医学细胞的基本功能医学PPT.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,细胞的基本功能医学课件,Cell,(endoplasmic reticulum),一、细胞膜的分子结构,(cell structure),细胞膜或质膜,（,plasma membrane,）,第一节,细胞膜的物质转运功能,Why have a cell membrane?,isolate the cell,cytosol(intracellular fluid)from extracellular fluid,regulate exchange with the environment,ions,nutrients,wastes,secretions,cell communicates with the environment,receptor proteins bind signaling molecules,structural support,cellular junctions,anchor cytoskeletal proteins,以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。,液态镶嵌模型,(fluid mosaic model),What are the components of the cell membrane and what are their functions?,Representation of three-dimensional organization of plasma membranes.A bimolecular film of phospholipids forms the matrix of the membrane,and globular proteins are embedded in the lipid core.Some proteins span the membrane;others are embeded in one of the lipid monolayers.,Structures made from phospholipids,Structural proteins junctions,cytoskeleton,Receptors bind a signaling molecule(ligand),Enzymes reactions(digestion,signaling),Transporters channels,carrier proteins,Functions of membrane proteins,半透膜,(semipermeable membrane),O,2,，,能源物质,氨基酸,脂类,各种离子等,细 胞,CO2,代谢尾产物,二、跨细胞膜的物质转运,What,molecules cross the cell membrane?,H,ow,do these molecules cross the cell membrane?,一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,（一）单纯扩散,（,simple diffusion),1,、顺浓度差,2,、不需要膜蛋白帮助,3,、不消耗能量,4,、转运脂溶性物质（非极性分子）如,O,2,和,CO,2,细 胞,CO,2,O,2,特点：,Characteristics of simple diffusion:,Down a concentration gradient,Without help of membrane protein,Without using ATP,Transport for lipophilic molecules such as,O,2,and CO,2,通透性,(permeability),通透性指物质通过膜的难易程度。,扩散通量,(Diffusive flux),：,表示单位时间内通过单位面积膜的分子数量。,取决于,浓度差、扩散面积、温度、脂溶性和电场力（离子）等。,（,1,）通道,(channel),（,2,）载体,(carrier),（,二）易化扩散,易化扩散特点：,顺浓度差或电位差,膜蛋白帮助,不消耗能量,转运水溶性物质,转运物质：,Na,+,K,+,Cl,Ca,2+,等直径较小离子。,基本特征：,（,1,）,离子选择性,(ion selectivity),。根据转运离子的特异性,命名,：,Na,+,通道、,K,+,通道、,Cl,通道、,Ca,2+,通道等。,（,2,）,门控特性,(gating),。开放、关闭,1.,经通道易化扩散,（,channel),Ions diffuse through channels down their concentration gradient.,Ca,2+,Ca,2+,Voltage gated,Chemically gated,Mechanically gated,How are the channels gated(opened)?,电压门控通道,化学门控通道,机械门控通道,Na,+,通道阻断剂：河豚毒,(tetrodotoxin,TTX),利多卡因,（,lidocaine),K,+,通道阻断剂：四乙胺,(tetraethylammonium),Channel blocker,Facilitated diffusion by a carrier protein,2.,经载体易化扩散,(carrier),转运对象,:,葡萄糖、氨基酸、核苷酸,(1)Specificity,(,特异性,),Glucose transporters will not move maltose,(,麦芽糖,),载体易化扩散特点,A,：经载体易化扩散模式图,B,：经载体易化扩散的饱和现象,Vmax,：最大扩散速度；,Km,：米氏常数，达,1/2,最大扩散速率所需的底物浓度,(2)Saturation(,饱和现象,),(3)Competitive inhibition(,竞争性抑制,),Only galactose,Glucose and galactose,(,半乳糖,),A competing molecule can block the transport,（三）主动转运,特点,:,1,、膜蛋白（泵）帮助,2,、逆浓度差或电位差,3,、耗能,钠泵（,sodium pump,钠,-,钾泵，钠,-,钾,ATP,酶）、钙泵、碘泵等。,1.,原发性主动转运,(primary active transport),钠,-,钾泵,分解,1,个分子,ATP,，使,3,个,Na+,移出膜外，,2,个,K+,移到膜内,生电性钠泵,(electrogenic pump),。,泵入和泵出正离子数相等,-,中性泵。,钠泵活动重要的生理意义,维持细胞正常的渗透压与形态。,形成和保持细胞内外,Na+,、,K+,不均匀分布，为生物电和多种功能必需。,势能贮备为葡萄糖、氨基酸跨小肠和肾小管上皮等继发性主动转运提供能量。,Active transport:,Na,+,-K,+,ATPase,哇巴因：,钠泵的特异性抑制剂,2.,继发性主动转运,Secondary Active Transport,利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运,的过程，又称联合转运,(contransport),。,如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。,转运体蛋白（,转运体,，,transporter,),Symport driven by Na,+,concentration gradient for trans-epithelial transport,Sodium-glucose symporter,上皮细胞基侧膜上,Na,+,泵的活动，造成细胞内低,Na+,，,并在顶膜的内外形成,Na+,浓度差。顶膜上的,Na+,葡萄糖同向转运体则利用膜两侧,Na+,的化学驱动力，将肠腔中的,Na+,和葡萄糖分子一起转运至上皮细胞内。这一过程中葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度进行的。进入上皮细胞的葡萄糖分子可经基底侧膜上另一种葡萄糖载体扩散至组织液，完成葡萄糖在肠腔中的主动吸收过程,肠粘膜上皮细胞葡萄糖继发性主动转运模式图,Secondary active transport,Click to play,同向转运,(symport),和逆向转运,(antiport),(,四,),膜泡运输,vesicular transport(,出胞和入胞,),转运对象：大分子或物质团块，耗能，主动,入胞,(endocytosis):,吞噬,(phagocytosis),cell engulfs a particle into a vesicle,吞饮,(pinocytosis),cell engulfs extracellular fluid,出胞,(exocytosis),Phagocytosis cell engulfs a particle into a vesicle,LDL(which is a cholesterol carrier)is a ligand that enters by receptor mediated endocytosis,Receptor mediated endocytosis,入胞的两种类型：,液相入胞,(fluid-phase endocytosis),受体介入式入胞,(Receptor mediated endocytosis),Exocytosis&endocytosis,Exocytosis&endocytosis,Click to play,第二节 细胞的信号转导,transmembrane signal transduction,外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜表面，引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界信号以新的信号形式传到膜内，再引起靶细胞发生相应的功能变化。,一、信号转导概述,最常见的外界刺激信号,化学信号,化学信号,激素、递质、细胞因子（,cytokines),其它外界刺激信号：机械信号、电信号、电磁波等,跨膜信号转导的共同特征,1.,外界信号作用于受体后引起一系列信号分子依次激活,2.,信号转导都是通过几种类似的转导途径实现的,3.,跨膜信号转导有信号放大作用,受体与配体,受体（,receptor,）,细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质。,膜受体、胞质受体、核受体,配体（,ligand,）,凡能与受体发生特异性结合的活性物质。,More about receptors for signaling pathways,A ligand may have different effects in different tissues.Epinephrine in skeletal muscle,vasodilation,Epinephrine in intestine vasoconstriction,A ligand can bind to more than 1 receptor protein.why?,If the ligand concentration is low,the number of receptors can increase Up-regulation(,上调,).,Intestine,Skeletal muscle,受体激动剂和拮抗剂（阻断剂）,膜受体,1.,离子通道受体,ion channel,2.G,蛋白耦联受体,G protein-linked receptor,3.,酶耦联受体,enzyme-linked receptor,化学门控通道,(chemically gated channel),又称,配体门控通道,(ligand gated channel),或,促离子型受体,(ionotropic receptor),ACh,的,N,2,型受体、,GABA,A,受体、促离子型谷氨酸受体,二、离子通道型受体介导的信号转导,N-receptor of ACh,Structure of sodium channel,Click to play,Voltage,gated channel,Mechanically gated channel,通常不称为受体,也可将信号传递到细胞内部,电压门控通道和机械门控通道,三、,G-,蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导,G protein-coupled receptor,GPCR,激素、神经递质,(,第一信使,),到达靶细胞时不直接进入胞浆,而是先与靶细胞膜受体结合,作用于膜结构中的信息传递系统,(,第二信使系统,),使胞浆中某物质,(,第二信使,),浓度改变,引起靶细胞发生相应变化。,有关跨膜信号转导的一些重大发现,第二信使学说，,1971,诺贝尔生理学和医学奖,原癌基因，,1989,诺贝尔生理学和医学奖,蛋白质磷酸化在信号转导中的作用，,1992,诺贝尔生理学和医学奖,G,蛋白及其在细胞信号转导中的作用，,1994,诺贝尔生理学和医学奖,NO,的生理功能，,1998,诺贝尔生理学和医学奖,G-,蛋白耦联受体的跨膜信号转导通路由多个信号分子组成,G,蛋白耦联受体,G protein-linked receptor,G,蛋白,G protein(GTP,结合蛋白，,GTP-binding protein),G,蛋白效应器，,G protein effector,第二信使，,second messenger,蛋白激酶，,protein kinase,G-,蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导的主要步骤,1.G,蛋白偶联受体,(G protein-coupled receptor),1,条肽链，,7,次穿膜。,7,次跨膜受体（,seven-spanning receptor),，膜外部分能识别配体，并与配体结合。,2.G,蛋白,(G protein),鸟氨酸结合蛋白,(guanine nucleotide-binding protein),的简称,偶联膜受体和效应器蛋白作用,分为异源三聚体和单体,G,蛋白两类，通常指三聚体,G,蛋白，,20,种以上,由,、,和,三个亚单位组成,G,蛋白的激活,G,蛋白的种类,G,蛋白分为,6,个亚族：,Gs,、,Gi/o,、,Gq,、,Gt,、,Gg,和,G,12,某些细菌毒素可作为研究,G,蛋白的工具药。,Gs,仅能被霍乱毒素激活，,Gi,仅能被百日咳毒素激活，,Gt,能被霍乱毒素和百日咳毒素激活。,3.G,蛋白效应器,(G protein effector),(1),催化生成第二信使的酶,腺苷酸环化酶,(adenylylcyclase,AC),磷脂酶,C(phospholipase C,PLC),依赖于,cGMP,的磷酸二酯酶,(phosphodiesterase,PDE),磷脂酶,(phospholipase A,2,),(2),离子通道,4.,第二信使,(Second messenger),cAMP (,环磷酸腺苷）,IP,3,（,inositol triphyosphate,三磷酸肌醇）,DG,（,diacylglycerol,二酰甘油）,cGMP(,环磷酸鸟苷）,Ca,2+,NO (,一氧化氮）,作用：把细胞外信号分子作用于细胞膜的信息传给细胞内的靶蛋白,蛋白激酶和离子通道。,5.,蛋白激酶,(Protein kinase),100,多种，分为,2,大类：,(1),丝氨酸,/,苏氨酸蛋白激酶：为主，使底物蛋白中丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化,(2),酪氨酸蛋白激酶：使底物蛋白中酪氨酸残基磷酸化,根据激活蛋白激酶的第二信使不同，蛋白激酶分为：,依赖,cAMP,的蛋白激酶,(cAMP-dependent protein kinase),（蛋白激酶,A,，,protein kinase A,PKA,）,依赖,Ca,2+,的蛋白激酶,(Ca,2+,-dependent protein kinase),（蛋白激酶,C,，,protein kinase C,PKC,）,蛋白激酶功能,使底物蛋白磷酸化,(,phosphorylation),导致其生物学特性变化。,磷酸化级联反应,(phosphorylation cascade),.,细胞内还有大量蛋白磷酸酶,(protein phosphatase),使底物蛋白脱磷酸化。,蛋白质可逆地磷酸化和脱磷酸化反应，导致蛋白质的功能被激活或被抑制。,G protein-linked receptor,Click to play,G-,蛋白耦联受体的跨膜信号转导系统由多个信号通路组成,1.cAMP-PKA,信号通路,2.IP,3,-Ca,2+,信号通路,3.DG-PKC,信号通路,4.G,蛋白,-,离子通道信号通路,Ca,2+,受体：,肌钙蛋白,(,骨骼肌,),钙调蛋白,(calmodulin,CaM),四、酶耦联受体介导的信号转导,Signal transduction mediated by enzyme-linked receptor,没有,G,蛋白、第二信使和胞内蛋白激酶的激活，受体本身也没有通道结构，而是通过胞内具有酶活性的受体介导完成跨膜信号转导。,（一）酪氨酸激酶受体的跨膜信号转导,1.,酪氨酸激酶受体,(tyrosine kinase receptor),：,受体本身有酪氨酸激酶活性。,主要介导与生长、发育有关的细胞因子,(cytokine),和部分肽类激素，如,epidermal growth factor(EGF),nerve growth factor(NGF),，,insulin,等。,又称为丝裂原激活的蛋白激酶通路（,mitogen-activated protein kainase,MAPK),MAPK pathway,MAPK,的激活,酪氨酸激酶受体途径、,DG-PKC,途径和,AC-cAMP,途径均可激活,MAPK,MAPK,是外界信号刺激细胞增值分化的细胞内信号转导的交汇点,2.,结合酪氨酸激酶的受体,(receptor-associated tyrosine kinase),受体本身没有酪氨酸激酶活性，与配体结合后，可与细胞内的酪氨酸激酶（如,JAK,）结合，并使之激活，进而使胞质中另一种酪氨酸蛋白激酶,STAT,磷酸化，导致转录因子磷酸化，使基因转录功能变化而发挥生物学作用。如,growth hormone,prolactin,（二）受体鸟苷酸环化酶的跨膜信号转导,receptor guanylyi cyclase,GC,主要介导心房钠尿肽,(,atrial natriuretic peptide,ANP),的生物学作用。,NO,的受体也是一种,GC,，存在于胞质中，称为可溶性,GC(soluble GC),。,第,三,节：细胞的电活动,静息电位,(resting potential,RP),动作电位,(action potential,AP),膜电位,(Membrane Potential),一、静息电位,（一）静息电位的测定和概念,细胞内微电极,(microelectrode),记录,The value for the resting membrane potential,静息电位,(,resting potential,RP),+,-,+,-,细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差,内负外正,神经、骨骼肌、心肌：,-70-90 mV,膜内外两侧电位维持内负外正的稳定状态,极化,(polarization),膜内负电位减小甚至由负转正,去极化,或,除极化,(depolarization),膜内负电位增大,超极化,(hyperpolarization),如先去极化，再向静息电位水平恢复,称,复极化,(repolarization),常用术语,成分,细胞内液,(mEq/L),细胞外液,(mEq/L),阳离子,Na,+,10,147,K,+,140,4,Ca,2+,0.001(,游离,),2.5,Mg,2+,27,2,阴离子,Cl,-,25,114,HPO,4,2-,-,80,2,HCO,3,-,10,30,1,、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内,K,+,高，膜外,Na,+,高,2,、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，安静时对,K+,通透性大,（二）静息电位的产生机制,Na,+,Cl,-,Organic anions,K,+,Na,+,Cl,-,Organic,Anions,K,+,Electrochemical gradient is a combination of the electrical and chemical gradients,K,+,channels are open during the resting membrane potential,If K,+,channels are open,静息电位的产生机制,安静状态：,膜内,K,+,浓度高、膜对,K,+,的通透性大,K,+,顺浓度差外流,(,阴离子不能通过细胞膜,),膜外电位、膜内电位,(,内负外正,),随着,K,+,外流增多,膜内外电位差,K,+,外流阻力,K,+,外流的阻力,(,电位差,),和动力（浓度差）相等,膜电位稳定于某一数值,(K+,平衡电位,),。,K,+,的平衡电位,(equilibrium potential),R-,气体常数；,T-,绝对温度；,Z-,离子价；,F-,法拉第常数,实际值比计算值略小，与膜对,Na+,有很小的通透性有关。,Nernst,公式：,(,自然对数,),E,k,=60 log,K,+,o,K,+,i,(mV),(,常用对数,),Factors that are important for the equilibrium potential for an ion,Only channels for that ion are open,The charge of the ion,Concentration of the ion inside the cell,Concentration of the ion outside the cell,影响静息电位的因素,1.K,+,在膜两侧的浓度决定该离子的平衡电位,K,+,o,静息电位,?,E,k,=59.5 log,K,+,o,K,+,i,(mV),(,常用对数,),当,K,+,o,：,K,+,i,=1:30,时，,E,k,=59.5 log 0.033=59.5(-1.477)=-87.9(mV),当,K,+,o,：,K,+,i,=2:30,时，,E,k,=59.5 log 0.067=59.5(-1.176)=-70.0(mV),K,+,o,静息电位,K,+,o,膜内外,K,+,浓度差,K,+,外,流,静息电位,2.,膜对离子的通透性决定该离子跨膜扩散对静息电位的贡献,膜对,K,+,的通透性较大，膜电位接近,E,K,。,膜对,Na,+,的通透性 膜电位接近,E,Na,。,心肌、骨骼肌细胞：对,K,+,和,Na,+,的通透性之比为,20100,，静息电位为,-80 -90 mV,。,平滑肌细胞：对,K+,和,Na+,的通透性之比为,710,，静息电位为,-55 mV,左右。,实际值比计算值略小，与膜对,Na,+,有很小的通透性有关。,静息电位是,K,+,和,Na,+,的跨膜扩散形成的，主要是,K,+,。,3.,钠泵的生电作用对静息电位也有影响,钠泵转运使膜内电位负值增加，约,216 mV,。,钠泵维持膜内外,Na,+,和,K,+,浓度的相对稳定。,二、动作电位,(action potential,AP),(,一,),动作电位概念和特点,细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转,锋电位与后电位,动作电位去极相和复极相的初期，电位变化迅速，曲线形如尖锋，故称,锋电位,。它被认为是动作电位的同义语。,锋电位,：,去极相,：受刺激时，膜内电位迅速由,-70mV,上升到,50mV,，构成上升支。超过零电位至去极相顶端的电位数值称为超射值。,复极相,：去极相结束时膜内电位迅速下降并向静息水平恢复，构成下降支。升支与降支共同构成,锋电位,。,后电位,：,在复极化后段，下降速度明显减慢，为,负后电位,；随后出现缓慢而持续时间较长的超极化电位，,为,正后电位,。,动作电位的特征,“,全或无”,不衰减传导,具有不应期,不能总和,“,全或无”,：,在同一细胞上，动作电位大小不随刺激强度和传导距离而改变。,能引起动作电位的最小刺激强度为阈强度。,(,二,),动作电位的产生机制,Inward current and outward current,内向电流与外向电流,Inward current,：,阳离子内流去极化,Outward current,：,阴离子内流或阳离子外流超极化,动作电位对,Na+,的依赖性,1,在正常海水中,2,在低,Na+,海水中,3,正常海水冲洗后,Voltage clamp (,电压钳,),Developed by Hodgkin,Huxley(1949),I=V/R=VG,固定,V,，测定,I,，求,G,跨膜离子电流,I,；膜两侧电位差,V,；,膜电导,G,；膜电阻,R,。,1963,年诺贝尔生理学和医学奖,Voltage clamp,应用负反馈原理的电子装置，跨膜电位维持,跨膜电位,恒定，测量跨膜离子电流的强度改变，进而计算出膜电导即膜通透性的变化。,The voltage potential across a cell membrane is controlled by the experimenter and the current is measured.Under these conditions the observed current can be a direct measure of ionic movements across the membrane to which the electrode is gripping.,Fig.Voltage clamp,电极,1,测得的电位值经放大后输给负反馈放大器,(FBA),，与预先设定的要求保持恒定的电位值比较。,如有差值，,FBA,就通过电极,2,向轴突内输出相应强度相反方向的电流，补偿由于跨膜离子电流使膜充放电而引起的跨膜电位变化。,在电流放大器,IA,上测得的跨膜离子电流的变化就反映了膜电导的变化。,利用电压钳技术记录的枪乌鲗大神经轴突的膜电流及其离子成分的分析,：钳制电压,：记录的内向电流和外向电流,：河豚毒,(TTX),阻断了内向电流,：四乙铵,(TEA),阻断了外向电流,(,引自,Kuffler,等,1984),不同程度去极化对膜钠电导和钾电导的影响,上图：实施电压钳的程序，膜电位从维持电位,60mV,起始，迅速钳制到,40mV,、,20mV,、,0mV,和,20mV.,中图和下图：分别为根据上述电压钳制期间记录的钠电流和钾电流计算出的钠电导,(g,Na,),和钾电导,(g,K,).,动作电位去极化的形成机制,Na,+,的平衡电位,细胞受到有效刺激,Na,+,通道开放,Na,+,顺电,-,化学梯度内流膜外电位、膜内电位,(,去极化,),内负外正变成内正外负电位差成为,Na,+,内流阻力对抗,Na,+,内流,Na,+,内流的动力,(,浓度差,),与阻力,(,电位差,),相等,Na+,的平衡电位。,复极化：,膜电位达到,Na,+,平衡电位时，,Na,+,通道关闭、,K,+,通道开放，,K,+,外流,形成动作电位的下降支，并最终恢复到静息电位水平。,超极化：,动作电位复极化达到静息电位水平后，产生超极化后电位（正后电位），是由于,钠钾泵对离子的不对称转运,所致（生电性钠泵）。,动作电位复极化和超极化的形成机制,膜电导变化的实质是离子通道的开放和关闭,Single channel current,膜片钳,(Patch clamp),测量单一通道离子电流和电导。,尖端光洁、直径约,0.5,3,m,的玻璃微电极与细胞膜接触而不刺入，通过负压将电极尖端接触的细胞膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，并形成紧密的封接，其电阻可达数千兆欧，将吸附在微电极尖端开口处的小片膜与其余部分的膜在电学上完全隔离开来其中只包含一个或几个通道蛋白质分子。,Patch clamp,Click to play,膜片钳方法示意图和单通道电流,A,：膜片钳记录方法示意图,B,：培养的大鼠肌细胞膜片上记录的,Na+,单通道电流,：去极化,10mV,的电压钳制,：连续次钳制记录得到的,Na+,单通道电流，通道开放产生向下的内向电流,：连续,300,次钳制记录的单通道电流叠加平均得到的总和（,ensemble,）电流，与钠通道的宏膜电流相似,电压门控通道的分子结构,钠通道,亚单位的分子结构示意图,A,：推衍的,亚单位二级结构，,I,II,III,IV,代表,4,个同源结构域，圆圈中的字母,M,、,F,、,I,是氨基酸的一字符号；,B,：显示由,4,个同源结构域形成分子的孔道；,C,：失活机制的示意图,静息态：关闭，受刺激可开放,激活态：开放,失活态：关闭，受刺激也不能开放,电压门控通道的功能状态,如：,Na,+,通道,（三）动作电位的触发,1.,阈刺激,(threshold stimulus,）,兴奋或动作电位产生的条件,(1),细胞必须具有兴奋性：通道处于可激活状态。,(2),刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。,刺激量的三个参数,刺激强度、刺激持续时间、刺激强度的变化率。,相互影响：如刺激持续时间较短时，引起兴奋所需刺激强度就大。,实验时：通常固定刺激强度的变化率。,实际应用：通常固定刺激持续时间和强度的变化率，仅改变刺激强度。,阈强度,(,阈值，,threshold intensity),能引起组织兴奋的最小刺激强度。,使膜的静息电位去极化达到阈电位的最小刺激强度。,低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激。,兴奋性与阈强度成反比。,阈强度是衡量组织兴奋性的指标。,2.,阈电位,(threshold potential),当刺激使静息电位减小到某个临界值时，膜上的电压门控,Na+,通道突然大量开放而爆发动作电位，这个临界膜电位数值,称,阈电位,。,阈电位一般比静息电位绝对值小约,10,20mV,。,局部电位和动作电位的产生与传播,注射电流示意刺激的性质,(,去极化或超级化,),和强度，超极化和小于阈电位的去极化刺激只能引起局部电位，只有阈上去极化刺激才能引起动作电位。,记录电极,A,紧靠刺激部位，可同时记录到局部电位和动作电位。,记录电极,B,距刺激电极,5cm,，记录到沿神经纤维传播的动作电位。,动作电位触发过程,有效刺激 去极化达,-50,-70mV,膜上电压门控,Na,+,通道开放 膜对,Na,+,通透性突然,Na,+,顺电一化梯度内流 进一步去极化 更多的,Na,+,通道开放 对,Na,+,通透性（,Na,+,的再生性循环，正反馈）大量,Na,+,内流产生陡峭的动作电位上升支。,（四）动作电位的传播,1.,动作电位在同一细胞上的传播,（,1,）无髓纤维和一般可兴奋细胞,无髓鞘神经纤维兴奋的传播原理,A,：上方为一从右向左传播中的神经纤维动作电位；下方示意局部电流的形成。局部电流起源于神经纤维的兴奋区（图中影区,2,）与前方未兴奋区（,1,）之间膜内侧和膜外侧的电位差，如图中箭头所示；在兴奋区（,2,）与尚处于不应期的复极区（,3,）之间也存在局部电流；,B,：示意动作电位前方电紧张电位的波前,Conduction,Click to play,静息部位膜内负外正,兴奋部位膜极性反转，兴奋区与未兴奋区之间存在电位差，,形成局部电流,，使邻近未兴奋膜去极化达阈电位而产生动作电位。,局部电流强度超过引起邻近膜兴奋所需的阈强度数倍以上，故动作电位的传导过程是,“,安全可靠,”,的。,局部电流,(local current),（,2,）有髓纤维：跳跃式传导,(saltatory conduction),局部电流发生在相邻的郎飞氏结之间。,传导速度快。,Spread of the action potential along an unmyelinated(A)and a myelinated(B)axon,Saltatory conduction,Click to play,（四）动作电位在细胞之间的传播,亲水性通道，低电阻区，双向，快速，同步化,缝隙连接（电突触）,(,五,),兴奋性及其变化,兴奋,(excitation),：,细胞产生动作电位的同义语。,可兴奋细胞,(excitable cell),：,受刺激后能产生动作电位的细胞。神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。,兴奋性,(excitability),：,细胞接受刺激后产生动作电位的能力,刺激,(stimulation),：,细胞所处环境因素的变化。,1.,兴奋性,(,1),绝对不应期,(absolute refractory period),：,Na,+,通道处于失活状态，兴奋性降低到零。大约相当于锋电位，因此动作电位不能总和。,(2),相对不应期,(relative refractory period),：,Na,+,通道逐渐复活，但处于静息状态的,Na+,通道数目及其开放能力尚未恢复正常，兴奋性低于平常。,(3),超常期,(supranormal period),：,Na,+,通道基本恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距小，兴奋性高于平常。,(4),低常期,(subnormal period),：,虽然,Na,+,通道已完全恢复到静息状态，但由于膜电位与阈电位的差距大，兴奋性低于平常。,2.,细胞兴奋后的兴奋性变化,三、电紧张电位和局部电位,1.,膜电容,细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开,类似于,平行板电容器,。,细胞膜具有,:,膜电容,C,m,：较大，约,1F/cm,2,。,膜电阻,Rm,：可变,与通道及转运体数目有关。,膜电导,Gm,：为,R,m,倒数，相当于膜对该带电离子通透性。,（一）细胞膜和胞质的被动电学特性,2.,膜电阻（,Rm,）：,膜电导（,G,）的倒数，反映离子通透性大小,。,3.,轴向电阻（,Ri,）,：取决于胞质液本身的电阻和细胞直径。直径越大，,Ri,越小。,膜电位,Em,：细胞膜通道开放带电离子跨膜移动相当于电容器充电或放电可产生电位差即跨膜电位,(transmembrane potential),因此电学特性可用并联的,阻容耦合电路,来描述。,膜的被动电学特性和电紧张电位,A,：膜的等效电路图。,Cm,：膜电容；,Rm,：膜电阻；,Ri:,纵向电阻。,B,：经微电极向神经纤维胞浆内注入的电流沿轴浆纵向流动并跨膜流出胞外，由于纵向电阻,(A,图中的,Ri),的存在和沿途不断跨膜漏出，电流密度,(,由图中箭头的宽度表示,),随流动距离的延长而逐渐衰减；,C,：随距离逐渐衰减的跨膜电流引起的膜电位变化电紧张电位。,（二）电紧张电位,Electrotonic potential,随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的电位。,该电位是由膜的固有电学特性决定的,其产生过程中没有离子通道的激活,也无膜电导的改变。,（三）局部电位,局部电位,(local potential),有去极,化和超极化两种类型,1,、不是“全或无”,2,、电紧张性扩布：不可远距离传导,3,、总和现象：时间性总和、空间性总和,No summation,Temporal summation,Spatial summation,第四节 肌细胞的收缩,一、横纹肌,（一）神经,-,肌接头处的兴奋传递,neuromuscular junctions,prejunctional membrane,postjuncti