出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。
主要见于细胞的分泌过程:如激素、神经递质、消化液的分泌。 入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。 分为
吞噬:转运物质为固体吞饮:转运物质为液体 三、细胞间通讯和信号转导
机体内细胞间的信息传递是维持正常功能最基本的生物系机制之一。 机体的信号:信号指含有信息内容的一种物质或刺激。人体内的信号即存在于细胞外液中含
有信息内容的化学物质,或机械的、电的、电磁波等刺激。
跨膜信号转导:外界信号作用于细胞表面,通过引起膜结构中特殊蛋白质分子的变构作用,
使细胞内产生新的信号分子,从而引起细胞的生理效应,称为跨膜信号转导。
跨膜信号转导的基本环节:胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。
外界信号——细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子构象改变——胞内信号分子变化——引起相应的效应
跨膜信号转导方式:
①离子通道介导的信号转导
② G蛋白偶联受体介导的信号转导 ③激酶相关受体介导的信号转导 (一)离子通道介导的信号转导
电压门控通道:通道的开、闭受膜两侧电位差的控制,如Na+通道、K+通道、Ca2+通道。 化学门控通道:通道的开、闭受膜两侧化学物质(神经递质、激素)的控制,如N型Ach受体通道。
机械门控通道:机械刺激可使这类通道开放,如内耳毛细胞顶部的听毛、肌梭、触-压觉感受器。
(二)G蛋白偶联受体介导的信号转导
1. 参与的物质:G蛋白耦联受体, G蛋白, G蛋白效应器,第二信使
G蛋白耦联受体:受体家族,1000多种,多肽链构成,每条多肽链由7个跨膜节段组成,胞外侧和内部都有结合位点。
G蛋白:GTP结合蛋白,受GTP调控,100KD,由?、?、?三个亚基,主要是?,既是GTP结合点,又是GTP酶。??紧密结合在一起,失活的G蛋白以GDP-???异三聚体形式存在。
G蛋白效应器:指催化生成或分解第二信使的酶,主要有腺苷酸环化酶(AC)、磷脂酶C(PLC)、磷脂酶A2(PLCA2 )和磷酸二酯酶(PDE)。
第二信使:细胞外信号物质作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子。比较重要的有环-磷酸腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG)、环-磷酸鸟苷(cGMP)和Ca2+。 2.主要转导途径
受体-G蛋白-AC途径
G蛋白有两种:刺激型G蛋白(Gs)和抑制型G蛋白(Gi)
激素→G蛋白偶联受体→G蛋白→AC→cAMP→cAMP依赖的蛋白激酶A→蛋白磷酸化(酶、离子通道、转录因子等)→效应
受体-G蛋白-PLC(磷脂酶C)途径 (三)激酶相关受体介导的信号转导 组成
配体:肽类激素如胰岛素,细胞因子如NGF,EGF,FGF,CSF等。
酪氨酸激酶受体(TKR)膜外侧肽段:决定特异配体。 TKR膜内肽段:酪氨酸激酶(tyrosine kinase) 过程
配体? TKR膜外侧肽段?激活膜内肽段的蛋白激酶?酪氨酸残基磷酸化和胞内其它蛋白残基磷酸化? 细胞内功能改变。 1. 酪氨酸蛋白激酶受体
该类受体本身具有酶的活性,贯穿于膜的脂质双层中,其膜外侧有配体结合的位点,膜内侧具有酪氨酸激酶的结构域。
特点:不需信号偶联蛋白(G蛋白),也没有第二信使的产生和细胞质中蛋白激酶的激活,而是通过受体本身的酪氨酸蛋白激酶的激活来完成信号跨膜转导的。 2 .鸟苷酸环化酶受体
也称为具有鸟苷酸环化酶的受体,由一条肽链组成,分子的N 端有配体结合位点,位于膜外侧,C 端有鸟苷酸环化酶(GC)的结构域。当配体与受体结合后,即激活GC,后者使胞内的GTP环化生成cGMP,依次激活蛋白激酶G,引起细胞的生理效应。
例心房钠尿肽与受体结合,激活鸟苷酸环化酶,不需要G蛋白参与。激活的鸟苷酸环化酶使cGMP水平升高,激活c GMP依赖蛋白激酶PKG,磷酸化蛋白质底物,引起细胞效应,如降低平滑肌和血小板的细胞内Ca2+浓度。 3.非受体型酪氨酸蛋白激酶受体
这种受体不具有酪氨酸激酶,酪氨酸激酶单独存在与胞浆。在配体与受体结合后,能与胞浆内的酪氨酸激酶结合,进而激活它。非受体型酪氨酸蛋白激酶具有很多种,因此称为家族。(P24图2-11) 跨膜信号转导基本过程
第二节 神经元的兴奋和传导 一、刺激与反应 (一)刺激
生理学上把凡能引起机体反应的内外环境变化因子通称为刺激 按其性质分为:
物理性刺激如声、光、电、机械、温度 化学性刺激如酸、碱、盐等 生物性刺激如细菌、病毒 (二)反应
由刺激而引起的机体活动状态的改变,称为反应。
三个环节:对内外刺激的感受,信息的传导和处理,根据处理后的信息作出反应。 反应的表现形式:
兴奋机体的活动由相对静止变为活动,或由活动弱变为活动强。
抑制机体的状态由活动变为相对静止,或由活动强变为活动弱。 二、兴奋和兴奋性
兴奋:活组织因刺激而产生冲动的反应。
兴奋性:活组织具有发生兴奋即产生冲动的能力。 注意兴奋是组织具有兴奋性的表现,兴奋性则是组织本身的一种能够对刺激发生反应的能力或特性。
三、刺激引起兴奋的条件 取决于组织的机能状态 取决于刺激的特征 一定的刺激强度
阈强度:引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度 阈刺激、阈下刺激、阈上刺激 一定的刺激持续时间
时间阈值:引起组织产生兴奋的最短刺激时间
在一定的刺激强度下,刺激的持续时间愈短,则作用愈弱,以至不能引起兴奋。 一定的强度-时间的变化率 四、可兴奋组织的兴奋性 不同组织具有不同的兴奋性,同一组织在不同状态下兴奋性也不相同。组织受刺激后的兴奋性变化是最普遍、最具规律性。
以哺乳动物的粗神经纤维为例,历经四个时期: 绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期
五、生物电的发现及研究
2000多年前,发现尼罗河有些鱼可电击动物或人,使其麻痹
1776年意大利解剖学教授L.Galvani(1737-1798)发现生物电现象。 1827年意大利物理学家Nobili用电流计第一次在肌肉上记录到电流,但被解释成热电现象。 当时德国著名生理学家Du Bois-Reymond证实静息时肌肉内外之间有一种电位差(即现在所说的损伤电流),并且进一步发现,死肌肉没有电位差,肌肉冷冻至0℃时电位差消失。由此他得出结论:电流由物质代谢所维持。 1902年Bernstein提出膜学说:静息电位的产生可能与K+在细胞内外不均衡分布及安静时膜主要对K+通透有关。细胞受刺激时,膜离子选择性被破坏,对所有离子的通透性都暂时增加,膜的极化状态消失,产生去极化。其后,细胞膜的离子选择性恢复,产生复极化。 1936年Young发现直径1mm头足类软体动物枪乌贼的巨大神经轴突。
1939年起英国Hodgkin和Huxley将直径0.1mm充满海水的毛细玻璃管纵向插入乌贼大神经轴突的断端。细胞外电极置于浸泡细胞的海水中,实测膜内电位约-60mV。并根据动作电位出现时膜内电位为正的现象,对膜学说提出质疑。 1949年Hodgkin和B.Katz提出“离子学说”,阐明了静息电位和动作电位的最一般原理。 1976年EnsinNeher和 Bert Sak发明膜片钳技术,可观察和记录单个离子通道的功能活性。 六、神经的电现象
(一)神经干的电位记录――细胞外记录 1.损伤电位损伤处为负,完整部位为正 1.静息电位
静息电位(resting potential,RP)细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。 大多数细胞静息电位 -10~-100mV
哺乳动物神经、肌肉静息电位 -70~-90mV
人的红细胞静息电位 -10mV 2.动作电位(action potential, AP)
概念:细胞受到刺激而发生兴奋时,细胞膜在静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的,可向周围扩布的电位波动。 相关概念
极化:静息状态下,细胞膜两侧所保持的内负外正的状态。 去极化:使静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化。 复极化:向正常安静时膜内所处的负值恢复。 超极化:使膜内电位向负值增大的方向变化。 七、生物电的产生机制――离子学说
1902年德国学者Bernstein提出“膜学说”,解释细胞电位的形成。 1949年Hodgkin和B.Katz在“膜学说”基础上提出“离子学说”,阐明了静息电位和动作电位产生的最一般原理。因而获得1963年诺贝尔生理学或医学奖。 离子学说要点:各种膜电位变化都产生在细胞膜的两侧;各种带电离子在膜两侧的分布是不均匀的;膜在不同情况下对不同离子的通透能力是不一样的,可变的。 几种动物细胞内外的离子浓度
细胞内液离子浓度(mmol/L)
组织
Na+
枪乌贼轴突 蟹轴突 蛙缝匠肌 猫运动神经元
49 52 13 15
K+ 410 410 125 150
Cl- 40 26 1.2 9
Na+ 440 510 110 150
K+ 22 12 2.6 5.5
Cl- 560 540 77 125
细胞外液离子浓度(mmol/L)
(一)静息电位
与细胞膜内外的离子分布和细胞膜的通透性有关
静息状态下细胞膜的离子选择性通透: K+的通透性大,Na +的通透性极小
膜两侧存在K+浓度差,膜对K+有通透性——浓度差的驱动,K+ 外流,膜对有机负离子不通透——膜外高电位即电动势,阻止K+ 的进一步移动——浓度差的扩散力与膜外正电场的排斥力相等时,K+的净移动为零——K+扩散达动态平衡,此时的跨膜电位即静息电位 结论:
静息电位(RP)的产生是由于静息时细胞膜主要对K+通透,K+顺浓度梯度向膜外扩散的结果。RP值= K+的平衡电位
其数值可按Nernst公式计算:R:气体常数 T:绝对温度 Z:离子价 F:法拉第常数
几种组织的静息电位
组织 枪乌贼巨轴突 乌贼轴突 蟹轴突 蛙缝匠肌 猫骨骼肌
实测值(mv) 61 62 82 88 90
计算值(mv) 74 77 89 98 95
证明:
人工地改变细胞内外液K+浓度,RP值也随之变化 用四乙基铵阻断K+通道,静息电位消失 实测值与计算值有差异,原因可能为:
膜在静息时对钠离子、氯离子也有一些通透性,如果考虑它们的影响,则实测值与计算值几乎没有差异。
pK[K]0?pNa[Na]0?pCI[CI]iE?59.5lg(mV) KpK[K]i?pNa[Na]i?pCI[CI]0
一般pK:pNa:pCl=1:0.04:0.45,由上式计算枪乌贼RP值为61.9mV,与实测值61mV几乎相等。 (二)动作电位 实验发现:
①将神经浸浴在无Na+溶液中,动作电位不出现,但不影响静息电位。 ②改变浸浴液Na+浓度,动作电位幅度大小改变: [Na+]o↓――动作电位幅度↓
② 位素示踪
刺激细胞→Na+通道开放→Na+快速内流(内正外负)→细胞去极化、反极化至超射→ Na+通道失活→K+通道开放→K+外流→形成复极化 Na+通道的开放是电压门控性的 静息电位关闭 膜超极化关闭
膜去极化 开放(膜去极化达阈电位大量开放) Na+通道的开放与关闭快速性 活化:﹤1ms 开放:1-2ms 失活:数ms
电压钳(voltage clamp)实验
1.膜通透性与膜电导有关,通透性大,膜电导↑。
2.如果电位差(V)固定不变,测出电流(I),就可作为膜电导的变化(通透性大小)。 V = I / G (G=1/R)
3.问题是测电流容易,而使膜电位固定却不易(膜电容-充电和放电)