xì)胞對

13、刺激性質(zhì)的要求：適宜刺激可興奮(xngfn)細(xì)胞(excitable cell) 能對刺激作出反應(yīng)的細(xì)胞。共七十頁 刺激方面 1）刺激的強(qiáng)度(qingd) 閾值 閾刺激 閾下刺激 2）刺激時(shí)間 3）強(qiáng)度時(shí)間曲線 基強(qiáng)度 時(shí)值強(qiáng) 度 時(shí) 間 曲 線共七十頁 3.1.3 細(xì)胞興奮(xngfn)時(shí)的興奮(xngfn)性變化 絕對不應(yīng)期：無論多強(qiáng)的刺激也不能再次興奮的期間 相對不應(yīng)期：大于原先的刺激強(qiáng)度才能(cinng)再次興奮期間 超常期：小于原先的刺激強(qiáng)度便能再次興奮的期間 低常期：大于原先的刺激強(qiáng)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(xì)胞處于相對安靜狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外存在的電位差。 實(shí)驗(yàn)(shyn)現(xiàn)象： 3.2 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)制共七十頁共七十頁共七十頁 證明(zhngmng)RP的實(shí)驗(yàn)：（甲）當(dāng)A、B電極(dinj)都位于細(xì)胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差（乙）當(dāng)A電極位于細(xì)胞膜外， B電極插入膜內(nèi)時(shí)，有電位改變，證明膜內(nèi)、外間有電位差（丙）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)無電位差共七十頁 與RP相關(guān)的概念： 靜息(jn x)電位:細(xì)胞處于相對安靜狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外存在的電位差 膜電位:因電位差存在于膜的兩側(cè)所以又稱為膜電位 RP值:哺乳動(dòng)物的神經(jīng)、骨骼肌和心肌細(xì)胞為

15、-70-90mV，紅細(xì)胞約為-10mV左右 RP值描述: RP膜內(nèi)負(fù)電位(-70-90mV)=超極化 RP膜內(nèi)負(fù)電位(-70-50mV)=去極化共七十頁 3.2.2 動(dòng)作電位(action potential AP) 概念(ginin)：可興奮細(xì)胞受到刺激，細(xì)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(kuò)布的電位波動(dòng)稱為動(dòng)作電位。 AP實(shí)驗(yàn)(shyn)現(xiàn)象：共七十頁去極化上升(shngshng)支下降(xijing)支 動(dòng)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(fù)極化（負(fù)、正）后電位共七十頁 動(dòng)作電位的特征： 是非(shfi)衰減式傳導(dǎo)的電位 具有“全或無”的現(xiàn)象：

16、現(xiàn)象 動(dòng)作電位的意義： AP的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志共七十頁 與AP相關(guān)的概念： 極 化：以膜為界，外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài) 去極化：膜內(nèi)外電位差向小于RP值的方向變化的過程 超極化：膜內(nèi)外電位差向大于RP值的方向變化的過程 復(fù)極化：去極化后再向極化狀態(tài)恢復(fù)(huf)的過程 反極化：細(xì)胞膜由外正內(nèi)負(fù)的極化狀態(tài)變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)的極性反轉(zhuǎn)過程 閾電位：引發(fā)AP的臨界膜電位數(shù)值后電位：鋒電位下降支最后恢復(fù)到RP水平以前，一種 時(shí)間較長、波動(dòng)較小的電位變化過程 包括：負(fù)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(xiàn)象(xinxing)的產(chǎn)生機(jī)制 化學(xué)現(xiàn)象： 要在膜兩側(cè)(lin c)形成電

17、位差，必須具備兩個(gè)條件： 膜兩側(cè)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(cè)K+差是促使K+擴(kuò)散的動(dòng)力，但隨著K+的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴(kuò)散的阻力，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，K+的凈擴(kuò)散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位。通透膜選擇性通透膜共七十頁 1）靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、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(chǎn)生條件主要離子分布：膜內(nèi)：膜外：共七十頁 2）靜息狀態(tài)下細(xì)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(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說 靜息狀態(tài)(zhungti)下細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均；細(xì)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(kuò)散A-i不能向膜外擴(kuò)散K+i、A-i膜內(nèi)電位(負(fù)電場) K+o膜外電位(正電場)膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)當(dāng)擴(kuò)散動(dòng)力與阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)=RP 結(jié)論：RP的產(chǎn)生主要是K向膜外擴(kuò)散的結(jié)果 RP=K+的平衡電位共七十頁 1）AP產(chǎn)生的基本條件： 膜內(nèi)外存在Na+差：Na+iNa+O 110； 膜在受到閾刺激而興奮(xngfn)時(shí)，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(dòng)作電

19、位和Na+離子(lz)平衡電位共七十頁2)AP的產(chǎn)生(chnshng)機(jī)制: （錄象）AP上升(shngshng)支AP下降支共七十頁當(dāng)細(xì)胞(xbo)受到刺激細(xì)胞膜上少量Na+通道激活(j hu)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(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)Na通道大量開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引再生式內(nèi)流 AP的產(chǎn)生機(jī)制膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支）共七十頁Na+通道關(guān)Na+內(nèi)流停+同時(shí)K+通道激活(j hu)而開放K順濃度差和膜內(nèi)正電位的排斥K迅速(xn s)外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)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(fù)到興奮前水平后電位共七十頁 結(jié)論： AP的上升支由Na內(nèi)流形成，下降支是K外流形成的，后電位是NaK泵活動(dòng)(hu dng)引起的 AP的產(chǎn)生是不消耗能量的，AP的恢復(fù)是消耗能量的（NaK泵的活動(dòng)） 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(yīng)或局部興奮。共七十頁 特點(diǎn)： 不具有“全或無”現(xiàn)象。其幅值可隨刺激(cj)強(qiáng)度的增加而增大。 電緊張方式擴(kuò)布。其幅值隨著傳播距離的增加而減小。 具有總和效應(yīng)：時(shí)間性和空間性總和。共七十頁時(shí)間性總和(zngh)空間性總和(zngh)共七十頁3.2.4 動(dòng)作電位在同一個(gè)細(xì)胞(xbo)上的傳導(dǎo) 傳導(dǎo)機(jī)制：局部(jb)電流學(xué)說共七十頁 傳導(dǎo)方式： 有