医学精品课件：N细胞B.ppt

1、(endoplasmic reticulum)一、一、细胞膜的基本结构细胞膜的基本结构 (cell structure)(cell structure)细胞膜或质膜（plasma membraneplasma membrane）第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能Why have a cell membrane?u isolate the cell cytosol(intracellular fluid)from extracellular fluidu regulate exchange with the environment ions,nutrients,w

2、astes,secretionsu cell communicates with the environment receptor proteins bind signaling moleculesu structural support cellular junctions,anchor cytoskeletal proteins 以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model)What are the components of the cell membrane and what are their

3、 functions?Representation of three-dimensional organization of plasma membranes.A bimolecular film of phospholipids forms the matrix of the membrane,and globular proteins are embedded in the lipid core.Some proteins span the membrane;others are embeded in one of the lipid monolayers.Structures made

4、from phospholipids Structural proteins junctions,cytoskeleton Receptors bind a signaling molecule(ligand)Enzymes reactions(digestion,signaling)Transporters channels,carrier proteinsFunctions of membrane proteins 半透膜半透膜(semipermeable membrane)O O2 2，能源物质能源物质氨基酸氨基酸脂类脂类各种离子等各种离子等细细 胞胞CO2CO2代谢尾产物代谢尾产物二、

5、细胞膜的跨膜转运二、细胞膜的跨膜转运u What molecules cross the cell membrane?u How do these molecules cross the cell membrane?一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。（一）单纯扩散（一）单纯扩散（simple diffusion)1、顺浓度差、顺浓度差2、不需要膜蛋白帮助、不需要膜蛋白帮助3、不消耗能量、不消耗能量4、转运脂溶性物质（非极性分子）如、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和和CO2 细细 胞胞CO2O2特点：特点：Characteristics of simple diffusi

6、on:u Down a concentration gradientu Without help of membrane proteinu Without using ATP u Transport for lipophilic molecules such as O2 and CO2 通透性通透性 (permeability)通透性指物质通过膜的难易程度。扩散通量扩散通量 (Diffusive flux)：表示单位时间内通过单位面积膜的分子数量。取决于浓度差、扩散面积、温度、脂溶性和电场力（离子）等。在在细胞膜特殊蛋白细胞膜特殊蛋白的帮助下进行跨膜转运。的帮助下进行跨膜转运。1.被动转运被动

7、转运(passive transport)：不消耗不消耗ATP 易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion）（1）通道）通道(channel)（2）载体）载体(carrier)2.主动转运主动转运(active transport)：消耗消耗ATP（二）膜蛋白介导的跨膜转运二）膜蛋白介导的跨膜转运易化扩散特点：易化扩散特点：顺浓度差或电位差顺浓度差或电位差 膜蛋白帮助膜蛋白帮助不消耗能量不消耗能量转运水溶性物质转运水溶性物质转运物质：转运物质：Na+,K+,Cl,Ca2+等直径较小离子。等直径较小离子。基本特征：（1）离子选择性离子选择性(ion selectivity)。

8、根据转运离子的特异性命名：Na+通道、K+通道、Cl通道、Ca2+通道等。（2）门控特性门控特性(gating)。开放、关闭。开放、关闭1.1.通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运（channel transport)Ions diffuse through channels down their concentration gradient.Ca2+Ca2+Voltage gatedChemically gatedMechanically gatedHow are the channels gated(opened)?电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道机械门控通道机械门控通道N

9、a+通道阻断剂：河豚毒通道阻断剂：河豚毒(tetrodotoxin,TTX)(tetrodotoxin,TTX)利多卡因利多卡因（lidocaine)lidocaine)K+通道阻断剂：通道阻断剂：四乙胺四乙胺(tetraethylammonium)(tetraethylammonium)Channel blockerFacilitated diffusion by a carrier protein2.2.载体介导的跨膜转运载体介导的跨膜转运(carrier-mediated transport)转运对象转运对象:葡萄糖、氨基酸、核苷酸葡萄糖、氨基酸、核苷酸载体转运特点载体转运特点 Satu

10、ration(饱和现象饱和现象)A：经载体易化扩散模式图B：经载体易化扩散的饱和现象 Vmax：最大扩散速度；Km：米氏常数，达1/2 最大扩散速率所需的底物浓度 Specificity(特异性特异性)Glucose transporters will not move maltose(麦芽糖)Competitive inhibition(竞争性抑制竞争性抑制)Only galactoseGlucose and galactose(半乳糖半乳糖)A competing molecule can block the transport同向转运同向转运 (symport)和逆向转运和逆向转运 (a

11、ntiport)（2）原发性主动转运）原发性主动转运 (primary active transport)特点特点:1、膜蛋白（泵）帮助、膜蛋白（泵）帮助 2、逆浓度差或电位差、逆浓度差或电位差 3、耗能、耗能钠泵（sodium pump,钠-钾泵，钠-钾ATP酶）、钙泵、碘泵等。钠钠-钾泵钾泵 分解分解1个分子个分子ATP，使，使3个个Na+移出膜外，移出膜外，2个个K+移到膜移到膜内内生电性钠泵生电性钠泵(electrogenic pump)。泵入和泵出正离子数相等-中性泵。钠泵活动重要的生理意义钠泵活动重要的生理意义维持细胞正常的渗透压与形态。形成和保持细胞内外Na+、K+不均匀分布，为

12、生物电和多种功能必需。势能贮备为葡萄糖、氨基酸跨小肠和肾小管上皮等继发性主动转运提供能量。Active transport:Na+-K+ATPase哇巴因：哇巴因：钠泵的特异性抑制剂钠泵的特异性抑制剂（3 3）继发性主动转运）继发性主动转运 Secondary Active Transport 利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程，又称联合转运(contransport)。如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。转运体蛋白（转运体转运体，transporter)Sympo

13、rt driven by Na+concentration gradient for trans-epithelial transportSodium-glucose symporter 上皮细胞基侧膜上Na+泵的活动，造成细胞内低 Na+，并在顶膜的内外形成 Na+浓度差。顶膜上的Na+葡萄糖同向转运体则利用膜两侧Na+的化学驱动力，将肠腔中的Na+和葡萄糖分子一起转运至上皮细胞内。这一过程中葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度进行的。进入上皮细胞的葡萄糖分子可经基底侧膜上另一种葡萄糖载体扩散至组织液，完成葡萄糖在肠腔中的主动吸收过程同向转运同向转运(symport)和逆向转运和逆向转运(antip

14、ort)Secondary active transportClick to play转运对象：大分子或物质团块入胞入胞(endocytosis):吞噬吞噬(phagocytosis)cell engulfs a particle into a vesicle 吞饮吞饮(pinocytosis)cell engulfs extracellular fluid 出胞出胞 (exocytosis)Phagocytosis cell engulfs a particle into a vesicle LDL(which is a cholesterol carrier)is a ligand tha

15、t enters by receptor mediated endocytosisReceptor mediated endocytosis入胞的两种类型：入胞的两种类型：液相入胞液相入胞 (fluid-phase endocytosis)受体介入式入胞受体介入式入胞(Receptor mediated endocytosis)Exocytosis&endocytosisClick to play transmembrane signal transduction 外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜表面，引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的表面，

16、引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界信号以新的信号形式传到膜内，变构作用，将外界信号以新的信号形式传到膜内，再引起靶细胞发生相应的功能变化。再引起靶细胞发生相应的功能变化。化学信号化学信号激素、递质、细胞因子（激素、递质、细胞因子（cytokines)cytokines)其它外界刺激信号：机械信号、电信号、电磁波等其它外界刺激信号：机械信号、电信号、电磁波等1.1.外界信号作用于受体后引起一系列信号分子依次激活外界信号作用于受体后引起一系列信号分子依次激活2.2.信号转导都是通过几种类似的转导途径实现的信号转导都是通过几种类似的转导途径实现的3.3.跨膜信号转导有信号放大作用

17、跨膜信号转导有信号放大作用1.离子通道受体离子通道受体 ion channel2.G蛋白耦联受体蛋白耦联受体 G protein-linked receptor3.酶耦联受体酶耦联受体 enzyme-linked receptor化学门控通道化学门控通道 (chemically gated channel)又称又称 配体门控通道配体门控通道 (ligand gated channel)或或促离子型受体促离子型受体(ionotropic receptor)AChACh的的N N2 2型受体、型受体、GABAGABAA A受体、促离子型谷氨酸受体受体、促离子型谷氨酸受体Click to playV

18、oltage gated channelMechanically gated channel通常不称为受体通常不称为受体也可将信号传递到细胞内部也可将信号传递到细胞内部激素、神经递质激素、神经递质(第一信使第一信使)到达靶细胞时不直接进到达靶细胞时不直接进入胞浆入胞浆,而是先与靶细胞膜受体结合而是先与靶细胞膜受体结合,作用于膜结构中的作用于膜结构中的信息传递系统信息传递系统(第二信使系统第二信使系统),),使胞浆中某物质使胞浆中某物质(第二信第二信使使)浓度改变浓度改变,引起靶细胞发生相应变化。引起靶细胞发生相应变化。第二信使学说，第二信使学说，1971诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖

19、原癌基因，原癌基因，1989诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖蛋白质磷酸化在信号转导中的作用，蛋白质磷酸化在信号转导中的作用，1992诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖G蛋白及其在细胞信号转导中的作用，蛋白及其在细胞信号转导中的作用，1994诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖NO的生理功能，的生理功能，1998诺贝尔生理学和医学奖诺贝尔生理学和医学奖基因组中的正常基因，进行表达时称基因组中的正常基因，进行表达时称癌基因癌基因(oncogene)碱基序列与一些能在动物引起肿瘤的病毒碱基序列与一些能在动物引起肿瘤的病毒DNA一致一致其结构变异或表达异常与某些遗传病或肿瘤发生有关其

20、结构变异或表达异常与某些遗传病或肿瘤发生有关原癌基因的正常表达产物是跨膜信号转导过程所必需的原癌基因的正常表达产物是跨膜信号转导过程所必需的其中有一类称为即早基因其中有一类称为即早基因(immediae-early gene)原癌基因被第二信使介导的相关过程激活后，数原癌基因被第二信使介导的相关过程激活后，数分钟内就可表达，称即早基因分钟内就可表达，称即早基因(快速基因快速基因)。即早基因表达的蛋白质进入核内，作为转录因子，即早基因表达的蛋白质进入核内，作为转录因子，诱导另一些基因表达，其表达产物可能是某些通道蛋诱导另一些基因表达，其表达产物可能是某些通道蛋白质、调节肽或酶。白质、调节肽或酶。

21、外界信号不仅可使细胞出现即时反应，还可引起细外界信号不仅可使细胞出现即时反应，还可引起细胞的长时程改变。胞的长时程改变。G 蛋白耦联受体蛋白耦联受体,G protein-linked receptor G蛋白蛋白,G protein(GTP结合蛋白，结合蛋白，GTP-binding protein)G蛋白效应器，蛋白效应器，G protein effector第二信使，第二信使，second messenger蛋白激酶，蛋白激酶，protein kinase1条肽链，条肽链，7次穿膜。次穿膜。7次跨膜受体（次跨膜受体（seven-spanning receptor)，膜外部分能识别配体，并与配

22、体结合。膜外部分能识别配体，并与配体结合。鸟氨酸结合蛋白鸟氨酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding protein)的简称的简称偶联膜受体和效应器蛋白作用偶联膜受体和效应器蛋白作用分为异源三聚体和单体分为异源三聚体和单体G蛋白两类，通常指三聚体蛋白两类，通常指三聚体G蛋白，蛋白，20种以上种以上由由、和和三个亚单位组成三个亚单位组成G蛋白分为蛋白分为6个亚族：个亚族：Gs、Gi/o、Gq、Gt、Gg和和G12某些细菌毒素可作为研究某些细菌毒素可作为研究G蛋白的工具药。蛋白的工具药。Gs仅能被仅能被霍乱毒素激活，霍乱毒素激活，Gi仅能被百日咳毒素激活，仅能被百日咳毒素激

23、活，Gt能被能被霍乱毒素和百日咳毒素激活。霍乱毒素和百日咳毒素激活。(1)催化生成第二信使的酶催化生成第二信使的酶腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(adenylylcyclase,AC)磷脂酶磷脂酶C(phospholipase C,PLC)依赖于依赖于cGMP的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)磷脂酶磷脂酶 (phospholipase A2)(2)离子通道离子通道cAMP (cAMP (环磷酸腺苷）环磷酸腺苷）IPIP3 3 （inositol triphyosphateinositol triphyosphate,三磷酸肌醇）三磷酸肌醇）DG DG（diacyl

24、glyceroldiacylglycerol,二酰甘油）二酰甘油）cGMPcGMP(环磷酸鸟苷）环磷酸鸟苷）CaCa2+2+NO (NO (一氧化氮）一氧化氮）作用：把细胞外信号分子作用于细胞膜的信息作用：把细胞外信号分子作用于细胞膜的信息传给细胞内的靶蛋白传给细胞内的靶蛋白蛋白激酶和离子通道。蛋白激酶和离子通道。100多种，分为多种，分为2大类：大类：(1)丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：为主，使底物蛋白中丝氨酸苏氨酸蛋白激酶：为主，使底物蛋白中丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化或苏氨酸残基磷酸化(2)酪氨酸蛋白激酶：使底物蛋白中酪氨酸残基磷酸化酪氨酸蛋白激酶：使底物蛋白中酪氨酸残基磷酸化依赖依赖cAM

25、P的蛋白激酶的蛋白激酶(cAMP-dependent protein kinase)（蛋白激酶（蛋白激酶A，protein kinase A,PKA）依赖依赖Ca2+的蛋白激酶的蛋白激酶(Ca2+-dependent protein kinase)（蛋白激酶（蛋白激酶C，protein kinase C,PKC）使底物蛋白磷酸化使底物蛋白磷酸化(phosphorylation),导致其生物学特性变化。导致其生物学特性变化。磷酸化级联反应磷酸化级联反应(phosphorylation cascade).细胞内还有大量蛋白磷酸酶细胞内还有大量蛋白磷酸酶(protein phosphatase),使

26、底物蛋白使底物蛋白脱磷酸化。脱磷酸化。蛋白质可逆地磷酸化和脱磷酸化反应，导致蛋白质的功能被激活蛋白质可逆地磷酸化和脱磷酸化反应，导致蛋白质的功能被激活或被抑制。或被抑制。Click to play1.cAMP-PKA信号通路信号通路2.IP3-Ca2+信号通路信号通路3.DG-PKC信号通路信号通路4.G蛋白蛋白-离子通道信号通路离子通道信号通路Ca2+受体：受体：肌钙蛋白肌钙蛋白(骨骼肌骨骼肌)钙调蛋白钙调蛋白(calmodulin,CaM)A ligand may have different effects in different tissues.Epinephrine in skel

27、etal muscle vasodilation Epinephrine in intestine vasoconstriction A ligand can bind to more than 1 receptor protein.why?If the ligand concentration is low,the number of receptors can increase Up-regulation(上调).IntestineSkeletal muscleSignal transduction mediated by enzyme-linked receptor 没有没有G蛋白、第二

28、信使和胞内蛋白激酶的激活，受体本身也蛋白、第二信使和胞内蛋白激酶的激活，受体本身也没有通道结构，而是通过胞内具有酶活性的受体介导完没有通道结构，而是通过胞内具有酶活性的受体介导完成跨膜信号转导。成跨膜信号转导。受体受体本身有酪氨酸激酶活性。本身有酪氨酸激酶活性。主要介导与生长、发育有关的细胞因子主要介导与生长、发育有关的细胞因子(cytokine)和部分肽类和部分肽类激素，如激素，如epidermal growth factor(EGF),nerve growth factor(NGF)，insulin等。等。又称为丝裂原激活的蛋白激酶通路（又称为丝裂原激活的蛋白激酶通路（mitogen-ac

29、tivated protein kainase,MAPK)酪氨酸激酶受体途径、酪氨酸激酶受体途径、DG-PKC途径和途径和AC-cAMP途径均可激活途径均可激活MAPKMAPK是外界信号刺激细胞增值分化的细胞内是外界信号刺激细胞增值分化的细胞内信号转导的交汇点信号转导的交汇点受体本身没有酪氨酸激酶受体本身没有酪氨酸激酶活性，与配体结合后，可与细活性，与配体结合后，可与细胞内的酪氨酸激酶（如胞内的酪氨酸激酶（如JAK）结合，并使之激活，进而使胞结合，并使之激活，进而使胞质中另一种酪氨酸蛋白激酶质中另一种酪氨酸蛋白激酶STAT磷酸化，导致转录因子磷酸化，导致转录因子磷酸化，使基因转录功能变化磷酸化

30、，使基因转录功能变化而发挥生物学作用。如而发挥生物学作用。如growth hormone,prolactin主要介导心房钠尿肽主要介导心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide,ANP)的生物学作用。的生物学作用。NO的受体也是一种的受体也是一种GC，存在于胞质中，称为可溶，存在于胞质中，称为可溶性性GC(soluble GC)。第第三三节：细胞的电活动节：细胞的电活动静息电位静息电位 (resting potential,RP)动作电位动作电位 (action potential,AP)膜电位膜电位 (Membrane Potential)细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开

31、细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开,类似于类似于。细胞膜具有细胞膜具有:：较大，约：较大，约1F/cm2。：可变：可变,与通道及转运体数目有关。与通道及转运体数目有关。：为：为Rm倒数，相当于膜对该带电离子通透性。倒数，相当于膜对该带电离子通透性。：细胞膜通道开放：细胞膜通道开放带电离子跨膜移动带电离子跨膜移动相当于电相当于电容器充电或放电容器充电或放电可产生电位差即跨膜电位可产生电位差即跨膜电位(transmembrane potential),因此电学特性可用并联的因此电学特性可用并联的来描述。来描述。：取决于胞质液本身的电阻和细胞直径。直径越大，：取决于胞质液本身的电阻和细胞直径。直径越大，

32、Ri越小。越小。A：膜的等效电路图。：膜的等效电路图。Cm：膜电容；膜电容；Rm：膜电阻；：膜电阻；Ri:纵向电阻。纵向电阻。B：经微电极向神经纤维胞浆：经微电极向神经纤维胞浆内注入的电流沿轴浆纵向流动内注入的电流沿轴浆纵向流动并跨膜流出胞外，由于纵向电并跨膜流出胞外，由于纵向电阻阻(A图中的图中的Ri)的存在和沿途的存在和沿途不断跨膜漏出，电流密度不断跨膜漏出，电流密度(由由图中箭头的宽度表示图中箭头的宽度表示)随流动随流动距离的延长而逐渐衰减；距离的延长而逐渐衰减；C：随距离逐渐衰减的跨膜电：随距离逐渐衰减的跨膜电流引起的膜电位变化电紧张流引起的膜电位变化电紧张电位。电位。随距刺激原点距离

33、的增随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的加而膜电位呈指数衰减的电位。电位。该电位是由膜的固有电该电位是由膜的固有电学特性决定的学特性决定的,其产生过其产生过程中没有离子通道的激活程中没有离子通道的激活,也无膜电导的改变。也无膜电导的改变。二、静息电位及其产生机制二、静息电位及其产生机制（一）静息电位的记录和数值（一）静息电位的记录和数值细胞内微电极(microelectrode)记录The value for the resting membrane potential静息电位静息电位 (resting potential,RP)+-+-u 细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差细胞膜

34、在安静状态下存在于膜内外间的电位差u 内负外正内负外正u 神经、骨骼肌、心肌：神经、骨骼肌、心肌：-70-90 mV极化极化 去极化去极化除极化除极化 超极化超极化 复极化复极化常用术语常用术语 成分成分细胞内液细胞内液(mEq/L)细胞外液细胞外液(mEq/L)阳离子阳离子Na+10147K+1404Ca2+0.001(游离游离)2.5Mg2+272阴离子阴离子Cl-25114HPO42-802HCO3-1030 1、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内、细胞膜内外存在离子浓度差：膜内K+高，膜高，膜外外Na+高高 2、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不同，、细胞膜在不同情况下对各种离子通透性不

35、同，安静时对安静时对K+通透性大通透性大形成静息电位的离子基础形成静息电位的离子基础Na+Cl-Organic anionsK+Na+Cl-OrganicAnionsK+Electrochemical gradient is a combination of the electrical and chemical gradientsK+channels are open during the resting membrane potentialIf K+channels are open 静息电位的产生机制静息电位的产生机制 安静状态：安静状态：膜内膜内K+浓度高、膜对浓度高、膜对K+的通的通

36、透性大透性大K+顺浓度差外流顺浓度差外流(阴离阴离子不能通过细胞膜子不能通过细胞膜)膜外电位膜外电位、膜内电位膜内电位(内负外正内负外正)随着随着K+外外流增多流增多膜内外电位差膜内外电位差K+外外流阻力流阻力K+外流的阻力外流的阻力(电位差电位差)和动力（浓度差）相等和动力（浓度差）相等膜电位膜电位稳定于某一数值稳定于某一数值(K+平衡电位平衡电位)。K K+的平衡电位的平衡电位(equilibrium potential)iOkKKZFRTElnR-气体常数；T-绝对温度；Z-离子价；F-法拉第常数实际值比计算值略小，与膜对Na+有很小的通透性有关。Nernst公式：(自然对数)Ek=60

37、 logK+oK+i(mV)(常用对数常用对数)Factors that are important for the equilibrium potential for an ion Only channels for that ion are open The charge of the ion Concentration of the ion inside the cell Concentration of the ion outside the cellK+o 静息电位静息电位?Ek=59.5 logK+oK+i(mV)(常用对数常用对数)当K+o：K+i=1:30时，Ek=59.5 l

38、og 0.033=59.5(-1.477)=-87.9(mV)当K+o：K+i=2:30时，Ek=59.5 log 0.067=59.5(-1.176)=-70.0(mV)K+o 静息电位静息电位K+o 膜内外K+浓度差 K+外流流 静息电位静息电位膜对膜对K+的通透性较大，膜电位接近的通透性较大，膜电位接近EK。膜对膜对Na+的通透性的通透性 膜电位接近膜电位接近ENa。心肌、骨骼肌细胞：对心肌、骨骼肌细胞：对K+和和Na+的通透性之比为的通透性之比为20100，静息，静息电位为电位为-80 -90 mV。平滑肌细胞：对平滑肌细胞：对K+和和Na+的通透性之比为的通透性之比为710，静息电位

39、为，静息电位为-55 mV左右。左右。实际值比计算值略小，与膜对实际值比计算值略小，与膜对Na+有很小的通透性有关。有很小的通透性有关。静息电位是静息电位是K+和和Na+的跨膜扩散形成的，主要是的跨膜扩散形成的，主要是K+。钠泵转运使膜内电位负值增加，约钠泵转运使膜内电位负值增加，约216 mV。钠泵维持膜内外钠泵维持膜内外Na+和和K+浓度的相对稳定。浓度的相对稳定。细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转1.“全或无全或无”2.不衰减传导不衰减传导3.具有不应期具有不应期4.不能总和不能总和“全或无全或无”：在同一细胞上，动作

40、电位在同一细胞上，动作电位大小不随刺激强度和传导距离大小不随刺激强度和传导距离而改变。而改变。能引起动作电位的最小刺激强度为阈强度。能引起动作电位的最小刺激强度为阈强度。阳离子内流阳离子内流去极化去极化阴离子内流或阳离子外流阴离子内流或阳离子外流超极化超极化1 1 在正常海水中在正常海水中2 2 在低在低Na+Na+海水中海水中3 3 正常海水冲洗后正常海水冲洗后Developed by Hodgkin,Huxley(1949)Developed by Hodgkin,Huxley(1949)I=V/R=VGI=V/R=VG固定固定V V，测定，测定I I，求，求G G跨膜离子电流跨膜离子电流

41、I I；膜两侧电位差膜两侧电位差V V；膜电导膜电导G G；膜电阻膜电阻R R。19631963年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖 应用负反馈原理的电子装置，跨膜电位维持应用负反馈原理的电子装置，跨膜电位维持跨膜电跨膜电位位恒定，测量跨膜离子电流的强度改变，进而计算出膜恒定，测量跨膜离子电流的强度改变，进而计算出膜电导即膜通透性的变化。电导即膜通透性的变化。The voltage potential across a cell membrane is controlled by the experimenter and the current is measured.Under th

42、ese conditions the observed current can be a direct measure of ionic movements across the membrane to which the electrode is gripping.电极电极1 1测得的电位值经放测得的电位值经放大 后 输 给 负 反 馈 放 大 器大 后 输 给 负 反 馈 放 大 器(FBA)(FBA)，与预先设定的要求，与预先设定的要求保持恒定的电位值比较。保持恒定的电位值比较。如有差值，如有差值，FBAFBA就通过电就通过电极极2 2向轴突内输出相应强度向轴突内输出相应强度相反方向的电

43、流，补偿由于相反方向的电流，补偿由于跨膜离子电流使膜充放电而跨膜离子电流使膜充放电而引起的跨膜电位变化。引起的跨膜电位变化。在电流放大器在电流放大器IAIA上测得上测得的跨膜离子电流的变化就反的跨膜离子电流的变化就反映了膜电导的变化。映了膜电导的变化。：钳制电压：钳制电压：记录的内向电流和外向电流：记录的内向电流和外向电流：河豚毒：河豚毒(TTX)(TTX)阻断了内向电流阻断了内向电流：四乙铵：四乙铵(TEA)(TEA)阻断了外向电流阻断了外向电流 (引自引自KufflerKuffler等等,1984),1984)上图：实施电压钳的程上图：实施电压钳的程序，膜电位从维持电位序，膜电位从维持电位

44、60mV 起始，迅速钳制到起始，迅速钳制到40mV、20mV、0mV 和和20mV.中图和下图：分别为根中图和下图：分别为根据上述电压钳制期间记录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流和钾电流计算出的钠电导的钠电导(gN a)和钾电导和钾电导(gK).NaNa+的平衡电位的平衡电位细胞受到有效刺激细胞受到有效刺激NaNa+通道开放通道开放NaNa+顺电顺电-化学梯度化学梯度内流内流膜外电位膜外电位、膜内电位、膜内电位(去极化去极化)内负外正变成内内负外正变成内正外负正外负电位差成为电位差成为NaNa+内流内流阻力阻力对抗对抗NaNa+内流内流NaNa+内流内流的动力的动力 (浓度

45、差浓度差)与阻力与阻力 (电电位差位差)相等相等Na+Na+的平衡电位。的平衡电位。膜电位达到膜电位达到NaNa+平衡电位时，平衡电位时，NaNa+通道关通道关闭、闭、K K+通道开放，通道开放，K K+外流外流形成动作电位的下降支，并形成动作电位的下降支，并最终恢复到静息电位水平。最终恢复到静息电位水平。动作电位复极化达到静息电位水平后，动作电位复极化达到静息电位水平后，产生超极化后电位（正后电位），是由于产生超极化后电位（正后电位），是由于钠钾泵对离钠钾泵对离子的不对称转运子的不对称转运所致（生电性钠泵）。所致（生电性钠泵）。有效刺激有效刺激 去极化达去极化达-50-50-70mV -70

46、mV 膜上电压门膜上电压门控控NaNa+通道开放通道开放 膜对膜对NaNa+通透性突然通透性突然 NaNa+顺电一顺电一化梯度内流化梯度内流 进一步去极化进一步去极化 更多的更多的NaNa+通道开放通道开放 对对NaNa+通透性通透性（NaNa+的再生性循环，正反馈）的再生性循环，正反馈）大大量量NaNa+内流产生陡峭的动作电位上升支。内流产生陡峭的动作电位上升支。注射电流示意刺激的性质注射电流示意刺激的性质(去极化或超级化去极化或超级化)和强度，超和强度，超极化和小于阈电位的去极化极化和小于阈电位的去极化刺激只能引起局部电位，只刺激只能引起局部电位，只有阈上去极化刺激才能引起有阈上去极化刺激

47、才能引起动作电位。动作电位。记录电极记录电极A紧靠刺激部位，紧靠刺激部位，可同时记录到局部电位和动可同时记录到局部电位和动作电位。作电位。记 录 电 极记 录 电 极 B 距 刺 激 电 极距 刺 激 电 极 5cm，记录到沿神经纤维传，记录到沿神经纤维传播的动作电位。播的动作电位。当刺激使静息电位减小到某个临界值时，膜上的电当刺激使静息电位减小到某个临界值时，膜上的电压门控压门控Na+Na+通道突然大量开放而爆发动作电位，这个临通道突然大量开放而爆发动作电位，这个临界膜电位数值界膜电位数值称称阈电位一般比静息电位绝对阈电位一般比静息电位绝对值小约值小约101020mV20mV。Single

48、channel current 测量单一通道离子电流和电导。测量单一通道离子电流和电导。尖端光洁、直径约尖端光洁、直径约0.50.53 3 m m的玻璃微电极与细胞的玻璃微电极与细胞膜接触而不刺入，通过负压将电极尖端接触的细胞膜轻膜接触而不刺入，通过负压将电极尖端接触的细胞膜轻度吸入电极尖端的纤细开口，并形成紧密的封接，其电度吸入电极尖端的纤细开口，并形成紧密的封接，其电阻可达数千兆欧，将吸附在微电极尖端开口处的小片膜阻可达数千兆欧，将吸附在微电极尖端开口处的小片膜与其余部分的膜在电学上完全隔离开来其中只包含一个与其余部分的膜在电学上完全隔离开来其中只包含一个或几个通道蛋白质分子。或几个通道蛋

49、白质分子。Click to playA：膜片钳记录方法示意图：膜片钳记录方法示意图B：培养的大鼠肌细胞膜片上记：培养的大鼠肌细胞膜片上记录的录的 Na+单通道电流单通道电流：去极化：去极化 10mV 的电压钳制的电压钳制：连续次钳制记录得到的：连续次钳制记录得到的 Na+单通道电流，通道开放产生单通道电流，通道开放产生向下的内向电流向下的内向电流：连续：连续 300 次钳制记录的单通次钳制记录的单通道电流叠加平均得到的总和道电流叠加平均得到的总和（ensemble）电流，与钠通道）电流，与钠通道的宏膜电流相似的宏膜电流相似钠通道钠通道亚单位的分子结构示意图亚单位的分子结构示意图A：推衍的：推衍

50、的亚单位二级结构，亚单位二级结构，I,II,III,IV 代表代表 4 个同源结构域，圆圈中的字母个同源结构域，圆圈中的字母 M、F、I 是氨基酸的一字符号；是氨基酸的一字符号；B：显示由：显示由 4 个同源结构域形成分子的孔道；个同源结构域形成分子的孔道；C：失活机制的示意图：失活机制的示意图开放：激活开放：激活静息：关闭，受刺激可开放静息：关闭，受刺激可开放失活：关闭，受刺激也不能开放失活：关闭，受刺激也不能开放电压门控通道的功能状电压门控通道的功能状态态如：如：Na+通道通道A：上方为一从右向左：上方为一从右向左传播中的神经纤维动作传播中的神经纤维动作电位；下方示意局部电电位；下方示意局