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第二节 细胞的信号转导

第二节 细胞的信号转导. 电突触. 电信号. —— 缝隙连接. 闰盘. 细胞间信号. 水溶性：如递质、激素、细胞因子等. 化学信号. 脂溶性：如类固醇激素等. 跨膜信号转导方式大体有以下三类：. ① 离子通道介导的信号转导. ② G 蛋白耦联受体介导的信号转导. ③ 酶耦联受体介导的信号转导. 一、离子通道介导的信号转导. 化学性胞外信号 ( 如递质 Ach ). 递质与膜受体结合. 膜受体耦联的离子通道开放. 离子（ Na + ）内流. 产生局部电位. 总和后细胞兴奋或抑制. 效 应. 分 布. ( 只能引起局部反应 ).

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第二节 细胞的信号转导

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Presentation Transcript

  1. 第二节 细胞的信号转导 电突触 电信号 ——缝隙连接 闰盘 细胞间信号 水溶性：如递质、激素、细胞因子等 化学信号 脂溶性：如类固醇激素等

  2. 跨膜信号转导方式大体有以下三类： ① 离子通道介导的信号转导 ② G蛋白耦联受体介导的信号转导 ③ 酶耦联受体介导的信号转导

  3. 一、离子通道介导的信号转导 化学性胞外信号(如递质Ach) 递质与膜受体结合 膜受体耦联的离子通道开放 离子（Na+）内流 产生局部电位 总和后细胞兴奋或抑制

  4. 效 应 分 布 (只能引起局部反应) 骨骼肌细胞终板膜(N2受体) 终板电位 神经细胞的突触后膜(N1受体) 突触后电位 感受器电位 某些嗅、味觉感受细胞的膜中

  5. 二、G蛋白耦联受体介导的信号转导 (一) cAMP信号通路 神经递质、激素等（第一信使） 与G蛋白偶联受体结合 激活G蛋白 兴奋性G蛋白(GS) 激活腺苷酸环化酶(AC) cAMP（第二信使） ATP ATP 激活蛋白激酶A 细胞内生物效应

  6. (二) 磷脂酰肌醇信号通路 激素（第一信使） 与G蛋白偶联受体结合 激活G蛋白 兴奋性G蛋白(GS) 激活磷脂酶C(PLC) (第二信使） IP3 和 DG PIP2 内质网 释放Ca2+ 激 活 蛋白激酶C 细胞内生物效应

  7. 三、酶耦联受体介导的信号转导 膜受体与酶是同一蛋白分子，受体本身具有酶的活性，又称受体酪氨酸激酶。 生长因子、胰岛素等 与受体酪氨酸激酶结合 膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性 细胞内生物效应

  8. 第三节 细胞的生物电现象 概 述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（bioelectricity）。

  9. 一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象 （一）生物电现象的观察和记录方法 阴极射线示波器：

  10. （二）细胞的跨膜静息电位和动作电位 膜电位:生物细胞以膜为界，膜内外的电位 差简称跨膜电位。 （membrane potential） 生物电现象的两种表现： 安静状态——静息电位(RP) 兴奋状态——动作电位(AP)

  11. 1. 静息电位：(Resting Potential,RP) 静息电位:细胞处于静息状态时，膜两侧 存在着外正内负的电位差。 静息电位的范围： -10 ～ -100mV之间 极 化:细胞在静息状态下，膜外带正电、膜内带负电（外正内负）的状态。

  12. 证明RP的实验 （甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。 （乙）当A电极位于细胞膜外， B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。 （丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。

  13. 2.细胞的动作电位：(AP) 动作电位：在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发细胞产生可传布的电位变化，是细胞兴奋的指标。

  14. AP的图形 去极化 　　　　　 上升支 反极化或超射 锋电位 下降支 —复极化 AP 　　后电位 负后电位—后去极化 　　　　　 正后电位—后超极化 去极相 复极相

  15. 与AP相关的概念 极 化:膜外正内负的状态。 去极化:以RP为标准，电位差减小。（-70mv —— -55mv） 超极化:以RP为标准，电位差增加。（-70mv —— -90mv） 反极化:由极化状态变为内正外负的极性反转过程。 复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。 后电位：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，一种 时间较长、波动较小的电位变化过程。

  16.  单一神经或肌细胞动作电位的特性： 1.“全或无” ：要么不产生（无），要么一产生就达到最大值（全） ；　 2.不衰减传导　； 3.脉冲式：在描记的图形上表现为一次短促而尖锐的脉冲样变化 。（由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。）

  17. （三）生物电现象产生的机制 通透膜 两个条件： ①膜两侧的离子分布不均，存在浓度差； ②不同状态下膜对离子的通透性不同。 选择性通透膜

  18. 1.静息电位产生的离子机制 （1）静息电位的产生条件 ①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均： ②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同：

  19. ①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均： 细胞膜外的主要是Na+、Cl- 细胞膜内的主要是K+、 A- 膜内： 膜外：

  20. ②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同：②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同： 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A- 静息状态下细胞膜主要对K+有通透性。

  21. （2）RP产生机制的学说 ①膜两侧离子分布不均（胞内高K+胞外高Na+）； ②静息状态下细胞膜只对K+的通透高，K＋顺浓度差外流，逐渐造成膜外正内负的极化状态； ③当促使K+外流的动力（浓度差）=阻止K+外流的阻力（电场力）， K+的净外流停止此时形成K+平衡电位即RP。  结论: RP的产生主要是K＋外流形成的接近K+平衡电位

  22. K+平衡电位（EK）可用Nernst公式计算： EK=RT/ZF·ln[K+]o/[K+]i =59.5 log[K+]o/[K+]i (mv) 实际上，K+平衡电位的实测值较理论计算值略小。这是因为构成静息电位除K+外流外，可能还有其他离子的少量流动有关。

  23. 其大小主要受细胞外液中K+浓度的影响 其维持的关键因素是钠泵 膜对Na+和K+的相对通透性也可影响RP的大小 （3）RP的影响因素

  24. 2.动作电位的产生机制 （1）动作电位产生的条件 ①膜两侧存在[Na+]的浓度差: [Na+]i＜[Na+]O ≈ 1∶10； 即细胞膜外Na+浓度比细胞膜内高10倍左右。 ②膜受到刺激时，对Na+的通透性突然增加： 即细胞膜上的电压门控性Na+通道激活开放。

  25. 细胞膜电压门控性Na+通道激活开放，Na+内流 内向电流：正电荷流入膜内，使膜电位差值减小，引起膜去极化 外向电流：正电荷流出膜外，使膜电位差值增大，引起膜超或复极化

  26. AP上升支的产生机制 ——Na+快速内流 Na+内流的动力：膜外的高Na+势能＋膜内负电吸引 （顺电-化学梯度） Na+内流的条件： Na+通道大量开放 当膜内正电产生的电场力足以阻止Na+内流时，即达ENa 实验证据 ① ENa计算值 ≈ 实测的AP超射值 ② 膜内、外的Na+浓度之比决定锋电位的高度 （人工改变细胞外液的Na+浓度，AP的幅度随之改变） ③ 用Na+通道的阻断剂河豚毒处理后，细胞不能再产生AP

  27. AP的下降支的产生机制 ——K+外流 在Na+通道失活的同时，膜的去极化电位 会激活膜结构中的K+通道（电压门控式）， 使之开放，产生K+外流，膜复极化。 复极的产生 K+外流的动力：顺电-化学梯度 K+外流的条件：K+通道的大量开放 证 据 使用K+通道的阻断剂四乙胺后，AP的 复极相延长，很难下降。

  28. （3） 后电位 ①负后电位： 复极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近， 暂时阻碍了K+的外流，使复极减慢。 ②正后电位： 生电性钠泵活动的结果。 （ Na+： K+为 3：2） 外出的正电荷多，膜超极化。 综上所述，AP的产生及形态特征是由膜中的离子通道决定的。不同的细胞因为有不同的离子通道存在而使其AP的形态及产生机制有所不同。 （如：心肌细胞、平滑肌细胞）

  29. （2）AP的产生机制 细胞受到刺激时 细胞膜上少量Na+通道开放 Na+少量内流→膜内外电位差↓ 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋大量内流 膜发生去极化和反极化（AP上升支） 达Na+平衡电位→Na+通道关→ Na+内流停止 K＋通道开放→K＋外流 膜发生复极化（AP下降支） ∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平→后电位

  30. 结论： ①AP的去极相：由Na＋快速内流形成 Na＋通道阻断剂：河豚毒（TTX） 　②AP的复极相：是Na＋内流停止、 K＋外流形成 K＋通道阻断剂：四乙胺（TEA） ③复极后：Na＋－K＋泵加速活动，排Na＋摄K＋

  31. 3. AP的引起 刺激：阈刺激、阈上刺激、阈下刺激， 前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发AP；后者只能引起局部电位。 即产生AP的条件是①刺激达到阈刺激 ②电位达到阈电位

  32. 阈电位（TP）：能触发细胞膜产生动作电位的临界膜电位。阈电位（TP）：能触发细胞膜产生动作电位的临界膜电位。 阈刺激： 是从外部加给细胞的刺激强度，是膜被动去极化到阈电位的外部条件。 阈电位： 是从细胞膜本身膜电位的数值来考虑，是膜自动去极化产生动作电位的膜本身条件。

  33. 简而言之，外部给细胞一个阈刺激，使细胞的膜电位到达阈电位因而爆发动作电位。简而言之，外部给细胞一个阈刺激，使细胞的膜电位到达阈电位因而爆发动作电位。 阈刺激和阈电位的概念不同，但对于导致细胞最后产生动作电位的结果相同，故都能反映细胞的兴奋性 。 阈电位一般比静息电位的绝对值小10～20mV， 如：神经和肌肉细胞，阈电位为-50～-70mV。

  34. 局部电位 概念：细胞受到单个阈下刺激时，细胞膜通道部分开放，使膜两侧产生的微弱电变化。

  35. 局部反应的特点： ①不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。 ②依电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。 ③没有不应期，具有总和效应。即可产生时间性和空间性总和。。

  36. 时间性总和 空间性总和

  37. 跨膜信号转导方式大体有以下三类： ① 离子通道介导的信号转导 ② G蛋白耦联受体介导的信号转导 ③ 酶耦联受体介导的信号转导

  38. 生物电现象的两种表现： 安静状态——静息电位(RP) 兴奋状态——动作电位(AP) RP的产生主要是K＋外流的结果。

  39. ①AP的去极相：由Na＋快速内流形成 　 ②AP的复极相：是Na＋内流停止、 K＋外流形成 ③复极后：Na＋－K＋泵加速活动，排Na＋摄K＋

  40. 4、AP在同一细胞上的传播 ①传导机制：局部电流

  41. ②传导方式： 无髓鞘神经纤维:依次传导(为近距离局部电流)

  42. 有髓鞘神经纤维:跳跃式传导(为远距离局部电流)有髓鞘神经纤维:跳跃式传导(为远距离局部电流)

  43. （四）可兴奋细胞及其兴奋性 兴奋性（excitability）： 可兴奋细胞受到刺激后产生动作电位的能力。 可感受的内、外环境变化如：温 度、压力、 电、化学刺激 机体内部代谢过程及外部活动的改变 机体、组织、细胞等 刺 激(stimulus) 反 应(reaction)

  44. 兴奋：产生AP的过程（AP的同义语） 可兴奋细胞：受刺激后能产生AP的细胞 可兴奋细胞 肌细胞——收缩 神经细胞——产生冲动 腺细胞——分泌

  45. 刺激能否引起反应的三要素： 刺激强度、刺激时间、强度-时间变化率 刺激强度的表示方法： 阈强度或阈值：刚好引起组织产生兴奋的最小刺激强度 阈刺激、阈上刺激、阈下刺激 衡量兴奋性的指标——阈值 兴奋性∝1/阈值

  46. 组织兴奋性的周期性变化 在单个阈上刺激引起组织一次兴奋后，组织兴奋性变化相继经历四个时期： 绝对不应期 兴奋性降低到零，任何刺激都不能引起反应。 相对不应期兴奋性开始恢复但仍低于正常，需要阈上刺激才能引起兴奋。　　 超常期兴奋性高于正常水平，施予阈下刺激即可引起第二次兴奋。 低常期 组织的兴奋性又开始降低，只有用阈上刺激才能引起第二次兴奋。

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