生理学第二章

第二节
细胞的跨膜信号转导功能
一 受体的概念及特征
受体：凡是能与信号分子特异性结合，并引发细胞发生特定 生理效应的特殊蛋白质。存在细胞膜，细胞质，细胞核内。 特征：①特异性 ②饱和性
③可逆性
跨膜信号转导方式分为三类：

①离子通道藕联受体介导的跨膜信号转导；
（化学，电压，机械门控性通道）

②G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导； ③酶耦联受体介导的跨膜信号转导。

动 作 电 位 的 产 生 机 制

动作电位的产生机制：静息电位去极化达 到阈电位水平。

去极化过程：Na+大量快速内流形成


复极化过程：K+快速外流形成
后电位过程：Na+-K+泵活动的结果
动作电位的特点



⑴动作电位呈“全或无”现象：动作电位一旦产 生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的 加强而增大； ⑵不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一 部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的 幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩 布到整个细胞膜； ⑶脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不 能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而 形成脉冲式图形。
2.单收缩和强直收缩


单收缩：骨骼肌受到一次有效刺激，引起肌肉一次迅速的收 缩，称为单收缩。 强直收缩：肌肉受到连续的有效刺激时，当刺激频率达到一 定程度时，引起肌肉收缩的融合而出现强而持续的收缩，称 为强直收缩 。
注：等长收缩和等张收缩与肌肉收缩时所遇 到的负荷大小有关 ①当负荷小于肌张力时,出现等张收缩； ②当负荷等于或大于肌张力时,出现等长 收缩； ③正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式 的,而且总是等长收缩在前,当肌张力增加到超 过后负荷时,才出现等张收缩。
每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导
一、离子通道介导的信号转导 离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道 化学性胞外信号(ACh)
ACh + 受体=复合体
终板膜变构=离子通道开放 Na+内流 终板膜电位 骨骼肌收缩
二、G蛋白偶联受体介导的信号 1 cAMP信号通路 神经递质、激素等（第一信使） 结合G蛋白偶联受体
特点：①信号转导与G蛋白 无关；②无第二信使的产 生；③无细胞质中蛋白激 酶的激活。
受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示
第三节

细胞的生物电现象
生物电（bioc-lectricity） ：是指一切活细
胞无论处于静息状态还是活动状态都存在
的电现象。

两种表现形式：安静时具有的静息电位和 受刺激时产生的动作电位。
(二) 易化扩散
载体转运 转运的物质：葡萄糖(G)、氨基酸(AA)等小分子 亲水物质。

1.载体介导的易化扩散特点 ①载体蛋白质有较高的结构特异性。 ②饱和现象。 ③竞争性抑制。
载体介导的易化扩散
通道介导的易化扩散示意图
通道介导的易化扩散
门控离子通道分为三类：

1. 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放， 如神经元上的Na+ 通道；
又称K+平衡电位

静息电位大小由K+浓度差决定：
细胞外K+浓度大，浓度差减小，外流动力减小，
钾离子外流减少，静息电位就减小。
（二）动 作 电 位

概念：动作电位(action potential,AP)是 指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的 可扩布的电位变化。

意义：是细胞处于兴奋状态的标志。
单 一 神 经 纤 维 的 动 作 电 位 示 意 图
单 收 缩 和 强 直 收 缩
（五）影响骨骼肌收缩的主要因素

1.前负荷：当肌肉前负荷逐渐增大时，它每次收缩所
产生的主动张力也相应地增大；当前负荷超过最适初长度 后，再增加前负荷反而会使主动张力越来越小，以致最后 下降到零。

2.后负荷 ：


5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；
6.兴奋-收缩耦联的概念及其耦联物质。
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
一、细胞膜的结构概述
细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的 糖类物质。
1 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）的基本内容 是：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。

极 化：安静时存在于膜两侧的稳定的内负 外正的状态。 超极化：膜内负电位增大（细胞抑制）。 去极化：膜内负电位减小（细胞兴奋）。 复极化：细胞发生去极化后，膜电位有恢 复到极化状态。

静息电位产生的机制
产生条件主要有两个：

①浓度差；


②通透性不同。
静息电位主要是K+外流达到平衡时的电位，所以
神 经 肌 接 头 处 的 超 微 结 构 示 意 图 -
（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程
神经-骨骼肌接头处兴奋传递的特点

1 单向性传递: 即兴奋只能从接头前膜传向接头后膜，而 不能反传； 2 时间延搁: 神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程须经过 许多步骤、耗时较长，一次兴奋传递约需0.5～1.0ms； 3 易受环境变化的影响: 因接头间隙充满了细胞外液，而 细胞外液的成分易受内外环境变化的影响，如Ca++、H+ 等 浓度及渗透压改变、胆碱酯酶活性、某些药物等，都可影 响兴奋传递过程。 4 化学性传递 主要依赖轴突末梢的乙酰胆碱传递信息
细胞膜的液态镶嵌模型
以磷脂为主（>70%），其次是胆固醇（<30%），还有少量的鞘脂。
2 决定转运的因素

①分子量的大小

②物质在细胞膜内外的浓度差和电位差
③物质的溶解性

二、细胞膜的物质转运功能
(一) 单纯扩散
概念：是一种简单的物理扩散，没有生物 学的转运机制参与。 扩散的方向和速度：取决于物质在膜两侧 的浓度差和膜对该物质的通透性。 影响扩散量的因素：①浓度差：是物质扩 散的动力；②通透性：通透性愈大，扩散 量也愈大。
① 运动神经的兴奋如何传递给骨骼肌细胞而使它 产生兴奋；


② 骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩；
③ 肌细胞的收缩机制；
④ 骨骼肌的收缩形式；
⑤ 影响骨骼肌收缩的因素。
（一）骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递
骨骼肌的神经-肌接头：运动神经末梢和骨骼肌细胞 相互接 触的部位 接头前膜：是运动神经末稍嵌入肌细胞膜的部位 ； 接头后膜（运动终板或终板模）：是与头前膜相 对应的肌细胞膜； 接头间隙 ：间隔约50nm ，充满了细胞外液。

特点 ： ①扩散速率高，无饱和性； ②不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”，不需另外消 耗能量； ③扩散量与物质浓度梯度和膜通透性呈正相关. 转运的物质： 有O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、 类固醇类激素等少数几种物质。 注：膜对H2O具高度通透性，H2O除单纯扩散 外，还可通过水通道跨膜转运。
2. 化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影 响而开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外 液，如激素、递质等；


3. 机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激 活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在 这类通道。
（三）主动转 动

概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物
质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一
（一）静 息 电 位
静息电位（resting
potential，RP）是指
细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存 在的电位差。
意义：是动作电位产生的基础。
静 息 电 位 测 定 示 意 图
A:
电极A与B均置
于细胞外表面
B：电极A置于
细胞外，电 极B插入细 胞内，记录 到细胞内外 的电位差
膜电位几种状态：
组织兴奋后兴奋性变化的对应关系

分 期 兴奋性 绝对不应期 降至零 相对不应期 渐恢复 超常期 ＞正常 低常期 ＜正常
与AP对应关系 机 制 锋电位 钠通道失活 负后电位前期 钠通道部分恢复 负后电位后期 钠通道大部恢复 正后电位 膜内电位呈超极化
第四节

肌细胞的收缩功能
本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：
结合G蛋白偶联受体
兴奋性G蛋白(GS) 激活磷脂酶C(PLC)
(第二信使）
PIP2
IP3和DG
内质网 释放Ca2+
细胞内生物效应
三、酶偶联受体介导的信号转导 受体本身具有酶的活性，又 称受体酪氨酸激酶。
生长因子 与受体酪氨酸激酶结合
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

意义：①钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必
需条件；②钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内， 对维持细胞的正常体积有一定意义；③钠泵活动最重要的 在于它能逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势 能贮备。这种势能是细胞内外Na+和K+等顺着浓度差和电位 差移动的能量来源。
原 发 性 主 动 转 运 示 意 图
第二章 细胞的基本功能

第一节 细胞膜物质转运功能 第二节 细胞的跨膜信号转导功能 第三节 细胞的生物电现象
Байду номын сангаас


第四节 肌细胞的收缩功能
本章要求
掌握

1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点； 2.原发性主动转运的概念和转运机制；


3.静息电位、动作电位的概念及产生机制；
4.动作电位、局部反应的特点；

局 部 兴 奋
局部兴奋的基本特性
（1）不是“全或无”的，而是随着阈下 刺激的增大而增大； （2）不能在膜上作远距离的传播； （3）局部兴奋是可以互相叠加的， 包括 ①空间性总和 ②时间性总和
四、细胞兴奋后兴奋性的周期性变化
绝对不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。 相对不应期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋间。 超常期：小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。 低常期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。



肌原纤维和肌小节:
肌小节是肌细胞收缩的基本结构和功能单位 =1/2明带＋暗带＋1/2明带 = 2条Z线间的区域
骨骼肌细胞的细微结构
（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联

概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌
肉收缩的机械变化的过程被称为兴奋-收缩耦联。


关键作用的藕联物：Ga2+(兴奋收缩)
侧的过程。


分类：原发性主动转运、继发性主动转运
二者区别：
原发性主动转运：直接利用ATP能量
继发性主动转运：间接利用ATP能量
钠－钾泵（sodium-potassium pump）
在细胞膜上主动转运功能完成是靠一种特殊的镶嵌全层 的蛋白质实现的，这种蛋白质我们形象的称为泵。

作用：在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的3个 Na+移出膜外，同时把细胞外的2个K+移入膜内，因而保持 了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡离子分布 。
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：激活G蛋白
激活G蛋白(与β、γ亚单位分离) 兴奋性G蛋白(GS) 激活腺苷酸环化酶(AC) ATP cAMP（第二信使） 激活cAMP依赖的蛋白激酶A 细胞内生物效应
2 磷脂酰肌醇信号通路 激素（第一信使）
膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：激活G蛋白 激活G蛋白(与β、γ亚单位分离)

粗面内质网合成蛋白性分泌物
出胞
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
细胞膜上的受体 对物质的“辨认”
入胞:
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
直接利用ATP能量
继 发 性 主 动 转 运
间接利用ATP能量
四 入胞和出胞 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。 1、出胞:指细胞把大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。 2、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。 吞饮又可分为液相入胞和受体介导式入胞。
结构基础是：三联管结构
三个步骤：
①电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处；
②三联管结构处的信息传递；
③肌浆网（即纵管系统）对 Ca2+释放和再聚积。
（四）骨骼肌的收缩形式
1.等长收缩和等张收缩


等长收缩：肌肉收缩时不产生长度的变化而仅产生肌张力的 增加，这种形式的肌肉收缩称为等长收缩；（维持人体姿势） 等张收缩：在一定的张力基础上产生肌肉的收缩时，肌肉的 张力不变而产生肌肉的缩短，这种形式的收缩称为等张收缩。