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1、,第二节 细胞的信号转导功能,信号分子:在细胞间传递信息的物质 (神经递质、激素、细胞因子),细胞膜的跨膜信息传递- 膜受体的功能,受体具有三个特征:,特异性 饱和性 可逆性,受体激动剂 受体阻断剂,配体 :被膜受体特异识别并结合的特定的外来化学物质,跨膜信号转导主要涉及到:胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。 跨膜信号转导方式大体有以下四类:, 离子通道介导的信号转导, 酶偶联受体介导的信号转导, G蛋白偶联受体介导的信号转导, 细胞内受体介导的信号转导,膜外N端:识别、结合第一信使,膜内C端:激活G蛋白,一、G蛋白偶联受体介导的信号转导 (一) cAMP信号通路,神经递质、
2、激素等(第一信使),兴奋性G蛋白(GS),激活腺苷酸环化酶(AC),ATP,cAMP(第二信使),细胞内生物效应,激活cAMP依赖的蛋白激酶A,结合G蛋白偶联受体,激活G蛋白(与、亚单位分离),膜外N端:识别、结合第一信使,膜内C端:激活G蛋白,(二) 磷脂酰肌醇信号通路,激素(第一信使),兴奋性G蛋白(GS),激活磷脂酶C(PLC),PIP2,(第二信使) IP3 和 DG,激 活 蛋白激酶C,内质网 释放Ca2+,激活G蛋白(与、亚单位分离),细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,二、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 如:,化学性胞外信号(ACh),ACh
3、+ 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,特点:信号传导速度快 1.不需要其他蛋白的参与 2.不需改变细胞内信使物质的产生,三、酶偶联受体介导的信号转导 1.酪氨酸激酶受体:受体本身具有酶的活性,又称受体酪氨酸激酶。,2.酪氨酸激酶结合型受体,入胞质端无蛋白激酶活性,与细胞外的配体结合后可以结合并激活胞质内的酪氨酸激酶,3.鸟苷酸环化酶受体,特点: 信号转导与G蛋白无关; 无第二信使的产生; 无细胞质中蛋白激酶的激活。,人体及生物体活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)。,细胞生物电现象是普遍存在的,临床
4、上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。,第三节 细胞的生物电现象,神经和骨骼肌细胞的生物电现象,1、可兴奋细胞:受刺激后能产生动作电位的细胞 (可兴奋组织),神经细胞,肌细胞,腺细胞,2、兴奋性和兴奋的含义,兴奋 (excitation),细胞受刺激时而发生可传播的电变化。,变迁,活组织或细胞对刺激发生的反应。,刺激:能引起反应的内外环境条件的变化称为刺激(stimulus),反应:刺激引起的机体或组织细胞活动的变化,刺激引起兴奋的条件:,要素:刺激的强度、刺激的持续时间以及刺激强度对时间的变化率。,阈强度(阈值):引起组织兴奋即产生动作
5、电位所需的最小刺激强度。 阈刺激(Threshold sitimulus): 相当于阈强度的刺激,衡量组织兴奋性高低的指标:,强度小于阈值的刺激, 为阈下刺激。,(Threshold intensity),细胞的生物电现象 ,2.RP实验现象:,一、静息电位(resting potential RP) (一)概 念 :细胞处于相对安静状态时,细胞膜内外存在的电位差。 ,1.实验现象:,2.证明RP的实验:,(甲)当A、B电极都位于细胞膜外,无电位改变,证明膜外无电位差。,(乙)当A电极位于细胞膜外, B电极插入膜内时,有电位改变,证明膜内、外间有电位差。,(丙)当A、B电极都位于细胞膜内,无电
6、位改变,证明膜内无电位差。,规定:以细胞外电位为0,为正极,则细胞内电位为负。,B在细胞表面,无电流 B插入细胞内,瞬间有电流 B移动,电流不变,现象:,说明: 细胞内和细胞外之间存在着电位差,称跨膜电位。 细胞外电位高于细胞内电位,外高内低。 这种电位差值相对恒定。,RP值描述: RP膜内负电位(-70-90mV)=超极化 RP膜内负电位(-70-50mV)=去极化,RP值:哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为-70-90mV,红细胞约为-10mV左右。,3.与RP相关的概念: 静息电位:细胞处于相对安静状态时,细胞膜内外存在的电位差。 ,膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又称 为膜电位(me
7、mbrane potential)。,习惯叫法:因膜内电位低于膜外,习惯上RP指的是膜内负电位。,极化:膜两侧电荷的分布分布情况(RP存在时细胞 膜所处的“内负外正”状态),超极化:静息电位增大即细胞内负值增大 (-70mv -90mv) 去极化(除极化):静息电位减小即细胞内负值减小的过程(-70mv-90mv)。 复极:细胞膜除极后再向RP方向恢复的过程,反极化:膜内电位由零变为正值的过程。 超射值:膜内电位由零到反极化顶点的数值。,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 Na+iNa+o113, K+iK+o281 Cl -i Cl-o 130, A-iA-o 41,(二)静息电位的产
8、生机制,1)前提条件,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性:K+ Cl- Na+ A-,重点,通透膜,选择性通透膜,膜两侧K+差是促使K+扩散的动力,但随着K+的不断扩散,膜两侧不断加大的电位差是K+继续扩散的阻力,当动力和阻力达到动态平衡时,K+的净扩散通量为零,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀,主要离子分布:,膜内:,膜外:,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性,RP产生机制的膜学说:,Ki顺浓度差向膜外扩散 A-i不能向膜外扩散,K+i、A-i膜内电位(负电场) K+o膜外电位(正电场),膜外为正、膜内为负的极化状态,当扩散动力与阻力达到动态平衡时=R
9、P,结论: RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。 RP=K+的平衡电位, K+外流: 动力:跨膜的K+浓度梯度 条件:细胞安静时,K+通道开放 阻力:K+外流引起的外正内负的电场力 当动力=阻力时,K+外流停止 结果:外正内负,此时的电位值,称K+的平衡电位。,影响静息电位的因素,细胞内外K+影响: K+o细胞内外+浓度差RP,细胞代谢障碍: 细胞缺血、缺、酸中毒影响钠泵,膜对Na+、K+的相对通透性 K+-RP Na+- RP,二、动作电位及其产生机制(AP) 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。,AP实验现象:,去 极 化
10、,上 升 支,下降支,(一)动作电位的形态,刺激,局部电位,阈电位,去极化,零电位,反极化(超射),复极化,(负、正)后电位,上升支:去极化+反极化(外负内正) 极化演变:极化状态减弱消失反转 电位演变:膜内电位-90mV0正 下降支:复极化 幅度:120mV 时程:2.0mS 锋电位是动作电位的标志,波形:,5.与AP相关的概念: 去极化:膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程。 超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程。 复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。 反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负 的极性反转过程。 阈电位:引发AP的临界膜电位数值。 局部电位:低于阈
11、电位的去极化电位。 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。 包括:负后电位=去极化后电位, 正后电位=超去极化后电位。,1.AP产生的基本条件: 膜内外存在Na+差:Na+i Na+O 110 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+、K+通道激活而开放。,(二)动作电位的产生机制,AP上升支,AP下降支,刺激,膜上少量Na+通道开放,Na+顺浓度差少量内流局部电位,阈电位Na通道大量开放,再生式内流,Na+i、K+O 激活Na+K+泵,2.AP的产生机制,AP上升支,Na+内流停+同时K+通道激活,K迅速外流,(AP下降支)
12、,离子恢复到兴奋前水平,重点, AP的产生,上升支:Na+快速内流 条件:细胞受刺激,膜上Na+通道开放 动力:细胞内外Na+差 阻力:Na+内流后形成的电场力 动力=阻力时,Na+内流停止,形成Na+的电-化学平衡电位,下降支:K+外流 条件:Na+通道失活,K+通道开放 结果:恢复膜内的负电位状态 后电位:钠泵激活,恢复兴奋前细胞内外Na+、 K+分布的不均衡状态。,结论: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NaK泵活动引起的。 AP的产生是不消耗能量的,AP的恢复是消耗能量的(NaK泵的活动)。 AP=Na的平衡电位。,(三)动作电位的特征: 具有“全或无”的现象
13、:即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。 是非衰减式传导的电位。 连续刺激不融合脉冲式 动作电位的意义: AP的产生是细胞兴奋的标志。,1.阈电位:先决条件(一般比RP绝对值约少1020mv),概念:能使膜对Na+通透性突然大量增加的临界膜电位数值。,兴奋性高低 1/RP与阈电位之间的差值 (差值大,兴奋性低反之),与细胞兴奋性的关系:,(四)动作电位的引起,必要前提:组织细胞具有正常的兴奋性 必要条件:静息电位去极化达到阈电位水平,所以,AP引起的关键是,刺激要达阈值,阈电位,AP,膜去极化,大量Na+通道开放,即:不管哪种性质的刺激(物理、化学、机械、电),只要能使膜去
14、极化达阈电位,即可自动引起AP的爆发。,2.局部兴奋,局部兴奋,概念 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化(即局部电位),称局部反应或局部兴奋。,1.绝对不应期(absolute refractory period, ARP) 无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。 Na+、Ca2+离子通道处于失活状态 膜电位复极化至-40mv,3.组织的兴奋性及其周期性变化,2.相对不应期(relative refractory period,RRP): 大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间。 Na+、Ca2+离子通道处于部分失活状态,4.低常期(subnormal period): 大于原先的刺激强度才能再次兴奋
15、的期间。,3.超常期(supernormal period, SNP): 小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。 易于达到阈电位水平,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制 绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活 相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复 超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复 低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,(五)AP的传导 传导机制:局部电流,时间性总和,空间性总和,静息部位膜内为负电位,膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位,膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外电流由未兴奋点向已兴奋点移动 膜内电流由已兴奋点向未兴奋点移动,形成局部电流,膜内:兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外:兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位,触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流 产生的过程,传导方式: 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流; 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。,无髓鞘神经纤维的动作电位的传导:,兴奋部位和未兴奋部位产生了局部电流,局部电流的大小 临近膜的兴奋性高低 细胞直径的大小 神经纤维有无髓鞘,与动作电位传导有关的因素 :,重点掌握静息电位、动作电位的概 念及形成机理。 掌握阈电位的概念,
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