1、动物生理学第1页，共244页。一、上课班级：一、上课班级：2011级动物科学专业级动物科学专业 二、上课要求二、上课要求 三、总学时：三、总学时：45学时学时 四、成绩计算四、成绩计算 考试：考试：60%作业：作业：20%出勤：出勤：10%提问：提问：10%五、参考书五、参考书 动物生理学动物生理学 周定刚周定刚 动物生理学动物生理学 杨秀平杨秀平 动物生理学动物生理学 陈守良陈守良第2页，共244页。第第1章章 绪论（绪论（Introduction）掌握掌握 1.动物生理学的研究方法动物生理学的研究方法2.动物生理机能的调节方式动物生理机能的调节方式3.反馈调节机制与意义反馈调节机制与意义熟
2、悉熟悉1.动物生理学的研究对象动物生理学的研究对象2.动物生理学的研究水平动物生理学的研究水平了解了解1.非自动控制系统及其生理意义非自动控制系统及其生理意义2.前馈控制系统及其生理意义前馈控制系统及其生理意义第3页，共244页。1.1 动物生理学概述动物生理学概述 1.1.1 动物生理学的研究对象动物生理学的研究对象u生理学生理学（physiology）是一门研究生物机）是一门研究生物机体体生命活动现象生命活动现象及其及其功能活动规律功能活动规律的科学。的科学。u动物生理学是研究动物生理学是研究正常正常健康动物健康动物机能活动机能活动及其规律的科学。及其规律的科学。第4页，共244页。人体生
3、理学人体生理学植物生理学植物生理学比较生理学比较生理学昆虫生理学昆虫生理学鱼类生理学鱼类生理学家禽生理学家禽生理学家畜生理学家畜生理学动物生理学动物生理学生理学生理学第5页，共244页。u动物生理学的动物生理学的研究水平研究水平 （图）（图）细胞和分子水平细胞和分子水平（细胞生理学或普通生理学）（细胞生理学或普通生理学）器官和系统水平（器官生理学，器官和系统水平（器官生理学，威威 廉廉哈哈维维于于1628年著心血运动论）年著心血运动论）整体和环境水平整体和环境水平第6页，共244页。1.1.2 动物生理学的研究任务动物生理学的研究任务 是是阐明阐明动物及其各组成部分所表现的动物及其各组成部分所
4、表现的各种各种生命活动现象生命活动现象或或生理活动过程生理活动过程，从而，从而揭示、掌握和运用这些规律更有效地为揭示、掌握和运用这些规律更有效地为提高畜禽生产性能、动物保健治疗和促提高畜禽生产性能、动物保健治疗和促进畜牧业发展服务。进畜牧业发展服务。第7页，共244页。1.1.3 动物生理学动物生理学研究方法研究方法 动物生理学的知识主要来自对生命现象动物生理学的知识主要来自对生命现象的的客观观察客观观察和通过和通过实验实验获得。获得。慢性实验慢性实验vivo）vivo）在体实验（in在体实验（invitro）vitro）离体实验（in离体实验（in急性实验急性实验研究方法研究方法第8页，共2
5、44页。u急性实验：急性实验：离体离体实验：离体器官实验：离体器官模拟在体条件模拟在体条件刺激刺激在体实验（活体解剖实验）：麻醉或破坏在体实验（活体解剖实验）：麻醉或破坏 大脑大脑暴露器官暴露器官刺激刺激u优点：优点：直观、操作简单，条件易控制。直观、操作简单，条件易控制。u缺点：缺点：动物不能反复利用，不能准确反映器动物不能反复利用，不能准确反映器 官在体内的正常规律。官在体内的正常规律。第9页，共244页。u慢性实验：慢性实验：以完整、健康的动物为研究对象，在无菌、麻以完整、健康的动物为研究对象，在无菌、麻醉条件下手术，待动物清醒和恢复健康后进行实醉条件下手术，待动物清醒和恢复健康后进行实
6、验（各种瘘管实验）。验（各种瘘管实验）。u优点：优点：动物可重复利用，能充分动物可重复利用，能充分反映器官在反映器官在 体内的正常规律。体内的正常规律。u缺点：缺点：操作复杂，实验条件不易控制。操作复杂，实验条件不易控制。第10页，共244页。1.2 生命活动的基本特征生命活动的基本特征1.2.1 新陈代谢（新陈代谢（metabolism）：）：生物体与环境之间进行的生物体与环境之间进行的物质物质和和能量能量转转 化，以实现化，以实现自我更新自我更新的过程（包括的过程（包括同化同化 作用作用与与异化作用异化作用）。）。第11页，共244页。1.2.2 兴奋性（兴奋性（excitability）
7、：）：可兴奋组织、细胞受到刺激后具有产生可兴奋组织、细胞受到刺激后具有产生 动作电位动作电位的的能力。能力。可兴奋组织：可兴奋组织：神经、肌肉、腺体。神经、肌肉、腺体。刺激：刺激：能引起机体反应的内外环境能引起机体反应的内外环境变化变化。表现形式：表现形式：兴奋兴奋与与抑制。抑制。兴奋：兴奋：组织细胞接受刺激后产生组织细胞接受刺激后产生动作电位动作电位的现象。的现象。第12页，共244页。1.2.3 适应性（适应性（adaptability）：）：机体能根据内外环境变化机体能根据内外环境变化调整调整体内各种活体内各种活动，以适应变化的能力。动，以适应变化的能力。生理性适应：生理性适应：RBC数
8、对缺氧的适应。数对缺氧的适应。行为性适应：行为性适应：寒冷时添加衣服的适应。寒冷时添加衣服的适应。变温动物适应性差，要冬眠；恒温动物能变温动物适应性差，要冬眠；恒温动物能进行体温调节，适应性强。进行体温调节，适应性强。第13页，共244页。1.2.4 生殖（生殖（reproduction）：）：生物体生长发育到生物体生长发育到一定阶段一定阶段后，能产生与后，能产生与自己自己相似相似的的子代个体子代个体的功能。的功能。第14页，共244页。1.3 机体的内环境、稳态机体的内环境、稳态1.3.1 内环境和稳态内环境和稳态体液：动物体内所含的液体，包括体液：动物体内所含的液体，包括细胞内细胞内液液（
9、占体重（占体重2/3）和）和细胞外液细胞外液（占体重（占体重1/3）。）。内环境（内环境（internal environment）细胞外液是细胞直接赖以生存的环境，被细胞外液是细胞直接赖以生存的环境，被称之为称之为机体的内环境机体的内环境。（法国（法国.Claude Bernard.1857年）年）第15页，共244页。稳态及其调节稳态及其调节稳态（稳态（homeostasis）：是指机体通过各种）：是指机体通过各种调节机制调节机制所维持的所维持的动态平衡状态。动态平衡状态。（美国（美国.Cannon.1929年）年）稳态的意义：稳态的意义：稳态是稳态是机体机体赖以赖以生存生存及各种细胞器官
10、维持及各种细胞器官维持正常活动功能正常活动功能的必要条件。的必要条件。第16页，共244页。1.4 机体功能的调节机体功能的调节1.4.1 神经调节（神经调节（nervous regulation）u神经调节：是通过神经调节：是通过神经系统神经系统的活动所实现的活动所实现的一种调节方式。的一种调节方式。u分类：分类：非条件反射非条件反射和和条件反射条件反射u神经活动的基本过程是神经活动的基本过程是反射反射（reflex）。）。第17页，共244页。u反射：反射：是指在是指在中枢神经中枢神经 系统的系统的参与下，机体对参与下，机体对 内外环境变化所作出的内外环境变化所作出的 规律规律性应答。性应
11、答。u特点：迅速、准确特点：迅速、准确 局限、短暂局限、短暂u结构基础是结构基础是反射弧反射弧 （reflex arc）第18页，共244页。u组成组成：感受器：感受器传入神经传入神经神经中枢神经中枢 传出神经传出神经效应器效应器第19页，共244页。1.4.2 体液调节（体液调节（humoral regulation）u是通过体液中的某些是通过体液中的某些特殊化学物质特殊化学物质（如（如代谢产物、激素等）实现的一种代谢产物、激素等）实现的一种调节调节方式方式。u特点：缓慢、持久、广泛特点：缓慢、持久、广泛 第20页，共244页。u体液调节的体液调节的方式方式远距分泌远距分泌（内分泌）：（内分
12、泌）：内分泌细胞分泌的内分泌细胞分泌的激素激素进入血液，经血液循环到达靶细胞发进入血液，经血液循环到达靶细胞发挥生理作用。挥生理作用。旁分泌旁分泌（局部调节）：（局部调节）：细胞分泌的细胞分泌的激素激素进入进入细胞间液，通过细胞间液，通过扩散扩散达到邻近的靶细胞起达到邻近的靶细胞起作用。作用。第21页，共244页。自分泌：自分泌：细胞分泌的细胞分泌的激素激素进入细胞间液对进入细胞间液对自身自身起调节作用。起调节作用。神经分泌：神经分泌：神经细胞分泌神经细胞分泌神经递质神经递质由轴突由轴突末梢释放，经突触传递至突触后细胞影末梢释放，经突触传递至突触后细胞影响其生理功能响其生理功能。神经内分泌神经
13、内分泌：神经细胞分泌神经细胞分泌神经激素神经激素进入进入血液，通过血液达到靶细胞起作用。血液，通过血液达到靶细胞起作用。第22页，共244页。1.4.3 自身调节（自身调节（autoregulation）u内外环境发生变化时，组织、器官内外环境发生变化时，组织、器官不依赖不依赖于外来神经于外来神经或或体液因素体液因素的作用，根据自身的作用，根据自身的生理特性所发生的适应性反应。的生理特性所发生的适应性反应。u如：血压升高，小动脉平滑肌收缩，管径如：血压升高，小动脉平滑肌收缩，管径缩小，流入血流量降低，以维持动脉血流缩小，流入血流量降低，以维持动脉血流量相对稳定。量相对稳定。u特点：范围局限、调
14、节幅度小、灵敏度低特点：范围局限、调节幅度小、灵敏度低 第23页，共244页。1.5 机体的控制系统机体的控制系统u动物体内存在控制系统，如神经系统对肌动物体内存在控制系统，如神经系统对肌肉活动的调控肉活动的调控u控制系统由控制系统由控制控制和和受控受控两个部分构成两个部分构成1.5.1 非自动控制系统非自动控制系统（non-automatic system）u“开环开环”系统：系统：控制部分控制部分受控部分受控部分产生活动产生活动 （如体内反馈失效时出现）（如体内反馈失效时出现）第24页，共244页。第25页，共244页。1.5.2 反馈控制系统（反馈控制系统（feedback contro
15、l system）u是一个是一个“闭环闭环”系统，系统，控制部分和受控部控制部分和受控部分之间存在着分之间存在着往返的双向联系。往返的双向联系。第26页，共244页。u反馈：反馈：由受控部分发出信息对控制部分的由受控部分发出信息对控制部分的活动加以纠正和调整的过程。活动加以纠正和调整的过程。u负反馈：负反馈：反馈信息反馈信息抑制或减弱抑制或减弱控制部分的控制部分的活动，使系统保持稳态，是可逆的过程。活动，使系统保持稳态，是可逆的过程。（如：血压调节）（如：血压调节）u正反馈：正反馈：从受控部分发出的反馈信息从受控部分发出的反馈信息促进促进或加强或加强控制部分的活动，控制部分的活动，使整个系统处
16、于使整个系统处于再生状态，再生状态，是不可逆的过程。（如：分娩、是不可逆的过程。（如：分娩、排尿）排尿）第27页，共244页。1.5.3 前馈控制系统（前馈控制系统（feed-forward control）u在在干扰信息干扰信息作用于受控部分引起输出效应作用于受控部分引起输出效应发生变化的同时，又通过发生变化的同时，又通过另一快捷途径作另一快捷途径作用于受控部分，使其及时地调整活动。用于受控部分，使其及时地调整活动。第28页，共244页。u体温降低之前，机体稳态尚未被打破，产体温降低之前，机体稳态尚未被打破，产热反应的强度也尚未出现偏差，如果此时热反应的强度也尚未出现偏差，如果此时控制部位就
17、开始发出指令，使产热反应增控制部位就开始发出指令，使产热反应增强，这是强，这是前馈控制前馈控制。u心脏和血管的活动出现偏差，导致血压降心脏和血管的活动出现偏差，导致血压降低，感受器感受到血压降低后，控制部位低，感受器感受到血压降低后，控制部位根据这一信息发出指令，使血压升高，这根据这一信息发出指令，使血压升高，这是是（负）反馈控制（负）反馈控制。第29页，共244页。第30页，共244页。第第2章章 细胞的基本功能细胞的基本功能掌握掌握 1.细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能 2.细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能 3.细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象及其产生机制
18、熟悉熟悉细胞膜的结构特点细胞膜的结构特点 了解了解 细胞膜的受体功能细胞膜的受体功能第31页，共244页。2.1 细胞膜的基本结构和物质转运功能细胞膜的基本结构和物质转运功能n细胞膜的基本功能细胞膜的基本功能屏障功能屏障功能物质转运功能物质转运功能信号转导功能信号转导功能信号转导信号转导：细胞膜上的：细胞膜上的受体受体具有具有识别识别和和接受接受环境中环境中刺激信号刺激信号的能力，进而通过一系列反的能力，进而通过一系列反应实现对细胞功能的应实现对细胞功能的调控调控过程。过程。第32页，共244页。2.1.1 膜的化学组成和分子结构膜的化学组成和分子结构液态镶嵌模型液态镶嵌模型：u膜以液态脂质双
19、分子层为基架，镶嵌蛋白质膜以液态脂质双分子层为基架，镶嵌蛋白质分子；分子；u有少量糖脂或糖蛋白；有少量糖脂或糖蛋白；u脂质双分子层脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具有稳定性和流动性，使细胞在承受张力和外形改变时在承受张力和外形改变时不致于破裂，容易不致于破裂，容易自动融合和修复；自动融合和修复；u膜膜具有选择通透，具有选择通透，水溶性物质不能自由通透。水溶性物质不能自由通透。第33页，共244页。2.1.2 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能 细胞在跨膜转运过程，只有细胞在跨膜转运过程，只有脂溶性脂溶性物物质才能通过，其他物质要通细胞膜，需要质才能通过，其他物质要通细胞膜，需要借助
20、膜蛋白质的帮助。根据借助膜蛋白质的帮助。根据转运的方向转运的方向和和供能特征供能特征，将物质转运分为，将物质转运分为被动转运被动转运和和主主动转运动转运两大类。两大类。第34页，共244页。u被动转运（被动转运（passive transport）被动转运被动转运是指物质或离子是指物质或离子顺着顺着浓度梯度或电浓度梯度或电位梯度通过位梯度通过细胞膜细胞膜的扩散过程，其特点是的扩散过程，其特点是不不需要需要细胞提供细胞提供能量能量。被动转运的被动转运的动力动力是电化学是电化学势能势能包括包括单纯扩散单纯扩散、易化扩散易化扩散和和滤过滤过等形式等形式第35页，共244页。2.1.2.1 单纯扩散（
21、单纯扩散（simple diffusion）单纯扩散：脂溶性单纯扩散：脂溶性物质（物质（O2、CO2）由膜）由膜的的高高浓度侧向浓度侧向低低浓度侧的转运过程。浓度侧的转运过程。影响因素：影响因素：（1）膜两侧物质的梯度（浓度或电位）膜两侧物质的梯度（浓度或电位）（2）膜对该物质的通透性（与脂溶性有关）膜对该物质的通透性（与脂溶性有关）第36页，共244页。2.1.2.2 易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion）易化扩散：非脂溶性易化扩散：非脂溶性或脂溶性小的物质（如或脂溶性小的物质（如G.S、AA、Na+、K+、Ca2+等）在等）在特殊膜蛋白特殊膜蛋白的的“帮助帮助”下
22、，由膜的下，由膜的高高浓度一侧向浓度一侧向低低浓度浓度一侧转运的现象。一侧转运的现象。特点：特点：物质转运物质转运动力动力来自高浓度的来自高浓度的势能势能；顺顺浓度梯度或电浓度梯度或电-化学梯度移动；化学梯度移动；需要需要特殊膜蛋白特殊膜蛋白参与。参与。第37页，共244页。易化扩散又分两类（膜蛋白不同）：易化扩散又分两类（膜蛋白不同）：以蛋白质载体为中介（以蛋白质载体为中介（转运转运G.S、AA）特点：特点：高度的高度的结构特异性结构特异性饱和饱和现象（数量饱和）现象（数量饱和）竞争性抑制竞争性抑制（竞争结合位点）（竞争结合位点）第38页，共244页。以以“通道通道”为中介为中介 （图图）通
23、道蛋白的通道蛋白的外侧面疏水，外侧面疏水，而而内侧面亲水内侧面亲水，对离子具有高度的亲和力，允许对离子具有高度的亲和力，允许适当大小适当大小的离子的离子顺顺浓度梯度浓度梯度瞬间瞬间通过（与载体转运通过（与载体转运的最大区别的最大区别速度快速度快）。）。第39页，共244页。特点：特点：离子有离子有选择性选择性：Na+通道、通道、K+通道等；通道等；通道内侧有通道内侧有“闸门闸门”控制通道的控制通道的启闭启闭；通道类型（通道类型（门控机制门控机制决定）：决定）：（1）电压门控通道：）电压门控通道：Na+通道通道（2）化学门控通道：）化学门控通道：Ach通道通道（3）机械门控通道：内耳毛细胞的离子
24、通道）机械门控通道：内耳毛细胞的离子通道第40页，共244页。2.1.2.3 主动转运（主动转运（active transport）细胞通过细胞通过耗能耗能过程，将过程，将物质物质分子或离子分子或离子逆电逆电化学梯度化学梯度进行跨膜转运的过程。进行跨膜转运的过程。特点：特点：能量来自细胞代谢活动（能量来自细胞代谢活动（离子泵离子泵）；）；逆逆电化学梯度转运；电化学梯度转运；需要特殊膜蛋白参与。需要特殊膜蛋白参与。第41页，共244页。（1）原发性主动转运）原发性主动转运（primary active transport）n指细胞利用代谢产生的能量将离子指细胞利用代谢产生的能量将离子逆逆浓度浓度
25、梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。n介导这一过程的膜蛋白是介导这一过程的膜蛋白是离子泵离子泵第42页，共244页。n钠钾泵钠钾泵（sodium potassium pump）：）：n钠钾依赖式钠钾依赖式ATP酶酶u是镶嵌在膜脂质层中、是镶嵌在膜脂质层中、具有具有ATP酶活性酶活性的的特特殊蛋白质殊蛋白质，通过，通过分解分解ATP为物质主动转运提为物质主动转运提供供能量能量；u能能逆逆电化学梯度将电化学梯度将膜内膜内的的3个个Na+移出膜外移出膜外，将将膜外膜外的的2个个K+移入膜内移入膜内。第43页，共244页。n钠钾泵钠钾泵的意义：的意义：（1）维持细胞内外
26、）维持细胞内外Na+、K+离子浓度梯度离子浓度梯度（2）维持细胞）维持细胞渗透压渗透压和和容积容积相对稳定相对稳定（3）贮备势能贮备势能，为继发性主动转运提供，为继发性主动转运提供 能量能量第44页，共244页。（2）继发性主动转运继发性主动转运（图图）（secondary active transport）物质物质逆逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运时，能浓度梯度或电位梯度跨膜转运时，能量量间接间接来自原发性主动转运所形成的离子浓来自原发性主动转运所形成的离子浓度差（主要是度差（主要是Na+），），如如葡萄糖的转运。葡萄糖的转运。n主动转运主动转运没有平衡终点，没有平衡终点，甚至甚至可以将物质全可
27、以将物质全部转运到膜的另一侧。部转运到膜的另一侧。n被转运的平衡终点是被转运的平衡终点是膜两侧物质的浓度差和膜两侧物质的浓度差和电位差为零。电位差为零。第45页，共244页。2.1.2.4 入胞入胞和出胞和出胞大分子物质或团块大分子物质或团块（1）入胞入胞（endocytosis）或内吞）或内吞n 细胞外大分子物质或团块（如细菌、病毒或细胞外大分子物质或团块（如细菌、病毒或大分子蛋白质等）与细胞膜形成吞噬泡或吞大分子蛋白质等）与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡被整批转入细胞的过程。饮泡被整批转入细胞的过程。u吞噬（吞噬（phagocytosis）：进入的是固体物质）：进入的是固体物质u吞饮（吞饮（pi
28、nocytosis）：进入的是液体物质）：进入的是液体物质第46页，共244页。（2）出胞出胞（exocytosis）或胞吐）或胞吐 （图图）n指细胞质内的大分子或团块物质以分泌囊泡指细胞质内的大分子或团块物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程（激素分泌）。的形式排出细胞的过程（激素分泌）。Ca2+内流内流诱发，分泌物由诱发，分泌物由粗面内质网粗面内质网合成；合成；在向高尔基体转移中被包裹成为在向高尔基体转移中被包裹成为囊泡囊泡；当细胞分泌时，囊泡与细胞膜融合后向外开当细胞分泌时，囊泡与细胞膜融合后向外开口破裂，将内容物口破裂，将内容物一次性排出一次性排出，而囊泡的膜，而囊泡的膜也变成细胞膜的组成
29、部分。也变成细胞膜的组成部分。第47页，共244页。2.2 细胞的信号转导细胞的信号转导n外界信号（化学分子、光、声音等）作用外界信号（化学分子、光、声音等）作用于于膜受体膜受体，引起受体，引起受体构象的改变构象的改变，将外界信，将外界信息以息以新信号新信号的形式传递到膜内，再引发靶细的形式传递到膜内，再引发靶细胞功能胞功能改变改变的过程称为的过程称为细胞的信号转导。细胞的信号转导。n包含三个环节：包含三个环节：胞外信号识别与结合、信号转导、胞内效应胞外信号识别与结合、信号转导、胞内效应第48页，共244页。2.2.1 细胞信号转导概述细胞信号转导概述n受体受体（receptor）：是能与细胞
30、外专一信号分）：是能与细胞外专一信号分子（配体）结合，并引起细胞反应的子（配体）结合，并引起细胞反应的蛋白质蛋白质大分子大分子。n受体分类：受体分类：按存在部位分：按存在部位分：细胞膜受体、胞浆受体和核细胞膜受体、胞浆受体和核受体受体按受体结构及跨膜信号转导方式分：按受体结构及跨膜信号转导方式分：G蛋白耦联受体、具有酶活性受体、离子通道蛋白耦联受体、具有酶活性受体、离子通道型受体、核受体型受体、核受体第49页，共244页。n受体功能：受体功能：（1）识别识别特异的信号物质（特异的信号物质（配体配体）。同一配体）。同一配体与不同类型受体结合会产生不同的反应。如与不同类型受体结合会产生不同的反应。
31、如胆胆碱碱能受体能受体有有烟碱型（烟碱型（N型）型）和和毒蕈碱型（毒蕈碱型（M型）型）两种，两种，Ach可以使骨骼肌兴奋可以使骨骼肌兴奋（N型）型），但对，但对心肌则是抑制的心肌则是抑制的（M型）型）。（2）把识别和接受的）把识别和接受的信号信号准确无误的准确无误的放大放大并并传传递递到细胞内部，到细胞内部，启动启动一系列胞内一系列胞内生化反应生化反应，最，最后后导致导致特定的细胞反应。特定的细胞反应。第50页，共244页。n受体的特征受体的特征特异性特异性：保证了信号传导的正确性。：保证了信号传导的正确性。高亲和力高亲和力：虽然配体浓度很低，但仍能与受体：虽然配体浓度很低，但仍能与受体特异性
32、结合并发挥巨大的生物学效应。特异性结合并发挥巨大的生物学效应。饱和性饱和性：数量有限。：数量有限。可逆性可逆性：配体与受体结合形成的复合物可随时：配体与受体结合形成的复合物可随时解离，又可以恢复结合。解离，又可以恢复结合。第51页，共244页。2.2.1 主要的信号转导方式主要的信号转导方式2.2.2.1 由离子通道受体介导的跨膜信号转导由离子通道受体介导的跨膜信号转导通道类型（通道类型（门控机制门控机制决定）：决定）：（1）电压门控通道：）电压门控通道：Na+通道通道（2）化学门控通道：）化学门控通道：Ach通道通道（3）机械门控通道：内耳毛细胞的离子通道）机械门控通道：内耳毛细胞的离子通道
33、细胞膜上细胞膜上同一生物分子同一生物分子，既是，既是受体受体又是又是离子离子通道通道。第52页，共244页。乙酰胆碱受体的结构与其功能乙酰胆碱受体的结构与其功能第53页，共244页。骨骼肌细胞终板膜的跨膜信号转导骨骼肌细胞终板膜的跨膜信号转导骨骼肌终板膜上骨骼肌终板膜上N2型型ACh受体为化学门控通受体为化学门控通道，当配体与道，当配体与ACh结合后，发生构象变化及结合后，发生构象变化及通道开放，引起通道开放，引起Na+和和K+经通道的跨膜流动，经通道的跨膜流动，造成膜的去极化，并以终板电位的形式将信造成膜的去极化，并以终板电位的形式将信号传给周围肌膜，引发肌膜的兴奋和肌细胞号传给周围肌膜，引
34、发肌膜的兴奋和肌细胞收缩，从而实现收缩，从而实现ACh的信号跨膜转导。的信号跨膜转导。第54页，共244页。2.2.2.2 G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导（1）通路中的信号分子）通路中的信号分子过程：过程：受体识别配体并与之结合；受体识别配体并与之结合；激活与受体耦联的激活与受体耦联的G蛋白；蛋白；激活激活G蛋白效应器（酶）；蛋白效应器（酶）；产生第二信使；产生第二信使；激活或抑制依赖第二信使的蛋白激酶。激活或抑制依赖第二信使的蛋白激酶。第55页，共244页。蛋白耦联受体蛋白耦联受体（G protein-coupled receptor,GPCR）l又称又称蛇型
35、受体蛇型受体，是由，是由单一单一的多肽链或均的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为一的亚基组成，其肽链可分为细胞外、细胞外、跨膜跨膜和和细胞内细胞内三个功能结构域三个功能结构域。第56页，共244页。G G蛋白耦联受体的分子结构蛋白耦联受体的分子结构七次跨膜受体七次跨膜受体第57页，共244页。G G蛋白蛋白（guanine nucleotide-binding protein）即即鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白，是位于细胞膜胞液面的，是位于细胞膜胞液面的外周蛋白，由外周蛋白，由、和和 三种亚基构成异三聚三种亚基构成异三聚体。其中，体。其中，亚基可与亚基可与GTPGTP或或GDPGDP结合，并结
36、合，并具有具有GTPaseGTPase活性。活性。G G蛋白分为：蛋白分为：GsGs、GiGi、GqGq、G G1212四大家族四大家族 有两种构象：非活化型、活化型有两种构象：非活化型、活化型G G蛋白蛋白第58页，共244页。1994年医学和生理学诺贝尔奖获得者年医学和生理学诺贝尔奖获得者 发现发现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艾尔弗雷德艾尔弗雷德.吉尔默吉尔默马丁马丁.罗德贝尔罗德贝尔第59页，共244页。蛋白效应器蛋白效应器l包括酶和离子通道，包括酶和离子通道，G蛋白主要通过激活或抑制蛋白主要通过激活或抑制下游的效应酶发挥作用，它们都是催化生成或分下游的
37、效应酶发挥作用，它们都是催化生成或分解第二信使的酶。解第二信使的酶。腺苷酸环化酶（腺苷酸环化酶（AC）磷脂酶磷脂酶C（PLC）磷酸二酯酶（磷酸二酯酶（PDE）磷脂酶磷脂酶A2（A2）第60页，共244页。第二信使第二信使信号分子（信号分子（第一信使第一信使）作用于膜受体后产生胞内信号分）作用于膜受体后产生胞内信号分子，它们可以把胞外信号分子携带的信息转入胞内，继续子，它们可以把胞外信号分子携带的信息转入胞内，继续胞内的信号传递过程，由此诱发细胞的各种反应。胞内的信号传递过程，由此诱发细胞的各种反应。环磷酸腺苷（环磷酸腺苷（cAMP）、肌醇三磷酸（）、肌醇三磷酸（IP3）、二酰甘油）、二酰甘油（
38、DC）、环磷酸鸟苷（）、环磷酸鸟苷（cGMP）、）、Ca2+。蛋白激酶（蛋白激酶（PK）能催化蛋白质磷酸化的酶系统，分为两类：能催化蛋白质磷酸化的酶系统，分为两类：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸激酶、苏氨酸激酶、酪氨酸激酶酪氨酸激酶第61页，共244页。（2 2）几条主要的跨膜信号转导途径）几条主要的跨膜信号转导途径受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC信号转导途径（信号转导途径（以以GsGs途径为例途径为例）胞质内胞质内cAMP cAMP 升高升高 受体受体-配体配体 激活型激活型GsGs 激活激活的腺苷酸的腺苷酸环化酶环化酶 蛋白激酶蛋白激酶A A（PKAPKA）激活激活 生物效应生物效应 兴奋型兴奋
39、型G G蛋白蛋白（GsGs）腺苷酸环化酶（腺苷酸环化酶（ACAC）配体配体 受体受体相关链接：相关链接：cAMPcAMP作为第二信使的发现作为第二信使的发现第62页，共244页。cAMPcAMP作为第二信使的发现：作为第二信使的发现：l E.W.E.W.萨瑟兰萨瑟兰于于19651965年首先提出第二信使学说，他认为体年首先提出第二信使学说，他认为体内各种内各种含氮激素含氮激素都是通过胞内的都是通过胞内的cAMPcAMP而发挥作用，并而发挥作用，并首次把首次把cAMPcAMP叫做叫做第二信使第二信使，激素激素等为等为第一信使第一信使。l 第二信使的作用方式：第二信使的作用方式：直接作用：如直接作
40、用：如CaCa2+2+能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引能直接与骨骼肌的肌钙蛋白结合引起起肌肉肌肉收缩；收缩；间接作用（主要方式）：间接作用（主要方式）：第二信使第二信使通过活化通过活化蛋白激蛋白激酶酶，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。，诱导一系列蛋白质磷酸化，最后引起细胞效应。第63页，共244页。萨瑟兰萨瑟兰因创立因创立“第第二信使学说二信使学说”获得获得19711971年诺贝尔生理年诺贝尔生理学和医学奖学和医学奖第64页，共244页。受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC信号转导途径信号转导途径该途径可触发细胞对神经介质、激素及生长该途径可触发细胞对神经介质、激素及生长因子等因子
41、等第一信使第一信使发生效应。发生效应。配体与膜受体结合配体与膜受体结合GG蛋白激活蛋白激活磷脂酶磷脂酶C C（PLCPLC）激活）激活磷脂酰肌醇水解磷脂酰肌醇水解三磷酸肌三磷酸肌醇（醇（IPIP3 3）和二酰甘油（）和二酰甘油（DGDG）诱发胞内诱发胞内CaCa2+2+释放和释放和蛋白激酶蛋白激酶C C激活激活诱发细胞功能改变。诱发细胞功能改变。配体是第一信使，配体是第一信使，IPIP3 3和和DGDG是第二信使。是第二信使。第65页，共244页。第66页，共244页。受体受体-G-G蛋白蛋白-离子通道途径离子通道途径该途径直接作用于离子通道的该途径直接作用于离子通道的G G蛋白蛋白GiGi家
42、族家族，激活激活细胞的细胞的K K+通道而通道而抑制抑制CaCa2+2+通道，使细胞通道，使细胞活动趋于稳定。活动趋于稳定。例如：心肌细胞膜上的例如：心肌细胞膜上的M M2 2型（型（毒蕈碱毒蕈碱）AchAch受体与受体与AchAch结合后，可激活结合后，可激活G G蛋白，蛋白，G G蛋白活蛋白活化后激活化后激活AchAch门控门控K K+通道通道（K KAchAch通道），通道），引起引起K K+外流增多外流增多，使心肌细胞的，使心肌细胞的兴奋性下降兴奋性下降。第67页，共244页。2.2.2.3 由酶耦联受体介导的跨膜信号转导由酶耦联受体介导的跨膜信号转导l受体分子只有受体分子只有1 1次
43、穿膜次穿膜，亦称为，亦称为单跨膜受体单跨膜受体。它与配体结合的结构域位于膜外表面，而面它与配体结合的结构域位于膜外表面，而面向胞质的结构域自身具有酶活性，或能与酶向胞质的结构域自身具有酶活性，或能与酶分子直接结合。分子直接结合。（1 1）酪氨酸激酶受体）酪氨酸激酶受体（2 2）结合酪氨酸激酶的受体）结合酪氨酸激酶的受体（3 3）鸟苷酸环化酶受体）鸟苷酸环化酶受体第68页，共244页。2.3 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象2.3.1 细胞的兴奋与兴奋性细胞的兴奋与兴奋性 2.3.1.1 兴奋性和可兴奋组织兴奋性和可兴奋组织 将活组织（细胞）对刺激发生反应的能力称将活组织（细胞）
44、对刺激发生反应的能力称为为兴奋性兴奋性（excitability）。）。把组织、细胞对刺激发生反应的过程称为把组织、细胞对刺激发生反应的过程称为兴兴奋奋（excitation）。）。神经细胞、肌细胞和某些神经细胞、肌细胞和某些腺细胞腺细胞被称为被称为可兴可兴奋组织奋组织（细胞）。（细胞）。第69页，共244页。u 现代生理学认为：现代生理学认为：活组织（细胞）在受刺激时活组织（细胞）在受刺激时产生动作电位的产生动作电位的能力能力称为兴奋性。称为兴奋性。受到刺激受到刺激能产生动作电位的组织能产生动作电位的组织（细胞）才（细胞）才称为称为可兴奋组织可兴奋组织（细胞）。（细胞）。产生动作电位的过程则
45、称为产生动作电位的过程则称为兴奋兴奋。u动作电位动作电位（Action potential，AP）可以）可以是兴是兴奋奋的的同义词。同义词。第70页，共244页。2.3.1.2 刺激引起兴奋的条件刺激引起兴奋的条件刺激：引起细胞发生反应的内外环境变化。刺激：引起细胞发生反应的内外环境变化。（1）强度）强度 阈强度：阈强度：在一定时间内，引起组织细胞产生在一定时间内，引起组织细胞产生兴奋的兴奋的最低最低刺激强度。刺激强度。阈电位、阈刺激、阈下刺激、阈上刺激阈电位、阈刺激、阈下刺激、阈上刺激（2）时间）时间 时值：时值：在一定刺激强度下，引起组织产生兴在一定刺激强度下，引起组织产生兴奋的奋的最短最
46、短刺激作用时间。刺激作用时间。第71页，共244页。（3）强度）强度-时间变化曲线时间变化曲线 第72页，共244页。2.3.1.3 细胞兴奋时的细胞兴奋时的兴奋性变化兴奋性变化（1）绝对不应期）绝对不应期：兴奋性下降到：兴奋性下降到零零，对，对任何任何强强大刺激都不反应。大刺激都不反应。（2）相对不应期）相对不应期：兴奋性有所恢复但仍：兴奋性有所恢复但仍低于正低于正常常，只对高于，只对高于阈强度阈强度的刺激产生反应，而且的刺激产生反应，而且反应强度也低于正常。反应强度也低于正常。（3）超常期：）超常期：兴奋性恢复并兴奋性恢复并高于高于正常水平，正常水平，阈阈下下刺激也可以引起反应。刺激也可以
47、引起反应。（4）低常期：）低常期：兴奋性又兴奋性又下降下降，低于低于正常水平。正常水平。第73页，共244页。2.3.2.2 细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象及其产生机制（1）静息电位（）静息电位（Resting potential，RP）细胞细胞在在静息状态时存在于静息状态时存在于细胞膜两侧的电位细胞膜两侧的电位差差叫跨膜静息电位，叫跨膜静息电位，简称静息电位简称静息电位。产生机制：产生机制：钠泵钠泵活动形成膜两侧的活动形成膜两侧的离子浓度差离子浓度差；膜膜对离子存在一定的对离子存在一定的通透性通透性。静息电位的方向：静息电位的方向：外正内负外正内负。可兴奋细胞的静息电位为可兴奋
48、细胞的静息电位为-70-90 mV。第74页，共244页。静息电位产生机制静息电位产生机制膜（离子）学说膜（离子）学说n膜内外离子分布不均匀；膜内外离子分布不均匀；n膜内有较多膜内有较多K+（是膜外的（是膜外的2050倍）和带负倍）和带负电的蛋白质（电的蛋白质（A-），膜外有较多），膜外有较多Na+（是膜内（是膜内的的514倍）和倍）和Cl-（是膜内的（是膜内的425倍）；倍）；n不同生理状态下，膜对离子的通透性不同。不同生理状态下，膜对离子的通透性不同。n静息时膜内高静息时膜内高K+和主要对和主要对K+有通透性是细胞有通透性是细胞保持外正内负极化状态的基础。保持外正内负极化状态的基础。第75
49、页，共244页。2.3.3 动作电位（动作电位（action potential，AP）u细胞膜接受一次有效刺激后，在静息电位基细胞膜接受一次有效刺激后，在静息电位基础上，发生一次膜两侧电位的快速、可逆的础上，发生一次膜两侧电位的快速、可逆的翻转并向周围扩布的电位波动称为翻转并向周围扩布的电位波动称为动作电位动作电位。u动作电位的组成：动作电位的组成：锋电位锋电位（spike）或脉冲（）或脉冲（impulse）；）；后电位后电位（after potential），包括），包括负后电位负后电位与与正后电位正后电位。第76页，共244页。动作电位形成的机理动作电位形成的机理 刺激刺激 膜对膜对Na
50、Na+的通透性突然增大的通透性突然增大 Na Na+带着正带着正电荷迅速内流电荷迅速内流 电位差逐渐减小至电位差逐渐减小至0 0值值 去极化去极化 Na Na+带正电荷继续内流带正电荷继续内流 去极化进一去极化进一步发展步发展 膜外变负，膜内变正膜外变负，膜内变正 反极化反极化 K K+带正电荷外流带正电荷外流 膜电位逐渐下降，直至大致恢膜电位逐渐下降，直至大致恢 复静息电位水平复静息电位水平 复极化复极化 NaNa+-K-K+泵运转泵运转,完完全恢复至静息电位水平全恢复至静息电位水平膜对膜对NaNa+的通透性迅速回降到正常水平的通透性迅速回降到正常水平膜对膜对K K+的通透性迅速增大的通透性
