1、第一节第一节 细胞膜的结构特征细胞膜的结构特征Why have a cell membrane?Isolate the cell cytosol(intracellular fluid)from extracellular fluidExchange with the environment ions,nutrients,wastes,secretionsCell communicates with the environment receptor proteins bind signaling moleculesStructural support cellular junctions,an
2、chor cytoskeletal proteins第二章细胞膜的结构特征和物质转运功能第二章细胞膜的结构特征和物质转运功能 以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生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。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 functions?Representation of three-dimensional organization of plasm
3、a 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.细胞膜的基本骨架细胞膜的基本骨架u Structural proteins junctions,cytoskeletonu Receptors bind a signa
4、ling molecule u Enzymes reactions(digestion,signaling)u Transporters channels,carrier proteinsFunctions of membrane proteins膜蛋白是膜功能的主要执行者膜蛋白是膜功能的主要执行者糖类是分子标记或信息载体糖类是分子标记或信息载体 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第二节第二节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能u What molec
5、ules cross the cell membrane?u How do these molecules cross the cell membrane?顺电化学梯度顺电化学梯度不耗能不耗能一、被动转运一、被动转运（passive transport)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：Characteristic
6、s of simple diffusion:Down a concentration gradient Without help of membrane protein Without using ATP 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。扩散速率扩散速率 (Diffusive flux)(Diffusive flux)：表示单位时间内通过跨膜扩散的分子数量。取决于浓度差、通透性、扩散面积、温度、分子量等。需膜蛋白帮助需膜蛋白帮助顺浓度差转运顺浓度差
7、转运1.1.通道通道(channel)2.2.载体载体(carrier)1、顺浓度差或电位差、顺浓度差或电位差 2、膜蛋白帮助、膜蛋白帮助3、不消耗能量、不消耗能量4、转运水溶性物质、转运水溶性物质Characteristics of facilitated diffusion:u Down a concentration gradient or voltage differenceu With the help of membrane proteinu Without using ATP u Transport for water soluble molecules转运物质：转运物质：NaN
8、a+,K,K+,Cl,Cl,Ca,Ca2+2+等直径较小离子等直径较小离子离子选择性离子选择性(ionic selectivity)根据其结构特异性和转运离子的特异性命名：根据其结构特异性和转运离子的特异性命名：NaNa+通道、通道、K K+通道、通道、ClCl通道、通道、CaCa2+2+通道等。通道等。Ions diffuse through channels down their concentration or potential gradientCa2+Ca2+Voltage gatedChemically gatedMechanically gated电压门控通道电压门控通道化学门控
9、通道化学门控通道机械门控通道机械门控通道How are the channels gate opened?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Na+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)单纯扩散单纯
10、扩散水虽是极性分子但分子极小，又不带电荷。渗透(osmosis)易化扩散易化扩散水通道(water channel)水孔蛋白水孔蛋白 (aquaporin,AQP)(aquaporin,AQP)获获2003诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖2.2.经载体的易化扩散经载体的易化扩散(facilitated diffusion via carrier)高度特异性高度特异性竞争性抑制竞争性抑制饱和现象饱和现象Facilitated diffusion by a carrier protein葡萄糖、氨基酸葡萄糖、氨基酸Glucose transporters move 6 carbon sugars(hexo
11、ses).Glucose transporters will not move maltose(麦芽糖).Only galactoseGlucose and galactose(半乳糖半乳糖)Carriers transporting a substrate reach their maximal rate.Characteristics of active transport:u With help of membrane protein(pump)u Against its concentration gradientu Need ATP energy for this work特点特点:
12、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 1 Primary(direct)Active Transport Secondary(indirect)Active Transport 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+移到膜内移到膜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。Na+-K+ATPaseLow levels of intracellular Na+Ac
13、tive 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。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，transport
14、er)Symport driven by Na+concentration gradient for trans-epithelial transportSodium-glucose symporterSecondary active transportClick to play转运对象：大分子或物质团块转运对象：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 (exo
15、cytosis)Phagocytosis cell engulfs a particle into a vesicle LDL(which is a cholesterol carrier)is a ligand that enters by receptor mediated endocytosisReceptor mediated endocytosis吞饮的两种类型：吞饮的两种类型：液相入胞液相入胞 (fluid-phase endocytosis)受体受体介导介导入胞入胞(Receptor mediated endocytosis)Exocytosis&endocytosis（一）蛋白
16、质的入核转运（一）蛋白质的入核转运核定位信号介导核定位信号介导被转运入核的蛋白质上的某些肽链区域可作为核定被转运入核的蛋白质上的某些肽链区域可作为核定位信号位信号(neuclear localization signals,NLS)，能识别，能识别核孔处核孔处NLS受体，启动核转位过程，即载有核定位信号受体，启动核转位过程，即载有核定位信号的蛋白穿过核孔进入核内。的蛋白穿过核孔进入核内。与核定位信号与核定位信号(neuclear localization signals,NLS)介导过程相似，由核运送信号介导过程相似，由核运送信号(neuclear localization signals,N
17、LS)介导。介导。Passive transport down a concentration gradient without using ATP Simple diffusion:lipid-soluble molecules Facilitated diffusion:water-soluble substancesFacilitated diffusion via carrier:glucose/amino acidFacilitated diffusion via ion channel:ionsAgainst a concentration gradientATP is neces
18、sary Primary Active Transport:sodium pump Secondary active transport:Sodium-glucose symporterTransport for big molecules第一节：细胞跨膜信号转导的概念与特征第一节：细胞跨膜信号转导的概念与特征 transmembrane signal transduction 外界信号作用于细胞时，通常先作用于细胞膜表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变构面，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，再
19、引起作用，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。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跨膜信号转导有信号放大作用1.离子通道离子通道 ion channel2.G蛋白耦联受体
20、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Voltage gated channelMechanically gated channel通常不称为受体通常不称为受体也
21、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。信号转导通过G蛋白偶联型受体介导的第二信使学说，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
22、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，pr
23、otein kinaseG蛋白耦联受体途径蛋白耦联受体途径多数激素通过此途径多数激素通过此途径发挥作用发挥作用 cAMPcAMP作为第二信使作为第二信使Signal transduction mediated by enzyme-linked receptor 没有没有G蛋白、第二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
24、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-activated protein kainase,MAPK)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，
25、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，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主要介导主要介导TGF-蛋白超家族的生物学作用。蛋白超家族的生物学作用。TGF-蛋白超家族有蛋白超家族有30多个成员，包括：激活素多个成员，包括：激活素(activin)、抑制素、抑制素(inhibin)等，具有调节细胞增殖和分等，具有调节细胞增殖和分化、细胞周期、细胞迁移粘附作用。化、细胞周期、细胞迁移粘附作用。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
26、。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)。水解蛋白质中酪氨酸残基上的硫酸根基团的酯酶水解蛋白质中酪氨酸残基上的硫酸根基团的酯酶主要介导细胞免疫和细胞黏附等主要介导细胞免疫和细胞黏附等生物学作用生物学作用Three patterns of signal transductionsMediated by ligand-gated ion channelsMediated by G protein-coupled receptorMediated by enzyme-linked receptor静息电位静息
27、电位 (resting potential,RP)动作电位动作电位 (action potential,AP)膜电位膜电位 (Membrane Potential)细胞内微电极(microelectrode)记录+-+-u 细胞膜在安静状态下存在于膜内外间的电位差细胞膜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 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
28、-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同，安静时对安静时对K+通透性大通透性大Na+Cl-Organic anionsK+Na+Cl-OrganicAnionsK+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+
29、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)。iOkKKZFRTElnR-气体常数；气体常数；T-绝对温度；绝对温度；Z-离子价；离子价；F-法拉第常数法拉第常数Nernst公式：公式：(自然对数自然对数)K+的平衡电位的平衡电位(equilibrium potential)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 log 0.033=59.5(-1.477)=-87.9(mV)当K+o：K+i=2:30时，Ek=59.5 log 0
30、.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+。Em=EK+ENaPK+PNaPK+PNaPK PNa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
31、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，静息电位为，静息电位为-55 mV左右。左右。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
32、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阳离子外流或阴离子内流阳离子外流或阴离子内流超极化超极化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R1G E Em m-膜电位膜电位 E Ex x-平衡电位平衡电位 I Ix x-膜电流膜电流 G Gx x=I=Ix x/(E/(Em m-E-Ex x）Developed by Hodgkin,Huxley(1949)Developed by Hodgkin,Huxley(1949)G G
33、x x=I=Ix x/(E/(Em m-E-Ex x）固定固定V V（E Em m-E-Ex x），测定），测定I Ix x，求，求G Gx x19631963年诺贝尔生理学和医学奖年诺贝尔生理学和医学奖 E Em m-膜电位膜电位 E Ex x-平衡电位平衡电位 I Ix x-膜电流膜电流 应用负反馈原理的电子装置，维持应用负反馈原理的电子装置，维持跨膜电位跨膜电位恒定，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。通透性的变化。The voltage potential across a cell membrane is
34、 controlled by the experimenter and the current is measured.Under these 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
35、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
36、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
37、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。Na+Na+通道失活。通道失活。膜电位达到峰值时，膜电位达到峰值时，NaNa+通道关闭、通道关闭、K K+通通道开放，道开放，K K+外流外流形成动作电位的下降支，并最终恢复形成动作电位的下降支，并最终恢复到静息电位水平。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），是由于钠钾泵对离产生超极化后电位（正后电位）
38、，是由于钠钾泵对离子的不对称转运或子的不对称转运或G GK K增大的持续时间较长，增大的持续时间较长，K+K+持续外持续外流所致。流所致。Single channel current 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膜接的玻璃微电极与细胞膜接触而不刺入，通过负压将电极触而不刺入，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，并形成紧极尖端的纤细开口，并形成紧密的封接，其电阻可达数千兆密的封接，其电阻可达数千兆欧，将吸附在微电极尖端开口欧，将吸附在微电极尖端开口处的小片膜与其余部分的膜在处的小片膜与其余部分的膜在电
39、学上完全隔离开来其中只包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。含一个或几个通道蛋白质分子。Vm：膜电位；：膜电位；Im：膜电流：膜电流m 和和 h：钠通道的激活门和失活门：钠通道的激活门和失活门 有效刺激有效刺激 去极化达去极化达-50-50-70mV -70mV 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
40、作电位上升支。内流产生陡峭的动作电位上升支。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。刺激量的三个参数刺激量的三个参数刺激强度、刺激持续时间、刺激强度的变化率。刺激强度、刺激持续时间、刺激强度的变化率。实际应用：通常固定刺激持续时间和强度的变化率，实际应用：通常固定刺激持续时间和强度的变化率，仅改变刺激强度。仅改变刺激强度。又称阈值。阈值
41、。u 能引起组织兴奋的最小刺激强度能引起组织兴奋的最小刺激强度。u 使膜的静息电位去极化达到阈电位的最小刺激强度。使膜的静息电位去极化达到阈电位的最小刺激强度。u 低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激。低于或高于阈强度的刺激分别称为阈下刺激或阈上刺激。u 兴奋性与阈强度成反比。兴奋性与阈强度成反比。u 阈强度是衡量组织兴奋性的指标。阈强度是衡量组织兴奋性的指标。Click to play 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
42、上去极化刺激才能引起有阈上去极化刺激才能引起动作电位。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。+局部电流局部电流+有髓纤维：跳跃式传导有髓纤维：跳跃式传导 (saltatory conduction)局部电流发生局部电流发生在相邻的郎飞氏结在相邻的郎飞氏结之间。之间。传导速度快。传导速度快。亲水性通道，低电阻区，双向亲水性通道，低电阻区，双向细胞产生动作电位的同义语。细胞
43、产生动作电位的同义语。受刺激后能产生动作电位的细胞。受刺激后能产生动作电位的细胞。神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。细胞接受刺激后产生动作电位的能力。细胞接受刺激后产生动作电位的能力。细胞所处环境因素的变化。细胞所处环境因素的变化。兴奋或动作电位产生的条件：兴奋或动作电位产生的条件：(1)细胞必须具有兴奋性：细胞必须具有兴奋性：通道处于可激活状态。通道处于可激活状态。(2)刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位。细胞膜脂质双层将细胞内外液隔开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
44、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，Ri越小。越小。A：膜的等效电路图。：膜的等效电路图。Cm：
45、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
46、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。随随扩散距离的增加而衰减，这种在空间上对距离的依赖扩散距离的增加而衰减，这种在空间上对距离的依赖性用空间常数描述。性用空间常数描述。Ri/Rm Cm RiRm2 21.1.不是不是“全或无全或无”2.2.衰减性扩布：不可远距离传导衰减性扩布：不可远距离传导3.3.没有不应期没有不应期4.4.总和现象：时间性总和、空间性总和总和现象：时间性总和、空间性总和局部反应局部反应终板电位终板电位突触后电位突触后电位感受器电
47、位感受器电位发生器电位发生器电位 Two factors contribute to the membrane potential.First,the cell membrane is selectively permeable to ions.In resting state,cells are highly permeable to K+.Second,different types of ions are unequally distributed across the cell membrane.There are higher concentration of K+,and lowe
48、r concentration Na+inside of the cell than they are in outside.Skeletal muscleCardiac muscleSmooth muscleA single contraction-relaxation cycle Electrical and mechanical eventsDuring muscle contractionneuromuscular junctionsprejunctional membranepostjunctional membranejunctional cleft(接头间隙)motor endp
49、late(运动终板)vesicle(囊泡)acetylcholine(ACh，乙酰胆碱)acetylcholinesterase(胆碱酯酶)N2 ACh receptors 动作电位到达神经末梢动作电位到达神经末梢Ca2+通道开放通道开放 Ca2+进进入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合 通过出通过出胞作用将囊泡中的胞作用将囊泡中的ACh释放到接头间隙释放到接头间隙接头间隙中接头间隙中ACh扩散到终板膜扩散到终板膜ACh与与ACh受体结合受体结合 化学门控化学门控通道开放通道开放Na+内流（为主）和内流（为主）和K+外流外流终板膜去极化终板膜去极化形
50、成终板电位形成终板电位 扩散到相邻肌细胞膜扩散到相邻肌细胞膜总和达阈电位总和达阈电位肌细胞膜爆发动作电位。肌细胞膜爆发动作电位。每一次神经冲动到达时释放的每一次神经冲动到达时释放的AChACh量，超过引起肌量，超过引起肌细胞动作电位所需量的细胞动作电位所需量的3 34 4倍。倍。每次神经冲动所释放的每次神经冲动所释放的AChACh在它引起一次肌肉兴奋在它引起一次肌肉兴奋后后迅速被终板膜上的胆碱酯酶破坏而终止作用迅速被终板膜上的胆碱酯酶破坏而终止作用，使下，使下次神经冲动的效应不受影响。次神经冲动的效应不受影响。量子式释放量子式释放 (quantal release)(quantal relea
