1、细胞的基本功能,第二章,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜（cell membrane）是细胞进行 生命活动的重要结构基础。其功能：维持细胞内理化性质的相对稳定，参与物质交换、能量转移、信息的传递、生 物电活动。,各种细胞膜(包括细胞器的膜结构)称为单位膜(unit membrane)或生物膜(biological membrane)，均有类似的3层结构：膜的内外两侧各有一层致密带，中间夹着一层疏松的透明带。各种膜结构主要由脂质(lipid)、蛋白质(protein)和糖类(carbohydrate)等物质组成。,一、细胞膜的结构与成分,（一）细胞膜的分子结构液态镶嵌模型 （fluid
2、mosaic model）,细胞膜是以液态的脂质双分子层为骨架，其中镶嵌着不同分子结构和生理功能的蛋白质。,（二）液态脂质双分子层细胞膜基本骨架cell membrane是由两层lipids分子构成，其中以磷脂（70%）和胆固醇（30%）为主，还有少量鞘脂类物质。每一lipid分子的头端为亲水性的极性基团-磷脂和碱基（朝向内、外表面），尾端是疏水性的非极性基-脂肪酸烃链（朝向膜中央）。它们形成脂质双分子层结构存在于cell membrane。 其特点：熔点低，呈液态，可流动。,脂质双 分子层,球形蛋白质,纤维状蛋白质,亲水性基 团,疏水性基团,液 态 镶 嵌 模 型,（三）细胞膜蛋白质1. 表
3、面蛋白（peripheral protein） 分布于膜的内、外侧表面，系水溶性蛋白质 2. 整合蛋白（integral protein） 可一次或多次贯穿脂质双分子层，裸露在膜 的两侧。与物质转运有关。3. 功能： 物质转运，如载体（carrier）、通道（channel）、离 子泵（pump）、转运体（transporter） 辨认和接受化学信号，如受体（receptor） 催化化学反应，如酶（enzyme） 标志作用，如抗原（antigen）,(四)细胞膜糖类细胞膜含糖类少，多与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。其糖链绝大部分裸露在膜的外表面一侧。糖链的意义：（1）作为细胞或蛋白质的
4、“标记”（2）作为抗原决定族，如A、B型抗原,二、细胞膜的跨膜物质转运功能 (一)单纯扩散物理学中，溶液中溶质或溶剂分子由高浓度区向低浓度区的净移动称扩散（diffusion）。脂溶性物质的分子或离子由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧顺浓度差的跨膜的转运过程称为单纯扩散（simple diffusion），如o2和co2的扩散。,扩散速度用扩散通量来表示，其单位是摩尔(或毫摩尔)数/cm2/s。其大小与浓度差和电位差以及膜的通透性（permeability）有关。permeability是指该物质通过膜的难易程度。,(二)易化扩散易化扩散（facilitated diffusion）是指某些
5、非脂溶性或脂溶性较小的物质，在特殊蛋白的“帮助”下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程。1.以载体介导的易化扩散 主要运转葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。 特点： （1）顺浓度梯度运转(2) 载体（carrier）蛋白质有结构特异性 (3) 饱和现象(4) 竞争性抑制,载体介导的易化扩散,主要通过通道蛋白质（简称通道，channel）进行的。 其转运物质的能力受膜两侧电位差或化学物质的浓度差影响，故有电压门控通道和化学门控通道之分。特点：相对特异性，闸门调控激活（开放）、失活、关闭（备用）三种状态、无饱和性。Na+、K+、Ca2+等都经channel转运。Na+通道阻断剂：河豚毒素（tetrod
6、otoxin，TTX）K+通道阻断剂： 四乙铵Ca 2+通道阻断剂：异搏定,2.以通道介导的易化扩散,Channel-mediated facilitated diffusion,ions,Channelprotein,Lipid bilayer,Water channel,Channel-mediated facilitated diffusion,通道蛋白的闸门控制模式图,Simple diffusion和facilitated diffusion所消耗的能量来自浓度差和电位差本身所包含的势能，不需要另外供能。因而， Simple diffusion和facilitated diffusi
7、on属于被动转运（passive transport）。,(三)主动转运1.概念 主动转运（active transport）是指细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程。,2. 钠泵的本质 各种细胞膜上普遍存在一种称为钠-钾泵的结构，简称钠泵（sodium pump）。Sodium pump的作用是在消耗代谢能的情况下逆着浓度差和电位差把细胞内的Na+移出膜外，同时把细胞外的K+移入膜内，因而保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡分布。 Sodium pump就是镶嵌于细胞膜上的Na+-K+依赖式ATP酶。,Na+
8、泵的主动转运,膜内,膜外,K+ ,Na+ ,Sodium pump活动的特点： 酶的活动依赖于膜内的Na+浓度增加和膜外的K+浓度增加，同时还要有Mg2+的参与； 钠泵泵出Na+和泵入K+的过程是耦联的； 其直接能源是ATP，每水解1个ATP分子，所释放的能量可供泵出3个Na+，泵入2个K+，是一种生电性泵。如果泵入和泵出的正离子数是相等的，则是中性泵。,Model in electrogenic pump,Sodium pump活动的生理意义： 维持膜内高K+和膜外高Na+的不均衡分布，是许多代谢反应进行的必需条件。 维持细胞正常的渗透压与形态。 建立起Na+的势能贮备。这种势能贮备是可兴奋
9、组织具有兴奋性的基础，这也是营养物质（葡萄糖、氨基酸）逆浓度差、进行继发性主动转运的 能量来源。,3.主动转运的类型 (1) 原发性主动转运（Primary active transport）是指直接利用ATP的能量，逆浓度差和电位差对离子进行的主动转运过程。 Primary active transport是人体最重要的物质转运形式，除钠泵外，还有Ca2+ 泵（或称Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶）、H+泵（质子泵）和碘泵等。,（2）继发性主动转运（Secondary active transport） 指物质逆浓度梯度转运所需的能量不是直接来自ATP或其他供能物质分解，而是来自膜外的高势能
10、。如，葡萄糖和氨基酸的主动转运过程，并不直接需要ATP分解供能，而是依靠Na+在细胞膜内外建立起的势能贮备，但造成这种势能贮备的钠泵活动是需要分解ATP的，因而这种主动转运所需的能量还是间接来自ATP。,继发性主动转运模式图,葡萄糖的继发性主动转运,(四) 胞吐和胞吞作用1胞吐作用（exocytosis，又称为入胞） 主要见于细胞的分泌活动、神经末梢的递质释放等。2胞吞作用（endocytosis，又称为吞噬或入胞作用；吞饮） 是指细胞外某些物质团块或液体进入细胞的过程。,胞 吐,胞 饮,第二节 细胞的生物电活动 概念：一切活的细胞和组织不论安静还是活动时，均表现电的活动，称为bioelect
11、ric activity。如：ECG、EEG、EMG、EGG 生物电活动研究的内容：安静时的静息电位兴奋时的动作电位局部电位,细胞生物电现象的观察和记录方法1.细胞外记录 双相动作电位（biphasic action potential单相动作电位（monophasic action potential）,神经干的,单相动作电位 双相动作电位,示意图,2 .细胞内记录常应用细胞内微电极方法记录。利用尖端直径为0.51.0 m、内充电解质的玻璃微电极插入细胞内, 记录其电位变化.细胞水平的生物电现象（bioelectrical phenomeno）的两种形式：A.静息电位（resting pot
12、ential，RP）B.动作电位（action potential，AP）,一、静息电位 （一）概念及其引导 静息电位(resting potential, RP)是指细胞在静息状态下存在于细胞膜内外两侧的电位差，又称跨膜静息电位或膜电位。引导方法:,A B C,收缩,对resting potential的测定表明: 膜外电位高于膜内,若膜外电位为0,膜内即为负值。大多数细胞的RP都在-10-100 mV,如Nf、骨骼肌细胞为-50-70 mV,心室肌细胞为-90 mV,RBC为-10 mV。 （几个相关概念极化（polarization）； 去极化（depolarization）反极化 （r
13、everse polarization ）超极化 （hyperpolarization ）， 复极化（repolarization ）,(二) 静息电位形成的机制1. 静息电位形成的的离子基础 (1) 带电离子在细胞膜两侧不均衡分布膜内K+比膜外高30倍, 膜内负离子是蛋白质；膜外Na+比膜内高12倍, 主要的负离子是Cl-。(2) 在不同情况下膜对这些离子具有选择通透性与各种离子通道的功能状态有关。,2. 静息电位值接近K平衡电位 （1）细胞内外K的不均衡分布 （2）安静状态下细胞膜主要对K有通透性K顺浓度梯度外流，在膜外形成的阻止K继 续外流的电场力=促使K外流的浓度梯度作用 力时， K跨
14、膜静通量为0，膜电位则维持在这 一平衡状态。此时的膜电位几称为K平衡电位（ K equilibrium potential， EK）。,静息电位的产生机制：静息时 K+外流 K+平衡电位： Ek的大小是由膜两侧K+浓度决定的。,.,K+o,RT,=,Ek,ZF,ln,K+i,静息电位值的大小接近于K平衡电位。细胞内外K的不均衡分布和安静时膜对K具有通透性，是大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因，钠泵的活动也有一定作用。 证据：（1）膜外K浓度RP（2）膜内外Na、K互换膜内外极性倒转。（3）用K2SO4代替KCl RP无变化。（5） Na泵参与了RP的形成。,二、动作电位 （一）概念动作电位
15、(action potential，AP)是指可兴奋 的细胞受到有效刺激时，发生的一次快速而短暂的膜电位逆转并且可以扩布的电位变化。,AP发生时，膜内外电位变化过程:有效刺激RP去极化 反极化(超射)复极化。 AP是RP（膜电位）的快速“去极化-反极化-复极化” 的过程。AP与RP不同点： AP是一个快速而连续的变化，RP稳定； AP一旦爆发迅速向外扩布，RP不能扩布； AP是细胞兴奋的标志，RP是静息的标志。,（二）AP波形的组成 1.AP的锋电位（ spike potential ）：上升支( 去极相)+下降支(复极相)的前半部。似尖耸刀 锋！时间2ms，兴奋的标志。2.后电位(after
16、 potential） AP的下降支的后半部（其前半段为去极化后电位，其后半段为超 极化后电位）。AP = 锋电位+后电位。3.AP的时程（持续时间）： NF：0.51.0ms，肌肉：10 ms，心肌300400 ms,（三）AP的特征 AP或spike potential产生是细胞兴奋的标志。 （1）具有全或无现象刺激强度一旦达到或超过阈值，即可爆发 AP，且其幅度不因刺激强度的增加而改变（2）不衰减性扩布AP不因传导距离的延长而衰减。（3）脉冲式发放因AP存在不应期，故AP不会融合。,（四）动作电位产生的机制1.动作电位形成的离子基础:2.上升支的形成: Na+快速、大量内流。 Na+内流
17、的再生性循环（regenerative circulation ） AP值接近Na+的平衡电位（E Na+）3.下降支的形成: K+的外流。 4.复极后，Na+-K+ pump的活动是维持膜内外 Na+、K+正常分布的关键。,Na+ influx,Depolari-zation,Na+ channel open,Increase in membrane permeability to Na+,Stimulation,内流的再生性循环,Na+,（五）AP过程中的膜电导变化和离子通道开闭1.AP过程中的膜电导变化概念：膜电导（membrane conduction）是衡量膜对 离子的通透性（per
18、meability）的指标。容易通过者， 则通透性大，膜电导也大；不易通过者，膜电导也小。离子通透性的大小取决于该离子通道开放数目多少，其通道开放数目多，离子通透性增大，则离子通过细胞膜时膜电阻（R）减小膜电导（ G ）增大（即G=1/R ）。 膜电导的变化实际上是由离子通道的开放和关闭引起的。膜电导（G）可视为膜对离子的通透性的同义语。AP的去极相Na+电导，复极相K+电导。,(Na+通透性变化),(K+通透性变化),2. 离子通道的功能状态(1) 概念 Na+、K+等的跨膜移动是通过镶嵌在膜结构中特殊蛋白质进行的，称为离子通道，在其中心具有亲水性孔道并对相应的离子有高度的亲和性，可允许这些
19、离子顺浓度梯度快速而大量地通过。,(2)通道蛋白质的激活、失活和关闭（备用状态）激活（activation）：相当于通道的开放。失活（inactivation）：即通道不但关闭，而且即使阈上刺激也不开放。关闭（closure）：即通道处于不开放状态，当受到阈上刺激就可开放而兴奋（相当于静息期,可视为备用状态）。,(3) 离子通道的闸门,Na+通道的两种闸门及三种状态:A. m闸门(激活门)关闭和h闸门(失活门) 开放为备用状态;B. m和h闸门均开放为激活状态;C. h闸门关闭为失活状态。K+通道是由n闸门控制的。,（六）产生动作电位的条件膜去极化达到阈电位1.有效的刺激是产生动作电位的条件刺
20、激的种类及刺激参数 刺激（stimulation）是指环境的变化。包括化学、机械、温度、声音、光和电等形式。具有兴奋性的组织和细胞，只有当有效刺激作用于可兴奋组织或细胞时，才可产生兴奋。刺激的参数，即刺激强度、刺激强度对时间的变化率和刺激作用的时间必须达到某一最小值。这些参数可以互相影响。,在实验中，常用电刺激（electrical stimulation）作为人工刺激来观察和分析神经 或肌肉组织的兴奋性。因为： 容易获得； 容易控制； 不引起组织损伤，因而可以重复使用。,（1）刺激强度：能引起组织兴奋所必需的最小刺激强度(通常把刺激作用的时间和强度对时间变化率固定)，称为阈强度(thresh
21、old intensity）,简称阈值 。组织阈值的大小与其兴奋性的高低呈负相关,阈值愈小，则兴奋性愈高；阈值愈大，则兴奋性愈低。等于阈值的刺激称为阈刺激。低于阈值的刺激称为阈下刺激。高于阈值的刺激称为阈上刺激。（2）刺激强度对时间的变化率：是指单位时间内电流强度的变化率（dI/dt），即刺激波的上升和下降速率。（通常将刺激强度对时间的变化率固定，观察刺激强度和时间对组织兴奋性的影响）。,（3）刺激的作用时间：刺激需要一定的作用时间。如刺激的作用时间太短，组织不会发生兴奋。采用高频电脉冲治疗某些疾病，作用时间太短，局部仅产生温热感。,2.阈电位与动作电位的产生 (1) 阈电位的概念 在有效刺激
22、作用下，使膜去极化达到某一临界值时，爆发一次AP，这个临界膜电位的数值,称为阈电位(threshold potential，TP)。引起细胞兴奋或产生AP的关键在于能否使RP去极化到TP水平，一旦达到TP水平，此时的去极化就不再依赖于刺激强度(即与导致RP减小的手段或刺激方式无关)。 Threshold potential对AP的发生起一种触发作用。用何种一次刺激可使RP去极化到TP水平？,(七)局部电位1. 局部电位的概念阈下刺激虽然不能使RP去极化到阈电位水平而爆发AP，但可使细胞膜的Na+通道少量被激活，膜对Na+的通透性轻度增加，少量Na+内流，使受刺激的局部出现一个较小的去极化反应，
23、称为局部电位（local potential ）或局部反应（local response）或局部兴奋（local excitation） 。局部反应幅度较小，不能向远处传播，只能以电紧张性扩布方式传播至邻近的细胞膜。局部反应的实质也是由于Na+通道被激活，Na+内流产生的。是可兴奋细胞的主动反应。,2. 局部电位的特点： 不是“全或无”的，随刺激强度增加而增大； 只能向邻近细胞膜作电紧张性扩布，不能向 远处传播，并且具有可衰减性； 无不应期； 可发生总和效应：时间性总和（temporal summation）空间性总和（spatial summation）当达到阈电位时，即可产生AP。,三、组
24、织的兴奋和兴奋性 （一）组织的兴奋和可兴奋细胞1. 组织的兴奋（excitation）是指活组织或细胞在有效刺激的作用下，由相对静止变为活动，或由活动较弱变为较强。现代概念：兴奋是指活组织或细胞在有效刺激的作用下，产生动作电位的过程。兴奋就是动作电位的同义语。2.可兴奋组织或细胞：是指受到有效刺激后能产生动作电位的神经细胞、肌细胞和部分腺细胞。称为可兴奋组织或细胞（excitable tissue，excitable cell）。,刺激 动作电位 其他外部反应。 Excitation可理解为是动作电位的同义语或产生动作电位的过程。因此，Excitability可看作是细胞受到刺激后产生动作电位
25、的能力；,Excitable cell兴奋时的共同特征：,（二）组织的兴奋性和阈刺激1. 组织的兴奋性（excitability）的概念是指活的组织或细胞具有对刺激发生反应的能力或 特性。现代概念：是指可兴奋的细胞具有对刺激产生动作电位的能力或特性。2. 阈刺激的大小与兴奋性的高低呈反变关系,2. 阈电位的水平,（三）影响细胞兴奋性的因素,1静息电位的水平,3. 离子通道的状态,（四）细胞在其兴奋后兴奋性的周期性变化1. 绝对不应期（Absolute refractory period, ARP） 是指在细胞 发生兴奋 后的短期内，无论给予一个多么强大的刺激，都不 能再次发 生兴奋的时期。 锋
26、电位 . 2. 相对不应期（Relative RP, RRP） 是指ARP之后的一段时间内，要用阈上刺激才能引起组织兴奋的时期。 去极化后电位早期. 3. 超常期（Supernomal P, SNP） 是指在RRP之后，用阈下刺激就能引起组织兴奋的时期。 去极化后电位后期.4. 低常期（subnormal P ） 是指在SNP之后，要用阈上刺激才能引起 组织兴奋的时期。 超极化后电位.然后组织兴奋性才恢复到正常。,Corresponding relation between AP and periodical changes in excitability,四、 兴奋在同一细胞上的传导机制AP
27、在同一细胞上的扩布过程称为传导(conduction)（一）无髓神经纤维上兴奋传导的机制-局部电流学说 局部电流 Na+通道大量开放 膜对Na+的通透性增加 产生AP。这样的过程在膜表面连续进行下去，表现为AP在整个细胞的conduction。,邻近未兴奋膜去极化达到阈电位,(二)有髓神经纤维上兴奋传导的机制-跳跃式传布 由于髓鞘具有绝缘性，当有髓神经纤维受到外加刺激时，局部电流只能在相邻的两个郎飞结（node of Ranvier）之间形成，动作电位只能在郎飞结处产生，因此，兴奋传导时，AP只能在相邻的郎飞结处相继产生，这称兴奋的呈跳跃式传导（saltatory conduction）。特点
28、： 传导速度快 节能,Review passive transport simple diffusion polarization depolarization threshold threshold poential hyperpolarization facilitated diffusion threshold intensity repolarization primary active transportactive transport excitablity all or none action potential secondary active transport restin
29、g potential saltatory conduction,第三节 细胞的跨膜信号传递功能 化学信息物质（如激素、递质、细胞因子等）通常不需要直接进入靶细胞发挥作用，而是选择性地同靶细胞膜上特异性受体相结合，再通过跨膜信号传递或跨膜信号转导（signal transduction）过程，最后才间接地引起靶细胞产生各种生物学效应。,细胞内主要的跨膜信号转导途径： G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号传递途径 离子通道受体介导的跨膜信号传递途径 酶偶联受体介导的跨膜信号传递途径,一、G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导途径G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导途径是通过膜受体、 G-蛋白、 G-蛋白效应
30、器和第二信使实现的。 （一）参与G-蛋白偶联受体跨膜信号转导的信号分子1. G-蛋白偶联受体G-蛋白偶联受体（G protein linked receptor），也称为促代谢型受体（metabotropic receptor），包括和受体、ACh受体、5-HT受体、嗅觉受体、视紫红质以及多数肽类激素的受体等，约1000余种。这些受体的分子结构属于同一超家族，称为7次跨膜受体（7-transmembrane receptor）。这些受体的分子的膜外侧和跨膜螺旋内部有配体结合的部位，膜内侧有结合G-蛋白的部位，与配体结合后，通过构象变化结合并激活G-蛋白。,2,2.G-蛋白 （1）鸟苷酸结合蛋白
31、（guanine nucleotide-binding protein），也称 G-蛋白（G protein）。它是受体 与效应器酶之间的转导蛋白，是一类需要三磷酸鸟苷 (GTP)激活的、具有信息转导功能的蛋白质家族。 （2）G-蛋白存在于细胞膜上，由、 3个亚基 组成。 （3）各种G-蛋白的差异主要在亚基，它起催化亚基 的作用，所有的亚基同时具有结合三磷酸鸟苷(GTP) 或二磷酸鸟苷(GDP)的能力和GTP酶的活性。它往往 以结合GDP的失活型和结合GTP的激活型两种形式存 在，并能相互转化；、亚基结合紧密，起着调节 亚基的作用。,（4）失活型G-蛋白的亚基是与GDP结合的，当膜外 的信号分
32、子与受体结合后，活化的受体便与亚基结 合 亚基构象变化 与GDP解离 亚基与GTP结合形成激活型G-蛋白其与、亚基及活化的受体分离形成亚基-GTP和、亚基两部分均可激活膜的效应器蛋白使信号向细胞内转导。 （5） 亚基因具有GTP酶的活性能将与其结合的GTP 水解生成GDP 并与GDP和、亚基相继结合再形成失活型G-蛋白终止信号转导。 （6） 激活型G-蛋白和失活型G-蛋白的转换，在信号转导的级联反应中起着分子开关（molecular switch）的作用。,3,3. G-蛋白效应器G-蛋白效应器（G protein effector）主要是指催化生成（或分解）第二信使的酶。G-蛋白效应器酶有：
33、 腺苷酸环化酶（adenylyl cyclase，AC） 磷脂酶C（phospholipase C，PLC） 磷脂酶A2 （ phospholipase A2, PL A2） 鸟苷酸环化酶（guanylyl cyclase， GC） cGMP磷酸二酯酶（phosphodiesterase， PDE）功能：催化生成（或分解）第二信使，促使胞外信号向胞内转导。,第二信使第二信使（second messenger）是指激素、递质、 细胞因子等信号分子（称为第一信使）作用于细胞 膜后产生的细胞内信号分子，它们可把细胞外信号 分子携带的信息转入细胞内。重要的第二信使有： 环一磷酸腺苷（cyclic ad
34、enosine monophosphate，cAMP） 三磷酸肌醇（inositol triphosphate，IP3） 二酰甘油（diacylglycerol ，DG） 环一磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphte，cGMP） Ca2+功能：调节蛋白激酶和离子通道，引发细胞功能改变。,（二）G-蛋白偶联受体信号转导的主要途径现已知道，有100余种配体（指能与受体发生特异 性结合的活性物质），如，NE、E、5-HT、组胺、肽类 激素以及气体分子等，可通过G-蛋白偶联受体进行跨膜 信号转导。主要途径有：1. 受体- G-蛋白-AC途径参与这一途径的G-蛋白是Gs和Gi
35、家族。（1）兴奋性信息物质（配体）+ 受体配体-受体复合物受体活化配体-受体-Gs-蛋白复合物激活AC催化胞内ATP生成cAMP激活PKA（在不同的细胞中， PKA磷酸化的底物蛋白不同，因而其功能也不同）。（2）抑制兴奋性信息物质（配体） + 受体活化的 受体则激活Gi 抑制AC的活性胞内cAMP降低。,2. 受体- G-蛋白-PLC途径配体 + 受体激活Gi 激活磷脂酶C（PLC） 水解二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2） 生成IP3和DG。 （1） IP3与内质网膜上的IP3受体（系化学门控的Ca2+释放通道）结合激活IP3受体内质网释放Ca2+ 胞质内Ca2+浓度升高。 （2） DG 激活胞质内
36、的蛋白激酶C（PKC）。 PKC 和Ca2+再作用于下游的信号蛋白或功能蛋白，实 现细胞内的信号转导。,二、离子通道受体介导的信号转导离子通道受体也称为促离子型受体（ionotropic receptor），受体蛋白本身就是离子通道。包括： （一）化学门控通道（chemically-gated ion channel细胞膜上的N2受体、GABAA受体、甘氨酸受体、谷氨酸受体和5-HT受体均为这类通道。如， N2R与ACh结合发生构象变化和通道开放Na+和K+跨膜流动膜去极化终板电位肌细胞收缩，完成ACh跨膜信号转导。GABAAR与配体结合Cl-通道开放 Cl-内流 IPSP，导致神经元抑制。,
37、（二）电压门控通道（voltage-gated ion channel）电压门控通道的开闭主要受跨膜电位的影响。通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动把信号传递到细胞内部。如，刺激信号膜电位改变 电压门控通道开放 离子跨膜移动 完成信号传递。这类通道的活动主要与动作电位的形成有关，如Na通道、K通道、Ca通道等。 （三）机械门控通道（mechanically-gated ion channel）外来的机械性信号能直接激活细胞膜中的机械门控 通道，最终引起细胞跨膜电位变化，从而完成信号转导。牵张刺激的信号转导就是通过机械门控通道，如在 血管壁、下丘脑渗透压感受器均有这类通道。,三、酶偶联受体介导的信
38、号转导这类受体包括酪氨酸激酶受体、受体丝氨酸/苏氨酸 激酶、受体酪氨酸磷酸酯酶、受体鸟苷酸环化酶等。 （一）酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor，TKR） 又称受体酪氨酸激酶（receptortyrosine kinase，RTK），其分子贯穿于整个细胞膜，在膜外侧有配体结合位点，在膜内侧有酪氨酸激酶的结构域，受体和酶为同一蛋白分子。这类受体一旦被激活，即可引起膜内侧激酶的激活，随即引起一系列磷酸化级联反应，最终导致细胞生理或基因表达的改变。这一通路不需G-蛋白的参与。大部分生长因子（NGF、EGF等）、胰岛素和部分肽类激素都是经这类受体将信号转导至细
39、胞内。由TKR介导的信号通路介导具有广泛的功能，完成细胞增殖与分化、调整细胞代谢等。,（二）鸟苷酸环化酶受体 鸟苷酸环化酶受体（guanylyl cyclase receptor）分子只有一个跨膜螺旋，膜外N端有配体结合位点，膜内C端有鸟苷酸环化酶（ GC ）结构域，一旦配体与受体结合，即激活GC（勿需G-蛋白的参与），使胞质内GTP生成cGMP激活PKG磷酸化底物蛋白，完成 信号转导。心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）就是鸟苷酸环化酶受体的配体。,第四节 骨骼肌的兴奋和收缩 一、神经-肌接头处的兴奋传递运动神经纤维和骨骼肌细胞形成的突触性连接，称为神经
40、-肌接头(neuromuscular junction)。(一) 神经-肌接头的结构1. 接头前膜(为轴突末梢膜)2. 接头间隙(约20 nm)3.接头后膜(肌细胞膜或称终板膜)终板膜的特征： 其为特化后的肌膜，形成许多皱襞； 其上存在烟碱性受体,能与ACh发生特异性结合； 终板膜表面存在大量胆碱酯酶。,(二)、神经-肌接头处的兴奋传递过程,AP到达运动神经末梢 电压门控Ca2+通道开放，Ca2+内流 神经末梢释放大量ACh 经接头间隙弥散 ACh与终板膜上的N-ACh-R 结合离子通道开放 Na+内流（和K+外流） 终板膜产生终板电位(EPP) （局部去极化的电位，约60 mV） 肌细胞膜去
41、极化达阈电位，电压门控通道开放，产生AP,EPP系一种局部电位（local potential）。 其特点是： 具有等级性反应，电位幅度与ACh释放量成正比； 能以电紧张性扩布； 无不应期； 具有总和现象。,Neuromuscular junction 的兴奋传递是1对1的， 因为：一次神经冲动释放的ACh所造成的EPP的 大小，是产生肌细胞AP位所需threshold potential值的34倍，故足可引起肌细胞爆发AP。ACh的降解：胆碱酯酶ACh 胆碱+乙酸,（三）Neuromuscular junction 兴奋传 递的特征：1. 单向性传递；2. 时间延搁；3. 易受环境变化和药物
42、的影响。,(四) 影响neuromuscular junction兴奋传 递的因素1. 影响ACh释放的因素： 动作电位； 细胞外液中Ca、Mg的浓度。2. 影响ACh与受体结合的因素： 箭毒、三碘季铵酚3. 影响胆碱酯酶活性的因素： 有机磷农药,二、骨骼肌细胞的结构特点 骨骼肌细胞的结构特点： 肌原纤维和肌管系统。,(一) 肌原纤维和肌小节1. 肌原纤维的结构特点： 暗带：暗带的长度比较固定，由粗肌丝组成。在暗带中央一段相对透明的区域称H带，其宽度随细肌丝的伸入而减小。H带中央有一条横向的暗线，称M线。它把成束的粗肌丝固定在一定位置上。明带：由细肌丝组成，中央有一条横向的暗线，称为Z线，将明
43、带分为两半。细肌丝由Z线向两侧明带伸出，其游离端伸入暗带，和粗肌丝处于交错的重叠状态。明带的长度可变，在肌肉安静时较长，肌肉受到被动牵拉时变长，收缩时变短。,2.肌小节的组成-肌肉收缩和舒张的最基本单位肌小节（sarcomere）是指相邻两Z线之间的区域，它包含一个位于中间部分的暗带和两侧各12的明带，其长度为1.53.5m，是肌肉收缩和舒张的最基本单位。,(二)肌管系统肌管系统指包饶在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构。由横管系统和纵管系统所组成。1. 横管系统（又称T-系统）是由肌细胞膜从表面横向伸入肌纤维内部而形成。其作用：将肌细胞兴奋时出现在肌膜上的电变化传到肌细胞内部。 2. 纵管系
44、统（肌质网）包绕于肌小节的中央部分，在横管的两侧，管腔出现膨大，称为终末池，其走行方向和肌细胞纵轴平行。纵管系统的作用：通过对Ca的贮存、释放和再摄取，触发肌小节收缩和舒张。3. 三联体 每一个横管和来自两侧的终末池构成复合体，称三联体。其作用：是把横管膜上的电变化和细胞内收缩过程偶联起来的关键部位。,丰富的肌管系统,三、骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联将肌膜电变化的兴奋过程和肌丝滑行的收缩过程联系起来的中介机制，称为兴奋-收缩耦联（excitation-contraction coupling）。耦联因子是Ca，耦联的结构是三联体。Excitation-contraction coupling 过
45、程的3个主要步骤： (一) 兴奋通过横管系统传向肌细胞深部；(二) 三联体把横管膜的电变化转变为终末池释放Ca，并触发肌丝滑行； (三) 肌质网对Ca的回摄。,四、骨骼肌收缩的机制-肌丝滑行学说 (一) 肌丝的分子组成和横桥的运动 1. 粗肌丝: 由肌凝蛋白（亦称肌球蛋白)组成。肌凝蛋白分子尾部朝向M线聚合成束，形成粗肌丝的主干；头部有规则地裸露在M线两侧的粗肌丝主干的表面，形成横桥，是肌凝蛋白分子的活性部分。,2. 细肌丝: 由肌纤蛋白(肌动蛋白)、原肌凝蛋白和肌钙蛋白(原宁蛋白)组成。(1) 肌纤蛋白 其蛋白分子呈球状，它们在细肌丝中拧成双螺旋状，成为细肌丝的主干。(2) 原肌凝蛋白 也呈
46、双股螺旋结构，缠绕在肌纤蛋白双螺旋的“沟壁”上，并与之平行，在肌肉安静时正好处于肌纤蛋白与横桥之间，阻碍横桥和肌纤蛋白的结合。,(3) 肌钙蛋白 以一定的间隔定位于原肌凝蛋白的双螺 旋 结构上,由C、T、I 3个亚单位组成 。,Ca2+通过和肌钙蛋白的结合，诱发横桥和肌纤蛋白之间的相互作用,肌凝蛋白和肌纤蛋白与肌肉的收缩过程直接有关，故合称为肌细胞的收缩蛋白质；原肌凝蛋白和肌钙蛋白只影响和控制收缩蛋白质之间的相互作用，故合称为调节蛋白质。,(二)骨骼肌收缩的动力是横桥拉动肌纤蛋白向肌小节中央滑行肌丝滑行学说（myofilament sliding theory） ,肌肉的缩短是由于肌小节中细肌
47、丝在粗肌丝之间的滑行，即当肌肉收缩时，由Z线发出的细肌丝在粗肌丝横桥的拉动下主动向暗带中央滑动，结果相邻的Z线互相靠近，肌小节长度变短，从而导致肌原纤维以至整条肌纤维和整块肌肉的缩短。, 肌肉的收缩过程 ：肌肉安静时，肌质中的Ca浓度低于10mol/L。当运动神经冲动到达末梢，释放ACh引起肌细胞膜兴奋，经兴奋-收缩偶联终末池释放Ca肌质中的Ca浓度瞬时升至1mol/L肌钙蛋白亚单位C与Ca结合肌钙蛋白分子构变原肌凝蛋白分子构变、移位暴露肌纤蛋白的结合位点，横桥与肌纤蛋白的结合横桥上的ATP酶被激活，ATP分解释放能量，横桥向M线方向扭动细肌丝向肌小节中央滑行肌肉缩短（横桥周期）。,(三) 肌
48、肉的舒张当肌质网把Ca泵入肌质网腔，肌质中Ca浓度降低时(低于10mol/L) Ca与肌钙蛋白亚单位C分离肌钙蛋白和原肌凝蛋白恢复原先的构型原肌凝蛋白再次掩盖肌纤蛋白上的活性位点，阻止横桥与肌纤蛋白的相互作用细肌丝回位肌肉舒张。 ,横桥的作用： 在一定Ca浓度下，可以和肌纤蛋白分子发生可逆性结合，拉动细肌丝向暗带中央滑行，继而与肌纤蛋白解离、复位。 具有ATP酶的作用，可以分解ATP而获得能量，为横桥滑行供能。在整个肌肉收缩和舒张过程中，Ca起着关键性的偶联作用。,五、肌肉收缩的形式及其影响因素骨骼肌的收缩可表现为肌肉长度或张力的变化，其收缩形式取决于： 前负荷（preload）是指肌肉收缩前所承受的负荷，使肌肉在收缩前就处于被拉长状态，使它具有一定的长度，这称为初长度（initial length）。后负荷（after-load）是指肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。,
