细胞生理

（二）动作电位(action potential AP) 1.概 念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息
电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩 布的电位波动称为动作电位。
2.AP实验现象：
2.动作电位的图形
上升支 峰电位 下降支
锋电位和后电位

后电位：锋电位下降支最 后恢复到RP水平以前，一 种时间较长、波动较小的 电位变化过程。



小结

1.单纯扩散与易化扩散都是属于被动转运 即：顺电化学梯度，不耗能 2.扩散最终可能达到的平衡点是膜两侧电化学 差为零。（事实上绝对的零是达不到的）。

(二)主动转运(active transport)
•
概念：指细胞通过本身某种耗能过程，将某种物质由
膜的低浓度一侧向高浓度一侧转运的过程
（三）动作电位的产生机制

2. Na+通道激活而开放的结果：
Na＋ Na＋
形成AP上升支
Na＋
（三）动作电位的产生机制
AP达到峰值后 （大量Na内流）

内正外负
吸引K外流
K+ k+ k+ k+ k+
++++++

k+ k+ k+
AP下降支 （复极化）

2.AP的产生机制:
AP上升支
AP下降支
•
特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； ②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；-离子
泵 ③是逆电-化学梯度进行的。
分类
①原发性主动转运（简称：泵转运）； 如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等 ②继发性主动转运（简称：联合转运）；
③入胞和出胞式转运。
1.泵转运——Na+-K+泵
4、细胞膜的脂质双分子层是( A ) A.细胞内容物和细胞环境间的屏障 B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户 C.离子进出细胞的通道 D.受体的主要成分 E.抗原物质
5、葡萄糖进入红细胞膜是属于( C ) A.单纯扩散 B.主动转运 C.易化扩散 D.入胞作用 E.吞饮
Pyhsiology
第三节:

O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、 类固醇类激素 等少数几种。
2.易化扩散(facilitated diffusion)
(1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度较小的物质,
需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向
低浓度一侧移动的过程。
(2)特点 a、非脂溶性或脂溶解度较小的物质 b、不耗能（被动转运），顺电化学梯度 c、必须特殊蛋白质参与 d、结构和功能受膜内外影响较大
K
＋
K＋
3. 静息电位形成的机制
动力: 浓度差
K+外流
阻力：电场力
K+
K+ K+ K+ K+
K+
3. 静息电位形成的机制
随着K+外流的进行
动力（浓度差）将 阻力（电场力）将
K＋
＋ K
K＋
＋ ＋＋ ＋＋
K＋
动 力
＝
阻 力
―――――
内负外正
K＋－电化学平衡电位
4.实验证据
K通道 阻断剂
① 用四乙铵处理细胞膜，RP变小甚至消失
通道的分类及特点


电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道 特点:
A. 通道处于何种机能状态取决于通道蛋白的分子构象 状态:激活(开放)\备用\失活 B. 通道的开关受膜电位和某些化学信号的影响 (电压依赖性) (化学依赖性) C. 具有一定的特异性. (K通道、Na通道等） D. 开关易被某些工具药所阻断
学习纲要
如何证明RP？
证据
RP是如何形成的？
机制
RP表现如何？
现象
什么是RP？
概念
1.概 念
静息电位: 在安静状态下存在于细胞膜 内外两侧的电位差 ＋＋＋＋＋＋ －－－－－－
极化: 静息时膜内为负、膜外为正的状态
2.实验现象
记录电极
参考电极
细胞跨膜电位的记录


1936 年，生物学家 Young JZ 发现了头足类 软体动物枪乌鲗的巨大神经轴突，其直径可达 1mm 。这与最大直径不超过 20μm 的脊椎动 物神经纤维相比，无疑是研究跨膜电位的绝好 材料。 1939 年，英国生理学家 Hodgkin AL 和 Huxley AF 将直径为 0.1mm ，内部充满海水 的毛细玻璃管纵向插入枪乌鲗大神经轴突（直 径 0.5mm ）的断端，作为细胞内电极，而将 另一电极置于浸泡细胞的海水中，于是在毛细 管尖端和细胞外电极之间记录到约 60mV 的 电位差，胞 质 为负。
入胞: 指细胞外的大分子物质或团块进入 细胞的过程。
分 为：吞噬=转运物质为固体; 吞饮=转运物质为液体。
出胞：
粗面内质网合成蛋白性分泌物 高尔基复合体
膜性结构包被=分泌囊泡
囊泡向质膜内侧移动 囊泡膜与质膜的某点接触并融合 融合处出现裂口 分泌物排出 囊泡的膜成为细胞膜的组成部分
入胞:
细胞膜上的受体对物质的“辨认”

包括： 负后电位=去极化后电位， 正后电位=超去极化后电 位。
4.动作电位的特征：
①具有“全或无”的现象
②是非衰减式传导的电位。
③ 脉冲式 （连续刺激不融合）
（三）动作电位的产生机制
1.AP产生的基本条件:
①膜内外存在[Na+]差:[Na+]i＞[Na+]O ≈ 1∶10； ②膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性Na+通道激活而开放。
(3)分类:
① 经载体的易化扩散
(渡船载人)
②经通道的易化扩散
(开关门)
（1）经载体的易化扩散
(载体蛋白)
经载体的易化扩散
转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质
（1）经载体的易化扩散

(载体蛋白)
葡萄糖转运体 GLUT1, GLUT4
（1）经载体的易化扩散

(载体蛋白)
Na+-K+泵又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵。
当 [Na+]i↑ [K+ ]o↑ 时 ， 都可被激活， ATP 分 解 产 生 能量，将胞内 的 3 个 Na+ 移至 胞外和将胞外 的 2 个 K+ 移 入 胞内。
通道转运与钠-钾泵转运模式图
钠-钾泵: 当[Na+]i↑/[K+]o↑激活
较高的结构特异性 饱和现象 竞争性抑制。
结构特异性


饱和现象
2.经通道的易化扩散（channel transport)

离子通道：是一类贯穿脂质双层，中央带有亲水性孔道的 膜蛋白。 特点： 转运速度快 离子选择性 门控
经通道的易化扩散
[Na+]o ＞[Na+]i
[K+]i ＞[K+]o
转运的物质:各种带电离子
二、细胞膜的跨膜转运功能
半透膜(semipermeable membrane)
What molecules cross the cell membrane? How do these molecules cross the cell membrane? O2，CO2 能源物质 氨基酸 脂类 各种离子等
3. 静息电位形成的机制
条件
a.静息状态下细胞膜内、外离子分布不均
细胞内K＋浓度高
细胞内Na＋浓度高
3. 静息电位形成的机制
条件
b. 静息状态下细胞膜对离子通透性
具有选择性
+ 通透性：K ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
3. 静息电位形成的机制
K+外流
a. 膜内外存在K＋浓度差
b. 细胞膜K＋通道开放
结论：
① AP 的上升支由 Na 内流形成，下降支是 K
＋
＋
外流形成的，后电位是Na＋－K＋泵活动引起的
②AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消
耗能量的（Na＋－K＋泵的活动）。
证明：

①Nernst公式的计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所 得的ENa值。
(一)脂质双分子层
基架：液态的脂质双 分子层 成分：磷脂类占70% 以上，胆固醇＜30%， 还有少量属鞘脂类 特点：具有稳定性和 流动性。
(二)细胞膜蛋白质
镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具 有的各种功能大多与其有关。
(三)细胞膜糖类
多为短糖链， 以共价键的形式与 膜脂质或蛋白质结 合，形成糖脂或糖 蛋白。 有些作为抗原 决定族=免疫信息 (血型)； 有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与 激递质等结合。
正常细胞
四乙铵处理细胞
4.实验证据:
② 人工改变膜内外K＋浓度差，RP也发生 相应改变
高血钾
浓度差
K+外流动力
K+外流数量 K＋ K＋
RP数值
K+ k+ k+ k+ k+ k+ k+ k+
K＋ K＋ K＋
4.实验证据
K(Em)= -95 mV RP= -80 mV
影响静息电位水平的因素

1. 细胞外K+浓度 2.膜对Na +,K +的通透性 3.钠泵活动的水平

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通道的分类及特点

电压门控通道

化学门控通道

机械门控通道
Channel blocker（通道阻断剂）
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)
水通道

1、具有极性的水分子容易穿 膜可能是因为水分子非常小， 可以通过由于膜脂运动而产 生的间隙。 2、水分跨过细胞膜的途径： （两种同时存在） a、单个水分子通过膜脂双分 子层扩散。 b、水分集流通过水孔蛋白形 成的水通道
细胞的生物电现象
Cell bioelectricity
电活动和生物电
第三节 细胞的生物电现象 （Cell bioelectricity）
细胞 生物电
静息电位
(resting potential, RP）
动作电位
（Action Potential ,AP)
一.静息电位 (resting potential,RP)
发生特异性结合=复合物 复合物向膜表面的“有被小窝”移 动 “有被小窝”处的膜凹 陷
凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡
吞食泡与胞内体的膜性结构相融合
复习思考题
1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？ 2.Na+-K+泵的作用意义？ 3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可 使( )D A.2个钠离子移出膜外 B.2个钾离子移入膜内 C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内
分解ATP产生能量 2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外 维持[Na+]o高、[K+]i高 原先的不均匀分布状态
钠泵抑制剂：哇巴因
钠泵活动的意义：
①细胞内高钾离子浓度是许多代谢及反应进行的必 需条件（维持细胞的静息电位，成为可兴奋细胞）； ②维持渗透压和细胞容积； ③它能够建立起一种势能贮备，为继发性主动转运 提供能量； ④建立的离子浓度差为动作电位的前提 ⑤生电性活动，影响膜电位

其他离子泵：
钙泵 质子泵
2.继发性主动转运
概念：间接利用ATP能量的主动转运过程。
即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量 非直接来自 ATP 的分解，是来自膜两侧 [Na+] 差，而 [Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。
分类：
①同向转运
②逆向转运
3. 膜泡运输
•
一些大分子物质或团块进出细胞 ,是通过细胞本身的 吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。 出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过 程。 主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、 消化液的分泌。
将轴浆内电极靠近膜内侧或向中心移动，电位 差均不变，表明电位差存在于膜的两侧。 这样，他们便利用枪乌 鲗 巨 大 轴突首次记 录到膜两侧的静息电位。

与RP相关的概念：
•
静息电位（膜电位）:细胞处于相对安静状态时， 细胞膜内外存在的电位差。 极化: 安静状态下膜两侧内负外正的状态 超极化：RP增大↑→膜内负电位↑ (-70→-90mV) 去极化(除极）：RP减小↓→膜内负电位↓ (-70→-50mV) 超射：膜电位高于0的部分 复极化：膜去极化后再向静息电位的方向恢复 的过程
细
胞
1. 扩散和渗透
(1)单纯扩散: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。 [O ] ＞[O ]
2 o 2 i
[CO2]i ＞[CO2]o
单纯扩散
(2)特点:
①只限于脂溶性物质 ②不需另外消耗能量,物质顺浓度差扩散,属于被 动转运. ③扩散量与浓度差、膜通透性呈正相关，
(3)转运的物质：
Pyhsiology
第二章:
细胞的基本功能
基础医学院 范一菲
第二章 细胞的基本功能
第一节 第二节 第四节 细胞的跨膜物质转运功能 细胞的跨膜电变化 肌细胞的收缩功能
第一节
细胞膜的生理
细胞膜
屏障

半透膜
选择性通透
一. 细胞膜的基本结构

液态镶嵌模型： 膜的共同结构特点是以 液态脂质双分子层为基 架，其中镶嵌着具有不 同分子结构、因而也具 有不同生理功能的蛋白 质，后者主要以α-螺旋或 球型蛋白质的形式存在。