第三章 细胞的生物电现象

第三章细胞的生物电现象第一节细胞的跨膜信号转导第二节细胞的生物电现象与兴奋性第三节骨骼肌的收缩离子通道偶联的受体G-蛋白偶联的受体与酶耦联的受体第一节细胞表面受体介导的信号跨膜转导一、细胞跨膜信号转导的概念信号:含有信息内容的一种物质或刺激人体内的信号:存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质,或机械的、电的、电磁波等刺激信号的类型化学信号激素,递质,细胞因子机械信号声音电磁信号光电信号电流跨膜信号转导

(transmembranetranduction)外界信号细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子构象改变胞内信号分子变化引起相应的效应

二、细胞跨膜信号转导的方式G蛋白耦联受体介导信号转导酶耦联受体介导的信号转导离子通道介导的信号转导三、G蛋白耦联受体介导的

信号转导

（signaltransductionmediatedbyGprotein-linkedreceptor)1.Gprotein-linkedreceptor位于细胞膜、具有特意地识别和解和外来化学信号的功能蛋白质2.Gprotein(GTPbindingprotein)位于受体与效应器之间G蛋白的工作原理3.Gproteineffector:Adenylatecyclase,ACPhospholipaseC,PLCPhospholipaseA2,PLA2Ionchannel4.secondmessengerDefinition:是细胞外信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子。细胞外信号分子称firstmessenger,细胞内的信号分子则称为secondmessenger.Types:

环磷酸腺苷(cAMP)、

环磷酸鸟苷(cGMP)

三磷酸肌醇（IP3）

二酰甘油(DG)Ca2+5.Proteinkinase分类：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶另一分类：

cAMP-dependentproteinkinase,PKACalcium-dependentproteinkinase,PKC6.cAMP-PKApathway

GsreceptorLigandACATPcAMP5’-AMPPDEPKA蛋白激酶A7.IP3-Ca2+/DG-PKCpathwayPIP2GqreceptorLigandPLCIP3DGPKC四、酶耦联受体介导的信号转导1.具有酪氨酸激酶的受体特点：酶与受体是同一膜蛋白这类受体一般只有一个α-螺旋，膜外侧肽链有与配体结合位点，膜内侧肽链有蛋白激酶的活性。2.结合酪氨酸激酶的受体特点：受体本身没有酶的活性，当它与配体结合后，就可与酪氨酸激酶结合，并激活酪氨酸激酶促红细胞生成素生长激素催乳素3.具有鸟苷酸环化酶的受体特点：只有一个跨膜α-螺旋，膜外侧肽链（N端）有与配体结合位点，而膜内侧肽链（C端）有鸟苷酸环化酶（guanylylcyclase,GC），受体GC信号转导过程

GTPcGMPPKG配体ANP心房钠尿肽五、离子通道介导的信号转导信号转导过程信号胞膜上的通道蛋白离子通道打开或关闭离子跨膜流动膜电位变化（去极化、超极化）细胞功能改变

1.化学信号—化学门控离子通道

神经突触谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸神经肌肉接头乙酰胆硷运动神经末梢AchAch门控通道蛋白（a亚单位）通道开放大量Na+流入胞内胞膜去极化产生终板电位完成化学信号向生物电信号的转换

2电信号—电压门控离子通道

刺激细胞膜电位的变化电压门控离子通道开放或关闭离子内流或外流新信号形成3机械信号-机械门控离子通道机械信号（声）耳蜗毛细胞纤毛弯曲毛细胞上机械门控离子通道开放离子跨膜流动耳蜗微音器电位离子通道型受体

离子通道型受体是一类自身为离子通道的受体，即配体门通道（ligand-gatedchannel）。主要存在于神经、肌肉等可兴奋细胞，其信号分子为神经递质。神经递质通过与受体的结合而改变通道蛋白的构象，导致离子通道的开启或关闭，改变质膜的离子通透性，在瞬间将胞外化学信号转换为电信号，继而改变突触后细胞的兴奋性。如：乙酰胆碱受体以三种构象存在，两分子乙酰胆碱的结合可以使之处于通道开放构象，但该受体处于通道开放构象状态的时限仍十分短暂，在几十毫微秒内又回到关闭状态。然后乙酰胆碱与之解离，受体则恢复到初始状态，做好重新接受配体的准备。离子通道型受体分为阳离子通道，如乙酰胆碱、谷氨酸和五羟色胺的受体，和阴离子通道，如甘氨酸和γ－氨基丁酸的受体。生物电现象是以细胞为单位产生的，以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和离子的选择性跨膜转运为基础。

细胞膜的生物电现象主要有两种表现形式，即安静时的静息电位和受刺激时产生的膜电位的改变（包括局部电位和动作电位）。

第二节细胞的生物电现象一、静息电位（restingpotential）

细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。极化：静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态称为膜的极化。

超极化：当静息时膜内外电位差的数值向膜内负值加大的方向变化时,RP由-70→-90mV，称为膜的超极化。

去极化（除极化）：与超极化相反，膜内电位向负值减少的方向变化,RP由-70→-50mV。

复极化：细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复，则称为复极化。

动作电位：可兴奋细胞兴奋时细胞内产生的可扩布的电位变化过程。

“全或无”现象：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的现象。静息电位的测量（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。

（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。

（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。静息电位形成的原理

（1）

细胞膜内、外的离子浓度差

枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度离子胞浆（mmol/L）细胞外液（mmol/L）平衡电位（mV）K+

40020-75Na+

50440+55Cl-

52560-60A-

385--（2）细胞膜对离子的选择通透性和K+平衡电位K+外流量与回收（回到胞内）的量达到了动态平衡，K+的跨膜净移动为零，此时膜两侧电位差就稳定在某一不再增大的数值，即静息电位。因其是K+移动达到平衡时的膜电位，又可称作K+平衡电位。

静息电位的维持机制钠泵（sodiumpump）的活动维持了安静时细胞内外的离子平衡：引起细胞膜上钠泵活动的因素是细胞内Na+的增加和细胞外K+的升高。只要细胞内外的Na+、K+平衡稍有变化，Na+泵就被激活，在泵出胞内多余的Na+的同时，将胞外

多余

的K+泵回，从而维持了细胞内外正常的离子浓度梯度。

二、动作电位及其形成机制

1.动作电位（actionpotential,AP）：指膜受刺激后在原有的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。

2.动作电位形成的原理

AP的峰出现超射，即膜电位由静息时的内负外正转变成内正外负，AP的形成不是单纯由于膜对K+通透性发生改变（如仅对K+不再通透，膜电位至多能达到零电位水平），而是受刺激时膜对Na+产生通透的结果。而AP的复极化过程是由于膜重新对K+通透造成的。3.动作电位的特点

动作电位刺激强度不随刺激强度增强而增强

动作电位的传导是不衰减的

相继产生的动作电位不能发生重合失活门激活门4.细胞产生动作电位时的兴奋性变化兴奋性阈电位锋电位负后电位正后电位（超极化）低常期绝对不应期相对不应期超常期0.5-231270ms三、动作电位的引起和传导

刺激引起细胞膜去极化，可以使电压门控Na+、K+通道开放，从而产生动作电位（actionpotential,AP)。但并不是任何强度的刺激都可使细胞产生AP。（一）去极化与Na+内流的正反馈

当细胞膜受到刺激去极化时，膜上电压门控Na+通道开放，其开放的数量可随膜去极化幅度的增加而增加。Na+通道开放使Na+内流增加，又导致膜的进一步去极化，从而使更多的Na+通道开放。

去极化与Na+内流示意图（二）阈电位与动作电位的引起

细胞受到刺激时，细胞膜发生去极化，即膜电位值升高。当膜电位值达到阈电位（Thresholdpotential）水平时，动作电位才能被触发。所谓阈电位，即指恰好能使膜的去极化与Na+内流之间形成正反馈的临界膜电位值。（三）局部电位与膜的兴奋性

阈下刺激引起的膜局部去极化电位（未达到阈电位的膜电位）称为局部电位（Localpotential）。阈下刺激引起膜的去极化，膜上少量Na+通道开放，Na+内流形成局部电位。

（四）动作电位的传导及其原理

只要细胞膜上的某一位点受到刺激产生AP，这个AP就会沿着细胞膜向周围传播，使整个细胞的膜都经历一次类似于受刺激部位的离子电导的改变，表现为AP沿整个细胞膜的传导（五）影响动作电位传导速度的因素

神经纤维的传导速度很快，但不同神经纤维的传导速度有所不同。人体一些较粗的有髓神经纤维，传导速度可达120米/秒，而某些较细的无髓纤维的传导速度甚至不超过1米/秒。影响动作电位传导速度的因素有：

1．轴突直径2．动作电位去极化的幅度3．髓鞘

脊椎动物的许多神经纤维都包有髓鞘，这是AP传导速度增加的重要原因，比单纯增加纤维的直径更有效。髓鞘是沿细胞膜间断排列的，每隔一段髓鞘就有一个无髓鞘的朗飞氏结（Ranvier'snode）存在。由于髓鞘具有高电阻低电容的特性，产生AP的结区，只能与相邻的结区形成局部电流，而仅有很少的电流能从髓鞘漏过。AP只在结区处产生，就好象AP由一个结区跳到另一个结区。因此，有髓神经纤维上AP的传导是跳跃式传导。

四、神经信息传递的特点和神经干的动作电位

由于单根神经纤维的AP是“全或无”的，因此，在传导信息时，信息的强弱不可能以AP的幅度表示，只能表现为AP的频率不同。第三节细胞间生理功能的联系

一、细胞间信息的传递

细胞间信息传递的方式主要有两种：

①通过细胞间的缝隙连接，允许无机离子和水溶性小分子物质的沟通，如电传递；

②通过细胞产生的化学信号分子传递信息，即化学传递。

（二）细胞间的化学传递1.化学信号分子

细胞分泌的化学信号分子通过与“靶”细胞的受体结合，改变受体的性质来传递信息。划分为两类：

亲脂性信号分子（甾类激素、甲状腺素等）

亲水性信号分子（大多数激素、神经递质、细胞因子等）。2.激素的分泌和远距离传递3.激素的旁分泌和自分泌作用4.神经内分泌细胞的神经分泌激素远距离分泌和作用旁分泌5.神经突触的信息传递

每一神经元的轴突末梢仅与其它神经元的胞体或突起相接触，此接触部位称为突触。神经元间的信息传递是通过突触实现的。每