第二章----细胞的基本功能(7版).ppt

第二章 细胞的基本功能长治医学院生理学教研室 张翠英研究:细胞的结构和功能 即不同种类细胞在生命活动中表现出的共同规律（共性）细胞水平（以细胞为研究对象）亚细胞水平（以细胞器为研究对象）分子水平（以组成细胞的分子为研究对象）本章主要内容细胞膜的结构和物质转运功能细胞的信号转导细胞的电活动肌细胞的收缩第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜或质膜细胞膜或质膜(cell membrane or plasma membrane)是半透膜，其作是半透膜，其作用：使细胞进行新陈代谢；维持细胞用：使细胞进行新陈代谢；维持细胞内化学成分相对内化学成分相对独立和稳定独立和稳定（细胞内（细胞内高高k+和磷酸盐，细胞外高和磷酸盐，细胞外高Na+、Cl-、Ca2+、HCO3-）一、膜的化学组成和分子结构膜的化学组成 脂质(lipid)14(w)磷 脂 磷脂酰胆碱（外）胆固醇 糖脂（外）（70%）磷脂酰乙醇胺 (30%）磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇 蛋白质(protein)完成细胞膜功能 41(w)糖类(sugar)作为细胞或蛋白质的标志膜的结构液态镶嵌模型(fluid mosaic model)液态镶嵌模型(fluid mosaic model)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、因而也具有不同生理功能的蛋白质，后者主要以-螺旋或球形蛋白质的形式存在。膜脂质脂质分子是双嗜性分子，决定了膜的特性，即 稳定性稳定性（脂质以双分子层分布热力学最稳定）流动性流动性（脂质熔点低）其大小取决于 胆固醇含量 脂肪酸烃链长短及不饱和度 膜蛋白含量 故细胞膜可变形性大，可自动修复膜蛋白表面蛋白（20%30%）靠静电或离子键整合蛋白（70%80%）靠肽链穿越膜脂质双层 膜糖类(寡糖或多糖链)糖蛋白糖脂 共价键二、物质的跨膜转运单纯扩散膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运（不消耗ATP)经载体易化扩散 经通道易化扩散 主动转运（消耗ATP）原发性 继发性出胞和入胞（一）单纯扩散（一）单纯扩散转运物质：脂溶性高、分子量小如转运物质：脂溶性高、分子量小如CO2、O2、N2、乙醇、甘油、尿素等能自由通过膜的物乙醇、甘油、尿素等能自由通过膜的物质（水极性小，不带电，高通透性）质（水极性小，不带电，高通透性）特点特点：从高浓度向低浓度从高浓度向低浓度 不消耗不消耗ATP 扩散量的大小取决于两侧浓度差扩散量的大小取决于两侧浓度差（二）（二）膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运1经载体经载体(carrier)易化扩散易化扩散(facilitated diffusion via carrier)转运物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等转运物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等特点：从高浓度到低浓度特点：从高浓度到低浓度 不消耗不消耗ATP 有饱和有饱和(saturation)现象现象 竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)特例：肾小管上皮、小肠上皮转运葡萄糖、氨基酸属于继特例：肾小管上皮、小肠上皮转运葡萄糖、氨基酸属于继发性主动转运发性主动转运底物浓度底物浓度转运速率转运速率Vmax1/2VmaxKm图图2-2 经载体易化扩散的饱和现象经载体易化扩散的饱和现象Vmax 最大扩散速度最大扩散速度 Km 米氏常数米氏常数Km值反映载体蛋白对被转运物分子的亲和力及转运效率。Km值越小，表明亲和力及转运效率越高，否则相反。单转运体 同向转运体 反向转运体（交换体）载体蛋白载体蛋白（转运体）（转运体）2经通道易化扩散经通道易化扩散(facilitated diffusion via ion channel)离子通道：贯穿膜脂质双层、中央带有亲水性孔道离子通道：贯穿膜脂质双层、中央带有亲水性孔道转运物质：带电离子如转运物质：带电离子如Na+、K+、Cl-、Ca2+等等特点：转运速率快（特点：转运速率快（106108个个/秒）秒）载体载体103105个个/秒秒 离子选择性（离子选择性（ionic selectivity)通道的功能状态受膜电位、化学信号、机械刺激等调控通道的功能状态受膜电位、化学信号、机械刺激等调控 即即电压门控通道电压门控通道(voltage-gated ion channel)化学（配体）门控通道化学（配体）门控通道(chemically-gated ion channel)机械门控通道机械门控通道(mechanically-gated ion channel)图图2-3 三种类型通道三种类型通道图2-1不同门控机制的离子通道A：电压门控通道；B：化学门控通道；C：机械门控通道电压门控电压门控化学门控化学门控机械门控机械门控3.原发性主动转运（原发性主动转运（primary active transport)定义：细胞靠离子泵（定义：细胞靠离子泵（ion pump)直接利用代谢产生的能量将物直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。质逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。1）钠钠-钾泵：钾泵：(sodium-potassium pump)简称钠泵简称钠泵(sodium pump)本质：本质：Na+-K+-ATP酶（膜蛋白）酶（膜蛋白）结构：图结构：图2-6作用：每分解作用：每分解1分子分子ATP将将3个个Na+移出胞外，同移出胞外，同时将时将2个个 K+移入胞内，结果移入胞内，结果K+胞内是胞外胞内是胞外30倍倍，Na+胞外是胞内胞外是胞内10倍左右。倍左右。阻断剂：哇巴因阻断剂：哇巴因激活条件激活条件：细胞内细胞内Na+浓度升高或细胞外浓度升高或细胞外K+浓度升高浓度升高生理意义：生理意义：建立一种势能贮备，供细胞其他耗能过建立一种势能贮备，供细胞其他耗能过程利用（程利用（Na+-H+交换，交换，Na+-Ca2+交换，交换，易化扩散，继发性主动转运等）；易化扩散，继发性主动转运等）；产生和维持细胞内高产生和维持细胞内高K+、细胞外高细胞外高Na+的状态，是细胞产生生物电的基础；的状态，是细胞产生生物电的基础；细胞内高细胞内高K+为胞内代谢反应提供了适宜为胞内代谢反应提供了适宜环境环境；是一种生电性泵；是一种生电性泵；维持细胞内维持细胞内pH相对稳定；相对稳定；维持细胞内正常的容积和渗透压维持细胞内正常的容积和渗透压。2）钙泵(即Ca2+-ATP酶，calcium pump)分布：质膜、内质网或肌质网膜上 作用：将1个Ca2+、2个Ca2+移出膜外3）质子泵 H+,K+-ATP酶（胃壁细胞）H+-ATP酶（各种细胞器膜）图图2-5 钠泵示意图钠泵示意图123456 789 10NCNCATP磷酸化位点磷酸化位点ATP结合位点结合位点钠结合位点钠结合位点哇巴因结合位点哇巴因结合位点钾结合位点钾结合位点图图2-6 钠泵的功能活动及分子结构示意图钠泵的功能活动及分子结构示意图4.继发性主动转运继发性主动转运 （secondary active transport)定义定义：是指某些物质逆浓度梯度的主是指某些物质逆浓度梯度的主 动转运过程，所需能量动转运过程，所需能量 间接来自间接来自ATP的的 分解，也称联合转运分解，也称联合转运例：小肠粘膜上皮吸收葡萄糖、氨基酸；例：小肠粘膜上皮吸收葡萄糖、氨基酸；肾小管上皮重吸收葡萄糖、氨基酸。肾小管上皮重吸收葡萄糖、氨基酸。紧密连接钠泵Na+K+钠泵Na+K+Na+葡萄糖载体葡萄糖Na+氨基酸载体氨基酸小肠腔肠上皮细胞图图2-7(三）出胞（三）出胞（exocytosis)和入胞和入胞(endocytosis)定义：定义：出胞出胞是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。形式排出细胞的过程。入胞入胞是指大分子物质或物质的团块借助于与是指大分子物质或物质的团块借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。吞饮分为吞饮分为液相入胞液相入胞和和受体介导入胞受体介导入胞（如结合了（如结合了Fe2+的运铁蛋白、低密度脂蛋白等）两种。的运铁蛋白、低密度脂蛋白等）两种。图图2-8图图2-9图2-10图2-4受体介导的入胞示意图受体介导入胞示意图受体介导入胞示意图小结：物质的跨膜转运（一）单纯扩散（二）膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运（不消耗ATP)经通道易化扩散 经载体易化扩散 主动转运（消耗ATP）原发性 继发性（三）出胞和入胞第二节 细胞的信号转导 内环境、外环境 化学信号（配体）物理信号 穿透胞膜 与胞膜受体结合 与胞内受体结合 跨膜信号转导生物效应 生物效应递质神经调节体液调节激素机械刺激 电刺激电磁波功能改变或电反应几类结构同源的蛋白质，由相近基因家族编码图图2-11 跨膜信号转导跨膜信号转导几种主要的跨膜信号转导方式几种主要的跨膜信号转导方式一、离子通道受体介导的信号转导一、离子通道受体介导的信号转导离子通道受体离子通道受体：具有接受细胞外信号（化学的、电的、机械的 的功能，又可以形成离子通道的膜蛋白。类型：化学门控通道类型：化学门控通道（骨骼肌终板膜N2型Ach受体、神经元突触后膜及嗅、味感受细胞膜A型-氨基丁酸受体、甘氨酸受体）电压门控通道电压门控通道（神经轴突膜、骨骼肌和心肌细胞的质 膜中）机械门控通道机械门控通道（血管内皮细胞膜、血管平滑肌细胞膜、下丘脑渗透压感 受器神经元膜、内耳毛细胞顶端膜）特点：跨膜信号转导速度快、反应位点较局限。特点：跨膜信号转导速度快、反应位点较局限。图图2-12二、G蛋白耦联受体介导的信号转导（一）参与者：1.G蛋白耦联受体配体配体G蛋白蛋白肾上腺素、受体，ACh M 受体，5-HT受体，嗅觉受体，肽类受体，视紫红质受体等1000种左右。图图2-132.G蛋白 Gs Gi Gq G12家族 小G蛋白（单一亚单位）GDP GTP GDP图图2-14GTP GTP ase GTPGDP活化效应器酶图图2-15图图2-163.G蛋白效应器（催化生成第二信使的酶）及第二信使（细胞内信号分子）主要有：G蛋白种类 效应器酶 第二信使 第二信使作用 Gs和Gi 腺苷酸环化酶(AC）cAMP 蛋白激酶A(PKA)Gi或Gq 磷脂酶C(PLC)三磷酸肌醇(IP3)内质网钙释放通道激活 二酰甘油(DG)蛋白激酶C(PKC)以第二信使发挥作用的胞外调节因子：以第二信使发挥作用的胞外调节因子：多数激素、多数经典神经递质、肽类递质、光刺激、多数激素、多数经典神经递质、肽类递质、光刺激、味味、嗅等化学刺激、嗅等化学刺激肝细胞磷酸化酶激酶 糖原分解；心肌细胞钙通道磷酸化；胃壁细胞分泌增加（二）主要的二）主要的G蛋白耦联受体信号转导途径蛋白耦联受体信号转导途径1.受体-G蛋白-AC途径配体+受体 Gi活化 AC抑制 cAMP Gs活化 AC活化 胞浆中ATP cAMP（第二信使）PKA（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）激活 生物学效应2.受体-G蛋白-PLC途径配体+受体 Gi/Gq 磷脂酶C(PLC)激活二磷酸磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇+二酰甘油 （PIP2）（IP3）（DG）与肌（内）质网膜受体结合 +Ca2+Ca2+（第二信使）释放入胞浆 PKC激活 Ca2+和CaM发挥生理作用 生物学效应 （三）酶耦联受体介导的信号转导（三）酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体：酶耦联受体：受体蛋白分子只有一个跨膜螺旋，其细胞膜外侧部分有结合配体的位点，胞质侧本身具有酶的活性或可直接与胞质中的酶结合并激活之。类型：主要有酪酪氨酸激酶受体氨酸激酶受体(tyrosine kinase receptor,TKR)和鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体(guanylyl cyclase receptor)两类。1.酪氨酸激酶受体（即受体酪氨酸激酶）酪氨酸激酶受体（即受体酪氨酸激酶）结合配体大部分生长因子胰岛素部分肽类激素本身有TK结构域或可结合并激活胞质中的TK 生物学效应（代谢、生长、增殖、分化和存活等）生物学效应（代谢、生长、增殖、分化和存活等）图图2-172.鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体结合配体结合配体(如心房钠尿肽、如心房钠尿肽、NO）NC鸟苷酸环化酶（鸟苷酸环化酶（GC)结构域结构域PKG活化胞质中蛋白质磷酸化GCGTP cGMP图图2-18第三节 细胞的电活动一、细胞膜的被动电学特性指静息状态下的膜电容、膜电阻及由它们决定的膜电流和膜电位的变化（一）膜电容和膜电阻细胞外膜胞质RmCmRi膜的等效电路图膜的等效电路图膜的脂质双层平行板电容 离子跨膜移动相当于充电或放电 产生跨膜电位跨膜电位。单纯的脂质双层具有高电阻（106109），离子通道越多，电阻越小（生物膜103）图图2-19镶嵌在膜中的转运体和离子通道相当于小导体使膜电阻减小膜电阻（Rm）用膜电导（G）表示轴向电阻（Ri）大小取决于胞质溶液本身及细胞直径大小，直径越大，Ri越小。G=1/Rm（二）电紧张电位电紧张电位幅度较小时，不会影响膜电导；幅度较大时，将会引起钠和钙通道激活。图2-20 膜的被动电学特性和电紧张电位1.引导方法：引导方法：二、静息电位及其产生机制二、静息电位及其产生机制图2-21神经纤维跨膜电位的记录A：神经纤维跨膜电位记录的实验布置；B：有髓鞘神经纤维动作电位2.定义：细胞在未受刺激时（静息状态下）存在于定义：细胞在未受刺激时（静息状态下）存在于细胞膜内、外两侧的电位差。细胞膜内、外两侧的电位差。几个概念：几个概念：极化：静息状态下细胞膜电位呈外正内负的状态。极化：静息状态下细胞膜电位呈外正内负的状态。超极化：静息电位增大（即膜内负电位增大）。超极化：静息电位增大（即膜内负电位增大）。去极化：静息电位减小（即膜内负电位减小）去极化：静息电位减小（即膜内负电位减小）。超射：膜电位位于零电位水平以上的部分。超射：膜电位位于零电位水平以上的部分。骨骼肌细胞的静息电位为骨骼肌细胞的静息电位为-90mv，神经细胞神经细胞-70mv，红细胞，红细胞约约-10 mv，平滑肌细胞约，平滑肌细胞约-55 mv。3.产生机制产生机制K+K+蛋白质-磷酸盐-Na+Na+图图2-22静息电位的产生静息电位的产生 前提：钠前提：钠-钾泵活动造成细胞内高钾泵活动造成细胞内高K+，细胞外高细胞外高Na+条件：静息状态下细胞膜对条件：静息状态下细胞膜对K+较高通透性（非门控钾通较高通透性（非门控钾通道），对胞内负离子不通透，对道），对胞内负离子不通透，对Na+通透性较低通透性较低 大小：正常时接近大小：正常时接近K+平衡电位。细胞外平衡电位。细胞外K+浓度降低，静浓度降低，静息电位增大；细胞膜对息电位增大；细胞膜对K+和和Na+的相对通透性的相对通透性;钠钠-钾泵活钾泵活动的影响。动的影响。Ek=RT ln k+o ZF K+i =60log (mv)钠泵钠泵的生的生电电作用：超极化作用：超极化 K+o K+i多数细胞多数细胞Ek为为-90-100mv,ENa约为约为+50+70mv影响静息电位的因素:1）细胞内外K+浓度差；2）胞膜对K+、Na+的相对通透性；3）钠-钾泵活动水平。三、动作电位及其产生机制三、动作电位及其产生机制（一）动作电位（一）动作电位1.定义定义 可兴奋细胞在受到有效刺可兴奋细胞在受到有效刺激后，细胞膜内外电位差发生的可激后，细胞膜内外电位差发生的可逆性倒转和复原。逆性倒转和复原。2.形态特征形态特征锋电位、负后电位（后去极化）、正后电位（后超极化）图图2-23图2-24K+、Na+和Cl的平衡电位与静息电位和动作电位的关系EK、ENa和ECl分别为K+、Na+和Cl的平衡电位；RP:静息电位；AP:动作电位3.动作电位的特征动作电位的特征 1）“全全”或或“无无”（all-or-none)2）不衰减性传导不衰减性传导4.引起动作电位产生的引起动作电位产生的刺激条件刺激条件 强度强度 阈值阈值（threshold)持续时间持续时间 强度强度-时间变化率时间变化率（二）动作电位产生的机制（二）动作电位产生的机制动作电位的峰值在动作电位的峰值在+40mv+50mv，接近钠离子平衡电位接近钠离子平衡电位（ENa)，替换替换Na+后动作电位减小，用同位素后动作电位减小，用同位素24 Na+定量定量研究结果相符。研究结果相符。设想可能在动作电位期间，设想可能在动作电位期间，Na+在膜两侧进行扩散，造成在膜两侧进行扩散，造成锋电位。锋电位。要证明以上设想，必须证明要证明以上设想，必须证明 1.膜两侧有促使膜两侧有促使Na+扩散的电化学驱动力扩散的电化学驱动力 2.动作电位期间膜对动作电位期间膜对Na+通透性增加通透性增加1 1.膜两侧离子扩散的电化学驱动力膜两侧离子扩散的电化学驱动力 Em=EX 该离子在膜两侧不再扩散，此时电化学驱动该离子在膜两侧不再扩散，此时电化学驱动 力为力为0，即，即 Em-EX=该离子的电化学驱动力该离子的电化学驱动力因此因此 Na+电化学驱动力电化学驱动力=Em-ENa=-70mv-(+60)mv=-130mv K+电化学驱动力电化学驱动力=Em-E K=-70mv-(-90)mv=+20mv跨膜电流以正离子的移动方向规定，即正离子由膜外向膜内移跨膜电流以正离子的移动方向规定，即正离子由膜外向膜内移动时形成内向电流，正离子由膜内向膜外移动时形成外向电流；动时形成内向电流，正离子由膜内向膜外移动时形成外向电流；内向电流使膜去极化，外向电流使膜超极化。内向电流使膜去极化，外向电流使膜超极化。驱动力随膜电位变化而变化达到锋电位水平时 Em-ENa=+30mv-（+60mv）=-30mv Em-E K=+30mv-(-90mv)=+120mv可见：静息电位时，可见：静息电位时，Na+的内向驱动力强；的内向驱动力强；锋电位时，锋电位时，K+的外向驱动力强。的外向驱动力强。2.动作电位期间膜电导的变化动作电位期间膜电导的变化1）技术思想：固定驱动力，测出跨膜电流，根据欧姆定律计算出膜电导；结合药理学方法证明形成跨膜电流的离子。I=V/R Im=(Em-ENa)/Rm=GNa(Em-ENa)GNa=Im/(Em-ENa)2）电压钳（电压钳（voltage clamp)技术技术装置：装置：图图2-25结果结果 时间依从性时间依从性图2-26利用电压钳技术记录的枪乌鲗大神经轴突的膜电流及其离子成分的分析：钳制电压；：记录的内向电流和外向电流；：河豚毒（TTX）阻断了内向电流；：四乙铵（TEA）阻断了外向电流（引自Kuffler等1984）电压依从性电压依从性图2-27不同程度去极化对膜钠电导和钾电导的影响上图为实施电压钳的程序，膜电位（Vm）从维持电位60mV起始，迅速钳制到40mV、20mV、0mV、和20mV；中图和下图分别为根据上述电压钳制期间记录的钠电流和钾电流计算出的钠电导（gNa）和钾电导（gK）结论结论.去极化去极化1ms内内Na+通透性先增高后下降，之后通透性先增高后下降，之后K+通透性增高并恒定（时间依从性）；通透性增高并恒定（时间依从性）；.去极化程度越大，离子通透性就越高去极化程度越大，离子通透性就越高（时间依从性）。（时间依从性）。.膜从静息电位水平去极化可使膜的离子通透膜从静息电位水平去极化可使膜的离子通透性快速变化；性快速变化；图图2-283.3.动作电位产生的过程动作电位产生的过程弱刺激只能引起电紧张电位，稍强的去极化电紧张电位使弱刺激只能引起电紧张电位，稍强的去极化电紧张电位使Na+通通道开放，内流使膜进一步去极化，但很快被道开放，内流使膜进一步去极化，但很快被K+外流所抵消，故只外流所抵消，故只能产生局部反应（能产生局部反应（local response)。较强刺激较强刺激膜的去极化程度较大膜的去极化程度较大Na+内流超过内流超过K+外流时（外流时（阈电位阈电位）膜的去极化程度更大膜的去极化程度更大Na+通道开放概率及通道开放概率及Na+内向电流内向电流 更大更大+正正反反馈馈（再再生生性性循循环环）图图2-291）阈电位：刚能产生动作电位时的最小临界膜）阈电位：刚能产生动作电位时的最小临界膜 电位电位。阈电位一般比静息电位小阈电位一般比静息电位小1020mv，神经细胞神经细胞为为-55mv。4.膜对离子通透性变化的机制膜片钳膜片钳(patch clamp)技术技术 解决：记录单个离子通道的电流，计算解决：记录单个离子通道的电流，计算单通道电导单通道电导和和开放概率开放概率 图图2-30结果结果图图2-31a)a)膜电导变化是膜上离子通道随机开放的膜电导变化是膜上离子通道随机开放的总和效应；总和效应；I=I=i iP Po oN N I为宏膜电流，为宏膜电流，i为单通道电流，为单通道电流，Po为单通道开放概率，为单通道开放概率，N为全细胞上该通道的数目为全细胞上该通道的数目 b)b)单通道的电导增加、开放概率增加或离单通道的电导增加、开放概率增加或离子通道数目增加，膜电导增加。子通道数目增加，膜电导增加。c)c)钠通道开放、关闭、开放时间都是随机钠通道开放、关闭、开放时间都是随机的，具有的，具有电压依从性电压依从性和和时间依从性时间依从性。离子通道的三种状态图图2-32去极化过程中钠通道状态的变化去极化过程中钠通道状态的变化Vm：膜电位；：膜电位；Im：膜电流；：膜电流；m和和h分别示意钠通道的激分别示意钠通道的激活门和失活门活门和失活门(三三)动作电位在同一细胞上的传播动作电位在同一细胞上的传播+-+mv50mv-60mv传播方向传播方向图图2-33有髓纤维的跳跃式传导郎飞氏结无髓纤维的传导图图2-34四、局部电位四、局部电位2 2）局部反应的特征：）局部反应的特征：不是全或无；不是全或无；电紧张传播；电紧张传播；无不应期，可叠加（时间总和、无不应期，可叠加（时间总和、空间总和）。空间总和）。五、可兴奋细胞及其兴奋性五、可兴奋细胞及其兴奋性（一）几个重要概念（一）几个重要概念可兴奋细胞（可兴奋细胞（excitable cell):受刺受刺激后能产生动作电位的细胞。一般包括激后能产生动作电位的细胞。一般包括神经细胞、肌细胞和腺细胞。神经细胞、肌细胞和腺细胞。兴奋（兴奋（excitation)：细胞对刺激发生反细胞对刺激发生反应的过程应的过程(即动作电位即动作电位)。兴奋性（兴奋性（excitability)：可兴奋细胞受可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力。刺激后产生动作电位的能力。刺激（刺激（stimulation):细胞所处环境因素细胞所处环境因素的变化。的变化。阈强度（阈强度（threshold intensity):在刺在刺激持续时间和强度时间变化率固定的激持续时间和强度时间变化率固定的条件下，使组织发生兴奋的最小刺激强条件下，使组织发生兴奋的最小刺激强度。度。阈刺激阈刺激（threshold stimulus):相相当于阈强度的刺激。当于阈强度的刺激。（二）细胞兴奋后兴奋性的变化（二）细胞兴奋后兴奋性的变化动作电位与兴奋性变动作电位与兴奋性变化的时间关系化的时间关系因为绝对不应期恰好等因为绝对不应期恰好等于锋电位持续时间，所于锋电位持续时间，所以，可兴奋细胞产生和以，可兴奋细胞产生和传导动作电位的最大频传导动作电位的最大频率是绝对不应期的倒数。率是绝对不应期的倒数。图图2-35兴奋性变化各期的特点兴奋性变化各期的特点绝对不应期（绝对不应期（absolute refractory period):此期内兴奋性此期内兴奋性为，任何强大的刺激都不能使细胞再次产生兴奋。为，任何强大的刺激都不能使细胞再次产生兴奋。相对不应期（相对不应期（relative refractory period):此期内兴奋性此期内兴奋性逐渐恢复，在一定时间内，大于原来阈刺激的刺激可引起逐渐恢复，在一定时间内，大于原来阈刺激的刺激可引起细胞再次产生动作电位，但再次产生的动作电位去极化速细胞再次产生动作电位，但再次产生的动作电位去极化速度和幅度都小于正常。度和幅度都小于正常。超常期（超常期（supranormal period):此期内兴奋性略高于正此期内兴奋性略高于正常，用低于原来阈刺激的阈下刺激即可使细胞再次产生动常，用低于原来阈刺激的阈下刺激即可使细胞再次产生动作电位，再次产生的动作电位去极化速度和幅度也小于正作电位，再次产生的动作电位去极化速度和幅度也小于正常。常。低常期（低常期（subnormal period):此期内兴奋性略低于正常，此期内兴奋性略低于正常，用大于原来阈刺激的刺激才可引起细胞再次产生动作电位。用大于原来阈刺激的刺激才可引起细胞再次产生动作电位。第四节肌细胞的收缩形态分类:横纹肌、平滑肌功能分类：骨骼肌、心肌、平滑肌一、横纹肌（一）横纹肌的微细结构肌球（凝）蛋白肌球（凝）蛋白组成粗肌丝组成粗肌丝肌动（纤）蛋白、原肌动（纤）蛋白、原肌球（凝）蛋白和肌肌球（凝）蛋白和肌钙蛋白钙蛋白组成细肌丝组成细肌丝图图2-36图图2-37（二）骨骼肌神经（二）骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递肌接头处兴奋的传递N2型阳离子通道接头前神经末梢接头前神经末梢中含中含:突触囊泡突触囊泡终板膜上含终板膜上含:N2型型Ach受体受体阳离子通道、阳离子通道、乙酰胆碱酯酶乙酰胆碱酯酶不含：快钠通道不含：快钠通道图图2-38骨骼肌神经骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递过程肌接头处兴奋的传递过程神经纤维的动作电位到达接头前膜神经纤维的动作电位到达接头前膜接头前膜去极化使膜上电压门控接头前膜去极化使膜上电压门控Ca2+通道开放通道开放Ca2+流入接头前膜流入接头前膜小泡内的小泡内的Ach量子式释放到接头间隙量子式释放到接头间隙ACh扩散至终板膜并与扩散至终板膜并与N2ACh受体受体阳离子通道结合、通道激活阳离子通道结合、通道激活终板膜终板膜Na+内流、内流、K+外流，前者更强外流，前者更强终板膜去极化，即终板电位终板膜去极化，即终板电位(endplate potential,EPP)终板电位以电紧张电位刺激肌细胞膜上的电压终板电位以电紧张电位刺激肌细胞膜上的电压门控钠离子通道开放，产生门控钠离子通道开放，产生AP图图2-39注意：注意：a)a)终板电位是局部反应；终板电位是局部反应；b)Achb)Ach以量子释放，一个突触小泡中所含的以量子释放，一个突触小泡中所含的AchAch，称为一个量子，接头前膜去极化时流入的称为一个量子，接头前膜去极化时流入的CaCa2+2+的的多少影响多少影响AchAch的释放量，一个正常的的释放量，一个正常的EPPEPP约需释放约需释放250 250 个个 突触小泡；突触小泡；c)c)微终板电位（微终板电位（miniature endplate miniature endplate potential,MEPPpotential,MEPP)静息状态下，接头前膜发生约每秒静息状态下，接头前膜发生约每秒1 1次的次的AchAch量子（即一个囊泡）的自发释放所引起的终量子（即一个囊泡）的自发释放所引起的终板膜电位的微小变化。板膜电位的微小变化。临床链接：临床链接：肌松剂（筒箭毒、肌松剂（筒箭毒、-银环蛇毒、阿曲库银环蛇毒、阿曲库胺）特异阻断受体；胺）特异阻断受体；重症肌无力：自身免疫抗体破坏重症肌无力：自身免疫抗体破坏Ach受体通道；受体通道；肌无力综合征：自身免疫抗体肌无力综合征：自身免疫抗体破坏接头前膜破坏接头前膜Ca2+通道；通道；肉毒杆菌中毒：毒素抑制前膜肉毒杆菌中毒：毒素抑制前膜释放释放Ach；有机磷中毒：破坏胆碱酯酶。有机磷中毒：破坏胆碱酯酶。（三）横纹肌的收缩机制（三）横纹肌的收缩机制肌丝滑行理论肌丝滑行理论 (myofilament sliding theory)ADPPiPiADPCa2+ADPADPCaCaATPADP结合结合ATP横桥与横桥与肌动蛋白分离肌动蛋白分离CaCaATPATPCaCa图图2-40CaPiADPADPPiATP水解横桥进入高势能状态CaPiADPCa2+ADPPi图图2-41图图2-42横桥扭动时产生张力和缩短的示意图（修改自横桥扭动时产生张力和缩短的示意图（修改自姚泰，姚泰，2001）(四四)横纹肌的兴奋横纹肌的兴奋-收缩耦联收缩耦联关键步骤：关键步骤：a)动作电位沿肌膜和动作电位沿肌膜和T管膜传播，激活其上的管膜传播，激活其上的L型钙型钙通道；通道；b)L型钙通道变构（骨骼肌）型钙通道变构（骨骼肌）Ca2+内流（心肌）激活内流（心肌）激活JSR膜上的钙膜上的钙 释放通道；释放通道；c)JSR内的内的Ca2+流入胞质流入胞质,肌钙蛋白与肌钙蛋白与Ca2+结合，触结合，触发肌丝滑行；发肌丝滑行；d)胞质中胞质中Ca2+激活激活 LSR膜上的钙泵膜上的钙泵,回收入肌质网回收入肌质网,肌肉舒张肌肉舒张.图图2-43横纹肌肌质网横纹肌肌质网Ca2+释放机制释放机制A：钙触发钙释放机制示意图：钙触发钙释放机制示意图肌膜去极化激活了肌膜去极化激活了L型钙通道和型钙通道和Ca2+内流，内流，Ca2+结合于肌质网的钙结合位点，引起钙释放通道开放；结合于肌质网的钙结合位点，引起钙释放通道开放；B：电：电-机械耦联机制机械耦联机制示意图示意图肌膜的去极化引起肌膜的去极化引起L型钙通道电压敏感肽段的位移，导致型钙通道电压敏感肽段的位移，导致“拔塞拔塞”样作用的构象改样作用的构象改变，使肌质网钙释放通道开放（引自变，使肌质网钙释放通道开放（引自KatzAM，2001）(五五)影响横纹肌收缩效能的因素影响横纹肌收缩效能的因素1.收缩效能表现收缩效能表现:张力、缩短程度、缩短速张力、缩短程度、缩短速度度2.等长收缩（等长收缩（isometric contraction)：收缩时收缩时肌肉的长度保持不变而只有张力的增加，此肌肉的长度保持不变而只有张力的增加，此种收缩形式谓之。种收缩形式谓之。3.等张收缩等张收缩(isotonic contraction):收缩时只收缩时只发生肌肉缩短而张力保持不变的发生肌肉缩短而张力保持不变的 收缩形式。收缩形式。影响收缩效能的因素影响收缩效能的因素：a)a)前负荷：决定肌肉初长度前负荷：决定肌肉初长度 长度长度-张力张力 曲线曲线 最适初长度最适初长度2.02.22.02.2mm b)b)后负荷：阻止肌肉缩短后负荷：阻止肌肉缩短 张力张力-速度曲速度曲线线 c)c)肌肉收缩能力：指与前、后负荷无关肌肉收缩能力：指与前、后负荷无关的、决定肌肉收缩效能的内在特性。的、决定肌肉收缩效能的内在特性。其主其主要取决于兴奋要取决于兴奋-收缩耦联过程中胞质内收缩耦联过程中胞质内Ca2+Ca2+的水平和横桥的水平和横桥ATPATP酶的活性。酶的活性。d)d)收缩的总和：运动单位多少收缩的总和：运动单位多少 、神经神经发放冲动频率发放冲动频率 图图2-44图图2-45运动神经元发放冲动频率对收缩的影响运动神经元发放冲动频率对收缩的影响 图图2-46刺激频率对骨骼肌收缩的影响刺激频率对骨骼肌收缩的影响A：单收缩；：单收缩；B：强直收缩：强直收缩（引自（引自RhoadesRA和和TannerGA，1995）二、平滑肌二、平滑肌（一）结构特点（一）结构特点细肌丝：粗肌丝细肌丝：粗肌丝=10：115：1（骨骼肌（骨骼肌2：1）有致密体（细肌丝附着点）和中间丝（连接致密有致密体（细肌丝附着点）和中间丝（连接致密体），无体），无Z盘盘横桥伸处地方向不一致，粗、细肌丝滑动范围更横桥伸处地方向不一致，粗、细肌丝滑动范围更大大无横管无横管肌质网不发达肌质网不发达肌质网膜上有肌质网膜上有IP3和和ryanodine两种受体（骨骼肌两种受体（骨骼肌只有后者）只有后者）图2-47平滑肌结构A：平滑肌结构示意图；B：平滑肌肌丝滑行示意图（二）平滑肌的分类（二）平滑肌的分类1.单个单位平滑肌（内脏平滑肌）小血管、消化道、输尿管、子宫-缝隙连接，有自律性。2.多单位平滑肌 睫状肌、虹膜肌、竖毛肌、气道和大血管的平滑肌（三）平滑肌的电活动静息电位 -50mv-60mv。单个单位平滑肌可出现慢波。动作电位去极相由Na+和Ca2+内流形成，复极相由K+外流形成。（四）平滑肌的收缩机制1.胞质内钙浓度的调控1）升高药物-机械耦联机制：药物-受体-G蛋白-PLC途径第二信使IP3，触发SR释放Ca2+电-机械耦联机制：药物或牵张-引起兴奋2）降低 SR膜和胞膜上的钙泵及胞膜上的Na+-Ca2+交换体2.平滑肌的收缩机制Ca2+Ca2+M Ca 肌球蛋白轻链激酶激活 肌球蛋白轻链磷酸化 横桥ATP酶活性 肌丝滑行Ca2+肌球蛋白轻链磷酸酶活化 肌球蛋白轻链脱磷酸 舒张 （五）平滑肌活动的神经支配自主神经