第一章 细胞的生理

（3）鸟苷酸环化酶受体

N端有配体结合位点，C端有鸟苷酸环化酶(GC) 。 当它与配体结合后，即激活GC，催化GTP生成cGMP。 cGMP又激活PKG。
如心房钠尿肽就是通 过此途径刺激肾排泄 钠和水，并使血管平 滑肌舒张。
第三节 细胞的兴奋性和生物电现象（重点） 一、细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件
电压门控通道示意图
膜所受压力不同 而决定其开放
机械门控通道示意图
Na结合 激活 ATP酶 活性
K结合 后钠泵 构象恢 复，K 亲和力 ↓ Na泵活动的意义 造成细胞内高K是许多代谢反应进行的必要条件 维持细胞正常形态 在细胞内外建立势能储备是可兴奋细胞兴奋的基础
钠泵构象 改变， Na亲和 力↓，K 亲和力↑
指细胞接受一次刺激而出现兴奋后的一个短时间 内，细胞的兴奋性经历一系列有次序的变化，然后才恢复 正常。我们依次将它分为四个期。
1.绝对不应期（absolute refractory period）：

特点：无论给予多大的刺激，都不会引起细胞再次 兴奋。 特点：兴奋性低于正常，阈上刺激才可引起细胞再 次兴奋。
(一)概念 活的细胞或组织无论是在安静或是活动状 态下膜两侧都伴有电位差（跨膜电位）的存在， 将此电位差现象叫细胞生物电现象。 (二)分类：细胞水平

静息时：静息电位 受刺激时：动作电位和局部电位
1.静息电位(resting potential，RP）
（1）概念:指细胞未受刺激时存在于膜内外两侧的电 位差，表现为膜内负外正。是一种稳定的直流电位。 (-10～-100mv)
（一）反应（reflection）
1.概念：由于所处环境发生改变（刺激）所引起的体内代谢过 程及其外表活动的改变叫反应。
2.表现形式：
(1)兴奋（excitation) ：指机体由相对静止状态变为显著活 跃状态，或由活动弱变为活动强的反应（宏观角度）；细 胞受刺激时产生动作电位的过程（生物电角度） (2)抑制（inhibition）：指机体或细胞受到刺激后，由显著 活跃状态变为相对静止状态，或由活动强变为活动弱的反 应。实际上抑制是兴奋的另一种表现形式。
质分子，结合后能激活膜内的G-蛋白
如：肾上腺素能受体,Ach受体,激素受体等。

G-蛋白:
鸟苷酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding
protein）的简称,由α、β、γ3个亚基组成，α亚 基为催化亚单位。
具有耦联受体和激活效应蛋白（酶或离子通道）的作
用。
激活的G蛋白与配体-受体复合物分离，配体受体复合物可 再激活其他的G蛋白实现信号放大； 激活的G蛋白与GDP分离（未被激活时与GDP结合)，与GTP 结 合，形成α-GTP复合物与β-γ二聚体分开，分别对膜中的 效应器酶起作用。
带有受体的 膜返回细胞 膜被再利用 （膜再生循 环）。
吞噬泡
配体转运到其它细胞器中
配体与受体分离
受体介导的入胞过程
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
一、概念：
各种能量形式的外界信号作用于细胞时，引起
细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，
将其信息以一种新的信号形式传递到膜内，再引起 靶细胞相应功能的改变，这一过程称为跨膜信号转 导（transmembrane signal transduction） 。
原发性主动转运：钠泵作用机制示意图
葡萄糖、氨基酸的继发性主动转运模式图
粗面内 质网合 成分泌 物
在高尔 基体中 形成囊 泡，贮 存在胞 浆中
诱发小泡被 运送到细胞 膜的内侧面， 与之融合后 向外开口将 内容物排出， 囊泡膜变成 细胞膜的组 成部分
分泌信 号： Ca2+内 流
分泌物的出胞过程
有被小窝
第一章
细胞的生理功能
1 细胞膜的物质转运功能
2 细胞的跨膜信号转导功能
3 细胞的兴奋和生物电现象
4 兴奋在细胞间的传递
5 肌肉的收缩
The cells of all organisms are fundamentally similar in structure and function.
第一节 细胞膜的物质转运功能 （一）细胞膜的结构

---Alter adenylyl cyclase activity
胰高血糖素
Epinephrine肾上腺素 Signal Transduction
糖原分解 脂肪分解
3.酶耦联受体介导的跨膜信号转导
（1）具有酪氨酸激酶的受体：胞外侧有与配体结合的 位点，胞质侧具有酪氨酸激酶结构域（导致受体自身 或细胞内靶蛋白的磷酸化）。
（二）刺激（stimulus）： 1.概念：能被生物体所感受并引起生物体发生反应 的各种环境变化称为刺激。
2.刺激引起兴奋的条件：与以下三方面有关
(1)适宜的刺激：指在自然条件下，能引起某种细胞
产生反应的刺激。不同的组织有不同的适宜刺激，
如光、声波
(2)刺激的强度 阈强度（threshold）：固定刺激的作用时间，把 刚好引起组织兴奋的最低刺激强度，称为阈强度。 阈刺激（threshold stimulus）：具有阈强度的刺 激，或把刚好引起组织兴奋的刺激叫阈刺激。 阈下刺激(subthreshold stimulus)：低于阈强度 的刺激，不能引起细胞兴奋。 阈上刺激(suprathreshold stimulus)：高于阈强 度的刺激，能够引起组织兴奋。 顶强度(maximal intensity):当刺激强度达到一定 程度后，反应不再随刺激强度增大而增大的刺激。
(1)电压门控通道：主要分布在除突触后膜和终板膜
(2)机械门控通道：神经末梢顶部等有纤毛的部位。 (3)化学门控通道：肌细胞的终板膜和神经元的突触 后膜中。
2.由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
（1）三种蛋白和第二信使：

G-蛋白耦联受体(G protein-linked receptor):
与化学信号分子(配体)特异结合的独立蛋白
(3)刺激作用的时间： 时间阈值：固定刺激强度，把刚好引起细胞产 生兴奋的最短时间叫时间阈值。
在一定时间内引起 组织兴奋所需要的 刺激强度与该刺激 的作用时间成反变 关系
刺激强度与收缩幅度的关系
组织的刺激阈值越低，组织的兴奋性越高。
（三）细胞兴奋时的兴奋性变化
神经干兴奋后兴奋性变化的测定
第二信使有:环一磷酸腺苷(cAMP),三磷酸肌醇(IP3),二
酰甘油(DG),环一磷酸鸟苷(cGMP),Ca2+
功能：调节各种蛋白激酶和离子通道。

蛋白激酶：分为丝氨酸/苏氨酸激酶和酪氨酸激酶
PKA：蛋白激酶A，依赖于cAMP蛋白激酶
PKG：蛋白激酶G，依赖于cGMP蛋白激酶
PKC：蛋白激酶C，依赖于Ca2+的蛋白激酶
激活G蛋白效应器（酶或离子通道）； 产生第二信使； 激活或抑制依赖第二信使的蛋白激酶或通道。
G - Protein Mediated Signal Transduction ---Open ion channels



Ion channels are separate proteins located away from the receptors. Binding of ACh activates alpha G-protein subunit. Alpha subunit dissociates. Alpha subunit or the beta-gamma complex diffuses through membrane until it binds to ion channel, opening it.
物 质 单纯扩散：脂溶性，O2,CO2 转 运 主动转运 原发性主动转运：能量直接来源于ATP 继发性主动转运：能量间接来源于ATP 出胞与入胞：大分子物质或物质团块
• 出胞：激素，酶原颗粒、神经递质分泌的主要方式 • 入胞:病毒、细菌和异物进入细胞的主要方式
载体蛋 白构象 恢复， 开始新 一轮转 运

G蛋白效应器:
催化第二信使生成的酶：

腺苷酸环化酶（AC） 磷脂酶C（PLC） 磷酸二酯酶(PDE) 磷脂酶A2（PLA2）
离子通道

第二信使:配体将细胞外信号带到了受体 ，被称作
第一信使(first messenger)。相对第一信使而言，
细胞内能将配体带来的信息传递到细胞内的其它效 应器的物质叫第二信使 （second messenger)。

液态镶嵌模型（Fluid mosaic model）
膜以液态的脂 质双分子层为 基架，其中镶 嵌着具有不同 分子结构和生
理功能的蛋白
质分子

膜蛋白质的机能 ：
形成细胞的骨架蛋白（anchoring protein）
作为“识别蛋白质”（recognition protein）
存在与免疫细胞上，识别异源细胞或病变细胞
在高浓 度一侧 与溶质 发生特 异性结 合
构象改 变，把 溶质转 运到低 浓度一 侧并释 放
载体介导的易化扩散示意图：如葡萄糖转运子
化学信号
膜的两侧出现某种化 学信号时才开放，通 过化学信号分子与其 受体结合与分离控制 通道的开、闭。
化学门控通道示意图
膜两侧电位差的变化决 定其开、闭。 通道的分子结构中存在 对跨膜电位敏感的结构 或亚单位，通过其构型 的改变诱发通道的开、 闭和离子跨膜流动。

几条主要的跨膜转导途径：
（1）受体-G蛋白-AC信号转导途径：含氮类激素 （2）受体-G蛋白-PLC信号转导途径：PIP2→IP3+DG （3）受体-G蛋白-离子通道途径：K+通道
G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导基本过程

G蛋白耦联受体与配体结合后构型变化；
激活与受体耦联的G蛋白；
具有酶（enzyme）的特性 作为“受体蛋白质”（receptor protein） 作为转运蛋白质或载体蛋白质（carrier
protein）、通道蛋白质（channel protein） 和膜泵（membrane pump）
（二）细胞膜的跨膜物质转运功能
化学门控 通道介导 电压门控 易化扩散 （离子及水） 机械门控 被动转运 载体介导：Glu,AA 非脂 溶性
2.相对不应期（relative refractory period）：

3.超常期（supranormal period）：

特点：兴奋性超过正常水平。阈下刺激可引起细胞 再次兴奋。
4.低常期（subnormal period）：

特点：兴奋性略低于正常，阈上刺激才可引起细胞 再次兴奋。
二、细胞的生物电现象及其产生机制
G - Protein Mediated Signal Transduction ---Open ion channels
Norepinephrine去甲肾上腺素 do not directly open ion channels. Act through second messenger, such as cAMP. Binding of norepinephrine stimulates dissociation of G-protein alpha subunit. Alpha subunit binds to adenylate cyclase, converting ATP to cAMP. cAMP activates protein kinase, phosphorylating other proteins. Open ion channels.

外界信号→膜蛋白变构→胞内信号→细胞功能改变
二、方式：

由离子通道介导的跨膜信号转导 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 由酶耦联受体介导的跨膜信号转导
1.由离子通道介导的跨膜信号转导

离子跨膜流动的同时传递信号，有以下三类： 以外的神经和肌肉细胞的表面膜中，有Na+、K+、 Ca2+等通道。
胰岛素、胰岛素样 生长因子及一些肽 类激素
由具有酪氨酸激酶的受体耦联的跨膜信号转导
（2）结合酪氨酸激酶的受体：

ຫໍສະໝຸດ Baidu
没有蛋白激酶的结构域，与配体结合后，膜内结构 域可吸附并激活酪氨酸蛋白激酶（可使自身和胞质 中的另一种酪氨酸激酶STAT的酪氨酸残基发生磷酸 化）
促红细胞生成素受体、 生长激素和催乳素受 体以及许多细胞因子 和干扰素的受体。