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细胞的基本功能
内容包括1.细胞的跨膜转运方式2.细胞传导信号的方式3.细胞的兴奋-收缩耦连过程(包括细胞的电信号过程与肌细胞收缩过程)
编辑于2022-07-29 15:09:40- 电活动
- 跨膜转运
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细胞的基本功能
④
肌细胞的收缩
骨骼肌神经-肌接头(N-M接头)—结构基础
组成
接头前膜
是运动神经轴突末梢膜的一部分
内侧的轴浆中含约3×l0^5个突触囊泡， 每个囊泡含有10^4个ACh分子
以囊泡为单位释放Ach(量子释放)
接头间隙
约20-30nm,充满细胞外液
接头后膜(终板膜)
存在N2型ACh受体阳离子通道, 乙酰胆碱酯酶(ACh→胆碱+乙酸)
既是受体也是离子通道
兴奋传递
传递
过程
接头前膜开放Ca²⁺通道，引起Ca²⁺内流→囊泡释放ACh
终板膜上虽然Na、K通道都开放，但以Na内流为主 (静息态，Na受到的电-化学驱动力更强)，形成终板电位
终板电位特点
为局部电位
A.等级性电位
幅度与乙酰胆碱释放量有关
B.衰减性传导
C.没有不应期
不产生动作电位
终板膜上没有电压门控钠通道，不产生动作电位
其产生电紧张方式向周围扩张，刺激临近肌膜的电压门控钠通道打开，引起钠内流，从而引起动作电位
存在时间短
ACh产生终板电位后，即被胆碱酯酶分解→终板电位只维持几毫秒
无反、复极化
终板电位幅度仅50-75mv，不能使静息电位反极化
1、电-化学-电传递 2、1：1传递(一次AP,只引起一次兴奋和收缩) 3、单向传递 4、时间延搁 5、易受内环境影响
注
静息下，囊泡也能自发释放介质导致终板膜去极化，为微终板电位
影响因素
横纹肌的收缩—肌细胞收缩的结果
构成
肌原纤维
结构
暗带
即粗肌丝群，较密，故较暗
在暗带的中央有一条横向的线,称为M线
固定粗肌丝
M线两侧有相对较亮的区域称为H带
粗肌丝和细肌丝交错，故亮度适中
明带
即细肌丝群，较疏，故较亮(明带)
在明带的中央也有一条横线,称为Z线(立体看为Z盘)
固定细肌丝
相邻两Z线之间的区段(一半明带+暗带+一半明带)称为肌小节
是肌肉收缩和舒张的基本单位
分类
收缩蛋白：肌动蛋白(动)肌球蛋白(酶) 调节蛋白：原肌球(阻碍)，肌钙蛋白(启动)
粗肌丝
10nm×1.6μm
组成
肌球蛋白/肌凝蛋白
其上有ATP酶，形成横桥
细肌丝
5nm×1.0μm
组成
肌动蛋白/肌纤蛋白
与粗肌丝横桥头部结合
原肌球蛋白/原肌凝蛋白
阻止肌动蛋白与横桥结合，调节肌肉收缩
肌钙蛋白
与Ca²⁺结合通过构象改变来启动收缩
肌管系统
结构
横管,T管
定义
与肌原纤维走行方向垂直的膜型管道，分布有L型钙通道
肌膜中也存在L型钙通道
作用
可将肌膜传导的电信号迅速传至肌原纤维
纵管,L管
定义
与肌原纤维走行方向平行的膜型管道,即肌质网SR
分类
纵行肌质网ISR
在肌原纤维周圉包绕.交织成网的肌质网
其膜上有钙泵,可逆浓度梯度将胞质中Ca²⁺转运至SR内
连接肌质网JSR/终池
SR与T管膜或肌膜(见于心肌)相接触的末端膨大
嵌有钙释放通道(称雷诺丁受体RYR),贮存大部分Ca²⁺，分布与L型钙通道相对应
耦连部分
在骨骼肌,T管与其两侧的终池形成三联管
在心肌,T管与单侧的终池相接触形成二联管
收缩过程
基础理论
肌丝滑行
肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生肌丝本身的长度不变
暗带宽度不变，只有明带和H带相应变窄
过程
静息时
原肌球蛋白遮盖肌动蛋白与横桥的结合位点，两者分离，肌肉处于舒张
充足钙存在下
肌钙蛋白与钙结合，构象改变 →促进原肌球蛋白构象改变，暴露肌动蛋白的横桥结合位点 →肌球蛋白的横桥与肌动蛋白结合、扭动、复位（横桥运动） →结果：肌丝运动→肌肉收缩
注
横桥运动
肌球蛋白上的ATP酶分解结合的ATP，并储存ATP分解产生的势能(结合ADP和无机磷酸)
亲和力提高而与肌动蛋白暴露的位点结合
横桥构象改变，使其头部向桥臂方向扭动45度,产生“棘齿作用”而拖动 细肌丝向M线方向滑行,横桥储存的势能转变为克服负荷的张力和(或)肌节长度的缩短
横桥与ADP和无机磷酸解离,同时结合ATP
亲和力降低而与肌动蛋白分离
肌丝运动
宏观
肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生肌丝本身的长度不变
微观
细肌丝朝肌节中央滑行，暗带长度不变，明带、H带变短
注
肌肉在保持长度不变的条件下进行收缩 (肌丝不滑行，也可收缩产生张力)
由于横桥头部与杆状部之间的横桥具有弹性，横桥的扭动可使横桥臂被拉长，借其弹性回缩而产生张力
兴奋-收缩耦连
横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程 与肌丝滑行的机械收缩过程之间的中间联系过程
过程
T管膜的动作电位传导
终板电位扩散到肌膜引起的动作电位
肌膜电兴奋通过肌膜T管膜传播到JSR并激活L型钙通道
JSR释放Ca²⁺
Ca²⁺触发肌丝滑行
肌丝滑行的复位：肌肉舒张，横桥ATP酶分解ATP，获得势能而复位→复位不属于收缩耦连环节
胞质中Ca²⁺升高促使TnC与Ca²⁺结合并引发肌肉收缩
回收Ca²⁺
Ca²⁺升高，激活肌质网膜上的钙泵回收Ca²⁺,肌肉舒张
鉴别
骨骼肌与心肌收缩
结构
骨骼肌
T管与其两侧的终池形成三联管
心肌
T管与单侧的终池相接触形成二联管
钙释放机制
骨骼肌
骨骼肌的肌膜发生兴奋后，通过T管传导到细胞深处，触发终池的L型钙通道，产生"拔塞效应"，JSR释放Ca²⁺
心肌
L型钙通道触发后，胞外钙入胞并结合JSR上的RYR受体，触发JSR钙离子释放（钙诱导钙释放）
胞质中增加的Ca²⁺
骨骼肌
几乎全来自JSR
心肌
0.8-0.9由JSR释放,其余由L型钙通道引起的Ca²⁺内流
对胞外钙依赖性
骨骼肌
不依赖
心肌
高度依赖（启动钙释放）
Ca²⁺回收的机制
骨骼肌
肌质网膜上的钙泵
心肌
肌质网膜上的钙泵及肌细胞膜上钙泵和钠钙交换体
骨骼肌
结构
T管与其两侧的终池形成三联管
钙释放机制
骨骼肌的肌膜发生兴奋后，通过T管传导到细胞深处，触发终池的L型钙通道，产生"拔塞效应"，Ca²⁺释放
胞质中增加的Ca²⁺
几乎全来自JSR
不依赖胞外钙
Ca²⁺回收的机制
100%肌质网膜上的钙泵
收缩特点
等级式收缩
骨骼肌纤维相互独立，单独骨骼肌纤维为全或无式，总体与ACh释放量有关，ACh释放越多，骨骼肌纤维收缩越多，骨骼收缩越强
心肌
结构
T管与单侧的终池相接触形成二联管
钙释放机制
L型钙通道触发后，胞外钙入胞并结合JSR上的RYR受体，触发JSR钙离子释放（钙诱导钙释放）
胞质中增加的Ca²⁺
10-20%来自由L型钙通道引起的Ca²⁺内流 80-90%由JSR释放
高度依赖胞外钙（启动钙释放）
Ca²⁺回收的机制
80-90%肌质网膜上的钙泵回收 10-20%肌细胞膜上钙泵和钠钙交换体排出
收缩特点
全或无式收缩
心肌细胞通过闰盘的缝隙连接迅速传播，迅速兴奋周围所有细胞， 可视整体为一个合胞体，近乎同时收缩
收缩效能
定义
收缩效能
肌肉收缩时产生的张力大小、缩短程度以及产生张力的速度或肌肉缩短的速度
张力
被动张力
因为肌丝产生的弹性形变而出现的趋向于恢复原来形态的力
与前负荷正相关
主动张力
当肌肉收缩时，重叠的粗细肌丝彼此结合所产生的力
相当于等张收缩时的后负荷(方向相反)
大小与肌动蛋白结合的横桥数目
负荷
前负荷(弹弓)
肌肉收缩之前所承受的负荷→维持肌肉变长但不收缩
后负荷(大门)
肌肉在收缩时所承受的负荷
肌肉收缩
肌梭是一种感受肌肉长度的感受器，在骨骼肌长度增加或缩短时，肌梭的传入冲动会增加或减少； 腱器官是一种能感受肌肉张力的感受器，在骨骼肌肌张力增加或降低时，腱器官的传入冲动增加或降低
等长收缩
肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩 →腱器官兴奋
保持一定的体位
等张收缩
肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩 →肌梭兴奋
移动负荷作功
影响因素
张力
前负荷(拉弹簧)
决定被动张力
前负荷越大,肌肉越长，拥有的被动张力越大
当肌肉张力达到最大时，此时的肌肉长度为最适初长度，而维持此时肌肉长度的前负荷为最适前负荷
收缩前的肌肉长度即初长度
之后，再增加前负荷使肌肉变长，肌肉的主动张力反而减小
后负荷(抬水)
反映主动张力
当主动张力较小时，主动张力＜后负荷，肌肉长度不变， 但肌肉内部张力不断增加，直至最大
等长收缩
当主动张力＞后负荷时，主动张力不再增大，肌肉收缩
等张收缩
如提水，（后负荷即对水桶的提力） 提起前，等长收缩（提力变大，后负荷变大） 提起后，等张收缩（提力保持，后负荷不变）
注
被动张力由初长度决定
主动张力由与肌动蛋白结合的横桥数目决定
初长度↑→结合横桥数目增加→主动张力↑
后负荷↑→肌肉克服阻力↑→主动张力↑
肌肉收缩开始时间延迟， 肌肉缩短长度与速度减小
肌肉收缩速度由横桥周期的长短决定
肌肉收缩能力
指与负荷无关的,决定肌肉收缩效能的内在特性
收缩的总和
定义
肌细胞收缩的叠加特性,包括空间及频率上的重合
多纤维总和
当收缩逐渐增强时,先增加小的再增加大的运动单位收缩; 而当舒张时,先最大的最后最小的运动单位停止收缩
频率总和
单收缩
动作电位频率低时,每次动作电位后出现完整的一次收缩与舒张过程
强直收缩
骨骼肌的收缩几乎都以完全强直收缩的形式进行，有利于完成各种躯体运动和对外界物体做功
动作电位频率高时,前一次收缩和舒张尚未结束,新的收缩在此基础上出现的过程
分类
不完全强直收缩
新收缩位于前收缩舒张期
完全强直收缩（张力最大）
新收缩位于前收缩收缩期
③
细胞的电活动
概述
细胞生物电
定义
活细胞在进行生命活动时伴随的电活动
表现
细胞膜两侧电位差导致带电离子跨膜流动而产生的电位差
安静状态下相对平稳的静息电位
受刺激时,迅速发生并向远处传播的动作电位
数值(视细胞外液为0电位)
胞内一定为负电位，且负值越大,电位越大(正负只表示方向，与大小无关)
1.正常范围：-10~~-100mV 2.骨骼肌：-90 3.神经细胞：-70 4.平滑肌细胞：-55 5.红细胞：-10
静息电位RP
细胞处于安静状态时,细胞膜两侧存在的外正内负 且相对平稳的电位差
机体所有活细胞均有静息电位
理论基础
电位差的产生原理
带电粒子的跨膜转运(K⁺外流为主)
细胞膜对不同 离子的通透性
细胞膜两侧出现浓度差 （是离子跨膜运动的直接动力）
通透性越高，浓度差越大
离子跨膜运动产生电位差
正离子从内到外→外正内负
正离子从外到内→内正外负
过程
外正内负的产生
静息时，细胞膜对K和Na具有较高通透性
钾离子外流，钠离子内流 (两侧离子浓度差：钾＞钠→钾流出＞钠流入)
相对正离子外流
外正内负
外正内负的维持
单一平衡电位的产生
离子受力平衡 （以钾为例）
始动力
浓度差
形成
细胞膜中的钠泵，不断泵出Na，泵入K 维持胞内高钾低钠，胞外低钾高钠的浓度差
方向
浓度高→浓度低（钾从胞内到胞外）
阻力
电位差
形成
膜内带负电荷的有机离子因细胞膜对它们几乎不通透而聚积在膜的内表面,从而将外流的K⁺限制于膜的外表面
由此,膜的内外表面之间便产生了内负外正的电位差,即K⁺扩散电位
方向
阻止该离子的继续扩散（阻止钾外流）
离子浓度差与 跨膜电位差的平衡
浓度差基本恒定→浓度差的驱动力不变
电位差随钾的不断外流，胞外堆积K↑→内负外正的电位差↑
电位差不断增大直到与浓度差驱动力相等时(电-化学驱动力为零)
跨膜电场和离子浓度差这两个影响带电离子移动的驱动力的代数和称为离子的电-化学驱动力
该离子的净扩散量为零,膜两侧的电位差稳定 (此时稳定的电位差即该离子的平衡电位)
不同离子平衡电位的叠加
除不同方向的平衡电位叠加外，还受钠钾泵的生电作用影响
分解1ATP,排出3Na⁺,移入2K⁺ (相当于移出1正电荷)
胞外正电位↑→静息电位↑
理论
细胞膜对不同离子的通透性大小不同→ 不同离子的平衡电位方向及大小也不同
最终的平衡电位是叠加的结果
结果
受K平衡电位和Na平衡电位主导
平衡电位趋向于钾平衡电位
K通透性最高→K对形成平衡电位贡献最大
细胞膜中存在持续开放的非门控钾通道
平衡电位略小于钾平衡电位
存在与K电位相反的其他电位（Na）
影响因素
对钾平衡电位 (钾两侧浓度差)
膜内钾↑/膜外钾↓
膜内外浓度差↑→钾外流↑
静息电位↑
对钾通透性↓
膜内外浓度差↓
静息电位↓
对钾通透性
通透性↑
钾外流↑
静息电位↑
钠泵活性
低温、酸中毒、缺氧→钠泵↓
内外浓度差↓
钾外流↓
静息电位↓
注
钠平衡电位影响极小，可忽略不计
动作电位AP
定义
动作电位
AP的产生是细胞兴奋的标志
在静息电位的基础上,给细胞一个适当的刺激,可触发其产生可传播的膜电位波动
当受到一个有效刺激时，其膜电位从-70mV逐渐去极化到达阙电位水平,此后迅速上升至+30mV,形成动作电位的升支(去极相)随后又迅速下降至接近静息电位水平，形成动作电位的降支(复极相)
电位名称
电位时程
1.超极化：RP负值增大的过程或状态(例如由-70→-90mV) 2.极化：膜处于内负外正的稳定状态(静息电位) 3.去极/除极化：RP负值减小到0的过程或状态(如由-70→-50mV) 4.反极化/超射：电位从0到动作电位峰值的过程 5.复极化：电位从AP峰值恢复到静息电位的过程
特殊电位
锋电位bcd段
动作电位的标志，峰值c点接近Na⁺平衡电位
升支与降支共同形成的尖峰状的电位变化
去极相,升支bc段
复极相,降支cd段
后电位
在锋电位后出现的低幅、缓慢的波动
后去极化电位ADP/负后电位de段
后电位中膜电位绝对值大于RP部分
后超极化电位AHP/正后电位ef段
后电位中膜电位绝对值小于BP部分
触发条件名称
刺激
指细胞所处环境（理化、生物因素性质）的变化， 参数包括强度、持续时间、强度-时间变化率
阈值/阈强度b点
能引起动作电位的最小刺激强度(接近K⁺平衡电位)
阈刺激
刺激强度刚好到达阈值的刺激
阈上/下刺激
刺激强度大于/小于阈强度的刺激
有效刺激
阈刺激+阈上刺激
阈电位
指引起Na通透性突然增高的临界膜电位
理论基础
电-化学驱动力
膜电位-该离子平衡电位
静息电位下
钠离子的电化学驱动力=-70mV-(+67mV)=-137mV, 此时钠离子受到很强的内向驱动力的作用
静息时，钠离子受极强内向驱动力，但无通道打开，故钠不内流。而钾离子受较小外向驱动力，有钠钾泵代偿，故钾离子两侧浓度差不发生变化
当钠通道(内流)打开时，钠迅速内流
锋电位下
钾离子的电化学驱动力=+30mV-(-98mV)=+128mV, 此时钾离子受到很强的外向驱动力的作用
当钾通道(外流)打开时，钾迅速内流
注
静息电位：骨骼肌=-90mV，神经细胞=-70mV
Ca²⁺电-化学驱动力=-213mv
Cl电-化学驱动力=0mv
膜对离子的通透性的依赖性
电压依赖性 (正反馈)
膜电位去极化越大,通道开放越多
去极化增强,促进Na⁺通道打开,其又促进去极化增强,从而互相增强
时间依赖性
GNa表现为快速(小于1毫秒)一过性激活(电导最大值前为激活,之后为失活),这使Na⁺内流首先出现,引发了动作电位去极化的产生
GK则在GNa失活时逐渐激活,这使K⁺外流的增强出现在Na⁺内流之后,与GNa失活共同作用以加速膜的复极化
产生
过程
ac段 形成上支
受到有效刺激后,膜上Na⁺通道大量开放,引起Na⁺快速内流,膜去极化,形成上支
cd段 形成下支
膜去极化过程中,时间依赖性K⁺通道逐渐被激活, K⁺在电-化学梯度作用下向外扩散,膜复极化,形成下支
de段
复极化时迅速外流的K⁺蓄积在膜外侧附近,暂时阻碍了K⁺外流，形成负后电位
ef段
唯一耗能过程
钠钾泵泵出Na⁺,泵入K⁺，形成正后电位
特点
全或无
即要使细胞产生动作电位,所给的刺激必须达到一定的强度
无
刺激未达到一定强度,动作电位就不会产生
全
当刺激达到一定的强度时，便产生动作电位，此时动作电位幅度即最大，不会随刺激强度的继续增强而增大
不衰减传播
动作电位产生后,并不停留在受刺激处的局部细胞膜,而是沿膜迅速向四周传播,直至传遍整个细胞,而且其幅度和波形在传播过程中始终保持不变
脉冲式发放
连续刺激所产生的多个动作电位总有一定间隔而不会融合起来,呈现一个个分离的脉冲式发放
影响因素
时程
复极化时间
钾外流减慢→动作电位时程变长
幅度
Na⁺的平衡电位
钠离子浓度差
浓度差↑→钠外流↑
峰值↑
钠通道通透性
通透性↑→钠外流↑
峰值↑
传导
定义
细胞膜某一部分产生的动作电位，可沿细胞膜不衰竭地传遍整个细胞的过程
分类
同一细胞的传导
方式
无髓鞘神经纤维、肌细胞
(近距离)局部电流传导
有髓鞘神经纤维
(远距离)沿郎飞结跳跃式传导
局部电流传导
≠局部电位
形成
在动作电位的发生部位/兴奋区(两侧电位呈外负内正),与它相邻的未兴奋区(两侧电位呈外正内负)之间出现电位差
由于兴奋区和邻旁安静区之间的电位差高达100mV，故局部电流的刺激强度远大于细胞兴奋的阈值
并产生由正电位/兴奋区流向 负电位/未兴奋区区的电流(即局部电流)
结果
即细胞膜依次再生动作电位
使邻旁未兴奋区的膜电位减小,即产生去极化,当去极化达到阔电位时，该区爆发动作电位,使它成为新的兴奋区,而原来的兴奋区则进入复极化状态。新的兴奋区又与其前方的安静区再形成新的局部电流
局部电位总和后达到阈电位，从而引起动作电位
方向
在膜内侧，由兴奋区经细胞内液流向邻近的未兴奋区,再向外穿过质膜后,又经细胞外液返回兴奋区,构成电流回路
跳跃式传导
更常见
形成
有髓纤维的髓鞘电阻大,基本不导电,又不允许离子通过,但郎飞结处,髓鞘断裂,具有传导性,允许离子移动,因此有髓纤维动作电位的传导是沿郎飞结的跳跃式传导
特点
传导速度快得多
能量消耗减少
只发生在郎飞结,因而传导过程中跨膜流入和流出的离子将大大减少,它们经主动转运返回时所消耗的能量也显著减少
在细胞间的传播
机制
一般细胞间电阻大,无细胞间传播
某些组织(脑内的某些核团.心肌以及某些平滑肌)细胞间存在缝隙连接
局部电流可通过缝隙连接直接传播到另一个细胞
意义
使某些同类细胞发生同步化活动
特性
①双向性
神经纤维上任何一点受到有效刺激而发生兴奋,冲动都会沿神经纤维向两端同时传导
②绝缘性
一条神经干包含许多神经纤维,各条神经纤维上传导的冲动互不干扰
③安全性
对单一细胞来说,局部电流的强度常可超过邻近膜兴奋所必需的阈强度的数倍以上,因而以局部电流形成为基础的传导过程是相当“安全”的,一般不会出现传导“阻滞”
④不衰减性
动作电位在同一细胞上传导时,其幅度和波形不会因传导距离的增加而减小,这种扩布称为不衰减性扩布
⑤相对不疲劳性
兴奋在神经纤维上传导与经突触传递相比较,前者能够较为持久地进行,即兴奋在神经纤维上的传导具有相对不易发生疲劳的特征
⑥结构和功能的完整性
完成冲动沿神经纤维传导功能,要求神经纤维的结构和功能都是完整的
兴奋
定义
组织细胞受刺激后由静息状态转变为活动状态或由活动弱的状态转变为活动强的状态过程，可用阈值/阈强度大小来衡量
描述产生动作电位强弱的能力
可兴奋细胞
兴奋性即细胞接受刺激后产生动作电位的能力
定义
受到适宜刺激后可产生动作电位的细胞(如神经、腺、肌、心肌细胞)
兴奋后变化
两个锋电位的时间间隔至少应大于其绝对不应期
局部电位
与动作电位比较
定义
为阈下刺激引起的一个微弱的不能向远处传播的膜电位波动
相应导致的少量钠通道打开引起的去极化波动，即局部兴奋
常见
骨骼肌膜上的终板电位 突触后膜上的兴奋性突触后电位EPSP 突触后膜上的抑制性突触后电位IPSP 感觉神经末梢上的发生器电位
特点
A.等级性电位
即其幅度与刺激强度有关,而不具有“全或无”特点
B.衰减性传导
局部电位以电紧张的方式向周围扩布,扩布范围一般不超过1mm半径
C.没有不应期
反应可以叠加总和,其中相距较近的多个局部反应同时产生的叠加称为空间总和,多个局部反应先后产生的叠加称为时间总和
②
细胞的信号转导
定义
信号转导
定义
指生物学信息(兴奋或抑制)在细胞间或细胞内转换和传递,并产生生物效应的过程，核心在于通过特定信号转导通路进行生物信息的细胞内转换与传递过程,并可涉及对相关功能蛋白质的基因表达过程的调控
通常指跨膜信号转导,即生物活性物质(激素,神经递质,细胞因子等)通过受体或离子通道的作用而激活或抑制细胞功能的过程
本质
细胞和分子水平 的功能调节
信号转导中的信号传递到相应靶细胞，产生生物效应
信号
指的是生物学信号,即带有生物学意义的信号, 可以是物理信号,如电、声、光和机械牵张等, 更多的是以化学物质为载体的化学信号,如激素、神经递质和细胞因子等
生物效应
可以是对靶细胞功能的影响, 也可以是对靶细胞代谢、分化和生长发育的影响, 甚至是对靶细胞形态结构和生存状态等方面的影响
其他概念
信号转导通路
完成细胞间或细胞内生物信息转换和传递的信号分子链
信号分子
一般指参与完成细胞间信号通讯或细胞内信号转导的化学物质
信使分子
与信号分子区别：出现在不同地方的相同物质
信使分子一般指出现在信号转导通路的描述中， 而信号分子可出现在一切生物信号的描述
专司生物信息携带功能的小分子物质
第一信使
指细胞外的信号分子，如激素、神经递质、细胞因子
第二信使
指细胞内的信号分子，如cAMP,cGMP,IP3,DG,Ca²⁺
受体
细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质
膜/胞质/核受体(分布于细胞膜/胞质/核内)
配体
与受体发生特异性结合的活性物质
离子通道型受体介导的信号转导
定义
指同时具有受体功能和离子通道功能的蛋白质分子
属于化学门控通道
由于接受的化学信号绝大多数是神经递质, 也称递质门控通道
由于激活后可引起离子的跨膜流动,也称促离子型受体
特点
路径简单，速度快
配体与受体结合，离子通道打开，细胞膜对特定离子通透性增加，引起相应的细胞膜电位变化
分类
阳离子通道
烟碱(N)型乙酰胆碱ACh受体
如骨骼肌终板膜中的N2型ACh受体阳离子通道
由运动神经末梢释放的ACh激活,产生Na内流为主的离子跨膜移动,导致膜电位变化,最终引起肌细胞的兴奋
促离子型谷氨酸iClu受体
阴离子通道
γ-氨基丁酸GABA2通道
如神经元膜上的GABA2R被递质激活后,氯通道开放而引起CL内流,使膜电位变得更负,导致神经元兴奋性降低而产生抑制
甘氨酸Gly受体
G蛋白耦连受体介导的信号转导
定义
指G蛋白耦联受体被配体激活后,作用于与之耦联的G蛋白,再引发一系列以信号蛋白为主的级联反应而完成的跨膜信号转导
G蛋白耦联受体既无通道结构,也无酶活性,它所触发的信号蛋白之间的相互作用主要是一系列的生物化学反应过程,故也称为促代谢型受体
信号分子
G蛋白耦联受体
见于
如儿茶酚胺、5-羟色胺、乙酰胆碱、氨基酸类神经递质(γ-氨基丁酸)以及几乎所有的多肽和蛋白质类神经递质和(或)激素(钠尿肽家族除外),还有光子、嗅质和味质等
作用
与配体结合后,作用并激活G蛋白
G蛋白(鸟苷酸结合蛋白)
作用
结合GTP或GDP,具有GTP酶活性,作用并激活G蛋白效应器
G蛋白效应器
见于
腺苷酸环化酶AC、磷脂酶C(PLC)、磷酸酶A2(PLA2)、磷酸二酯酶(PDE)、离子通道
作用
生成第二信使
第二信使
定义
指激素、递质和细胞因子的信号分子(第一信使)作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子
见于
环-磷酸腺苷cAMP、三磷酸肌醇IP3、二酰甘油DG、环-磷酸鸟苷cGMP和Ca²⁺
作用
激活蛋白激酶
蛋白激酶
定义
将ATP分子的磷酸基团转移到底物蛋白质,使其磷酸化的酶类
见于
cAMP依赖性蛋白激酶
蛋白激酶A(PKA)
Ca²⁺依赖性蛋白激酶
蛋白激酶C（PKC）
磷酸化丝氨酸/苏氨酸残基
常见信号转导通路
受体→G蛋白→AC(腺苷酸环化酶) →cAMP(环磷酸腺苷)→PKA(蛋白激酶A)通路
cAMP第二信使系统
受体→G蛋白→PLC(磷酯酶C)
IP3和DG第二信使系统
IP3(三磷酸肌醇)
钙离子
DG(甘油二酯)
PKC(蛋白激酶C)
经由该通道的受体（5-HT2受体，α1肾上腺素能受体）
GC(鸟苷酸环化酶)→cGMP(环磷酸鸟苷)→PKG(蛋白激酶G)
Ca²⁺信号系统
定义
IP3触发从胞内钙库释放进胞质的Ca²⁺以及经细胞膜中 电压或化学门控通道由胞外进入胞质的Ca²⁺
意义
一方面作为带电离子可影响膜电位而直接改变细胞的功能
更重要的是作为第二信使，通过与胞内多种底物蛋白相结合而发挥作用，参与多种胞内信号转导过程
酶联型受体介导的信号转导(膜上)
定义
具有酶活性或能与酶相结合的膜受体介导的信号转导
类型
酪氨酸激酶受体TKR
定义
膜内侧部分具有酪氨酸激酶的活性的受体
配体
胰岛素和各种生长因子(血小板源,表皮,肝细胞和成纤维细胞生长因子)
酪氨酸激酶结合型受体TKAR
定义
受体分子本身没有酶蛋白活性,但与配体结合后可在胞质侧结合并激活胞质内的某种酪氨酸激酶
配体
细胞因子(干扰素.白细胞介素)， 肽类激素(生长激素.催乳素和促红细胞生成素)
鸟苷酸环化酶受体GC
定义
膜外侧有配体结合位点,膜内侧有鸟苷酸环化酶活性的受体
配体
心房钠尿肽ANP,脑钠尿肽BNP
丝氨酸/苏氨酸激酶受体
定义
胞内结构域具有丝氨酸/苏氨酸激酶活性的受体
配体
转化生长因子-βTGF-β
核受体介导的信号转导(细胞内信号转导)
定义
脂溶性配体可直接进入细胞，与核受体或胞质受体结合而发挥作用
由于胞质受体与配体结合后，一般也要转入核内发挥作用，故胞质受体也属于核受体
类型
类固醇激素受体
在胞质中的糖皮质激素受体、盐皮质激素受体 在胞质.胞核中均有的性激素受体 在胞核中的维生素D3受体
胞核中的甲状腺激素受体
维甲酸受体
①
跨细胞膜的物质转运
单纯扩散
小分子物质通过脂质分子间隙从高浓度侧转运到低浓度侧（顺浓度）的跨膜转运过程
对象
脂溶性小分子
O2,CO2,N2,类固醇激素,乙醇,尿素,甘油
不带电荷的极性小分子
水
特点
顺浓度差，不耗能
不饱和
无膜蛋白参与
最终使转运物质在两侧的浓度趋于相等
影响因素
浓度差,膜的通透性,温度,接触面积
易化扩散
非脂溶性(低脂溶性)的小分子物质或带电粒子，在膜蛋白介导下顺电-化学势能进行跨膜转运
顺浓度差,有载体,不耗能
经通道
对象
钠.钾.钙离子通道
Na⁺通道阻滞剂--河豚毒素(哇巴因) K⁺通道阻滞剂--四乙铵 Ca²⁺通道阻滞剂--异博定
特点
离子选择性
一种通道只对一种或几种离子具有较高通透能力
钾通道：钾通透性为钠的上千倍
乙酰胆碱通道：钠钾高度通透，氯不通透
门控特性
定义
大部分通道蛋白分子内部有一些可移动的结构或化学基团,在通道开口处起"闸门"作用。许多因素可引起闸门运动,导致通道的开放或关闭的过程
少数通道始终开放(神经纤维上的钾漏通道)
分类
电压门控通道
Na⁺通道和K⁺通道
Na⁺通道
两个闸门 激活门，失活门
两门均打开
激活状态
两门均关闭
失活状态
失活门打开 激活门关闭
静息状态
K⁺通道
一个闸门
无失活状态
门关闭→静息状态
门打开→激活状态
当膜两侧电位差发生改变,通常是在膜发生去极化时，通道蛋白分子内的一些带电化学基团(也称电位感受区)发生移动,进而引起分子构象变化和闸门开放
是神经或肌肉发生动作电位的基本机制
如钾钠钙离子通道
化学门控通道
受膜外或膜内某些化学物质调控
如N2型乙酰胆碱受体，当其与乙酰胆碱结合后，通道构象发生改变，引起闸门打开
机械门控通道
受机械刺激调控,通常是质膜感受牵张刺激后引起其中的通道开放或关闭
如耳蜗基底膜毛细胞上的机械门控通道.动脉血管平滑肌细胞上的机械门控钙通道等
某些感受器细胞(如触觉.听觉.运动觉.位置觉.血压)的换能作用也是经机械门控通道介导
经载体
对象
血液中的葡萄糖和氨基酸到组织细胞中
特点
结构特异性
一种载体只能识别和结合具有特定结构的一类底物
葡萄糖载体GLUT对右旋葡萄糖的转运量＞左旋葡萄糖
饱和现象
①无饱和现象者——单纯扩散、经通道易化扩散。 ②有饱和现象者——经载体易化扩散、原发性主动转运、继发性主动转运、钠泵、钙泵
有饱和现象的速度慢
一般底物浓度越高，转运越快，当底物增大到一定程度后，转运出现最大值，并不再随底物浓度增大而改变
竞争性抑制
两种能和同一载体结合的物质，同时进行转运，双方转运都将受抑制，且浓度低的抑制较明显
主动转运
转运物质在特殊蛋白质(泵)介导下,由细胞代谢供能而进行的逆电-化学势能的转运过程
逆浓度差,有载体,耗能
原发性
定义
细胞直接利用代谢产生的能量进行主动转运
种类
钠泵/钠钾泵 Na⁺-K⁺-ATP酶
本质
只存在于细胞膜上一种特殊的蛋白质,具有ATP酶的活性,可以将ATP分解释放能量并利用此能量逆浓度梯度转运Na⁺和K⁺
过程
α亚单位与ATP结合时,构象为E1,离子结合位点朝向细胞内侧,此时α单位对Na⁺亲和力＞K⁺, 使已结合的2K⁺释放到细胞内,并与细胞内3Na⁺结合（钠泵的启动信号）
结合Na⁺后,亚单位的ATP酶活性被激活,ATP分解,亚单位被磷酸化,构象由E1转变为E2,离子结合位点朝向细胞外侧,这时此时α单位对Na⁺亲和力＜K⁺,使已结合的3Na⁺释放到细胞外,并与胞外的2K⁺结合
结合后,亚单位发生去磷酸反应,再次与另一分子的ATP结合并触发构象由E2回到E1,从而完成了钠泵的一个转运周期
结果
消耗1分子ATP，排出3个Na⁺，移入2个K⁺
意义
造成胞内高钾 (是胞外的30倍)
为胞质内许多代谢反应提供原料和环境
核糖体合成蛋白质需在高钾下进行
造成胞外高钠 (是胞内的10倍)
克服静息时，漏入的Na⁺
K⁺受胞内负离子作用，无法漏出
胞内低钠能阻止水入胞
维持胞内渗透压和细胞容积
建立Na⁺的跨膜浓度梯度
为继发性主动转运提供势能储备
维持膜内外Na⁺和K⁺浓度差
是细胞生物电活动产生的前提条件
生电效应
钠泵可直接影响膜电位
每次相当于移出一个正离子，使膜内电位的负值增大
钙泵(Ca²⁺-ATP酶)
分类
质膜钙泵PMCA
每分解1分子ATP,可将1个钙离子由胞质内转运至胞外
肌质网或内质网钙泵SERCA
每分解1分子ATP,可将2个钙离子由胞质内转运至胞外肌质网或内质网中
作用
保持细胞内钙离子浓度低水平,增加细胞对钙离子浓度增加的敏感性
质子泵
分类
H⁺,K⁺-ATP酶(氢钾泵)
分布
胃腺壁细胞膜和肾小管闰细胞膜上
分泌H⁺,摄入K⁺
作用
参与胃酸形成,肾脏排酸过程
H⁺-ATP酶(氢泵)
分布
各种细胞器膜上
作用
把H⁺转运至细胞器内,保持胞质的中性和细胞器内的酸性,建立细胞器内外的浓度梯度,为物质的跨细胞器膜转运提供动力
继发性
定义
驱动力并不直接来自ATP的分解,而是间接利用离子泵分解ATP的能量
溶质跨质膜转运的动力来自钠泵活动建立的Na⁺的跨膜浓度梯度 而溶质跨细胞器膜转运的动力则来自质子泵活动建立的H⁺的跨膜浓度梯度
来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度/电位梯度的跨膜转运方式
分类
同向转运
被转运物质与Na⁺ 向同一方向转运
葡萄糖的转运
在小肠黏膜上皮的吸收以及在 近端肾小管上皮的重吸收
通过钠-葡萄糖同向转运体
Na在上皮细胞顶端膜两侧浓度梯度/电位梯度的作用下,被动入胞
葡萄糖分子则在Na入胞的同时逆浓度梯度出胞
在小肠黏膜是以2个Na和1个葡萄糖同时转运, 在肾小管处则是以1个Na和1个葡萄糖进行转运
其他
氨基酸的转运，肾小管上皮细胞的Na⁺-K⁺-2CI⁻同向转运体、Na⁺-HCO3⁻同向转运体、 甲状腺上皮细胞的Na⁺-I⁻同向转运体以及突触前膜对单胺类递质再摄取等
反向转运
被转运物质与Na⁺ 向不同方向的转运
Ca²⁺-Na⁺的转运
几乎所有细胞都存在Na-Ca²⁺交换体
心肌细胞在兴奋-收缩耦联过程
通过Na-Ca²⁺交换体
转入3个Na⁺和排出1个Ca²⁺
H⁺的转运
肾小管近端小管上皮细胞的顶端膜则分布较多,其可将胞外即肾小管管腔内的1个Na⁺吸收进入细胞内,同时将胞内的1个H⁺逆浓度梯度分泌到管腔中
膜泡运输
大分子和颗粒物质进出细胞并不直接穿过细胞膜,而是由膜包围形成囊泡,通过膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程完成转运,故称为膜泡运输
耗能，需要更多蛋白质参与，伴有细胞膜面积改变
出胞
定义
指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程
外分泌腺细胞排放酶原颗粒和黏液、内分泌腺细胞分泌激素, 神经纤维末梢释放神经递质等过程都属于出胞
分类
持续性出胞
指细胞在安静情况下,分泌囊泡自发地与细胞膜融合而使囊泡内大分子物质不断排出细胞的过程
如小肠黏膜杯状细胞分泌黏液的过程
调节性出胞
指细胞受到某些化学信号(如激素)或电信号(如动作电位)的诱导时,储存于细胞内某些部位的分泌囊泡大量与细胞膜融合,并将囊泡内容物排出细胞的过程
如动作电位到达神经末梢时引起的神经递质释放
过程
入胞
定义
指大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程
分类
吞噬
转运物质
以颗粒或团块形式出现的细菌、死亡细胞、组织碎片等
特点
进入细胞的物质呈固态
仅发生在单核细胞,巨噬细胞和中性粒细胞等
形成的吞噬泡直径较大
吞饮
转运物质
多数大分子物质
是蛋白质进入细胞的唯一途径
特点
进入细胞的物质为液体及其溶质
几乎发生于所有细胞
形成的吞饮泡直径较小
过程