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1、生 理 学 Physiology 生理学教研室 刘文彦,根据膜受体的结构和功能特性： 离子通道型受体介导的信号转导G蛋白耦联受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导,复习:第二节 细胞的信号转导,特点：路径简单速度快,效应出现较慢反应较灵敏作用较广泛,特点,1.受体-G蛋白-AC（腺苷酸环化酶）途径,激素,结合G蛋白耦联受体,Gi 或Gq,激活磷脂酶C(PLC),PIP2,IP3 和 DG,内质网或肌质网释放Ca2+,激活蛋白激酶C (PKC),生物学效应,2.受体-G蛋白-PLC（磷脂酶C）途径,PIP2: 二磷酸磷脂酰肌醇IP3: 三磷酸肌醇DG : 二酰甘油,膜磷脂中的磷脂酰丝氨酸+
2、Ca2+,和,第三节 细胞的电活动一切活细胞无论处于安静或活动状态都存在电的活动，这种电的活动称为生物电。,二、 静息电位及其产生机制 （一） 静息电位的记录和数值概念：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差称为静息电位 （resting potential，RP）。,细胞外电位记录,细胞内电位记录( 微电极),数值:骨骼肌约-90;神经约-70;平滑肌约-55;红细胞约为-10mV.,特征： 平稳的直流电位（但在中枢内的某些神经细胞和具有自律性的心肌和平滑肌细胞也可出现自发性的波动）； 不同细胞的数值可以不同，并且只要细胞未受刺激、生理条件不变，这种电位将持续存在。,注意： 极化: 平稳的R
3、P存在时膜电位外正内负的状态; 超极化: RP增大的过程或状态； 去极化(除极化): RP减小的过程或状态； 反极化: 去极化至零电位后膜电位进一步变为正值; 超射: 膜电位高于零电位的部分； 复极化: 细胞膜去极化后再向RP方向恢复的过程。,静息电位和极化是一个现象的两种表达方式:RP 膜内外的电位差 极化 膜两侧电荷的分布 安静状态的标志,（二）静息电位产生的机制1902年Bernstein 提出了膜学说,认为生物电现象的各种表现，主要是由于细胞内外离子分布不均匀以及在不同状态下，细胞膜对不同离子的通透性不同离子跨膜扩散。,1.离子跨膜扩散的驱动力：浓度差 方向和速度电位差离子的平衡电位:
4、 Nernst公式EX =60lgX+O/X+i(mV),电化学驱动力,(膜外侧/膜内侧浓度),EK： K+ 的平衡电位； ENa： Na+的平衡电位； ECl：Cl的平衡电位；RP: 静息电位； AP: 动作电位,图 K+ 、Na+ 和 Cl的平衡电位与静息电位和动作电位的关系,+50+70,-90 -100,EX =60lgX+O/X+i (mV),(1)静息状态下质膜内、外离子分布不均匀,2.静息电位的形成,膜外：,（2）静息状态下质膜对离子的通透性不同,静息状态下质膜对不同离子的通透性: K+的通透性较高：非门控钾通道神经纤维膜 钾漏通道心肌细胞膜 内向整流钾通道 Na+有一定通透性;
5、 Cl-不存在原发性主动转运 被动分布; Ca2+通透性和膜两侧浓度均 很低; 有机负离子几乎不通透。,(3)机制:RP主要是由K+外流形成的；接近K+平衡电位,证明： Nernst公式-EK=RT/ZFlnK+O/K+i =60lgK+O/K+i 枪乌鲗巨大神经轴突的RP测量值与Nernst公式的计算值基本符合; 改变K+O/K+i RP相应改变。,图.细胞外K+浓度对蛙缝匠肌静息电位的影响 图中的圆点是不同 K + 浓度时静息电位的实测值；直线是根据 Nernst 公式的计算值,3.钠泵的生电作用: 对RP的贡献并不很大,4.影响静息电位的因素 细胞外K+浓度的改变: Ek 膜对K+和Na
6、+的相对通透性:心肌、骨骼肌K+与Na+通透性比值为20-100RP -80-90mV平滑肌K+与Na+通透性比值为7-10RP -55mV 钠-钾泵活动的水平： 超极化,三、动作电位及其产生机制 （一）细胞的动作电位 1概念：在静息电位的基础上，给细胞一个适当的 刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动，称为动作电位（action potential，AP）。,2.组成 锋电位（spike potential）: 具有AP的主要特征，是AP的标志。 后电位（after-potential）: 低幅而缓慢 负后电位（后去极化）正后电位（后超极化）,3.特征 “全或无”（all-or-none）特性
7、:指在同一细胞上AP的大小不随刺激强度而改变的现象；（即AP的幅度和形状是“全或无”的） 可传播性: 不衰减的（等幅、等速）。,内向电流: 正电荷由膜外 膜内膜去极化；外向电流: 正电荷由膜内 膜外膜复极化或超极化。,（二）动作电位的产生机制,离子跨膜流动的条件：膜两侧对离子的电化学驱动力膜对离子的通透性,浓度差 *离子的 电化学驱动力 方向和速度电位差（驱动力的改变主要由膜电位变化引起）在静息电位条件下Na+受到很强的内向驱动力 在锋电位期间K+受到很强的外向驱动力,图 利用电压钳技术记录的枪乌鲗神经轴突的膜电流及其离子成分分析,河豚毒阻断了 内向电流；,四乙铵阻断了外向电流,电压钳技术的基
8、本原理就是欧姆定律 : I = V/R = VG,*离子的通透性（膜电导）：,图2-11 不同程度去极化对膜钠电导和钾电导的影响,钠电导,钾电导,G对电压的依赖性,电压依赖性 时间依赖性,G,膜电导（通透性）变化的实质就是膜上离子通道随机开放和关闭的总和效应。,A ：膜片钳记录方法示意图,B ：从培养的大鼠肌细胞膜片上记录的 Na+ 单通道电流,1. 10mV 的电压钳制,.连续次钳制记录得到的 Na+ 单通道电流，通道开放产生向下的内向电流；,.连续300 次钳制记录的单通道电流叠加平均得 到的总和电流，与钠通道的宏膜电流相似,1991年获诺贝尔生理学或医学奖-创建膜片钳技术（1976年）；
9、发现细胞膜上单离子通道的功能。,E.内尔(Erwin Neher),B.萨克曼 (Bert Sakmann ),1.锋电位的上升支：细胞受刺激时膜对Na+通透性突然增大,由于在静息电位条件下Na+受到很强的内向驱动力 Na+迅速内流先是造成膜内负电位的迅速消失,但由于膜外Na+的较高浓度势能, Na+继续内移,出现超射。,锋电位的上升支是Na+快速内流造成的,接近于Na+的平衡电位。动力: 顺电-化学梯度；条件: 膜对Na+电导的迅速增大.,注意：膜对Na+通透性增大，实际上是膜结构中存在的电压门控性Na+通道开放的结果。 Na+通道的特点： 去极化程度越大，其开放的概率也越大，是 电压依赖性
10、的；开闭是全或无式的，并且开、闭之间的转换 速度非常快;至少存在关闭、激活和失活三种功能状态，其形成与分子内部存在两种门控机制有关。,图2-14 去极化过程中钠通道状态的变化,Vm ：膜电位； Im ：膜电流； m 激活门 h 失活门,从失活进入关闭状态的过程称为复活.,注意:只有当刺激适当膜本身去极化到某一临界值(阈电位) “去极化-钠通道开放-Na+内流”之间的正反馈(再生性循环) AP阈电位是指能引起AP的临界膜电位值，在AP产生过程中发挥着类似触发开关的作用。,阈电位(threshold potential)是用膜本身去极化的临界值来描述动作电位产生条件的一个重要概念,是在一段膜上能够诱发，即发生再生性循环的膜内去极化的临界水平。AP的幅度是由膜电位、Na+通道和Na+电流间的正反馈过程决定的，而与引起动作电位的刺激无关。,2.锋电位的下降支：由于Na+通道激活后迅速失活Na+电导, 同时膜结构中电压门控性K+通道开放K+电导；在很强的外向驱动力作用下K+迅速外流。锋电位的下降支是K+外流所致。,AP上升支,AP下降支,3.后电位负后电位: 复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近，暂时阻碍了K+外流。正后电位: 生电性钠泵的作用。,
