细胞的跨膜信号传递功能
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第二节 细胞的跨膜
动作电位
2）复极化：细胞去极化至一定程度 Na+通道 关闭，K+通道开放，在细胞内外△【K+】 的 作用下K+外流，形成复极化。 3）后电位：钠泵 排钠摄钾 形成微小的电
位波动 。
NF受刺激→膜去极化→部分电压门控Na+通 道开放（激活）→Na+顺电－化学梯度入C→ 膜进一步去极化（阈电位）→大量Na+通道开 放→形成AP上升支（去极相）→达到Na+平 衡电位，膜电位内正外负（动力：浓度差； 阻力：电位差）→Na+通道失活→膜对K+通 道开放→膜内K+顺电－化学梯度向外扩散→ 膜内电位变负→AP下降支（复极期）→K+平 衡电位→Na+通道恢复（复活）。
根据细胞膜上受体的种类以及与受体发生 联系，参与跨膜信号转导的相关分子不同， 主要有以下几种跨膜信号转导的途径：
一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 二、通道介导的跨膜信号转导 三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导
一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号 转导 1、受体（receptor）
存在于细胞膜上或细胞内的能与特定的化学 物质如神经递质、激素、药物等进行特异 性结合并引起生物学效应的特殊蛋白质。 2、G蛋白 是一类位于受体和效应器分子之间的偶联 蛋白
受体介导式入胞：
是一种最重要的入胞形式，通过这种方 式入胞的物质有50多种，包括血浆低密 度脂蛋白颗粒、运铁蛋白、VitB12 运输 蛋白、多种生长调节因子、胰岛素、抗 体和某些细菌毒素、病毒等。
coated pit
endosome
Primary lysosome
入胞的基本过程： 转运物质被 细胞膜识别 与转运物质相接触的膜发 生内陷，并逐渐将其包绕 吞食泡与溶酶 体融合，其内 容被酶消化
细胞的信号转导
• 由膜上的腺苷酸环化酶（AC）环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。 正常情况下，cAMP的生成与分解保持平衡，使 胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体 结合后，1个AC可生成许多cAMP，使cAMP的水平 在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统 花生四烯酸（ AA）是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1）PLA2的激活机制 ：
许多细胞外信号（如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等）都可激活PLA2，有些PLA2通过G蛋白激活；有些 PLA2被PLC激活，PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间 接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置 脱酯释放AA，是生成AA的重要途径，也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下，将之除去后受体 数量和反应性均可恢复。
（2）根据调节的种类，分为
1）受体的数目与结合容量：促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2）反应性：在内环境影响下，受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。 增敏：细胞在某种因素的作用下，受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • （transmembrane signal transduction）
（一）细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
不同形式的外界信号作用于细胞时，通常并不进入细胞或 直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面（少数类固 醇激素和甲状腺激素除外）通过引起膜结构中一种或数种 特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新
动物细胞的结构与功能
动物细胞生理
细胞是机体的基本结构和功能单位。机体 内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及 其产生的物质基础上进行的。因此了解细胞 的结构和功能，对于机体各系统、器官的生 理功能的进一步学习具有重要作用。
一、动物细胞的结构
细胞膜的基本结构
物质 的
跨膜 运输
二、细胞膜的物质转运功能
被动运输
简单扩散
通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通 道，允许大小和电荷适宜的离子顺梯度通过，又称为离子通 道蛋白，通过门控介导溶质的被动跨膜运输。
电压门通道
配体门通道
压力激活通道
N型乙酰胆碱受体 由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。当受体结合配 体乙酰胆碱时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+ 外流。使该处质膜去极化，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。
2、由间隙连接完成的跨膜信号传递
如：由间隙连接组成电突触，快速实现 细胞间信号通讯 ，无须依赖神经递质或信息 物质即可将一些细胞的电兴奋活动传递到相 邻的细胞。
3、由其它受体完成的跨膜信号传递
化学感受器中的G蛋白 气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可
激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道， 引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉 或味觉。
相关概念
❖
静息时，细胞膜内外两侧维持内负外正的稳定
状态，称为极化。
❖ 当细胞受刺激时，膜内电位向负值减小方向变 化，称变化，称为超 极化。
❖ 当神经纤维受到阈刺激时，膜上Na+通道开放， Na+内流，膜发生去极化反应，静息电位有所减小， 当静息电位减小到某一临界数值时，膜对Na+的通 透性突然增大，Na+迅速内流，出现动作电位的上 升相。这个临界点时的跨膜电位数值称为阈电位。
细胞是机体的基本结构和功能单位。机体 内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及 其产生的物质基础上进行的。因此了解细胞 的结构和功能，对于机体各系统、器官的生 理功能的进一步学习具有重要作用。
一、动物细胞的结构
细胞膜的基本结构
物质 的
跨膜 运输
二、细胞膜的物质转运功能
被动运输
简单扩散
通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通 道，允许大小和电荷适宜的离子顺梯度通过，又称为离子通 道蛋白，通过门控介导溶质的被动跨膜运输。
电压门通道
配体门通道
压力激活通道
N型乙酰胆碱受体 由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。当受体结合配 体乙酰胆碱时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+ 外流。使该处质膜去极化，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。
2、由间隙连接完成的跨膜信号传递
如：由间隙连接组成电突触，快速实现 细胞间信号通讯 ，无须依赖神经递质或信息 物质即可将一些细胞的电兴奋活动传递到相 邻的细胞。
3、由其它受体完成的跨膜信号传递
化学感受器中的G蛋白 气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可
激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道， 引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉 或味觉。
相关概念
❖
静息时，细胞膜内外两侧维持内负外正的稳定
状态，称为极化。
❖ 当细胞受刺激时，膜内电位向负值减小方向变 化，称变化，称为超 极化。
❖ 当神经纤维受到阈刺激时，膜上Na+通道开放， Na+内流，膜发生去极化反应，静息电位有所减小， 当静息电位减小到某一临界数值时，膜对Na+的通 透性突然增大，Na+迅速内流，出现动作电位的上 升相。这个临界点时的跨膜电位数值称为阈电位。
《生理学》细胞的基本功能——1细胞的跨膜运输方式
亲水性极性基团 磷酸和碱基） （磷酸和碱基）
二、细胞膜的物质转运功能 半透膜
哪些物质可以通过细胞膜 哪些物质可以通过细胞膜? 物质可以通过细胞膜 这些物质是如何通过细胞膜的? 如何通过细胞膜的 这些物质是如何通过细胞膜的?
O2 ， 能源物质 氨基酸 脂类 各种离子等
细
胞
CO2 CO2 代谢尾产物
水的跨膜转运
单纯扩散——水虽是极性分子 水虽是极性分子 单纯扩散 但分子极小，又不带电荷。 但分子极小，又不带电荷。 渗透 (osmosis) 溶液拖曳 (solvent drag) 易化扩散——水通道 (water channel) 易化扩散 水通道 水孔蛋白 (aquaporin, AQP)
Water channel
单纯扩散（ （一）单纯扩散（simple diffusion)
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。
特点： 特点：
1、顺浓度差 2、不需要膜蛋白帮助 3、不消耗能量 4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2 转运脂溶性物质（非极性分子）
细胞膜结构 液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)
以液态的脂质双分子层为基本框架， 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。 功能的蛋白质和少量多糖。
基架： 基架：液态的脂质双分子层 中间： 中间：镶嵌许多结构和功能 不同的蛋白质
疏水性非极性基团 长烃链） （长烃链）
2. 继发性主动转运
Secondary Active Transport
1）概念:利用原发性主动转运所造成的某种物质的势 概念: 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 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， 转运体蛋白（转运体，transporter) 2）特点 间接耗能（钠泵） 间接耗能（钠泵） 膜转运体（特殊蛋白质） 膜转运体（特殊蛋白质）
细胞运输和细胞信号传导
细胞运输和细胞信号传导细胞是生物体的基本组成单位，其内部需要进行各种物质的运输和信息的传导，以维持正常的生命活动。
本文将就细胞运输和细胞信号传导的机制进行深入探讨。
一、细胞运输细胞内的物质运输主要依赖于细胞膜和细胞质内的各种细胞器。
细胞膜作为细胞的外包装，起到了筛选物质的作用。
它通过渗透作用和主动转运的方式将物质进入或排出细胞。
A. 渗透作用渗透作用是指细胞膜对溶质的选择性透过性。
当细胞外部的溶质浓度高于细胞内部时，细胞膜会主动让溶质进入细胞，达到浓度平衡。
反之，当细胞内部的溶质浓度高于外部时，细胞膜则会主动将溶质排出。
B. 主动转运主动转运是指细胞膜通过蛋白通道将物质主动转运进入或排出细胞。
其中，受体介导的运输和离子泵是两种常见的主动转运方式。
受体介导的运输是指细胞膜上存在特定的受体蛋白，当特定信号物质结合到受体上时，细胞膜会发生变化，将物质运输进入或排出细胞。
离子泵则是指细胞膜上的特定蛋白通过ATP酶的作用，将离子的浓度从低到高进行主动运输。
C. 细胞器的运输除了细胞膜的运输，细胞质内的各种细胞器也需要进行物质的运输。
其中，高尔基体、内质网和线粒体是物质运输的主要场所。
高尔基体位于细胞内，常常与内质网相连。
它负责将合成的蛋白质转运到目标细胞器或细胞膜上，以完成其功能。
内质网则是细胞内的一个复杂的网络结构，它参与了蛋白质的合成、折叠和修饰过程，然后将蛋白质运输到高尔基体或其他目的地。
线粒体是细胞内的能量中心，它需要将细胞质中的营养物质转化为ATP能量。
线粒体通过内质网和高尔基体的运输系统，将所需的物质通过积极和被动的方式运送到细胞内。
二、细胞信号传导细胞信号传导是细胞间相互沟通的重要手段，它通过一系列信号分子的传递和感受器的激活，将外界信号传递到细胞核，最终调控细胞的生理活动。
A. 信号分子的传递细胞信号传导的第一步是信号分子的传递。
这些信号分子可以是细胞外的激素、神经递质，也可以是细胞内的小分子信号物质。
细胞生物学-6物质的跨膜运输与信号传递
受体介导的胞吞作用
受体介导内吞的基本特点
①配体与受体的结合是特异的, 具有选择性; ②要形成特殊包被的内吞泡。将成纤维细胞
培养在加有转铁蛋白-铁标记的低密度脂蛋 白(LDL)的培养基中,可清楚地观察到这一 过程
基本过程
大致分为四个基本过程∶①配体与膜受体结 合形成一个小窝(pit); ② 小窝逐渐向内凹 陷，然后同质膜脱离形成一个被膜小泡;③ 被膜小泡的外被很快解聚, 形成无被小泡, 即初级内体;④ 初级内体与溶酶体融合,吞噬 的物质被溶酶体的酶水解
两个大亚基(α亚基)和两 个小亚基(β亚基)组成。 α亚基是跨膜蛋白，在 膜的内侧有ATP结合位 点;在α亚基上有Na+和 K+结合位点
Na+/K+ ATPase的结构
工作原理
Na+/K+ ATPase 工作原理示意图
ATPase Pumps—Ca2+ 泵 结构
ATPase Pumps—质子泵
协同作用
协同作用
在动物、植物细胞由载体蛋白 介导的协同运输异同点的比较
协同运输的方向
葡萄糖与Na+离子的协同运输
细菌的主动运输
细菌的主动运输—磷酸化运输
• 又称为基团转运。其机理是通过对被转运到细胞内的分子进 行共价修饰（主要是进行磷酸化）使其在细胞中始终维持"较 低"的浓度， 从而保证这种物质不断地沿浓度梯度从细胞外 向细胞内转运
胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别
特征 胞饮作用
吞噬作用
内吞泡的大小 小于 150nm
大于 250nm。
转运方式 连续发生的过程
需受体介导的 信号触发过程
内吞泡形成机制 需要笼形蛋白形成包被
第五章物质的跨膜运输与细胞信号转导
信号通路
㈢细胞信号分子与靶细胞效应
1、信号分子（signal molecule） 2、受体（receptor） 3、第二信使（second messenger） 4、信号分子与靶细胞效应
1、信号分子
⑴亲脂性信号分子 ⑵亲水性信号分子 ⑶气体性信号分子(NO、CO、植 物中的乙烯)
2、受体（receptor）
物质逆浓度梯度或电ຫໍສະໝຸດ 学梯度由低浓度向高 浓度一侧进行跨膜转运的方式，需要细胞提供能 量，需要载体蛋白的参与。对保持细胞内的离子 成分并对输入一些细胞外比细胞内浓度低的溶质 是必不可少的。
㈠特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 ㈡类型：三种基本类型 1、由ATP直接提供能量的主动运输 2、协同运输（cotransport） 、 （ ） 3、物质的跨膜转运与膜电位 、
㈠ATP直接提供能量的主动运输 （ATP驱动泵）
这类泵本身就是一种载体蛋白，也是一种酶— ATP酶，它能催化ATP，由ATP水解提供能量，主动 运输Na+、K+、Ca2+等。根据泵蛋白的结构和功能特 性，ATP驱动泵分为4类： 1、P-型离子泵： 型离子泵： 2+ （1）钠钾泵（2）钙泵（Ca -ATP酶） （ （ ） 2、V-型质子泵 3、F-型质子泵 4、ABC超家族
㈠细胞通讯（cell communication）
1、细胞通讯与信号转导 2、细胞通讯的方式 3、分泌信号传递信息的方式
1、细胞通讯与信号转导
细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质 （又称配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相 应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产 生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞 整体的生物学效应的过程。 信号转导：化学信号分子可与细胞内或细 胞表面的受体相结合形成复合物，并将受体激 活，激活的受体可将外界信号转换成细胞能感 知的信号，从而使细胞对外界信号作出相应的 反应，这种由细胞外信号转换为细胞内信使的 过程称为信号转导。
细胞膜的功能——大分子跨膜运输(共42张PPT)
三、运输小泡的类型
在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常由不 同的蛋白质包被，因此称为被膜小泡(coated vesicles), 有三种类型的被膜小泡。
（一）网格蛋白小泡(clathrin-coated vesicle）
（二）COPⅡ被膜小泡(COPⅡ coated vesicle) （三）COPⅠ被膜小泡(COPⅠcoated vesicle)
网格蛋白(clathrin)是一种进化上高度保守的蛋白质，
由相对分子质量为180kDa的重链和相对分子质量为35～
40kDa的轻链组成二聚体, 三个二聚体形成包被的基本结
构单位--三联体骨架(triskelion),
称为三腿蛋白
(three-legged protein)。许多三腿复合物再组装成六
边形或五边形网格结构,即包被亚基,然后由这些网格蛋
调节型分泌途径
见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。在这些细胞中,调节型 分泌小泡成群地聚集在质膜下，只有在外部信号的触发下，质 膜产生胞内信使后才和质膜融合，分泌内容物。
调节型途径中形成的小泡称为分泌泡(secretory vesicles)。
调节型分泌有两个特点:一是具有选择性;二是具有浓缩作用 ,可使被运输的物质浓度提高200倍。
（一）网格蛋白小泡
从反面高尔基体网络出芽形成的选择性的分泌 小泡,包括溶酶体酶运输小泡, 以及细胞质膜中 由受体介导的内吞作用形成的内吞泡都是由网 格蛋白参与形成的网格蛋白小泡。这些小泡的 表面都包裹一层聚合的网格蛋白。网格蛋白小 泡参与反面高尔基体和质膜之间的选择性分泌 和内吞活动。
网格蛋白(clathrin)
小于150nm
连续的过 程
胞吞泡形 成机制
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外界信号可以引起细胞的快速、即时反应, 也可通过蛋白 分子的合成等,引起细胞的长时程改变.
第三节 细胞的跨膜电变化
(一) 神经和骨骼肌的生物电现象 神经-肌肉标本实验提示生物电现象的存在和意义. 兴奋性和兴奋概念的发展:
兴奋性: 活的组织和细胞对外界刺激发生反应的能力. 具有兴奋性的细胞 (组织) 称为可兴奋细胞(组织).
(一) 单一细胞的跨膜静息电位和动作电位
• 细胞水平的生物电现象的观察和记录方法 微电极细胞外记录和细胞内记录:
• 细胞水平的生物电现象主要二种形式: 安静时保持的静息电位 受刺激时产生的动作电位
静息电位 (resting potential): 指细胞未受刺激时 存在于细胞膜内外 两侧的电位差. 故 也称跨膜静息电位.
也可随代谢活动或功能状况而变.
动作电位
(action potential) 可兴奋细胞受到刺激而兴 奋时, 在膜两侧所产生的快 速的、可逆的，并有扩布 性的电位倒转。 极化: polarization, 去极化: depolarization, 复极化: repolarization.
超极化: hyperpolarization,
• 电压门控通道 (voltage-gated channel) Na+,Ca+
K+
• 机械门控通道 (mechanically channel)
(二) 由膜的特异受体蛋白、G蛋白和膜的效应酶组成的 跨膜信号传递系统
受体 G-protein-coupled Metabotropic
G-蛋白
第二节 细胞的跨膜信号传递功能
一、跨膜信号转导概念的提出 不同形式的细胞接受不同的外来信号的刺激并引起相 应的反应时,存在着明显的共性: • 信号通常不进入细胞或直接影响细胞内过程, 先作用 于细胞表面(类固醇激素和甲状腺素除外),通过膜蛋白 的变构,以新的信号形式传递到膜内,引发细胞功能改变. 跨膜信号转导 (transmembrane signal transduction) 跨膜信号传递 (transmembrane signaling) • 信号和细胞反应形式多种,但传导过程都是通过少数 几类方式或途径实现的.
(二) 生物电现象的产生机制 1. 静息电位和钾平衡电位
钾离子向膜外侧扩散 形成浓度梯度和电位梯度的平衡
• 细胞内K+浓度大于胞外侧K+, 不对称分布 • 安静情况下，膜主要对K+离子通透, K+顺浓度差外向扩
散,产生内负外正的电位差. • 电位差又成为阻止浓度差造成的K+外向迁移的电势能 • 两者达到动态平衡, 膜上没有K+的净移动, 即相应稳
二、几种主要的跨膜信号转导方式
(一) 通过离子通道蛋白质完成的跨膜信号转导 • 配体门控通道 (Ligand-gated channels)
N-型 乙酰胆碱受体 (N-type Acetylcholine Receptor ) 促离子型受体(ionotr,还可选择性地与烟碱(nicotine)结合,; 开放时允许Na+内流和少量K+外流.
单一神经纤维或肌细胞动作 电位的产生和波形特点: 潜伏期, 超射值， 峰电位 (spike potential)， 后电位 (afterpotential)， 负后电位 (去极化后电位)， 正后电位 (超极化后电位)。 动作电位的 “全或无”现象: 同一细胞上, 动作电位大小 不随刺激强度和传导距离而 改变的现象. (插图)
蛋白的酪氨酸残基.
三、跨膜信号转导和原癌基因
原癌基因 (cellular proto-oncogene): 染色体中决定与跨膜信号转导有关蛋白质如受体、G-蛋白、
生长因子和蛋白激酶等的一类基因. 它们的碱基排列顺序与能 引起动物肿瘤的病毒DNA的碱基排列顺序相一致. 它们的 变异可致遗传性疾病.
细胞膜变化和第二信使可以激活其中的一类快速基因, 其 表达的蛋白质进入核内后诱导其他基因表达如受体、酶等蛋 白质.
效应器酶 cAMP, IP3, DG
蛋白激酶A, C 底物蛋白磷酸化-丝 氨酸、苏氨酸残基
近100种结构类似 7个-螺旋跨膜段/ N-末端在胞外/识别与结合部位常为第7 -螺旋段
由、、 3个亚单位组成 , 亚单位为 催化亚单位. 按亚单位效应等不同，分类： Gi / Gs / G0 / Gt / Gq 等
生成cAMP的腺苷酸环化酶, 产生 IP3/DG的磷脂酶C等
受体的分型和亚型
(三) 由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导
酪氨酸激酶受体 (tyrosine receptor) : • 一个-螺旋,
一个较短的膜内肽段; • 没有G-蛋白参与; • 也无胞浆中的第二信
使和蛋白激酶参与; • 磷酸化位点是底物
定电位差, K+平衡电位 或 EK.
依据?
a. 符合Nernst公式 Nernst公式: Ek= RT/ZF•ln[K+]o/[K+]i 化简为: Ek= 59.5 log [K+]o / [K+]i (mv) = -87mV
1944年 Hodgkin 在枪乌贼神经纤维上实测值为-77mV.
改变 细胞内外的 K+ 浓度, 可以改变静息膜电位数值.
兴奋: 活的组织和细胞对外界刺激发生的反应.
现代生理学: 兴奋性: 活的组织和细胞受刺激时发生动作电位的能力. 兴奋: 产生了动作电位, 是动作电位的同义语.
刺激引起兴奋的条件和阈刺激 刺激引起兴奋的条件: a.刺激强度
b.刺激时间 c.刺激强度对时间的变化率. 阈强度(阈刺激, 阈值): 当刺激作用时间和强度时间 变化率都不变时,引起组织兴 奋所需的最小刺激强度. 阈刺激的大小可以衡量细胞的兴奋性高低.
-10 ~ -100 mV间, 高等哺乳动物神经 肌肉为-70~-90mV.
• 不同的细胞，静息膜电位不同.
-10 ~ -100 mV间.
两栖类 神经/肌肉 -50 — -70/-90 mV
哺乳动物 神经/肌肉 -70 — -90 mV
各种红细胞
- 10 mV
植物
10 到 200 mV以上负值
• 同一种细胞膜电位数值也存在一定的范围分布特点,
第三节 细胞的跨膜电变化
(一) 神经和骨骼肌的生物电现象 神经-肌肉标本实验提示生物电现象的存在和意义. 兴奋性和兴奋概念的发展:
兴奋性: 活的组织和细胞对外界刺激发生反应的能力. 具有兴奋性的细胞 (组织) 称为可兴奋细胞(组织).
(一) 单一细胞的跨膜静息电位和动作电位
• 细胞水平的生物电现象的观察和记录方法 微电极细胞外记录和细胞内记录:
• 细胞水平的生物电现象主要二种形式: 安静时保持的静息电位 受刺激时产生的动作电位
静息电位 (resting potential): 指细胞未受刺激时 存在于细胞膜内外 两侧的电位差. 故 也称跨膜静息电位.
也可随代谢活动或功能状况而变.
动作电位
(action potential) 可兴奋细胞受到刺激而兴 奋时, 在膜两侧所产生的快 速的、可逆的，并有扩布 性的电位倒转。 极化: polarization, 去极化: depolarization, 复极化: repolarization.
超极化: hyperpolarization,
• 电压门控通道 (voltage-gated channel) Na+,Ca+
K+
• 机械门控通道 (mechanically channel)
(二) 由膜的特异受体蛋白、G蛋白和膜的效应酶组成的 跨膜信号传递系统
受体 G-protein-coupled Metabotropic
G-蛋白
第二节 细胞的跨膜信号传递功能
一、跨膜信号转导概念的提出 不同形式的细胞接受不同的外来信号的刺激并引起相 应的反应时,存在着明显的共性: • 信号通常不进入细胞或直接影响细胞内过程, 先作用 于细胞表面(类固醇激素和甲状腺素除外),通过膜蛋白 的变构,以新的信号形式传递到膜内,引发细胞功能改变. 跨膜信号转导 (transmembrane signal transduction) 跨膜信号传递 (transmembrane signaling) • 信号和细胞反应形式多种,但传导过程都是通过少数 几类方式或途径实现的.
(二) 生物电现象的产生机制 1. 静息电位和钾平衡电位
钾离子向膜外侧扩散 形成浓度梯度和电位梯度的平衡
• 细胞内K+浓度大于胞外侧K+, 不对称分布 • 安静情况下，膜主要对K+离子通透, K+顺浓度差外向扩
散,产生内负外正的电位差. • 电位差又成为阻止浓度差造成的K+外向迁移的电势能 • 两者达到动态平衡, 膜上没有K+的净移动, 即相应稳
二、几种主要的跨膜信号转导方式
(一) 通过离子通道蛋白质完成的跨膜信号转导 • 配体门控通道 (Ligand-gated channels)
N-型 乙酰胆碱受体 (N-type Acetylcholine Receptor ) 促离子型受体(ionotr,还可选择性地与烟碱(nicotine)结合,; 开放时允许Na+内流和少量K+外流.
单一神经纤维或肌细胞动作 电位的产生和波形特点: 潜伏期, 超射值， 峰电位 (spike potential)， 后电位 (afterpotential)， 负后电位 (去极化后电位)， 正后电位 (超极化后电位)。 动作电位的 “全或无”现象: 同一细胞上, 动作电位大小 不随刺激强度和传导距离而 改变的现象. (插图)
蛋白的酪氨酸残基.
三、跨膜信号转导和原癌基因
原癌基因 (cellular proto-oncogene): 染色体中决定与跨膜信号转导有关蛋白质如受体、G-蛋白、
生长因子和蛋白激酶等的一类基因. 它们的碱基排列顺序与能 引起动物肿瘤的病毒DNA的碱基排列顺序相一致. 它们的 变异可致遗传性疾病.
细胞膜变化和第二信使可以激活其中的一类快速基因, 其 表达的蛋白质进入核内后诱导其他基因表达如受体、酶等蛋 白质.
效应器酶 cAMP, IP3, DG
蛋白激酶A, C 底物蛋白磷酸化-丝 氨酸、苏氨酸残基
近100种结构类似 7个-螺旋跨膜段/ N-末端在胞外/识别与结合部位常为第7 -螺旋段
由、、 3个亚单位组成 , 亚单位为 催化亚单位. 按亚单位效应等不同，分类： Gi / Gs / G0 / Gt / Gq 等
生成cAMP的腺苷酸环化酶, 产生 IP3/DG的磷脂酶C等
受体的分型和亚型
(三) 由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导
酪氨酸激酶受体 (tyrosine receptor) : • 一个-螺旋,
一个较短的膜内肽段; • 没有G-蛋白参与; • 也无胞浆中的第二信
使和蛋白激酶参与; • 磷酸化位点是底物
定电位差, K+平衡电位 或 EK.
依据?
a. 符合Nernst公式 Nernst公式: Ek= RT/ZF•ln[K+]o/[K+]i 化简为: Ek= 59.5 log [K+]o / [K+]i (mv) = -87mV
1944年 Hodgkin 在枪乌贼神经纤维上实测值为-77mV.
改变 细胞内外的 K+ 浓度, 可以改变静息膜电位数值.
兴奋: 活的组织和细胞对外界刺激发生的反应.
现代生理学: 兴奋性: 活的组织和细胞受刺激时发生动作电位的能力. 兴奋: 产生了动作电位, 是动作电位的同义语.
刺激引起兴奋的条件和阈刺激 刺激引起兴奋的条件: a.刺激强度
b.刺激时间 c.刺激强度对时间的变化率. 阈强度(阈刺激, 阈值): 当刺激作用时间和强度时间 变化率都不变时,引起组织兴 奋所需的最小刺激强度. 阈刺激的大小可以衡量细胞的兴奋性高低.
-10 ~ -100 mV间, 高等哺乳动物神经 肌肉为-70~-90mV.
• 不同的细胞，静息膜电位不同.
-10 ~ -100 mV间.
两栖类 神经/肌肉 -50 — -70/-90 mV
哺乳动物 神经/肌肉 -70 — -90 mV
各种红细胞
- 10 mV
植物
10 到 200 mV以上负值
• 同一种细胞膜电位数值也存在一定的范围分布特点,