最新Chapt2細(xì)胞的基本功能2精選PPT文檔

1、一.靜息電位(resting potential)靜息電位的引導(dǎo)方法；靜息電位的引導(dǎo)方法；靜息電位的概念；靜息電位的概念；相關(guān)術(shù)語；相關(guān)術(shù)語；靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制；靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制；影響靜息電位的因素。影響靜息電位的因素。1.靜息電位的引導(dǎo)方法靜息電位的引導(dǎo)方法intracellular potential recordingmeasurement of the resting potential 1939, al hodgkin and af huxley, two famous physiologists at university of cambridge in england winn

2、ers of the nobel prize in physiology or medicine 1963intracellular potential recording2.靜息電位的概念靜息電位的概念定義（rp）：是指細(xì)胞未受刺激時(shí)存在于細(xì)胞膜內(nèi)、外兩側(cè)的電位差。特點(diǎn)： a：rp表現(xiàn)為膜內(nèi)較膜外為負(fù)，即內(nèi)負(fù)外正。 b：rp在大多數(shù)細(xì)胞是一種穩(wěn)定的直流電位。3.相關(guān)術(shù)語相關(guān)術(shù)語（）極化（）極化（polarization)：靜息時(shí)，膜兩側(cè)的內(nèi)靜息時(shí)，膜兩側(cè)的內(nèi) 負(fù)外正狀態(tài)。負(fù)外正狀態(tài)。（2）超極化）超極化（hyperpolarization）：）：膜內(nèi)電位向負(fù)膜內(nèi)電位向負(fù) 值變大的方向變化。值

3、變大的方向變化。（3）去極化）去極化（depolarization）：）：膜內(nèi)電位向負(fù)值減膜內(nèi)電位向負(fù)值減小的方向變化。小的方向變化。（4）復(fù)極化）復(fù)極化（repolarization）：）：由去極化或超極化由去極化或超極化 向向rp值恢復(fù)。值恢復(fù)。4.靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制:1902年，年，bernstein提出提出膜學(xué)說膜學(xué)說（1）細(xì)胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均；）細(xì)胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均；（2）細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性不一樣；）細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性不一樣；（3）離子的通透性會(huì)發(fā)生改變。）離子的通透性會(huì)發(fā)生改變。 推測(cè)：推測(cè)：靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)k+通透，對(duì)通透

4、，對(duì)na+不通透，不通透，k+外流形成外流形成k+平衡電位（平衡電位（ k+equilibrium potential， ek）。）。靜息電位就等于靜息電位就等于k+平衡電位平衡電位julius bernstein 1839-1917（）化學(xué)現(xiàn)（）化學(xué)現(xiàn)象象 要在膜兩側(cè)形成電位要在膜兩側(cè)形成電位差，必須具備兩個(gè)條件：差，必須具備兩個(gè)條件：膜兩側(cè)的離子分布不均，膜兩側(cè)的離子分布不均，存在濃度差；存在濃度差； 對(duì)離子有對(duì)離子有選擇性通透的膜。選擇性通透的膜。 膜兩側(cè)膜兩側(cè)kk+ + 差差是促使是促使k k+ +擴(kuò)散的擴(kuò)散的動(dòng)力動(dòng)力，但隨著，但隨著k k+ +的不的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大斷擴(kuò)散，膜

5、兩側(cè)不斷加大的的電位差電位差是是k k+ +繼續(xù)擴(kuò)散的繼續(xù)擴(kuò)散的阻阻力力，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，態(tài)平衡時(shí)，k k+ +的凈擴(kuò)散通量的凈擴(kuò)散通量為零為零膜兩側(cè)的平衡電位膜兩側(cè)的平衡電位。通透膜通透膜選擇性通透膜選擇性通透膜（）靜息電位的產(chǎn)生條件 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分布不均 na+ina+o1 10 k+ik+o30 1 cl-icl-o1 14 a-ia-o 4 1 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性具有選擇性通透性：k+ cl- na+ a- 靜息時(shí)膜內(nèi)外各離子的濃度靜息時(shí)膜內(nèi)外各離子的濃度離子膜內(nèi)濃度膜外濃度平衡電位離子膜內(nèi)濃度膜外濃度平衡電位 （mmol/l）

6、 （mmol/l） (mv)k+ 400 20 -75na+ 50 440 +55cl- 52 560 -60a- 385 - -（）rp產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說: 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均；細(xì)胞膜對(duì)離子的通透具有選擇性:k+cl-na+a- kk i i順濃度差向膜外擴(kuò)散順濃度差向膜外擴(kuò)散 aa- - i i不能向膜外擴(kuò)散不能向膜外擴(kuò)散k+ik+i、a-ia-i膜內(nèi)電位膜內(nèi)電位( (負(fù)電場(chǎng)負(fù)電場(chǎng)) ) k+o k+o膜外電位膜外電位( (正電場(chǎng)正電場(chǎng)) )膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)當(dāng)擴(kuò)散動(dòng)力與阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)當(dāng)擴(kuò)散動(dòng)力與阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)=rp=rp結(jié)論:rp

7、的產(chǎn)生主要是k向膜外擴(kuò)散的結(jié)果。 rp=k+的平衡電位膜在安靜狀態(tài)下，k+能以易化擴(kuò)散的形式移向膜外：1) k+外移動(dòng)力： 濃度差。 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：膜在安靜狀態(tài)下只對(duì)k+有通透性2) k+外移阻力：移到膜外的k+所造成的外正內(nèi)負(fù)的電場(chǎng)力3) 當(dāng)k+外移的動(dòng)力與阻力相等時(shí)，膜內(nèi)外不再有k+的凈移動(dòng)，而此時(shí)膜兩側(cè)的電位差穩(wěn)定在某一數(shù)值，稱為k+平衡電位（ek）。也就是rp。4) k+平衡電位的數(shù)值，由膜兩側(cè)原初存在的k+濃度差的大小決定的nernst equation :k+ concentration gradient ko/ki electrical gradient (potential)iko

8、keklog58ikokzfrteionlnfor k+ at 29.2 c, the nernst equation become: electrochemical driving force60membrane potential and equilibrium potential of different ions 5. 5.影響影響rprp的因素的因素 （1）細(xì)胞外）細(xì)胞外k+濃度，濃度， （2）細(xì)胞膜對(duì)）細(xì)胞膜對(duì)na+、k+的通透性；的通透性； （3）鈉）鈉-鉀泵的作用。鉀泵的作用。二、動(dòng)作電位二、動(dòng)作電位(action potential)動(dòng)作電位的模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)作電位的模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)作電

9、位的概念動(dòng)作電位的概念動(dòng)作電位的特點(diǎn)動(dòng)作電位的特點(diǎn)動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的引起和傳導(dǎo)動(dòng)作電位的引起和傳導(dǎo)1.1、定義：、定義：2、組成：、組成： 去極相：去極化去極相：去極化超射鋒電位超射鋒電位復(fù)極相：復(fù)極化初期復(fù)極相：復(fù)極化初期后電位：負(fù)后電位后電位：負(fù)后電位正后電位正后電位ap是膜兩側(cè)電位是膜兩側(cè)電位在在rp基礎(chǔ)上基礎(chǔ)上發(fā)生的一次發(fā)生的一次可擴(kuò)可擴(kuò)布布的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)，是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)，是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。2.動(dòng)作電位的概念動(dòng)作電位的概念 動(dòng)作電位的圖形動(dòng)作電位的圖形鋒電位鋒電位(spike potential)ap的主要成分和標(biāo)志超射：膜電位高于

10、零的部分后電位后電位（after-potential）“全或無全或無”（all or none)現(xiàn)象；現(xiàn)象；不衰減傳導(dǎo)；不衰減傳導(dǎo)；瞬時(shí)性；瞬時(shí)性；極化反轉(zhuǎn)。極化反轉(zhuǎn)。3.動(dòng)作電位的特點(diǎn)動(dòng)作電位的特點(diǎn)意義：意義： ap的產(chǎn)的產(chǎn)生是細(xì)胞興生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志奮的標(biāo)志4.動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制l推測(cè)：細(xì)胞受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)推測(cè)：細(xì)胞受到刺激時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)na+的通透性增加，的通透性增加， na+內(nèi)流。內(nèi)流。l間接證據(jù)：等張葡萄糖代替間接證據(jù)：等張葡萄糖代替nacl；l直接證據(jù)：實(shí)驗(yàn)直接證據(jù)：實(shí)驗(yàn)（作為了解）（作為了解） （1）電壓鉗技術(shù)）電壓鉗技術(shù)(voltage clamp)； （2

11、）膜片鉗技術(shù)）膜片鉗技術(shù)(patch clamp)。膜片鉗技術(shù)膜片鉗技術(shù) 消化細(xì)胞；消化細(xì)胞； 拉制電極；拉制電極； 鉗制細(xì)胞；鉗制細(xì)胞； 記錄電流。記錄電流。ap產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制（1）鋒電位）鋒電位 上升支：去極相上升支：去極相由由na+內(nèi)流形成，是內(nèi)流形成，是na+的平衡電位的平衡電位有效刺激有效刺激部分部分na+通道開放通道開放少量少量na+內(nèi)流內(nèi)流膜去膜去極化極化達(dá)到閾電位達(dá)到閾電位大量大量na+通道開放通道開放大量大量na+內(nèi)內(nèi)流流膜內(nèi)負(fù)電位消失，出現(xiàn)正電位。膜內(nèi)負(fù)電位消失，出現(xiàn)正電位。 下降支：復(fù)極相下降支：復(fù)極相na+通道失活通道失活k+通透性升高通透性升高 na+內(nèi)流停止，內(nèi)流

12、停止，k+外流外流膜內(nèi)電位由正向負(fù)值變化膜內(nèi)電位由正向負(fù)值變化靜息電位。靜息電位。depolarizationrepolarization （2）后電位：后電位： 負(fù)后電位：快速負(fù)后電位：快速k+外流堆積，復(fù)極化減慢；外流堆積，復(fù)極化減慢； 正后電位：鈉泵活動(dòng)。正后電位：鈉泵活動(dòng)。注：興奮后的靜息期：鈉泵活動(dòng)增強(qiáng)，使興奮前原有的離子分布狀態(tài)得以恢復(fù)。ap產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制當(dāng)細(xì)胞受到刺激當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上少量細(xì)胞膜上少量nana+ +通道激活而開放通道激活而開放nana+ +順濃度差少量?jī)?nèi)流順濃度差少量?jī)?nèi)流膜內(nèi)外電位差膜內(nèi)外電位差局部電位局部電位當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)

13、nana通道大量開放通道大量開放nana+ +順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引再生式內(nèi)流再生式內(nèi)流 nana+ +ii、k+ok+o激活激活nana+ +k k+ +泵泵apap的產(chǎn)生機(jī)制的產(chǎn)生機(jī)制: :膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬?nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬╝pap上升支）上升支）nana+ +通道關(guān)通道關(guān)na+na+內(nèi)流停內(nèi)流停+ +同時(shí)同時(shí)k+k+通道激活而開放通道激活而開放k k順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引k k迅速外流迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到rprp水平（水平（apap下降支）下降支）nana+

14、+泵出、泵出、k k+ +泵回，泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平離子恢復(fù)到興奮前水平后電位后電位結(jié)論：結(jié)論：apap的上升支由的上升支由nana內(nèi)流內(nèi)流形成，下降支是形成，下降支是k k外流外流形成的，后形成的，后電位是電位是nanak k 泵活動(dòng)引起的。泵活動(dòng)引起的。 apap的產(chǎn)生是不消耗能量的，的產(chǎn)生是不消耗能量的，apap的恢復(fù)是消耗能量的（的恢復(fù)是消耗能量的（nanak k泵的活動(dòng)）。泵的活動(dòng)）。 apap幅值幅值=rp=rp值值+ +超射值超射值=e=ek k+e+enana 證明：證明：nernstnernst公式的計(jì)算公式的計(jì)算: : ap ap達(dá)到的達(dá)到的超射值超射值（正電位值）相

15、當(dāng)于計(jì)算所得的（正電位值）相當(dāng)于計(jì)算所得的nana的平衡的平衡電位電位(e(enana) )值值 應(yīng)用應(yīng)用nana通道特異性阻斷劑河豚毒后，內(nèi)向電流全部消失通道特異性阻斷劑河豚毒后，內(nèi)向電流全部消失（apap消失）消失） 離子通道的特性ap的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是受刺激后的產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上是受刺激后na+ 、 k+通道狀態(tài)通道狀態(tài)的改變。的改變。k+通道：是電壓依賴式離子通道，有開、關(guān)通道：是電壓依賴式離子通道，有開、關(guān)兩種狀態(tài)兩種狀態(tài)阻斷劑：四乙基胺（阻斷劑：四乙基胺（tea）na+ 通道通道:是電壓及時(shí)間依賴式離子通道，是電壓及時(shí)間依賴式離子通道，有備用、激活、失活三種狀態(tài)有備用、激活、失活三種狀態(tài)阻斷劑

16、：河豚毒素（阻斷劑：河豚毒素（ttx）、局麻藥）、局麻藥voltage-gated ion channelsap的產(chǎn)生與膜通透的產(chǎn)生與膜通透性的關(guān)系性的關(guān)系5.動(dòng)作電位的引起與傳導(dǎo)動(dòng)作電位的引起動(dòng)作電位的引起細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化局部反應(yīng)局部反應(yīng)動(dòng)作電位的傳導(dǎo)動(dòng)作電位的傳導(dǎo)i.動(dòng)作電位的引起動(dòng)作電位的引起1、刺激、刺激(stimulation)：（1）刺激：）刺激：細(xì)胞所處環(huán)境因素的改變。細(xì)胞所處環(huán)境因素的改變。（2）刺激三要素：）刺激三要素：刺激強(qiáng)度、刺激作用刺激強(qiáng)度、刺激作用時(shí)間、強(qiáng)度時(shí)間、強(qiáng)度-時(shí)間變化率；時(shí)間變化率；(3)(3)閾強(qiáng)度閾強(qiáng)度(thresho

17、ld intensity)(threshold intensity) ：把刺激的作用時(shí)間：把刺激的作用時(shí)間和強(qiáng)度和強(qiáng)度- -時(shí)間變化率都固定在某一適當(dāng)數(shù)值，時(shí)間變化率都固定在某一適當(dāng)數(shù)值，能引起組織細(xì)胞興奮所必需的最小刺激強(qiáng)度，能引起組織細(xì)胞興奮所必需的最小刺激強(qiáng)度，簡(jiǎn)稱閾值簡(jiǎn)稱閾值(threshold)(threshold)閾值是衡量組織細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)閾值是衡量組織細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)。 閾刺激：刺激強(qiáng)度等于閾強(qiáng)度的刺激 閾下刺激：刺激強(qiáng)度小于閾強(qiáng)度的刺激 閾上刺激：刺激強(qiáng)度大于閾強(qiáng)度的刺激 閾刺激和閾上刺激可以引起組織細(xì)胞興奮，而閾下刺激則不能2.興奮性及興奮興奮性及興奮 (exci

18、tability & excitation) 興奮性：細(xì)胞受到刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。興奮性：細(xì)胞受到刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。 興奮：動(dòng)作電位的同義詞。興奮：動(dòng)作電位的同義詞。 可興奮細(xì)胞：肌肉、神經(jīng)、腺體?？膳d奮細(xì)胞：肌肉、神經(jīng)、腺體。 閾強(qiáng)度是衡量細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)，閾強(qiáng)度高，閾強(qiáng)度是衡量細(xì)胞興奮性高低的指標(biāo)，閾強(qiáng)度高，則興奮性低；閾強(qiáng)度低，則興奮性高。則興奮性低；閾強(qiáng)度低，則興奮性高。3、閾電位、閾電位（threshold potential） 閾電位：能進(jìn)一步誘發(fā)動(dòng)作電位的去極閾電位：能進(jìn)一步誘發(fā)動(dòng)作電位的去極化臨界膜電位值，稱為閾電位；化臨界膜電位值，稱為閾電位； 閾

19、電 位 一 般 較 靜 息 電 位 的 負(fù) 值 少閾 電 位 一 般 較 靜 息 電 位 的 負(fù) 值 少1020mv 。 衡量興奮性高低的指標(biāo)衡量興奮性高低的指標(biāo) 到達(dá)閾電位值的去極化 一定數(shù)量的na+通道的開放 na+內(nèi)流 膜的進(jìn)一步去極化 更多na+通道開放 “正反饋”或稱為再生性循環(huán)的過程 直至達(dá)到na+的平衡電位 ii.細(xì)胞興奮后興奮性的周期性細(xì)胞興奮后興奮性的周期性變化變化 實(shí)驗(yàn)方法：實(shí)驗(yàn)方法： 先后兩次刺激先后兩次刺激 1)閾刺激，細(xì)胞興奮閾刺激，細(xì)胞興奮 2)改變頻率和刺激強(qiáng)改變頻率和刺激強(qiáng)度，觀察細(xì)胞的興奮度，觀察細(xì)胞的興奮細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化細(xì)胞興奮后興奮性周期性變化對(duì)

20、閾下刺激反應(yīng)對(duì)閾下刺激反應(yīng)對(duì)閾上刺激反應(yīng)對(duì)閾上刺激反應(yīng)產(chǎn)生機(jī)制產(chǎn)生機(jī)制 絕對(duì)不應(yīng)期絕對(duì)不應(yīng)期（absolute refractory period）： na+通道完全失活；通道完全失活； 相對(duì)不應(yīng)期相對(duì)不應(yīng)期（relative refractory period） ： na+通道部分復(fù)活；通道部分復(fù)活； 超常期超常期（supranormal period）： na+通道大部分復(fù)活，膜電位小于通道大部分復(fù)活，膜電位小于rp； 低常期低常期（subnormal period ）： 膜電位處于超極化狀態(tài)；膜電位處于超極化狀態(tài)；action potential stages: overview.局部反

21、應(yīng)局部反應(yīng)（local response)l 概念：細(xì)胞受到概念：細(xì)胞受到閾下刺激閾下刺激時(shí)，可引起受刺激的膜時(shí)，可引起受刺激的膜局部出現(xiàn)一個(gè)局部出現(xiàn)一個(gè)較小的去極化較小的去極化，稱為局部反應(yīng)或局，稱為局部反應(yīng)或局部興奮部興奮l 閾下刺激閾下刺激該段膜中該段膜中nana+ +通道的少量開放通道的少量開放少量少量nana+ +內(nèi)流內(nèi)流 膜輕度去極化膜輕度去極化特點(diǎn)特點(diǎn):（1）電緊張傳播）電緊張傳播(electrotonic propagation), 呈衰減性傳導(dǎo)；呈衰減性傳導(dǎo)；（2）等級(jí)性，非）等級(jí)性，非 “全或無全或無”式；式；（3）可以總和：時(shí)間總和）可以總和：時(shí)間總和(temporal summation) 空間總和空間總和(spatial summation)局部興奮的特點(diǎn)局部興奮的特點(diǎn)graded potentials decrease in strength as they spread out from the point of originstimulus.動(dòng)作電位的傳導(dǎo)動(dòng)作電位的傳導(dǎo)局部電流學(xué)說局部電流學(xué)說 局部電流：已興奮膜與未興奮膜之局部電流：已興奮膜與未興奮膜之間存在電位差，而發(fā)生的電荷移動(dòng)。間存在