几种主要的跨膜信号转导方式一、由膜的特异受体蛋白质、G-蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统二、由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导三、通过具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号转导 一、由膜的特异受体蛋白质、G-蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号转导系统 信使学说 G蛋白蛋白-GDP第一信使第一信使+R G蛋白蛋白-GTP 效应器酶效应器酶 蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使及其他及其他 第二信使前体第二信使前体细胞功能改变细胞功能改变 1 第一信使：激素、递质等第一信使：激素、递质等2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等等3 第二信使：第二信使：cAMP、、IP3 3、、DG、、cGMP、、 PG、钙离子等、钙离子等 第二信使学说第二信使学说 1. 肾上腺素肾上腺素+受体受体 Gs蛋白蛋白 激活腺苷激活腺苷 酸环化酶酸环化酶 ATP cAMP 一些蛋白质磷酸化一些蛋白质磷酸化 PKA 2. 乙酰胆碱乙酰胆碱+受体受体 Go蛋白蛋白 激活磷脂酶激活磷脂酶C 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇三磷酸肌醇+二酰甘油二酰甘油 一些蛋白质磷酸化一些蛋白质磷酸化 PKC 二、由酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导酪氨酸激酶受体：酪氨酸激酶受体： 膜外部分膜外部分 跨膜跨膜a- 螺旋螺旋 膜内肽段膜内肽段 识别相应配体识别相应配体 酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化 肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF）） 细胞膜上酪氨酸激酶受体细胞膜上酪氨酸激酶受体 膜内侧肽段的蛋白激酶被激活膜内侧肽段的蛋白激酶被激活 酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化 细胞功能改变细胞功能改变 三、通过具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号转导1. 1.化学门控通道化学门控通道化学门控通道化学门控通道化学物质控制：化学物质控制：化学物质控制：化学物质控制： 递质、递质、递质、递质、 激素等激素等激素等激素等主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触主要分布：肌细胞的终板膜、神经细胞的突触 后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。
后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中作用：产生局部电位作用：产生局部电位作用：产生局部电位作用：产生局部电位 例：例：例：例：终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道 2.电压门控通道主要分布：主要分布： 神经轴突、骨骼肌、神经轴突、骨骼肌、 心肌细心肌细 胞的一般细胞膜上胞的一般细胞膜上作用：作用： 产生动作电位产生动作电位跨膜电位控制跨膜电位控制 例：钠通道例：钠通道 3. 机械门控通道机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的通道开放，产生感受器电位通道开放，产生感受器电位通道开放，产生感受器电位通道开放，产生感受器电位 例：听觉毛细胞、肌梭等例：听觉毛细胞、肌梭等例：听觉毛细胞、肌梭等例：听觉毛细胞、肌梭等 各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：各种门控通道完成的跨膜信号转导特点： （（（（1 1）速度相对较快）速度相对较快）速度相对较快）速度相对较快 （（（（2 2）对外界作用出现反应的位点较局限。
对外界作用出现反应的位点较局限对外界作用出现反应的位点较局限对外界作用出现反应的位点较局限 第三节 细胞的兴奋性和生物电现象复习绪论中几个基本概念：1、反应、反应2、刺激、刺激3、兴奋、兴奋4、抑制、抑制5、兴奋性、兴奋性6、可兴奋组织、可兴奋组织 重点比较：重点比较：兴奋：活组织或细胞对刺激发生的反应表现为相兴奋：活组织或细胞对刺激发生的反应表现为相对静止转变为活动或由弱的活动转变为强的活动对静止转变为活动或由弱的活动转变为强的活动机体常见的兴奋表现为：细胞受刺激时产生动作机体常见的兴奋表现为：细胞受刺激时产生动作电位 兴奋性兴奋性：组织或细胞对刺激发生反应的能力常：组织或细胞对刺激发生反应的能力常用细胞受刺激时产生动作电位的能力来衡量用细胞受刺激时产生动作电位的能力来衡量 本章内容：一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象及机制一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象及机制（一）生物电现象的观察和记录方法（了解）（二）静息电位和动作电位（掌握）（三）生物电现象产生机制（掌握）二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导（一）刺激引起兴奋的条件（了解）（二）阈电位与动作电位（掌握）（三）阈下刺激、局部反应及其总和（掌握）（四）细胞兴奋及其恢复过程中兴奋性的周期变化及本质（难点，掌握）（五）兴奋在同一细胞上的传导（掌握） 一、细胞的生物电现象及其产生机制一、细胞的生物电现象及其产生机制（一）生物电现象的观察和记录方法（一）生物电现象的观察和记录方法1、、19世纪中叶世纪中叶 电位计电位计 但常不能准确记录但常不能准确记录2、、20世纪初世纪初 阴极射线示波器及附属设备阴极射线示波器及附属设备 观观察效果较好，但为复合电位察效果较好，但为复合电位3、、 20世纪世纪50年代年代 电压钳技术（电压钳技术（ 基础是基础是1947年微电极年微电极的发明）的发明） 更先进，但仍是大量离子通道的膜行为更先进，但仍是大量离子通道的膜行为 4、、20世纪世纪70年代年代 膜片钳技术膜片钳技术 可记录单一离子通可记录单一离子通道的电流和电导道的电流和电导 （二）细胞的静息电位与动作电位1 1、静息电位、静息电位、静息电位、静息电位定义：细胞未受刺激时定义：细胞未受刺激时定义：细胞未受刺激时定义：细胞未受刺激时（即安静时）膜两侧的（即安静时）膜两侧的（即安静时）膜两侧的（即安静时）膜两侧的电位差。
体内所有细胞电位差体内所有细胞电位差体内所有细胞电位差体内所有细胞都表现为相对膜外为正都表现为相对膜外为正都表现为相对膜外为正都表现为相对膜外为正电位，膜内为负电位电位，膜内为负电位电位，膜内为负电位电位，膜内为负电位这种状态又称为极化这种状态又称为极化这种状态又称为极化这种状态又称为极化若规定膜外为若规定膜外为若规定膜外为若规定膜外为0 0，则膜内，则膜内，则膜内，则膜内多为多为多为多为-10~-100mV-10~-100mV之间 动作电位（AP）定义： 细胞受刺激时，细胞膜细胞受刺激时，细胞膜细胞受刺激时，细胞膜细胞受刺激时，细胞膜在静息电位基础上发生在静息电位基础上发生在静息电位基础上发生在静息电位基础上发生的一次迅速而短暂的可的一次迅速而短暂的可的一次迅速而短暂的可的一次迅速而短暂的可扩布性电位扩布性电位扩布性电位扩布性电位2、细胞的动作电位 膜电位状态极极 化：化： 静息电位存在时膜两侧保持的内负外正静息电位存在时膜两侧保持的内负外正 的状态去极化：去极化： 静息电位减小甚至消失的过程静息电位减小甚至消失的过程反极化：反极化： 膜内电位由零变为正值的过程。
膜内电位由零变为正值的过程超射值：超射值： 膜内电位由零到反极化顶点的数值膜内电位由零到反极化顶点的数值复极化：复极化： 去极化、反极化后恢复到极化的过程去极化、反极化后恢复到极化的过程超极化：超极化： 静息电位增大的过程静息电位增大的过程 AP的的波波形形 难点概念：难点概念：1、峰电位、峰电位2、后电位、后电位3、负后电位、负后电位4、正后电位、正后电位 AP的特点：的特点：1、、“全或无全或无”现象；现象； 2、可扩播性；、可扩播性； 3、不衰减传导不衰减传导AP的意义：兴奋的标志的意义：兴奋的标志 （三）生物电产生机制（三）生物电产生机制 （重（重 点）点） RP的形成机理：的形成机理：［［K+ ]i> [K+ ]o P K+ 高高K+外流外流促进促进K+外流的浓度势能外流的浓度势能阻碍阻碍K+外流的电场力外流的电场力＝＝K+的净外流为零的净外流为零1、、RP的形成条件：的形成条件：u 细胞内外细胞内外K＋＋分布不均匀分布不均匀u 安静时膜对安静时膜对K选择性通透选择性通透 证明：证明：1、、Nernst 公式公式 Ek= ln Ek= 59.5 Log [K+ ]o/[K+ ]i (mV) 理论值理论值 –87mV，实际值，实际值 –77mV2、改变细胞外液中的、改变细胞外液中的K+浓度浓度RT ZF[K+]o[K+]i Em= Ek + ENa PKPK+PNa PKPK+PNaPNa越大，越大，Em越小越小RP的产生影响因素：的产生影响因素： * EK * Na内流内流 * Na泵泵 2. AP产生机制产生机制膜内外膜内外Na+不均匀分布（外高内低）不均匀分布（外高内低）膜突然对膜突然对Na+通透增大（通透增大（ Na+通道开放）通道开放）Na+内流达内流达Na+平衡电位平衡电位去极化去极化复极化复极化 ：：Na+通道关闭，通道关闭， K+通道开放，通道开放， K+外外流流 1、、Nernst公式公式ENa= 59.5 Log [Na+]o/[Na+]i (mV) 超射值超射值= ENa2、改变细胞外液的、改变细胞外液的Na＋＋浓度浓度3、河豚毒、河豚毒(tetrodotoxin,TTX））4、电压钳或膜片钳、电压钳或膜片钳证据证据 mmmhmmmhmmmh失活失活激活激活<1ms复活复活复极到复极到RP去极去极自动自动备用状态备用状态失活失活状态状态激活激活状态状态 去极化时，将引起去极化时，将引起①①电压门控电压门控NaNa+ +通道的激活开放，膜对通道的激活开放，膜对NaNa+ +的通透的通透性可增高性可增高50005000倍，倍，NaNa+ +顺电顺电- -化学梯度迅速内流而化学梯度迅速内流而形成形成APAP的升支的升支② ② 电压门控电压门控NaNa+ +通道的时间依从性失活，导致通道的时间依从性失活，导致NaNa+ +通道的关闭和通道的关闭和NaNa+ +内流的停止内流的停止③③电压门控电压门控K K+ +通道延迟性开放，膜对通道延迟性开放，膜对K K+ +的通透性的通透性增高，增高，K K+ +顺电顺电- -化学梯度外流而形成动作电位的化学梯度外流而形成动作电位的下降支，也使得下降支，也使得NaNa+ +通道复活到备用状态通道复活到备用状态 3、后电位的产生机制、后电位的产生机制去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性K蓄积蓄积超极化后电位（正后电位）：超极化后电位（正后电位）： 膜对膜对K K+ +仍具有较高的通透性仍具有较高的通透性 Na泵活动增强泵活动增强 小结小结* 少量的少量的K+跨膜流动就可引起膜电位的明显变化跨膜流动就可引起膜电位的明显变化 细胞内细胞内K+只降低只降低1/100000* 未配对的离子集中在膜的内外表面未配对的离子集中在膜的内外表面* 膜电位与平衡电位的差值是驱动离子跨膜流动的动力膜电位与平衡电位的差值是驱动离子跨膜流动的动力* 已知离子的浓度差可计算其平衡电位已知离子的浓度差可计算其平衡电位 二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导（一）刺激引起兴奋的条件（一）刺激引起兴奋的条件（一）刺激引起兴奋的条件（一）刺激引起兴奋的条件1、、 刺激强度刺激强度2、、 刺激持续时间刺激持续时间3、、 刺激强度刺激强度-时间变化率时间变化率为研究方便常采用各种形式的电刺激，如方波。
为研究方便常采用各种形式的电刺激，如方波为研究方便常采用各种形式的电刺激，如方波为研究方便常采用各种形式的电刺激，如方波因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另因三个条件相互影响，常固定一个条件，观察另外两个条件的相互关系外两个条件的相互关系外两个条件的相互关系外两个条件的相互关系实验表明，不是所有的刺激都能引起细胞兴奋作为刺激一般要具有三个条件： 实验中常使用方波电脉冲作为刺激方波的优点：1、每个方波上升支和下降支的斜率相同，故认为、每个方波上升支和下降支的斜率相同，故认为不同不同强度方波刺激的强度强度方波刺激的强度-时间变化率是固定不变的时间变化率是固定不变的，只要，只要观察刺激强度（方波振幅）和刺激持续时间（方波宽观察刺激强度（方波振幅）和刺激持续时间（方波宽度）两个参数间的相互关系度）两个参数间的相互关系2、采用不同波宽（即刺激时间）的方波电脉冲做刺激，、采用不同波宽（即刺激时间）的方波电脉冲做刺激，测定不同波宽条件下，引起兴奋（常用神经或骨骼肌测定不同波宽条件下，引起兴奋（常用神经或骨骼肌细胞产生动作电位）所需要的最小刺激强度，即可细胞产生动作电位）所需要的最小刺激强度，即可很很容易得到可兴奋组织或细胞的强度容易得到可兴奋组织或细胞的强度-时间曲线时间曲线（即强度（即强度与时间的相互影响关系）与时间的相互影响关系）（见下页图）（见下页图）。
刺激强度时 值基强度刺激作用的时间强强 度度 — 时时 间间 曲曲 线线 曲线表明：1、当刺激强度低于某一临界值时，即使刺激时间无限长，也不能引起兴奋；2、同样当作用时间短于某一临界值时，即使刺激强度无限大，也不能引起兴奋；因此，当刺激时间足够长，能引起兴奋的最小刺激强度就称为基强度基强度又叫阈强度阈强度或阈值阈值；达到这种强度的刺激称为阈刺激阈刺激；用基强度做刺激引起兴奋所需要的最短时间就叫做利用利用时时；同样条件下，两倍基强度的刺激引起兴奋的最短刺激时间就称为时值时值； 阈刺激阈值：刺激持续时间和强度阈值：刺激持续时间和强度-时间变化率时间变化率 固定时，引起组织兴奋所需的最固定时，引起组织兴奋所需的最 小刺激强度小刺激强度阈阈 刺刺 激：强度等于阈值的刺激激：强度等于阈值的刺激阈下刺激：强度小于阈值的刺激阈下刺激：强度小于阈值的刺激阈上刺激：强度大于阈值的刺激阈上刺激：强度大于阈值的刺激 想 一 想为什么阈刺激会引发兴奋？ （二）阈电位与动作电位在确定刺激引起兴奋的实验中，发现：直流电刺激的神经纤维，在直流电刺激的神经纤维，在阴极下方的神经纤维上产生动作电位，而阴极下方的神经纤维上产生动作电位，而阳极下方的神经纤维不出现动作电位，即阳极下方的神经纤维不出现动作电位，即使加大刺激强度，也不产生动作电位。
使加大刺激强度，也不产生动作电位 产生这种现象的原因是：产生这种现象的原因是：u电刺激时，阴极下方的细胞膜产生的膜电流（电流方向是由内向外），膜本身有电阻，当电流通过时，细胞膜两侧产生内负外正的电压降，与原有的外正内负的静息电位方向相反，两者抵消，结果阴极下方的膜的电位数值减小，即处于去极化状态；u而阳极下方的神经纤维细胞膜上恰恰相反，产生的是超极化状态；u阴极下方的细胞膜电位去极化达到一定值（膜电位的临界值，即阈电位）时，细胞膜上电压依从性的钠离子通道快速被激活，膜对钠离子的通透性增加，更多的钠离子内流（正反馈），直至到达峰值 阈电位的本质就是钠离子通道大量开放（又叫激活）时的膜的电压值阈电位与阈值的关系： 阈刺激（即阈值）导致阈电位产生，达到阈电位，在其他条件不变的情况下，就必然产生兴奋（即动作电位）故阈值可以反应兴奋性的高低两者有一定联系，但是本质上是完全不同的概念 兴奋性的衡量指标：阈值 兴奋性兴奋性∝∝1/阈值阈值 例：例： 指指 标标 A肌肉肌肉 B肌肉肌肉 阈阈 值值 0.7V 1.2V 兴奋性兴奋性 较大较大 较小较小 （三）阈下刺激、局部反应及其总和阈下刺激不能产生动作电位，只能引起少量钠离子内流，引发细胞膜内少量去极化，膜电位少许减少，这种膜电位的变化称为局部反应。
局部反应不能产生动作电位，但它能使膜电位距阈电位更近，所以在其基础上，再受刺激就容易爆发动作电位因此，局部反应提高细胞膜的兴奋性局部反应的特点（与动作电位特点比较）：1、不具全或无2、不能远距无衰减性传播，只能是以电紧张的形式扩布（又叫衰减性传播）3、有总和效应（时间总和，空间总和） （四）组织兴奋及其恢复过程中兴奋性的变化 分分 期期 兴奋性兴奋性 反反 应应绝对不应期绝对不应期 零零 对任何刺激不起反应对任何刺激不起反应相对不应期相对不应期 低于正常低于正常 对阈上刺激起反应对阈上刺激起反应 超超 常常 期期 稍高于正常稍高于正常 对阈下刺激可起反应对阈下刺激可起反应低低 常常 期期 稍低于正常稍低于正常 对阈上刺激起反应对阈上刺激起反应 绝对不应期意义：连续刺激不可能引起意义：连续刺激不可能引起AP的融合的融合AP产生的最大频率产生的最大频率=1/绝对不应期绝对不应期 （理论值）（理论值） 细胞兴奋及恢复过程中兴奋性变化的机制 分分分分 期期期期 兴奋性兴奋性兴奋性兴奋性 机机机机 制制制制绝对不应期绝对不应期绝对不应期绝对不应期 零零零零 已处激活状态或全失活已处激活状态或全失活已处激活状态或全失活已处激活状态或全失活相对不应期相对不应期相对不应期相对不应期 低于正常低于正常低于正常低于正常 部分恢复为备用状态部分恢复为备用状态部分恢复为备用状态部分恢复为备用状态超超超超 常常常常 期期期期 稍高于正常稍高于正常稍高于正常稍高于正常 全恢复备用状态，且接近阈电位全恢复备用状态，且接近阈电位全恢复备用状态，且接近阈电位全恢复备用状态，且接近阈电位低低低低 常常常常 期期期期 稍低于正常稍低于正常稍低于正常稍低于正常 全恢复备用状态，但远离阈电位全恢复备用状态，但远离阈电位全恢复备用状态，但远离阈电位全恢复备用状态，但远离阈电位 （五）兴奋在同一细胞上的传导(1)无髓神经纤维的传导：局部电流连续传导局部电流连续传导特点：慢特点：慢(2)有髓神经纤维（（图图））的传导：局部电流在郎飞氏结局部电流在郎飞氏结跳跃跳跃传导传导 特点：快特点：快 。