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,