细胞的物质转运与细胞生物电现象培训课件

※二、细胞的膜跨物质转运功能膜蛋白介导的跨膜转运不依赖膜蛋白的跨膜转运单纯扩散易化扩散主动转运载体运输通道运输原发性继发性膜泡运输——入胞和出胞借助膜的通道蛋白借助膜的载体蛋白1※（一）单纯扩散(simplediffusion)脂溶性（疏水性）的小分子物质，如氧气、二氧化碳、氮气、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水等。高浓度低浓度水的分子极小，也能通过单纯扩散通过细胞膜，但也能通过水通道进行易化扩散。2※（二）易化扩散

(facilitateddiffusion)※非脂溶性的小分子物质或带电离子，如葡萄糖、氨基酸、各种电解质离子（如Na+、K+）等。高浓度低浓度膜蛋白※易化扩散（分类）经通道易化扩散（通道运输）经载体易化扩散（载体运输）31.经通道易化扩散※带电离子借助膜上通道蛋白（离子、化学、电压等）来转运的易化扩散，如Na+离子通道、K+离子通道、N2型乙酰胆碱受体通道等物质转运。※特点：①离子选择性；②门控特性（即“开”或“关”特性）。③顺浓度差转运，且速度极快（比载体易化扩散还快）。※基本特征4通道易化扩散5离子通道的主要分类（1）电压门控通道由细胞膜电位改变来调控通道开关的离子通道称为电压门控通道。Na+通道,由α、β1、β2三个亚单位组成，其中是形成孔道的单位。6N2型Ach受体通道：激活后引起Na+、K+、Ca2+通透↑（以Na+为主），但对Cl-没有通透性。离子通道的主要分类（2）化学门控通道由细胞膜内、外化学物质来调控通道开关的离子通道称为化学门控通道。7离子通道的主要分类（3）机械门控通道是指由机械刺激来调控通道开关的离子通道称为机械门控通道。如触觉神经末梢、听毛细胞膜存在有此类离子通道。8※借助膜上载体蛋白来转运的易化扩散，如葡萄糖转运载体、氨基酸转运等完成的转运。2.经载体易化扩散※特点：①顺浓度差转运，速度很快(比单纯扩散快)；②化学结构特异性；③饱和现象；④竞争性抑制。※主要特征9※（三）主动转运(activetransport)高浓度膜蛋白（生物泵和/或载体）低浓度耗能量小分子的物质通过直接或间接消耗细胞内能量※特点：①耗能；②逆电-化学梯度差进行。※分类：①原发性主动转运②继发性主动转运10（1）原发性主动转运

(primaryactivetransport)※是指直接利用细胞代谢产生的能量（ATP）来完成主动转运过程。如各种生物泵完成的转运。钠-钾泵活动→3个Na+的泵出，2个细胞外K+的泵入(由离子泵介导的离子转运)。11（2）继发性主动转运

(secondaryactivetransport)※是指借助某种物质顺电-化学梯度转运过程提供的能量来完成的主动转运过程。如葡萄糖由肠腔进入到肠上皮细胞的过程。其是细胞膜上的葡萄转运载体借助Na+顺浓度差转运过程提供的势能来完成葡萄糖逆浓度转运，而Na+浓度差是靠钠泵来维持的。因此葡萄糖逆浓度转运其实是间接消耗钠泵的ATP能量来完成。12继发性主动转运（果糖的转运需要H+）13原发性主动转运继发性主动转运转运方向低浓度向高浓度转运同左膜蛋白质生物泵转运体+生物泵转运介质生物泵转运体能量来源生物泵，如钠泵生物泵，如钠泵举例钠泵、钙泵、质子泵活动发生的离子转运等小肠对GS和AA的吸收，碘被甲状腺细胞摄取等14※钠-钾泵(sodium-potassiumpump)★钠泵的概念：钠泵：是指细胞膜上一种由α和β两个亚基组成二聚体蛋白质，其活动时把细胞内Na+泵出，K+泵入细胞内。钠泵是钠-钾泵的简称，其本质是钠-钾依赖式ATP酶。15钠泵的作用※作用：①主要是每消耗1个ATP，就泵出3个Na+，泵入2个K+；②具有ATP酶的活性。

激活条件：当细胞内高Na+或细胞外高K+时被激活，且呈正变性改变。钠泵特异性抑制剂：哇巴因。16★钠-钾泵活动的意义①造成细胞内高K+低Na+

状态，使K+、Na+在细胞内外保持浓度差，建立起一种势能的贮备，这是物质代谢所必需的，也是细胞生物电活动的基础。（主要）②将多余Na+逐出细胞外，维持细胞质渗透压和细胞容积的相对稳定，从而维持细胞正常形态。③为继发性主动转运提供势能，如驱动Na+-H+、Na+-Ca2+交换等提供动力，对维持细胞内pH和Ca2

+稳定有重要意义。④使膜电位负值增大。钠泵活动为生电性，钠泵活动增强，膜内外K+浓度差增大，使静息电位负值增大。17区别点被动转运主动转运单纯扩散易化扩散原发性继发性转运方向顺电-化学梯度逆电-化学梯度转运动力转运物质本身的电-化学梯度的势能ATP另一物质的电-化学梯度势能结果膜两侧物质分布平衡差距更大直接参与的膜蛋白无载体或离子通道生物泵转运体被动转运和主动转运的区别18（四）膜泡运输概念：大分子或颗粒物质，由膜包围形成囊泡，经膜包裹、膜融合和膜断离等一系列过程完成的转运方式。特点：主动，耗能，复杂，需大量蛋白质和大面积细胞膜共同参与。分类：出胞和入胞。出胞入胞入胞：以囊包形式进入细胞。出胞：以囊包形式跑出细胞。19三、细胞的跨膜信号转导方式细胞的信号转导方式：（1）跨膜信号转导方式：①离子通道型受体介导的信号传导；②G蛋白耦联受体介导的信号传导；③酶联型受体介导的信号传导。④招募型受体介导的信号传导。（2）核受体介导的信号传导方式。20跨膜信号转导

(transmembranesignaltransduction)外界信号细胞膜细胞膜特殊蛋白质结构改变膜离子转运或膜内酶活性改变细胞电活动及其功能改变21常见跨膜信号转导主要方式：（1）离子通道型受体介导的信号传导（2）G蛋白耦联受体介导的信号传导（3）酶联型受体介导的信号传导（4）招募型受体介导的信号传导22化学、电、机械等刺激引起细胞膜上离子通道开或关膜电位发生改变细胞膜对离子通透性改变引发细胞生物效应（一）离子通道受体介导的信号转导23（二）G-蛋白耦联受体介导的信号转导化学信号细胞膜受体膜效应器酶被活化细胞膜内G-蛋白第二信使↑（细胞内）细胞产生生物效应24第二信使（secondmessenger）※（1）第二信使的概念：是指激素等化学信号分子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。※（2）目前比较重要的第二信使：

cAMP、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG）、cGMP、Ca2+、花生四烯酸（AA）及其代谢产物（如前列腺素（PG））、一氧化氮（NO）等。25（三）酶联型受体介导的信号转导受体共同特征：受体为一个贯穿整个细胞膜的α螺旋结构，分胞外段、跨膜区和胞内段。当胞外段与配体结合，通过跨膜区变构作用，使胞内段含酶基团激活，引起细胞内蛋白质磷酸化而发挥生物效应。如酪氨酸蛋白激酶受体的特征：在胞内段含酪氨酸蛋白激酶结构域。N-端C-端26酶联型受体介导信号转导的途径27（四）招募型受体介导的信号传导

(补充)招募型受体特征：结构类似酶耦联型受体，但是胞内段没有任何酶的活性结构域，不能直接激活蛋白酶类，但可招募相关的蛋白激酶或转接蛋白。如细胞因子等信号转导。28四、细胞的生物电现象与临床应用主要内容：1.静息电位、动作电位的概念、特点。2.神经纤维、心室肌细胞、窦房结P细胞动作电位产生的离子机制。3.阈电位及其与动作电位的产生。4.动作电位在同一细胞上传导。4.局部电位的概念、特点、产生机制。5.组织细胞的兴奋性及其兴奋后的兴奋性变化。29（一）细胞的生物电现象细胞内记录

细胞外记录30※细胞生物电的主要表现形式①细胞处于静息（不受刺激）时的膜电位：静息电位(restingpotential，RP)②细胞受到刺激时的膜电位变化：动作电位

(actionpotential，AP)311.静息电位（1）静息电位的概念与测定※静息电位（RP）：是指细胞未受刺激（安静）时，存在于细胞膜两侧的电位差。绝大多数的RP为负电位，通常所说的RP增大，是指RP向负值方向增大，即相当于RP的绝对值增大。多数RP数值一般在-10~-100mV之间。如红细胞RP为-10mV；平滑肌细胞的RP为-50~60mV；神经细胞RP：-70mV；骨骼肌、心室肌细胞RP：-90mV。32（2）静息电位的产生机制※静息电位产生的基本条件：①细胞内、外各种离子浓度并不均等，细胞内处于高K+低Na+状态（由钠泵来维持），这是形成细胞生物电的基础。（因为离子形成浓度差是引起发生离子跨膜易化扩散的动力）。（动力条件）②在不同状态下，细胞膜本身对各种离子的通透性不同。静息状态下膜主要对K+通透性↑。（前提条件）33表2-1细胞内液和细胞外液中主要离子的浓度和电位（T=37℃）组织离子胞外(mmol/L)胞内(mmol／L)胞外／胞内浓度比离子流动趋势计算得离子平衡电位(mV)实测得静息电位(mV)枪乌鲗大神经-60Na+440508.8:1向内流+58K+204001:20向外流-80Cl-5605210.8:1向内流-64有机负离子385哺乳动物骨骼肌-80Na+1451212.1:1向内流+67K+4.51551:34.5向外流-95Cl-1164.228:1向内流-89有机负离子15534※静息电位产生的机制①静息电位的产生主要是K+外流引起的。静息电位主要是K+外流达到平衡时，在膜内、外两侧形成一薄层的电位差。因此静息电位≈K+的平衡电位。②Na+内流也参与，但起作用小。35（3）静息电位实测值低于K+平衡电位的原因①在静息状态下也有Na+通过钾漏通道等漏入细胞内，约为K+外流的1/50～1/100。②少量Na+内流，可抵消由K+外流形成的膜内负电位。Em＝Ek×PkPk＋PNa＋ENa×Pk＋PNaPNaEm—静息电位；Ek、ENa—分别为K+、Na+平衡电位；Pk、PNa—分别为K+、Na+的通透性。36※（4）影响静息电位的因素①细胞外液K+浓度改变：细胞膜外K+浓度升高（如高血钾），膜内、外K+浓度差减少，K+外流减少，形成的静息电位就减少，细胞更容易兴奋。②细胞膜对K+、Na+的通透性大小（影响最显著）：细胞膜对K+通透性越大，K+外流增多，则静息电位增大。静息时细胞膜对Na+的通透性变大，Na+内流增多，更多地抵消由K+外流形成膜内负电位，则静息电位减少。③钠-钾泵活动水平（影响很小，在神经纤维影响不到5%）：钠-钾泵活动相当于把一个净正电荷移出膜外，增强了K+外流的作用，使静息电位增大。当钠-钾泵活动下降（如缺氧等造成ATP供应不足），细胞膜内外离子浓度差减少，则静息电位减少。如果钠-钾泵失去活动（细胞死亡），则细胞膜内外不存在电位差。372.动作电位（AP）（1）动作电位的概念及其波形演变※AP概念：是指可兴奋细胞受到刺激时，在静息电位基础上发生一个快速的、可远处传播的膜电位波动。注意：AP是一个连续的膜电位变化过程，而RP是一个相对静止的膜电位固定值。※AP波形演变：由锋电位和后电位组成，其中锋电位是AP的主要成分，只要记录到锋电位就说明AP已经发生。38※（2）动作电位的特点①有“全或无”现象。这是因为动作电位幅度是由膜电位大小、Na+通道开放速率和概率、Na+电流间的正反馈过程决定的，外界刺激只是相当于“点燃”作用。AP幅度与刺激强度无关。②可传播性传导，或不衰减性传导。因为要么不产生，而动作电位一旦产生就达到最大幅度。③脉冲式传导，不会发生时间上或空间的总和。因为在传导过程中动作电位幅度始终不变。两个重要特性39（3）动作电位的产生条件★当细胞受到刺激，首先引起少量Na+通道开放，使膜静息电位减少；当膜静息电位减少，达到某一电位水平（阈电位）时才引起电压依从式Na+通道大量开放，从而产生动作电位。※阈电位（thresholdpotential)：是指能使膜对Na+通道突然大量开放而爆发动作电位的临界膜电位数值。（即能诱发动作电位去极化的临界电位值。）40※

（4）动作电位的产生机制描述膜两侧电荷分布的术语。

41A、神经纤维动作电位产生机制当细胞受到刺激时，引起膜少量Na+通道开放，Na+内流，膜内电位上升，导致膜去极化。当膜内电位上升达到一定水平时（阈电位水平），引起膜电压门控式Na+通道大量开放，Na+内流明显超过K+外流，引起膜迅速去极化，甚至产生反极化；这就是锋电位的上升支。当膜电位上升而发生反极化时，Na+通道关闭，这时K+外流增加，使膜电位下降，形成锋电位的下降支；随后因K+外流堆集于膜外侧，影响K+进一步外流，K+外流缓慢，形成负后电位。此时因上述离子转运过程中导致细胞内Na+浓度增高，细胞外K+浓度增多，激活钠-钾泵，把细胞内多余的Na+泵出细胞外，细胞外K+浓度泵入细胞内，这过程是生电性的，引起细胞电位出现微小的波动，形成了正后电位。42※神经纤维动作电位产生的主要离子机制①去极化时相：（通过正反馈过程引起）以Na+快速内流（为电压依从式Na+通道开放所致）为主。②复极化时相：K+外流增加。③后电位：

膜外大量堆积K+，阻止K+外流（产生负后电位）；以及在钠泵的作用下，泵出3个Na+和泵入2个K+

（产生正后电位）。AP的超射值≈Na+平衡电位。4344B.心室肌细胞的动作电位时程：200～300ms，时程很长。分为（1）去极化过程：即0期，1～2mS。（2）复极化过程：最复杂，且占时间较长；又分四个时期：①1期：又称快速复极初期，10mS。②2期：又称平台期（缓慢复极期），膜电位基本为零，且占时间最长，100～150mS，是心肌细胞AP的特征（时程很长的主要原因），也是区别于神经、骨骼肌AP的主要特征。③3期：又称快速复极末期，100～150mS。④4期：又称静息期。45心室肌细胞与骨骼肌、神经细胞AP的比较神经细胞心室肌细胞窦房结细胞（心室肌、骨骼肌细胞的阈电位-70mV；神经细胞阈的电位-55mV。）心室肌细胞与骨骼肌细胞AP的比较，具有如下主要特征：①持续时间长（时程长）；②复极过程复杂；③AP升降支不对称。46不同的心肌细胞动作电位波形与机制也不一样（1）心房肌细胞：与心室肌细胞相似，但时程短，复极快，复极2期不明显。（2）房室结：与窦房结P细胞相似，但4期自动去极慢。（3）浦肯野细胞：与心室肌细胞相似，但4期能自动去极化。47心室肌细胞AP与膜离子电流快钠通道L-钙通道慢钠通道瞬时钾通道延迟整流钾通道内向整流钾通道直线为离子电流记录。电流方向：直线下方为内向电流；直线上方为外向电流。48※心室肌AP主要离子机制①0期：大量Na+快速内流。②1期：以K+为主的一过性外向电流。③2期：Ca2+内流和K+外流达到平衡。④3期：大量K+外流。⑤4期：钠泵、钠-钙交换、钙泵等活动。

钠-钙交换：可引起3个Na+移入细胞，一个Ca2+移出细胞，形成了内向电流，电流标志：INa-ca。49心室肌细胞AP各波段及其对应主要离子流动50心室肌细胞AP各波段及其对应主要离子通道活动51C、窦房结P细胞动作电位的形成机制※窦房结P细胞AP特征：①最大复极电位低于心室肌的静息电位；②0期去极化速度慢、幅度小，超射极小；③无明显的1期和2期(因为没有Ito通道)；④4期能缓慢自动去极化。（这是自律性细胞的主要特征）

最大复极电位：是指自律性细胞AP在3期复极末达到的最大极化状态时的电位。52※窦房结P细胞AP产生离子机制窦房结P细胞阈电位约：-40mV。（1）0期：主要是以Ca2+内流为主的内向电流（Ica-L）引起。（Ca2+内流为L型慢Ca2+通道缓慢开放所致，此通道可被Mn2+和异搏定（维拉帕米）等阻断）。（2）3期：主要是K+外流（主要是Ik通道）引起的结果。53（3）4期：由外向电流减弱与内向电流增强两方面共同引起。①外向电流减弱（是主要因素）：主要是K+外流（主要是IK通道）的进行性衰减所致。（于AP复极达时-50mV开始发生）②内向电流增强（仅是主要因素的1/6）：A.Na+内流（主要是If通道）逐渐增强也有关。B.Ca2+内流（由T型慢Ca2+通道（Ica-T）激活引起），当自动去极化达-50mV时发生。C.钠-钙交换电流（INa-ca）：于自动去极化后1/3期间发生。54（5）动作电位的传播传导方式：局部电流电流的流动方向：在膜外侧，电流方向是由未兴奋点向己兴奋点；在膜内侧，电流方向是由已兴奋点向未兴奋点。55AP在有髓神经纤维上传导同样以局部电流方式，但因在朗飞结处钠通道密集，易发生AP；另外在髓鞘区有多层细胞膜，使膜电位在此外不易去极化达到阈电位水平，因此AP在有髓神经纤维上在传导只能在两个朗飞结之间进行，呈跳跃式传导，这种传导速度很快。563.局部电位（局部兴奋）★（1）概念：刺激引起细胞膜少量Na+通道开放，使膜静息电位发生少量去极化，但还没有达到阈电位水平，不能爆发AP，此时在细胞膜局部出现一个较小的去极化电位波动，称为局部电位（局部兴奋）。57★（2）局部兴奋特点①具有等级性电位（即没有“全或无”式的现象，局部反应可随刺激强度增强而增大。②电位幅度小，且呈衰减性传导（呈电紧张性扩布）。③没有不应期，且电位可发生融合（即在时间上和空间上可发生总和效应）。58※局部反应与AP的区别区别点局部反应动作电位刺激强度阈下刺激阈(上)刺激钠通道开放少量大量膜电位变化＜阈电位≥阈电位不应期无有特点“全或无”现象没有，随刺激强度变化有总和效应有无传播衰减性不衰减，可以远传594.兴奋性及其变化★细胞对刺激后发生动作电位的过程称为兴奋。受刺激后能产生动作电位的细胞称为可兴奋细胞，如神经细胞、肌细胞、腺体细胞等。※兴奋性(excitability)的概念：指机体感受刺激所产生反应的特性或能力。（兴奋性是指细胞在受到刺激时产生动作电位的能力。）60★细胞兴奋后兴奋过程中的变化1.绝对不应期（ARP）：此时钠通道失活，兴奋性=0。绝对不应期长短决定了组织两次之间的最短时间间隔。2.相对不应期（RRP）：兴奋性＜正常。3.超常期（SNP）：兴奋性＞正常。4.低常期：兴奋性＜正常。61※心肌兴奋性的周期性变化（2）相对不应期（RRP）（-60mV～-80mV）兴奋性↓，因为Na+通道复活还没有达静息水平。（3）超常期（SNP）（-80mV～-90mV）兴奋性↑因为Na+通道完全复活，而膜电位绝对值低于RP（1）绝对不应期（ARP）和有效不应期（ERP）：有效不应期=绝对不应期+局部反应期（-55mV～-60mV）兴奋性=0，因为Na+通道完全失活或仅少量复活。62（二）细胞生物电在临床医学的应用

1.体表心电图※心电图(electrocardiogram,ECG)的概念：心脏活动时产生的心电变化，通过组织和体液的传导到达体表。用测量电极放置体表一定部位，记录到的心电活动变化波形，称心电图。63※主要波段三个波：两个间隙：两个段：------P波、QRS波、T波---PR间期、QT间期---