生理学生物电现象及肌肉收缩
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1.细胞内外离子 不均匀分布 〔K+〕i /〔K+〕o = 28 ~ 35：1
〔Na+〕i /〔Na+〕o = 1：12~14
静息状态下质膜内、外离子分布不均匀
膜外：
2.静息时K+的通透性 远大于Na+的通透性. C K+：CNa+= 50~100：1
静息状态下质膜对离子的通透性不同
A-
（4） 浓差力推动K+离子扩散出细胞外， 电场力阻止K+离子扩散出细胞外。两力
相等时K+净移动 为零，此时膜内 外电位差为K+的 平衡电位（Ek）
Diffusion force
electrical attractive force
(3)机制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡电位
2. Rp ≈ Ek 问题: 如果细胞外K+增高， Rp 的绝
对值会有什么变化？
图.细胞外K+浓度对蛙肌静息电位的影响
选择题
<<1a.达a.达.K到Ki=到Ei=kKEoKkbo.时Ki ：Kob.c.KKiKi o< Ko d. 膜两侧电场力相等
c. Ki > Ko
e. 膜两侧浓差力相等.
Ek= RT/ZF • ln〔K+〕o /〔K+〕i
R：Gas Constant ( 8.31 joule/ degree • gram molecule or 2 calorie/ degree • gram molecule)
T：Absolute temperature
Z：Charge number of the ion
静息电位 Resting Potential（Rp）
细胞未受到 刺激时，存 在于细胞膜 内外的电位 差
静息电位:细胞处于安静状态时，膜内外存在 的电位差
极 化:以膜为界，外正内负的状态。静息电位 和极化是一个现象的两种表达方式
静息电位的范围： -10 ～ -100mV之间
animal
动作电位 Action potential （Ap）
2. 主动转运的能量直接来自：
a. 线粒体 b. 内质网 c. 细胞核
d. 细胞质 e. 细胞膜
动作电位 产生的前提：有RP、有效刺激
刺激的种类： 化学、机械、温度、光、电、声等。
刺激需要具备三个条件： 一定的强度
一定的持续时间 一定的时间－强度变化率
电刺激仪提供的电刺激操作方便、刺激的条件易于控制， 对组织、细胞不易损伤且重复性好。
(mM)
K+ 140 Na+ 12 A- -135
K+ 4.5 Na+ 145 Cl - -150
（3）细胞外主要离子是Na+和 Cl-
细胞内主要离子是K+ 和 A- 、 PO4
都是大分子物质，不能扩散出细胞外
K+离子顺浓度 差扩散出细胞外
A- 、 PO4不能扩散出细胞外 K+
A-
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A-
实验结果描绘曲线如下：
时间－强度曲线
日常应用中，最简便的方法是采用阈 值作为衡量组织兴奋性高低的指标。
即：在刺激作用时间和强度－时间变化率 固定不变的条件下，刚能引起细胞兴奋或
产生动作电位的最小刺激强度，称为阈 强 度(threshold intensity,阈值)。
达到强度阈值的刺激称为阈刺激， 强度小于阈值的刺激称为阈下刺激， 强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。 阈刺激或阈强度→ 衡量细胞兴奋性的指标
cell
Rp
—————————————————
frog
muscle
-50~-70mV
squid
nerve
-50~-70mV
mammal red blood cell
-10mV
smooth muscle -50~-60mV
muscle
-70~-90mV
nerve
-70~-90mV
Bernstein 的膜学说（1902年）
细胞跨膜信号转导
人体要实现自身复杂 的功能及适应环境 的各种变化，细胞 之间必须有完善的 信息联系，即具有 信号转导功能。
（signal transduction）
分类
1. 第二信使跨膜信号转导 2. 通道跨膜信号转导 3. 酶耦联受体介导信号转导
1.第二信使跨膜信号转导
有三类蛋白质涉及其中
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
细胞内生物效应
硝酸甘油治疗心绞痛
硝酸甘油→NO↑→结合可溶性鸟苷酸环 化酶（GC）→三磷酸鸟苷（GTP）转变成 cGMP →激活PKG→舒张血管，增加血流量.
弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德1998 年获诺贝尔生理/医学奖 !
细胞的生物电现象
人体及其他生物体的可兴奋 细胞在安静和活动时都存在电活 动，这种电活动称为生物电现象 （bioelectricity）。 如：心电图、脑电图、肌电图等
F：Faraday’s number (=96500)
ln: Nature log of concentration
If T=27°C
Ek= 59.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i If T=37°C
Ek= 61.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i
= – 94mV
结论: 1. Rp 由 K+扩散出细胞外所产生
神经递质、激素等（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活腺苷酸环化酶(AC)
ATP
cA MP
激活蛋白激酶A
细胞内生物效应
(二) 磷脂酰肌醇信号通路
激素（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活磷脂酶C(PLC)
PIP2
(第二信使）
IP3 和 DG
内质网 释放Ca2+
激活 蛋白激酶
C
细胞内生物效应
2.通道跨膜信号转导
（1）化学门控通道 如Ach门控通 道，由α2、β、γ、δ五个亚基组成
（2）电压门控通道 有对膜电位变 化敏感的亚单位和基团
（3）机械门控通道
3.酪氨酸蛋白激酶信号转导
配体 +酪氨酸激酶受体 酪氨酸残 基磷酸化 产生效应
生长因子、胰岛素等 与受体酪氨酸激酶结合
（1）受体 第七个α-螺旋是识别 结合部位
（2）G蛋白 有十几种 由α、β、γ三个亚基组成 （3）效应器酶
G蛋白 + GDP 激活 G蛋白 + GTP
α 与β、γ亚单位分离 激活
效应器酶 第二信使数量变化
第二信使 包括cAMP、cGMP、IP3、 DG、Ca2+等
(一) cAMP信号通路
〔Na+〕i /〔Na+〕o = 1：12~14
静息状态下质膜内、外离子分布不均匀
膜外：
2.静息时K+的通透性 远大于Na+的通透性. C K+：CNa+= 50~100：1
静息状态下质膜对离子的通透性不同
A-
（4） 浓差力推动K+离子扩散出细胞外， 电场力阻止K+离子扩散出细胞外。两力
相等时K+净移动 为零，此时膜内 外电位差为K+的 平衡电位（Ek）
Diffusion force
electrical attractive force
(3)机制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡电位
2. Rp ≈ Ek 问题: 如果细胞外K+增高， Rp 的绝
对值会有什么变化？
图.细胞外K+浓度对蛙肌静息电位的影响
选择题
<<1a.达a.达.K到Ki=到Ei=kKEoKkbo.时Ki ：Kob.c.KKiKi o< Ko d. 膜两侧电场力相等
c. Ki > Ko
e. 膜两侧浓差力相等.
Ek= RT/ZF • ln〔K+〕o /〔K+〕i
R：Gas Constant ( 8.31 joule/ degree • gram molecule or 2 calorie/ degree • gram molecule)
T：Absolute temperature
Z：Charge number of the ion
静息电位 Resting Potential（Rp）
细胞未受到 刺激时，存 在于细胞膜 内外的电位 差
静息电位:细胞处于安静状态时，膜内外存在 的电位差
极 化:以膜为界，外正内负的状态。静息电位 和极化是一个现象的两种表达方式
静息电位的范围： -10 ～ -100mV之间
animal
动作电位 Action potential （Ap）
2. 主动转运的能量直接来自：
a. 线粒体 b. 内质网 c. 细胞核
d. 细胞质 e. 细胞膜
动作电位 产生的前提：有RP、有效刺激
刺激的种类： 化学、机械、温度、光、电、声等。
刺激需要具备三个条件： 一定的强度
一定的持续时间 一定的时间－强度变化率
电刺激仪提供的电刺激操作方便、刺激的条件易于控制， 对组织、细胞不易损伤且重复性好。
(mM)
K+ 140 Na+ 12 A- -135
K+ 4.5 Na+ 145 Cl - -150
（3）细胞外主要离子是Na+和 Cl-
细胞内主要离子是K+ 和 A- 、 PO4
都是大分子物质，不能扩散出细胞外
K+离子顺浓度 差扩散出细胞外
A- 、 PO4不能扩散出细胞外 K+
A-
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A-
实验结果描绘曲线如下：
时间－强度曲线
日常应用中，最简便的方法是采用阈 值作为衡量组织兴奋性高低的指标。
即：在刺激作用时间和强度－时间变化率 固定不变的条件下，刚能引起细胞兴奋或
产生动作电位的最小刺激强度，称为阈 强 度(threshold intensity,阈值)。
达到强度阈值的刺激称为阈刺激， 强度小于阈值的刺激称为阈下刺激， 强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。 阈刺激或阈强度→ 衡量细胞兴奋性的指标
cell
Rp
—————————————————
frog
muscle
-50~-70mV
squid
nerve
-50~-70mV
mammal red blood cell
-10mV
smooth muscle -50~-60mV
muscle
-70~-90mV
nerve
-70~-90mV
Bernstein 的膜学说（1902年）
细胞跨膜信号转导
人体要实现自身复杂 的功能及适应环境 的各种变化，细胞 之间必须有完善的 信息联系，即具有 信号转导功能。
（signal transduction）
分类
1. 第二信使跨膜信号转导 2. 通道跨膜信号转导 3. 酶耦联受体介导信号转导
1.第二信使跨膜信号转导
有三类蛋白质涉及其中
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性
细胞内生物效应
硝酸甘油治疗心绞痛
硝酸甘油→NO↑→结合可溶性鸟苷酸环 化酶（GC）→三磷酸鸟苷（GTP）转变成 cGMP →激活PKG→舒张血管，增加血流量.
弗奇戈特、伊格纳罗及穆拉德1998 年获诺贝尔生理/医学奖 !
细胞的生物电现象
人体及其他生物体的可兴奋 细胞在安静和活动时都存在电活 动，这种电活动称为生物电现象 （bioelectricity）。 如：心电图、脑电图、肌电图等
F：Faraday’s number (=96500)
ln: Nature log of concentration
If T=27°C
Ek= 59.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i If T=37°C
Ek= 61.5• ln〔K+〕o /〔K+〕i
= – 94mV
结论: 1. Rp 由 K+扩散出细胞外所产生
神经递质、激素等（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活腺苷酸环化酶(AC)
ATP
cA MP
激活蛋白激酶A
细胞内生物效应
(二) 磷脂酰肌醇信号通路
激素（第一信使）
与G蛋白偶联受体结合
激活G蛋白
兴奋性G蛋白(GS)
激活磷脂酶C(PLC)
PIP2
(第二信使）
IP3 和 DG
内质网 释放Ca2+
激活 蛋白激酶
C
细胞内生物效应
2.通道跨膜信号转导
（1）化学门控通道 如Ach门控通 道，由α2、β、γ、δ五个亚基组成
（2）电压门控通道 有对膜电位变 化敏感的亚单位和基团
（3）机械门控通道
3.酪氨酸蛋白激酶信号转导
配体 +酪氨酸激酶受体 酪氨酸残 基磷酸化 产生效应
生长因子、胰岛素等 与受体酪氨酸激酶结合
（1）受体 第七个α-螺旋是识别 结合部位
（2）G蛋白 有十几种 由α、β、γ三个亚基组成 （3）效应器酶
G蛋白 + GDP 激活 G蛋白 + GTP
α 与β、γ亚单位分离 激活
效应器酶 第二信使数量变化
第二信使 包括cAMP、cGMP、IP3、 DG、Ca2+等
(一) cAMP信号通路