生理第二章 细胞的基本功能2.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章,细胞的基本功能,第一节,细胞膜的结构和物质转运功能,第三节 细胞的生物电现象,第四节 骨骼肌的收缩功能,第二节 细胞的跨膜信号转导,细胞,是构成人体最基本的,功能单位,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,细胞膜,（,cell membrane,，也称,质膜,）,一、细胞膜的结构概述,lipid,protein,糖类,(,少量,),这些物质分子在膜中是以怎样的形式排列的呢？即膜的分子结构如何呢？,液态镶嵌模型,（,fluid mosaic model,）,(,一,),脂质双分子层,phospholipid:,70%,以上,cholesterol:,不超过,30%,sphingolipid:,不超过,10%,1925,年,Gorter,和,Grendel,对红细胞膜作了一些,化学测定,和有趣的,计算,：,红细胞膜中的,脂质,以单分子层在水溶液表面平铺开来时所占的面积，差不多是该细胞所占面积的,2,倍。,双嗜性分子,磷脂,分子中的磷酸和碱基、,胆固醇,分子中的羟基以及,糖脂,分子中的糖链等亲水性基团分别形成各自分子中的,亲水,端,，分子的另一端则是,疏水,的脂肪酸烃链。,特点：,流动性,:,熔点,较低,液态,胆固醇,的含量,脂肪酸,烃链的长度和不饱和度,膜蛋白,的含量,稳定性,:,自由能,最低意义,:,(,二,),细胞膜的蛋白,integral protein;peripheral protein,integral protein,:,70%,80%,特征,:,肽链一次或反复多次,穿越,膜的脂质双层,;,肽链具有双嗜性,:,根据,疏水性片段,数目,推测跨膜,-,螺旋,数目,G,蛋白偶联受体,(G-protein coupled receptors,GPCRs),G,蛋白偶联区,又称七次跨膜受体,/,七螺旋受体,/,蛇型受体,（,serpentine receptor,）,(,三,),细胞膜的糖类,:,2%-10%,主要是一些寡糖和多糖链；它们以,共价键,的形式和膜脂质或蛋白质结合糖脂,或,糖蛋白,。,结合于糖脂或糖蛋白上的,糖链,仅存在于膜的外侧，通常具有,受体或抗原,的功能。,二、物质的跨膜转运,脂溶性的和少数分子很小的水溶性物质,可,直接,穿越细胞膜；,大部分水溶性溶质分子,和所有,离子,的跨,膜转运需要有,膜蛋白,介导来完成；,大分子物质,或,物质团块,则以复杂的出胞,或入胞的方式,整装,进出细胞。,单纯扩散,膜蛋白介导的跨膜转运：,通道介导的跨膜转运,（经通道易化扩散）,载体介导的跨膜转运：,经载体易化扩散,原发性主动转运,继发性主动转运,出胞和入胞,（一）,simple diffusion,1.,概念：,脂溶性,的和,少数分子很小,的水溶性的物质,通过脂质双层由高浓度一侧向低浓度一侧,转运的过程。,如,:,氧气,氮气,二氧化碳,水,乙醇,尿素,甘油,CO,2,i,CO,2,o,O,2,o,O,2,i,2.,影响因素,：,“,单纯,”,简单的,物理,扩散,某物质通过膜的难易程度（即膜对该物,质的,通透性,）取决于它们的,脂溶,性和分子大小,；,扩散的,方向和速度,取决于膜两侧该物质,的,浓度差,和膜对该物质的,通透性,。,3.,特点：,不需要,外力，不消耗能量,被动,过程,（二）,膜蛋白,介导的跨膜转运,离子通道,（,ion channel,，简称通道）,载体蛋白,（,carrrier,，简称载体，也称转运体）,有些载体具有,ATP,酶活性，称为离子泵，,离子泵,具有分解,ATP,的能力，也称,ATP,酶,（,ATPase,）。,经通道易化扩散,经载体易化扩散,原发性主动转运,继发性主动转运,被动转运,主动转运,1.,通道介导的跨膜转运,通道,是一类贯穿脂质双层、中央带有,亲水性孔道的膜蛋白；,无分解,ATP,的能力,被动过程,；,（也称,经通道易化扩散,）,特征：,高速度,离子选择性,门控,（,gating,）,根据对不同,刺激,的敏感性，离子通道可分为：,chemically-gated ion channel,voltage-gated ion channel,mechanically-gated ion channel,注意，也有少数几种通道始终是持续开放,的，这类通道称为,非门控通道,。,经通道易化扩散：,转运的物质,:,各种带电,离子,K,+,i,K,+,o,Na,+,o,Na,+,i,2.,载体介导的跨膜转运：,结合,构象变化,解离,特征：,转运速率存在,饱和现象,；,载体与溶质结合具有,结构特异性,；,结构相似的溶质经同一载体转运时,有,竞争抑制,。,（,1,）经载体易化扩散,：,指,水溶性小分子,物质,经,载体,（转运体）,介导,顺,浓,度梯度和（或）电位梯度,进行的,被动,跨膜转运。,形式：,单（物质）转运,同向转运,反向转运,（或交换）,经载体易化扩散,:,转运的物质：葡萄糖,(GL),、氨基酸,(AA),等,小分子亲水,物质,（,2,）原发性主动转运：,离子泵,利用分解,ATP,产,生的能量将离子,逆,浓度梯度和（或）电位,梯度进行跨膜转运的过程。,注意：在物质转运过程中，细胞要代谢,供能,；,物质转运是,逆电,-,化学梯度,进行的。,*,sodium-potassium pump:,sodium pump,Na,+,-K,+,-ATP,酶,当,膜内,Na,+,或,膜外,K,+,激活,钠泵每分解,1,分子,ATP,将,3,个,Na,+,移出,膜外，将,2,个,K,+,移入,膜内,维持膜内高,K,+,和膜外高,Na,+,的,不均衡,离子分布。,通道转运与钠,-,钾泵转运模式图,钠泵的主要功能,：,钠泵活动造成的细,胞内高,K,+,是许多,代谢,反应进行的必要条件,;,b.,钠泵能不断的将顺浓度梯度,漏入的,Na,+,转运回去维持胞内,渗透压,和细胞,容积,；,c.,建立,Na,+,的跨膜浓度梯度，为,继发性主动转运,的物质提供势能储备；,d.,钠泵活动造成的跨膜,浓度梯度,，是细胞发生,电活动,的前提条件；,e.,钠泵活动是,生电性,的，可直接影响,膜电位,，使膜内电位的负值增大。,*calcium pump,，,Ca,2+,-ATP,酶,分布：,质膜,、,内质网或肌质网膜,上；,作用：,质膜钙泵,每分解,1,分子,ATP,将,1,个,Ca,2+,移到,膜外,；,胞内,Ca,2内质网或肌质网钙泵,每分解,1,分子,ATP,将,2,个,Ca,2+,移到,内质网或肌质网,内；,（,3,）,secondary active transport,：,指驱动力并,不直接来自,ATP,的分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子,浓度梯度,而进行的物质,逆,浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运方式。,（三）出胞和入胞,1.exocytosis:,胞质内的,大分子,物质以分泌,囊泡,的形式排出细胞的过程。如,:,内分泌细胞分泌,激素,;,神经细胞释放,递质,.,2.endocytosis:,指,大分子,物质或物质,团块,（细菌,细胞碎片）,借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程,并分别称为,吞噬,和,吞饮,.,液相入胞,-,指,细胞外液,及其所含的,溶质,连,续不断地进入胞内，是细胞本,吞饮,身固有的活动，进入细胞的,溶,质量和溶质的浓度成正比,。,受体介导入胞,-,指通过,被转运物,与,膜受体,的特异结 合，,选择性,地促进其,进入细胞的一种入胞方式。,第二节 细胞的跨膜信号转导,人体要实现自身复杂,的功能及,适应,环境,的各种变化，细胞,之间必须有完善的,信息联系，即具有,信号转导,功能,。,（,signal transduction,）,细胞信号转导系统,:,细胞间的通讯,细胞的跨膜信号转导,细胞内的信号转导系统及其始动功能,跨膜信号转导的一般步骤特定的细胞,释放,信息物质,信息物质经,扩散,或血,循环,到达靶细胞,与靶细胞的受体特异性,结合,受体对信号进行,转换并启动,细胞内信使系统,靶细胞产生生物学,效应,膜受体,介导的信息传递,胞内受体,介导的信息传递,一、,离子通道,型受体介导的信号转导,离子通道型受体,属于,化学门控通道,，其,接受的化学信号绝大多数是神经递质，,故也称,递质门控通道,；又由于激活后可,引起离子的跨膜流动，故也称为,促离子,型受体,。,N,2,型,ACh,受体阳离子通道,：,4,种不同的亚单位,2,梅花状通道样,结构,;,每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜,4,次,；,ACh,的结合位点在,亚单位,上。,注意,电压门控通道,和,机械门控通道,常不称为受体，但事实上，它们是接受电信号和机械信号的,“,受体,”,，,并通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动将信号转导到胞内。,特点：,路径,简单,、速度,快,，对外界作用出现反应,的位点较局限。,二、,G,蛋白耦联受体介导的信号转导,(,一,),主要的信号蛋白,1.G,蛋白耦联受体,*通过,G,蛋白,发挥作用称为,G,蛋白耦联受体,；,*不具备,通道,结构，无,酶,活性通过与脂质双层中以及膜,内侧存在的一系列信号蛋白质分子之间级联式的复杂的,相互作用来完成信号跨膜转导也称,促代谢型受体,；,*种类繁多，每种受体都由一条包含,7,次跨膜,螺旋,的肽链,构成,也称,7,次跨膜受体,。,G,蛋白耦联受体,(G protein-linked receptor,促代谢型受体,7,次跨膜受体,),配体,（,ligand):,能与受体发生,特异性结合的,活性物质,.,G,蛋白耦联区,2.G,蛋白,（,鸟苷酸结合蛋白,）：,耦联,膜受体与下游效应器（酶或离子通道）,的膜蛋白，通常是指由,、,和,三个亚单位,构成的三聚体,G,蛋白,.,特征,:,亚单位,具有结合,GTP,或,GDP,的能力,具有,GTP,酶,活性,分型,:,结合,GDP,的,失活态,结合,GTP,的,激活态,互相转化分子,开关,失,活,态,激活态,注意,:,*G,蛋白的,种类,很多，每一类还有许多,亚型,;,*G,蛋白功能的丧失或亢进和许多,疾病,有关,:,霍乱弧菌,霍乱病毒,辅酶,分子的,ADP-,核糖,转移至,G,蛋白的,亚单位,亚单位失去,GTP,酶活性,而长久,保持激活状态,腺苷酸环化酶,持续活化,cAMP,肠腺细胞膜上,氯通道,持续开放,胞内,氯离子,大量,外流,钠离子,和,水,随之大量流入肠腔,水样腹泻,3.G protein effector,离子通道,:,某些离子通道可接受,G,蛋白直接或间接调控,酶,:,催化生成（或分解）第二信使的主要效应器酶有,:,adenylyl cyclase,，,AC,phospholipase C,，,PLC,磷脂酶,A,2,磷酸二酯酶,4.second messenger,指激素、递质、细胞因子等信号分子,（第一信使）,作用于细胞膜后产生的,细胞内信号分子。,环,-,磷酸腺苷（,cAMP,，简称环磷腺苷）,三磷酸肌醇,（,IP,3,）,diacylglycerol,，,DG,环,-,磷酸鸟苷（,cGMP,）,Ca,2+,（二）主要的,G,蛋白耦联受体信号转导途径,受体,-G,蛋白,-AC,（腺苷酸环化酶）途径,受体,-G,蛋白,-PLC,（磷脂酶,C,）途径,1.,受体,-G,蛋白,-AC,（腺苷酸环化酶）途径,激素,受体,s,或,Gi,AC,cAMP,蛋白激酶,A,（,PKA,）,酶或其他功能蛋白,生物学效应,激素,结合,G,蛋白耦联受体,Gi,或,Gq,激活,磷脂酶,C,(PLC),PIP,2,IP,3,和,DG,内质网或肌质网,释放,Ca,2+,激活,蛋白激酶,C,(PKC),生物学效应,2.,受体,-G,蛋白,-PLC,（磷脂酶,C,）途径,PIP,2,:,二磷酸磷脂酰肌醇,IP,3,:,三磷酸肌醇,DG:,二酰甘油,膜磷脂,Ca,2+,PKC,一起转移到细胞膜上，在膜上,DG,、,Ca,2+,和,膜磷脂,激活,PKC,底物蛋白磷酸化,钙结合蛋白,:,Ca,2+,多种,底物蛋白,效应,钙调蛋白,（,CaM,）,Ca,2+,Ca,2+,-CaM,复合物,肌钙蛋白,Ca,2+,骨骼肌收缩,钙释放通道,Ca,2心肌肌质网释放,Ca,2+,注意：,不同的,G,蛋白,可激活不同的酶，产生不同的信,使分子；,G,蛋白效应器和第二信使具有,多样性,；,第二信使物质的生成要经过一系列酶催化反,应,生物放大,作用,;,第二信使,蛋白激酶,活化,底物蛋白,(,酶,),磷酸,化,反应,.,特点,:,效应出现较,慢,、反应较,灵敏,、,作用较,广泛,.,三、酶联型受体介导的信号转导,酶联型受体也是一种跨膜蛋白，但每个受体分子只有,1,次,穿膜,也称为,单次跨膜受体,或,单个跨膜,-,螺旋受体,。,它往往既有与信号分子,结合,的位点，起,受体,的作用，又具有,酶,的催化作用，通过它们的这种双重作用完成信号转导。,较重要的有,:,酪氨酸激酶受体（,TKR,）,酪氨酸激酶结合型受体,鸟苷酸环化酶受体,（一）酪氨酸激酶受体,生长因子,与酪氨酸激酶受体结合,细胞内生物效应,膜外,N,端：识别、结合,第一信使,膜内,C,端：具有酪氨酸激酶活性,（二）酪氨酸激酶结合型受体,本身,没有蛋白激酶活性,，但一旦与,配体结合即可在胞质侧结合并激活,酪氨,酸激酶,底物蛋白磷酸化效应,（三）鸟苷酸环化酶受体,胞外,胞内,膜受体,可溶性受体,GC,鸟苷酸环化酶,(,GC,),结构域,PPi,GTP,cGMP,激活,蛋白激酶,G,（,PKG,）,硝酸甘油治疗心绞痛,硝酸甘油,NO,结合,可溶性,鸟苷酸环,化酶,（,GC,）三磷酸鸟苷（,GTP,）转变成,cGMP,激活,PKG,舒张血管，增加血流量,.,弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德,1998,年,获,诺贝尔生理,/,医学奖,!,注意：,1.,转导的方式不一定只限于以上,三,种,;,2.,相互,影响,作用上有交叉,;,3.,同一刺激,信号,作用方式多样,:,关键在,于靶细胞膜上具有的感受结构,.,第三节 细胞的生物电现象,一切,活细胞,无论处于安静或活动状态都,存在电的活动，这种电的活动称为,生物电,。,一、膜的被动电学特性和电紧张电位,(,一,),膜的被动电学特性,指,细胞膜作为一个,静态,的电学元件时所,表现的电学特性。,1.,膜电容,细胞膜具有显著的电容特性，且膜电容较大,；当膜上的离子,通道开放,而引起带电离子的跨膜流动时，就相当于在,电容器,上充电或放电而产生电位差，即,跨膜电位,，或简称,膜电位,。,2.,膜电阻,通常用它的倒数,膜电导,G,来表示。对带电离子而言，膜电导是膜对离子,通透性,的观测指标；细胞膜对某离子电导的变化与其对该离子的通透性的变化是完全一致的。,（二）电紧张电位,由膜的,被动电学特性,决定其空间分布,的膜电位称为,电紧张电位,（,electrotonic,potential,）。,单纯的电紧张电位,产生过程中没有离,子通道的激活，因而也没有膜电导的改变，,完全是由,膜固有的电学性质,决定的。,图,2-7,膜的被动电学特性和电紧张电位,膜的等效电路图,:Cm,膜电容,；,Rm,膜电阻,R,i,纵向电阻,向胞浆,注入的电流,沿轴浆纵向流动并跨膜流出胞外，由于,Ri,的存在和沿途不断跨膜漏出,逐渐衰减,；,电紧张电位,电刺激,(,弱,),时,:,膜外,正电极,下,超极化,电紧张电位,膜外,负电极,下,去极化,电紧张电位,局部电位,AP,二、静息电位及其产生机制,（一）静息电位的记录和数值,概念：静息时，质膜两侧存在着,外正内,负,的电位差称为静息电位,（,resting potential,，,RP,）。,细胞,外,电位记录,细胞,内,电位记录,数值,:,骨骼肌约,-90;,神经约,-70,;,平滑肌约,-55;,红细胞约为,-10mV.,特征：,通常是平稳的直流电位,（但在中枢内的某些,神经,细胞,和具有自律性的,心肌,和,平滑肌,细胞也可出现自发性的静息电位波动）；,不同细胞静息电位的数值可以不同,，并且只要细胞未受刺激、生理条件不变，这种电位将持续存在。,注意：,极化,:,平稳的,RP,存在时膜电位,外正内负,的状态,;,超极化,:,RP,增大,的过程或状态；,去极化,(,除极化,):,RP,减小,的过程或状态；,反极化,:,去极化至零电位后膜电位进一步变为,正值,;,超射,:,膜电位,高于,零电位的部分；,复极化,:,细胞膜去极化后再向,RP,方向,恢复,的过程。,静息电位和极化是一个现象的两种表达方式,:,静息电位,膜内外的电位差,极化,膜两侧电荷的分布,安静状态的标志,（二）静息电位产生的机制,1902,年,Bernstein,提出了,膜学说,认为生物电现象的各种表现，主要是由于细胞内外,离子分布,不均匀以,及在不同状态下，细胞膜对不同离子的,通透性,不同,离子跨膜扩散,。,1.,离子跨膜扩散,的驱动力：,浓度差,方向和速度,电位差,离子的平衡电位,:,Nernst,公式,E,X,=60lgX,+,O,/X,+,i,(mV),电化学驱动力,E,K,、,E,Na,和,E,Cl,分别为,K,+,、,Na,+,和,Cl,的平衡电位；,RP:,静息电位；,AP:,动作电位,图,K,+,、,Na和,Cl,的平衡电位与静息电位和动作电位的关系,(1),静息状态下质膜内、外,离子分布不均匀,2.,静息电位的形成,膜外：,(2),静息状态下质膜对离子的,通透性,不同,静息状态下质膜对不同离子的,通透性,:,K,+,的通透性较高：,非门控钾通道,神经纤维膜,钾漏通道,心肌细胞膜,内向整流钾通道,Na,+,有一定通透性,;,Cl,-,不存在原发性主动转运,被动分布,;,Ca,2+,通透性很低忽略,有机负离子,几乎不通透,(3),机制,:RP,主要是由,K,+,外流,形成的；接近,K,+,平衡电位,证明：,Nernst,公式,-,E,K,=RT/ZF,lnK,+,O,/K,+,i,=60lgK,+,O,/K,+,i,枪乌鲗巨大神经轴突的,RP,测量值,与,Nernst,公式的,计算值,基本符合,;,改变,K,+,O,/K,+,i,RP,相应改变。,图,.,细,胞外,K,+,浓度对蛙缝匠肌静息电位的影响,3.,钠泵的生电作用,:,对,RP,的贡献并不很大,4.,影响静息电位的因素,细胞外,K,+,浓度,的改变；,膜对,K,+,和,Na,+,的相对通透性,;,钠,-,钾泵,活动的水平。,三、动作电位及其产生机制,（一）细胞的动作电位,1,概念：,在,静息电位,的基础上，给细胞一个,适当,的,刺激，,可触发其产生可,传播,的膜电位,波动，,称为动作电位,（,action potential,，,AP,）。,2.,组成,spike potential:,具有,AP,的主要特征，是,AP,的,标志,。,after-potential:,低幅而缓慢,负后电位（,后去极化,）,正后电位（,后超极化,）,3.,特征,“,全或无,”,（,all-or-none,）,特性,:,指在同一细胞上,AP,的大小不随刺激强度而改变的现象；,（即,AP,的,幅度和形状,是,“,全或无,”,的）,可传播性,:,指,AP,能沿细胞膜向周围传播，且是,不衰减性传播（,等幅、等速,）。,（二）动作电位的产生机制,当膜受到,刺激,而发生,通透性,改变时，,带电离子将沿着,电化学驱动力,的方向发生,跨膜运动并引起,膜电位,的变化。,内向电流,:,正电荷由膜外流入膜内,;,内向电流膜,去极化,；,外向电流,:,正电荷由膜内流出膜外,;,外向电流膜,复极化,或,超极化,。,浓度差,电化学驱动力,方向和速度,电位差,在,静息电位,条件下,Na,+,受到很强的,内向驱动力,在,锋电位,期间,K,+,受到很强的,外向驱动力,图 利用电压钳技术记录的枪乌鲗神经轴突的膜电流及其离子成分分析,河豚毒阻断了,内向电流；,四乙铵阻断了,外向电流,电压钳技术的基本原理就是欧姆定律,:I=V/R,图,2-11,不同程度去极化对膜钠电导和钾电导的影响,1.,锋电位的上升支：,细胞受,刺激,时,膜对,Na,+,通透性,突然增大,由于在,静息电位条件下,Na,+,受到很强的内向驱动力,Na,+,迅速内流先是造成膜内负电位的迅速消失,但由于膜外,Na,+,的较高浓度势能,Na,+,继续内移,出现超射。,锋电位的上升支是,Na,+,快速内流,造成的,接近于,Na,+,的平衡电位。,动力,:,顺电,-,化学梯度,；,条件,:,膜对,Na,+,电导,的迅速增大,.,注意,：,膜对,Na,+,通透性增大，实际上是膜结构中存在的,电压门控性,Na,+,通道,开放的结果,。,Na,+,通道的特点：,去极化程度越大，其开放的概率也越大，是,电压依赖性,的；,开闭是,全或无,式的，并且开、闭之间的,转换,速度非常快,;,至少存在关闭、激活和失活,三种功能状态，,其形成与分子内部存在两种门控机制有关。,图,2-14,去极化过程中钠通道状态的变化,Vm,：膜电位；,Im,：膜电流；,m,激活门,h,失活门,从失活进入关闭状态的过程称为,复活,.,膜电导,（通透性）变化的实质就是膜上离子,通道,随机,开,放和,关,闭的总和效应。,注意,:,只有当,刺激适当,膜本身去极化到某一临界值,(,阈电位,),去极化和,Na,+,电流之间的正反馈,(,再生性循环,)AP,阈电位,(threshold potential),是用膜本身去极化的,临界值,来描述动作电位产生条件的一个重要概念,是在一段膜上能够诱发，即发生,再生性循环,的膜内去极化的临界水平。,AP,的幅度是由,膜电位,、,Na,+,通道,和,Na,+,电流,间的正反馈过程决定的，外加刺激仅起触发（燃点）这一过程的作用。,2.,锋电位的下降支：,由于,Na,+,通道,激活后迅速失活,Na,+,电导,同时膜结构中电压门控性,K,+,通道,开放,K,+,电导,；在很强的,外向驱动力作用下,K,+,迅速外流。,锋电位的下降支是,K,+,外流,所致。,AP,上升支,AP,下降支,3.,后电位,负后电位,:,复极时迅速外流的,K,+,蓄积,在,膜外侧附近，暂时阻碍了,K,+,外流。,正后电位,:,生电性,钠泵,的作用。,（三）动作电位的传播,（,1,）在无髓鞘的神经纤维上局部电流,图,2-16,无髓鞘神经纤维,兴奋的传播原理,（,2,）有髓鞘的神经纤维上：跳跃式传导,（四）缝隙连接,:,6,个,连接蛋白,单体,(,亲水性孔道,),通常是,开放,的允许,水溶性,分子和,离子,通过,膜的,电阻,很低,AP,通过流经缝隙连接的,局部,电流,直接传播到另一个细胞,意义,：使相临的细胞对某些信号作出,协同反,应,出现同步化活动。,四、局部电位,(,一,),概念,刺激很,弱,Na,+,通道,未激活,电紧张电位,刺激稍,强,少量,Na,+,通道,激活,较小去极化,电紧张电位,这种产生于膜的局部、较小的去极化反应称为,局部,反应,(local response),，产生的电位称为,局部电位,。,（二）特点,等级性,：,不是,“,全或无,”,式,的,电紧张传播,：传播距离增加,衰减,无不应期,：,时间总和,或,空间总和,时间总和,空间总和,图,2-12,局部电位和动作电位的产生与传播,五、可兴奋细胞及其兴奋性,（一）兴奋和兴奋性概念的变迁,活组织或细胞对,stimulus,发生反应,的能力，称为,excitability,，,而由刺激,引起的反应，称为,excitation,。,其中的,刺激是因,，,反应是果,。,在近代生理学中：,兴奋性,是指细胞受到刺,激时产生动作电位的能力，而,兴奋,就是指产生,了动作电位，或者说产生了动作电位才是兴,奋。,神经 冲动,肌肉,电,变化（,AP,）,收缩,腺体,分泌,（二）可兴奋细胞,凡在接受刺激后能,产生动作电位,的细胞，称为,可兴奋细胞,（,excitable cell,）或,电可兴奋细胞,。,所有的可兴奋细胞都必然具有,电压门控钠通道,或,电压门控钙通道,，它们在受刺激后首先发生的共同反应就是基于这些离子通道激活而产生的,动作电位,。,（三）阈刺激,刺激,是指细胞所处,环境因素的变化,.,刺激的,强度,刺激的,持续时间,刺激,强度对时间的变化率,在,刺激的持续时间,以及,刺激强度对时间的变,化率,不变的情况下，刚能引起细胞兴奋或,产生动作电位的,最小刺激强度,，称为,阈强,度,(threshold intensity,阈值,),。,阈刺激,阈下刺激,阈上刺激,阈刺激或阈强度,衡量细胞兴奋性的指标,（四）细胞兴奋后兴奋性的变化,第四节 骨骼肌的收缩功能,横纹肌,平滑肌,骨骼肌,心肌,平滑肌,随意肌,非随意肌,根据,功能,特性,根据,神经,支配,根据,形态,学特点,一、骨骼肌的收缩过程,（一）骨骼肌神经,-,肌接头处兴奋的传递,1,结构基础：,(,电镜,),2.,传递过程,神经纤维动作电位,接头前膜去极化,电压门控钙通道开放,囊泡与接头前膜融合、,ACh,释放,Ca,2+,进入神经末梢,ACh,结合并激活,ACh,受体通道,终板膜对,Na,、,K,通透性,终板,电位,肌膜动作电位,N-M,接头处的兴奋传递过程,Ca,2,通道开放,Ca,2,向膜内流动,囊泡与接头前膜融合、,ACh,释放,ACh,结合并激活,ACh,受体通道,终板膜对,Na,、,K,通透性,3.,特点,（,1,）单向传递；,（,2,）时间延搁；,（,3,）,1,对,1,的关系：,ACh,释放的量,;,胆碱酯酶,（,4,）易受环境因素和药物的影响。,影响,ACh,的合成、释放：,肌无力综合征,自身免疫抗体,Ca,2+,通道,肉毒杆菌毒素,接头前膜,ACh,释放,影响,ACh,与受体通道结合：,筒箭毒,和,银环蛇毒,阻断,ACh,受体通道,重症肌无力,自身免疫抗体,ACh,受体通道,影响胆碱酯酶的作用：,有机磷农药,，,新斯的明,抑制,胆碱酯酶,活性,4.,注意,神经肌肉接头处的信息传递是,“,电,-,化学,-,电,”,过程,;,一个囊泡中所含的,ACh,称为,一个量子的,ACh,量子式释放,(quantal release),由一个,ACh,量子,终板膜电位变化,(,微终板电位,);,终板电位具有,局部电位,的特征。,(,二,),骨骼肌细胞的微细结构,特点,:,含有大量的,肌原纤维,和发达的,肌管系,统,，且在排列上是高度规则有序的。,1.,肌原纤维和肌节：,光镜,明带（,Z,线）、暗带,肌节,是肌肉进行收缩和舒张的最基本功能单位,粗肌丝,暗带,电镜,细肌丝,明带、暗带,2.,肌管系统：,指包绕在每一条肌原纤维周围,的膜性,囊管状,结构。,横管,纵管,横管,(,T,管,):,肌细胞膜,垂直,于肌原纤维向内,凹陷而形成的管道。,作用：,将,AP,细胞内部,纵管,（,L,管,，,肌质网,）：与肌原纤维,平行,。,作用：,对,Ca,2+,储存,、,释放,和,再聚集,收缩和舒张,注意：,纵行肌质网,（,LSR,）：在肌原纤维周围的肌质网（,SR,），,LSR,上有,钙泵,；,连接肌质网,（,JSR,）：肌质网的末端膨大或呈扁平状,称为,JSR,或,终池,；,JSR,上有,钙释放通道,，,与,JSR,相对的,T,管膜上有,L,型钙通道,兴奋,-,收缩耦联,的关键部位,三联管（,triad,）结构,:,骨骼肌,中,80%,的,T,管,与其两,侧的,终池,相接触；,二联管结构,:,心肌,的,T,管,主要与单独的,终池,相接触,证据,：,暗带,不变，,明带,和,H,带,变化一致。,(,三,),骨骼肌的收缩机制：,肌丝滑行理论,究竟是什么原因促使肌节内的细、,粗肌丝相互滑行的？,（,1,）粗肌丝：,肌球蛋白,(,亦称,肌凝蛋白,),1.,肌丝的分子组成,横桥的特性,一定条件下，可以,和细肌丝上的,肌动,蛋白,分子呈,可逆,性,的结合；,具有,ATP,酶,作用，,分解,ATP,能量,横,桥摆动,。,（,2,）细肌丝,肌动蛋白,（肌纤蛋白）,原肌球蛋白,（原肌凝蛋白）,肌钙蛋白,（原宁蛋白,),(7:1:1),按任意键,飞入横桥摆动动画,肌节缩短,细肌丝向粗肌丝滑行,横桥头部发生变构并摆动,处于高势能状态的横桥与肌动蛋白结合,原肌球蛋白变构，暴露出肌动蛋白上的活化位点,Ca,2+,与肌钙蛋白结合,终池膜上的钙通道开放,终池内的,Ca,2+,进入胞质,2.,肌肉收缩的过程,注意,：,在肌肉处于,舒张状态,时，横桥结合的,ATP,被,分解，分解产物,ADP,和无机磷酸仍留在头,部，此时的,横桥处于高势能状态,，其方位,与细肌丝垂直，并对肌动蛋白有高度亲和,力，但因为肌动蛋白上的活化位点被原肌,球蛋白和肌钙蛋白的复合物遮盖了而不能,与之结合；,当,横桥头部发生变构并摆动,的同时，,ADP,和,无机磷酸与之分离在,ADP,解离的位点，横,桥头部结合一个,ATP,分子；结合,ATP,后，横,桥头部与肌动蛋白的亲和力降低，并与之,解离；,解离后的横桥,头部迅速将与之结合的,ATP,分解，并恢复高势能状态。,横桥与肌动蛋白结合、扭动、复位的过程，,称为横桥周期,（,cross-bridge cycling,），,其长短决定了肌肉的缩短速度。,（四）骨骼肌的兴奋,-,收缩耦联,1.,概念,：将,电兴奋,和,机械收缩,联系起来的中介,机制，称为兴奋,-,收缩耦联,(excitation-,contraction coupling),。,2.,结构基础,：肌管系统（三或二联管结构）。,3.,基本过程,AP,由横管,系统迅速传向肌细胞深处；,三联管,处的信息传递；,肌质网,对,Ca,2+,的释放和再聚集：,Ca,2+,具体过程,-,电兴奋,沿肌膜和,T,管膜传播，同时,激活,T,管膜,和肌膜上的,L,型钙通道,；,激活的,L,型钙通道,变构,作用,(,骨骼肌,),激活钙释放通道,Ca,2+,内流,（,心肌,10%-20%,）,JSR,内的,Ca,2+,释放,入胞质,;,肌肉收缩,Ca,2+,(1-10umol/L),激活,纵行肌质网膜上的,钙泵,Ca,2+,回收入肌质网 舒张。,4.,注意,：,L,型钙通道,在心肌和骨骼肌的作用不同,:,心肌：经,L,型钙通道内流的,Ca,2+,触发,SR,释放,Ca,2+,的过程，称为,钙触发钙释放,。,骨骼肌：,L,型钙通道不是作为离子通道而是作,为一个对电位变化敏感的,信号转导分,子,，来发挥作用的。,骨骼肌和心肌,肌质网膜上的钙泵,回收的,Ca,2+,量不同。,二、,影响骨骼肌收缩效能的因素,张力,和（或）,缩短,程度,肌肉收缩效能,产生张力或缩短的,速度,等长收缩,：,肌肉收缩时只有,张力,的增加而无,长度,的缩短，称为等长收缩。,例如,:,人站立时对抗重力的肌肉收缩,作用,:,保持一定的肌张力，维持人体的,位置和姿势。,等张收缩,:,肌肉收缩时只有,长度,的缩短而,张力,保持不变，称为等张收缩。,例如,:,负荷小于肌肉收缩力的情况下,注意,整体,情况,下,常是等长、等张都有,的,混合,形式的收缩。,影响收缩的主要因素,前负荷,后负荷,肌肉收缩能力,收缩的总合,1.,前负荷,:,肌肉,收缩前,已存在的负荷。,前负荷使肌肉在收缩前就处于某种,被拉长,的状态，使其具有一定的长度，,称为,初长度,（,initial length,）。,初长度,肌节,的长度,肌丝,间相互关系,最适初长度,产生,最大张力,的初长度；,最适前负荷,2.,后负荷：,肌肉在收缩过程中所承受的负荷。,注意,：*不增加肌肉的,初长度；,*能,阻碍,收缩时肌肉的,缩短；,*肌肉在有后负荷的条件下收缩时，,总是,张力,增加在前，,缩短,在后；,*,适度后负荷,作功,最佳。,*,横桥周期,的长短 肌肉的,缩短速度,；,*瞬间与肌动蛋白结合的,横桥,数目 收缩,张力,3.,肌肉收缩能力：,指与负荷无关的、决定肌肉,收缩效能的,内在,特性,。,注意,：,*与,负荷,无关；,*,内在,特性；,*肌肉本身的机能状态是可以,改变,的，,从而影响肌肉收缩的效率。,钙离子、肾上腺素、咖啡因等可,提高,肌,肉收缩的效果；,缺氧、酸中毒、低血糖等因素可,降低,肌肉收缩的效果。,主要取决于：,*,兴奋,-,收缩耦联,过程中胞质内,Ca,2+,的,水平,*肌球蛋白,的,ATP,酶,活性。,4.,收缩的总和,:,可快速调节收缩的,强度,。,形式,：,*,运动单位,数量的总和,*,频率,效应的总和,（,1,）运动单位,：,一个,脊髓,前角运动神经元,及其,轴突分支所支配的全部,肌纤维,，总称为一,个运动单位（,motor unit,）。,大小原则,（,2,）,频率,对骨骼肌收缩的影响,单收缩,:,骨骼肌受到,一次,短促刺激时，可发生,一,次,动作电位，随后出现,一次,收缩和舒张,称为,single twitch,。,一次,单收缩,：,动作电位,时程,1,2ms,收缩过程,几十,几百,ms,强直收缩,:,刺激频率较高时（,刺激间隔时间短于,单个单收缩持续的时间,时,），肌肉发生收缩的总,合，称为强直收缩（,复合收缩,）。,注意,：,收缩过程,可以总合，但引起收缩的,动作电位,仍是独立存在的。,分为,:,不完全强直收缩,完全强直收缩,不完全强直收缩,：,每次新的收缩都出现在前次收缩的,舒张期,过程,中，表现为,锯齿形,的收缩曲线。,完全强直收缩（,强直收缩,）,：,每次新的收缩都出现在前次收缩的,收缩期,过程中，表现为机械反应的,平缓,增加。,