第二章 細(xì)胞的基本功能

第二章細(xì)胞的基本功能第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)概述

液態(tài)鑲嵌模型

(fluidmosaicmodel)

液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架，其間鑲嵌有不同結(jié)構(gòu)和功能的蛋白質(zhì)。（一）脂質(zhì)雙分子層:

磷脂、膽固醇和少量糖脂雙嗜分子構(gòu)成基架，體溫條件下具有流動(dòng)性（二）細(xì)胞膜的蛋白:表面蛋白:RBC骨架蛋白整合蛋白：載體、通道、離子泵等（三）細(xì)胞膜的糖類:

糖蛋白或糖脂，具有受體和抗原功能。二、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

transmembranetransport:

體內(nèi)各種物質(zhì)經(jīng)過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)出細(xì)胞的過(guò)程。

轉(zhuǎn)運(yùn)方式:

①單純擴(kuò)散

②膜蛋白介導(dǎo)

③出胞和入胞

通道介導(dǎo)載體介導(dǎo)經(jīng)載體易化擴(kuò)散原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(一)單純擴(kuò)散SimplediffusionA.概念：脂溶性和少數(shù)小分子水溶性物質(zhì)由高→低濃度側(cè)的凈移動(dòng)。B.擴(kuò)散的方向和速度取決于其在膜兩側(cè)的濃度差和膜對(duì)其通透性(脂溶性，分子大小)。C.單純擴(kuò)散物質(zhì)：O2CO2N2；乙醇尿素甘油少量激素水D.較大的極性分子,如葡萄糖則難以此種方式直接通過(guò)質(zhì)膜；此外，膜對(duì)各種離子，盡管直徑很小，但不通透，如Na+、K+。(二)膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

1.通道介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

離子通道：一類貫穿脂質(zhì)雙層的、中央帶有親水性孔道的膜蛋白。經(jīng)通道易化擴(kuò)散

facilitateddiffusionviachannel帶電離子經(jīng)離子通道順電化學(xué)梯度進(jìn)行的被動(dòng)跨膜的流動(dòng)。通道的特征：

①離子選擇性：指每種通道只對(duì)一種或幾種離子有較高通透性，對(duì)其他離子通透性很小或不通透。如鈉通道、非選擇性陽(yáng)離子通道等。

②門(mén)控性：通道蛋白分子內(nèi)有一些可移動(dòng)的結(jié)構(gòu)或化學(xué)基團(tuán)，在通道內(nèi)起“閘門(mén)”作用，導(dǎo)致通道開(kāi)閉。通道的分類：化學(xué)門(mén)控通道Chemically-gatedionchannel

電壓門(mén)控通道Voltage-gatedionchannelAch受體陽(yáng)離子通道機(jī)械門(mén)控通道Mechanical-gatedionchannel非門(mén)控通道：少數(shù)通道始終是持續(xù)開(kāi)放的。如神經(jīng)纖維膜上的鉀漏通道，縫隙連接通道。通道蛋白狀態(tài)：

靜息激活失活通道轉(zhuǎn)運(yùn)的功能特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)運(yùn)速率比載體快②無(wú)飽和現(xiàn)象，無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性抑制③通道有不同的功能狀態(tài)2.載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

載體：又稱轉(zhuǎn)運(yùn)體，是介導(dǎo)小分子物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的一種膜蛋白。

載體轉(zhuǎn)運(yùn)的特點(diǎn)：

①結(jié)構(gòu)特異性:只轉(zhuǎn)運(yùn)一種或幾種物質(zhì)，是載體分子上的結(jié)合位點(diǎn)與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)上的特異結(jié)合的結(jié)果。

②載體發(fā)生構(gòu)象變化“結(jié)合-構(gòu)象變化-解離”

③飽和現(xiàn)象saturation：

最大擴(kuò)散速度Vmax:

反映載體蛋白構(gòu)象轉(zhuǎn)換的最大速率。

米氏常數(shù)Km：

反映載體蛋白對(duì)被轉(zhuǎn)運(yùn)物分子的親和力和轉(zhuǎn)運(yùn)效率。④競(jìng)爭(zhēng)抑制competitiveinhibition:兩種結(jié)構(gòu)相似的物質(zhì)能被同一載體轉(zhuǎn)運(yùn),則Km較大或濃度較低者轉(zhuǎn)運(yùn)被抑制。(1)經(jīng)載體易化擴(kuò)散

facilitateddiffusionviacarrier

概念：水溶性小分子物質(zhì)經(jīng)載體介導(dǎo)順濃度梯度和(或)電位梯度進(jìn)行的被動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)體

transporter：

單轉(zhuǎn)運(yùn)體，如質(zhì)膜上轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的載體。同向轉(zhuǎn)運(yùn)體，如鈉-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體。

反向轉(zhuǎn)運(yùn)體或交換體，如鈉-氫交換體。

(2)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

Primaryactivetransport

指細(xì)胞膜上的離子泵(ionpump)利用分解ATP產(chǎn)生的能量將離子逆濃度梯度和(或)電位梯度進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。如：鈉-鉀泵，簡(jiǎn)稱鈉泵sodiumpump,又稱Na+-K+-ATP酶(Na+-K+-ATPase)，主要分布在質(zhì)膜上。1)Na+-K+依賴式ATP酶

A.轉(zhuǎn)運(yùn)周期10ms；B.轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)果：細(xì)胞內(nèi)[K+]約為細(xì)胞外30倍，細(xì)胞外[Na+]約為胞質(zhì)內(nèi)的10倍。

2)鈉泵活動(dòng)的生理意義：

①細(xì)胞內(nèi)高K+—胞內(nèi)代謝反應(yīng)所必需

如核糖體合成蛋白質(zhì)就需要高K+環(huán)境；

②維持胞內(nèi)滲透壓和細(xì)胞容積；

③建立Na+的跨膜濃度梯度，為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)提供勢(shì)能儲(chǔ)備：

—GS、AA在小腸和腎小管被吸收的過(guò)程；—Na+-H+交換,維持胞內(nèi)pH穩(wěn)定；—Na+-Ca2+交換,維持胞內(nèi)Ca2+濃度穩(wěn)定；

④膜內(nèi)外K+、Na+濃度差是細(xì)胞電活動(dòng)的前提;

⑤生電性活動(dòng)，影響膜電位；3)鈉泵特異抑制劑：哇巴因ouabain

臨床上利用其抑制心肌細(xì)胞膜上的鈉泵，降低質(zhì)膜兩側(cè)Na+的濃度差，以減少Na+-Ca2+交換驅(qū)動(dòng)力，使胞內(nèi)Ca2+濃度↑，產(chǎn)生強(qiáng)心效應(yīng)。A.H+-K+-ATP酶：

分布：胃腺壁細(xì)胞和腎小管閏細(xì)胞膜上功能：分泌H+5)質(zhì)子泵：

4)Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：

分解1分子ATP:質(zhì)膜1Ca2+胞質(zhì)→胞外內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)2Ca2+胞質(zhì)→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或肌質(zhì)網(wǎng)共同作用：造成胞內(nèi)低鈣，鈣經(jīng)鈣通道流入胞質(zhì)，成為觸發(fā)或激活許多生理過(guò)程的關(guān)鍵。如，肌細(xì)胞收縮、突觸囊泡遞質(zhì)釋放等。B.H+-ATP酶：分布：各種細(xì)胞器膜上。功能:可將H+由胞質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞器內(nèi)，以維持胞質(zhì)的中性和細(xì)胞器內(nèi)酸性，使不同部位的酶都處于最適pH環(huán)境中;建立跨細(xì)胞器的H+濃度梯度,為溶質(zhì)的跨細(xì)胞器膜提供動(dòng)力。(3)繼發(fā)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(又簡(jiǎn)稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn))

secondaryactivetransport

概念：細(xì)胞膜利用原發(fā)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)形成的離子濃度梯度（即驅(qū)動(dòng)力）而進(jìn)行的物質(zhì)

逆濃度和(或)電位梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式。

如：小腸黏膜上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞吸收GS、AA為繼發(fā)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。

腸黏膜上皮細(xì)胞對(duì)GS的繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

腎小管上皮細(xì)胞對(duì)GS的轉(zhuǎn)運(yùn)基側(cè)膜鈉泵活動(dòng)↓Na+濃度勢(shì)能差↓管腔膜Na+、GS同向轉(zhuǎn)運(yùn)體↓GS再易化擴(kuò)散入血典型的繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：

①GS和AA在小腸粘膜上皮被吸收和在腎小管上皮的重吸收；

②甲狀腺上皮細(xì)胞的聚碘；

③神經(jīng)遞質(zhì)在突觸間隙被神經(jīng)末梢所重?cái)z取和突觸囊泡從胞質(zhì)中攝取神經(jīng)遞質(zhì)；

④Na+-H+交換、Na+-Ca2+交換；

⑤Na+-

K+-Cl-

同向轉(zhuǎn)運(yùn)；

絕大多數(shù)情況下，溶質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力來(lái)自Na+泵建立起的Na+的跨膜濃度梯度；溶質(zhì)跨細(xì)胞器膜的轉(zhuǎn)運(yùn)的動(dòng)力來(lái)自質(zhì)子泵(H+-ATP酶)建立起的H+的跨膜濃度梯度。(三)出胞和入胞exocytosisandendocytosis出胞:指胞質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過(guò)程。

分泌物的出胞過(guò)程粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)核糖體上合成↓轉(zhuǎn)移到高爾基體↓修飾，由質(zhì)膜包裹↓分泌囊泡↓移向細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)↓融合、破裂，分泌例如：激素的分泌入胞：大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊借助于細(xì)胞膜形成吞噬泡或吞飲泡的方式進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程，包括吞噬和吞飲。

例如：白細(xì)胞吞噬細(xì)菌、異物等受體介導(dǎo)式入胞過(guò)程receptormediatedendocytosis運(yùn)鐵蛋白、低密度脂蛋白、VB12轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白、多種生長(zhǎng)因子、胰島素等即以此方式入胞。

第三節(jié)細(xì)胞的電活動(dòng)bioelectricityactivityofcell恩格斯在100多年前就指出：“地球上幾乎沒(méi)有一種變化發(fā)生而不同時(shí)顯示出電的變化。”

一、膜的被動(dòng)電學(xué)特性和電緊張電位

隨距刺激原點(diǎn)距離的增加而膜電位呈指數(shù)衰減的電位變化稱電緊張電位。二、靜息電位及其產(chǎn)生機(jī)制(一)靜息電位的記錄和數(shù)值

細(xì)胞在未受刺激時(shí)(靜息狀態(tài)下),質(zhì)膜兩側(cè)存在的外正內(nèi)負(fù)的電位差，稱為靜息電位(Restingpotential，RP)。

1.靜息電位是一個(gè)穩(wěn)定的直流電位；2.范圍:-10mV~-100mV(隨細(xì)胞種類而不同);3.相關(guān)概念：

極化(polarization):外正內(nèi)負(fù)

去極化(depolarization):RP值減小

超極化(hyperpolarization):RP值增大

反極化(reversepolarization):去極到正值

復(fù)極化(repolarization):去極后向RP恢復(fù)

超射(overshoot):膜電位高于0電位部分(二)靜息電位產(chǎn)生機(jī)制1.離子跨膜擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力與離子平衡電位：

①擴(kuò)散驅(qū)動(dòng)力：濃度差和電位差，兩種驅(qū)動(dòng)力的代數(shù)和為電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力

②電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力=0，跨膜電位差為平衡電位③根據(jù)Nernst公式可計(jì)算出離子平衡電位

鉀平衡電位:-90~-100mV

鈉平衡電位:+50~+70mV

Ex=InRT[X+]OZF[X+]iEx=60lg(mV)[X+]O[X+]i

2.膜對(duì)離子的通透性和靜息電位的形成

①生物電活動(dòng)的基礎(chǔ):

鈉泵活動(dòng)造成膜內(nèi)外離子不均衡分布：

②靜息狀態(tài)下，質(zhì)膜對(duì)K+的通透性高?！胺情T(mén)控鉀通道”

靜息電位非常接近K+平衡電位。

③

RP相當(dāng)于EK，但實(shí)測(cè)值<計(jì)算值靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)Na+也存在一定的通透性3.鈉泵的生電作用

3Na+:

2K+

但對(duì)靜息電位貢獻(xiàn)并不很大。

4.影響靜息電位水平的因素：

①細(xì)胞內(nèi)、外的[K+]:

∵[K+]o與[K+]i的差值決定EK，∴[K+]o↑→EK↓

②膜對(duì)K+、Na+通透性:

K+的通透性↑，則RP↑，更趨向于EK

Na+的通透性↑，則RP↓，更趨向于ENa

③鈉泵活動(dòng)水平影響RP，鈉泵活動(dòng)增強(qiáng)，膜超極化。三、動(dòng)作電位及其產(chǎn)生機(jī)制(一)細(xì)胞的動(dòng)作電位Actionpotential,AP1.在靜息電位基礎(chǔ)上，細(xì)胞受到一個(gè)適當(dāng)刺激時(shí)，其膜電位所發(fā)生的一次可擴(kuò)布的、迅速而短暫的波動(dòng)。

實(shí)質(zhì):細(xì)胞興奮的本質(zhì)表現(xiàn)。2.動(dòng)作電位的波形:①升支(去極化相)②降支(復(fù)極化相)③鋒電位(spikepotential)

動(dòng)作電位主要部分，持續(xù)1ms。④后電位

負(fù)后電位

(negativeafter-potential)

正后電位

(positiveafter-potential)3.動(dòng)作電位的特征

①“全或無(wú)”:幅度不隨刺激強(qiáng)度增加而增大

②可傳播性:不減衰傳導(dǎo)(幅度,波形不變)

③有不應(yīng)期:因而鋒電位之間不發(fā)生融合或疊加

(二)動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制

內(nèi)向電流

(inwardcurrent)：

指正電荷流入膜內(nèi)(如Na+,Ca2+內(nèi)流)。內(nèi)向電流引起膜的去極化。

外向電流(outwardcurrent)：

指正電荷由胞內(nèi)流出胞外(如K+外流或Cl-內(nèi)流)。

外向電流引起膜的超極化。

1.電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力

當(dāng)靜息時(shí)：Na+內(nèi)向驅(qū)動(dòng)力=

130mV

當(dāng)去極化至+30mV的鋒電位水平時(shí)，K+外向驅(qū)動(dòng)力=120mV∴RP條件下,Na+受到很強(qiáng)的內(nèi)向驅(qū)動(dòng)力；鋒電位期間，K+受到很強(qiáng)的外向驅(qū)動(dòng)力。

2.動(dòng)作電位期間膜電導(dǎo)的變化

膜電導(dǎo)(GX)是膜電阻的倒數(shù)，反映膜對(duì)離子的通透性。

GX=IX/（Em-EX）（電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力）（1）用電壓鉗(voltageclamp，固定膜電位不變，測(cè)量膜電流)技術(shù)來(lái)研究。

①

Na+通道：通道特異性阻斷劑河豚毒

(tetrodotoxin,TTX)

②K+通道：通道特異性阻斷劑四乙銨

(tetraethylammonium,TEA)用電壓鉗技術(shù)的研究結(jié)果表明:

動(dòng)作電位期間，膜GNa首先增加，隨即又衰減，在其衰減的同時(shí)GK增大。首先Na+的通透性在不足1ms時(shí)間內(nèi)迅速增加到峰值，隨后下降并開(kāi)始對(duì)K+通透性增加，并保持恒定。（2）膜片鉗(patchclamp):鉗制一小片膜，記錄單個(gè)通道離子電流的技術(shù)。膜片鉗技術(shù)用膜片鉗技術(shù)研究的結(jié)果說(shuō)明：膜電導(dǎo)變化的實(shí)質(zhì)是膜上離子通道隨機(jī)開(kāi)放和關(guān)閉的總和效應(yīng)3.AP的產(chǎn)生刺激后,膜對(duì)Na+通透↓膜內(nèi)外Na+勢(shì)能貯備↓Na+經(jīng)通道易化擴(kuò)散↓擴(kuò)散的Na+抵消膜內(nèi)負(fù)電位,形成正電位↓直至正電位增加到足以對(duì)抗由濃度差所致的Na+內(nèi)流ActionPotential：∴

AP的超射值等于Na+平衡電位(+50~+70mV)Na+通道去極化↓激活↓失活↓恢復(fù)（關(guān)閉）ActionPotential：升支Na+通道激活開(kāi)放,Na+內(nèi)流形成AP上升支ActionPotential:

降支K+通道激活開(kāi)放,K+外流形成AP下降支K+通道關(guān)閉↓激活

小結(jié)—AP的形成的離子基礎(chǔ)：

①升支:

Na+內(nèi)流；

②降支:

K+外流；

③負(fù)后電位(后去極化,afterdepolarization):復(fù)極時(shí)

外流的K+蓄積在膜外，阻礙了K+外流；

④正后電位(后超極化,afterhyperpolarization):生電性鈉泵作用的結(jié)果

⑤靜息水平:Na+-K+泵活動(dòng)，離子恢復(fù)靜息時(shí)的分布狀態(tài)；

1.無(wú)髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導(dǎo)機(jī)制

——局部電流localcurrent傳導(dǎo)速度:軸突直徑、電阻、鈉通道密度2.有髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導(dǎo)機(jī)制

——局部電流發(fā)生在郎飛結(jié)間的跳躍式傳導(dǎo)saltatoryconduction(三)動(dòng)作電位在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)無(wú)髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導(dǎo):跳躍式傳導(dǎo)：提速、節(jié)能有髓鞘神經(jīng)纖維AP傳導(dǎo)：四、局部電位(1)局部興奮及其向鋒電位的轉(zhuǎn)變

①弱的去極化刺激→少量Na+通道開(kāi)放，

少量Na+內(nèi)流→被K+外流抵消→不能發(fā)展成AP→局部電位

(localpotential)。

②刺激強(qiáng)度增加→較多Na+通道開(kāi)放,較多Na+內(nèi)流→當(dāng)刺激強(qiáng)度使膜去極化程度達(dá)某一臨界膜電位(閾電位)時(shí)→Na+內(nèi)流>K+外流→膜發(fā)生進(jìn)一步的去極化→從而使更多Na+通道開(kāi)放和Na+內(nèi)流(形成Na+通道激活與膜去極化的正反饋)→直至接近ENa→AP局部電位及其向鋒電位的轉(zhuǎn)變

(2)

閾電位thresholdpotential，TP

能引起大量Na+通道開(kāi)放和Na+內(nèi)流進(jìn)而誘發(fā)動(dòng)作電位的臨界膜電位值。

閾電位一般比RP小10~20mV。如神經(jīng)細(xì)胞RP=-70mV，TP≈-55mV

AP產(chǎn)生后，其幅度是由膜電位、Na+通道和Na+電流之間的正反饋過(guò)程決定，而與外加刺激強(qiáng)度無(wú)關(guān)。(3)局部電位的特征：①非“全或無(wú)”：反應(yīng)幅度隨刺激強(qiáng)度的增大而增大②在局部形成電緊張性擴(kuò)布（逐漸衰減）③沒(méi)有不應(yīng)期，可以總和（疊加）:

空間總和spatialsummation時(shí)間總和temporalsummation

局部電位：（1）肌細(xì)胞的終板電位EPP（2）感受器細(xì)胞的感受器電位（3）N元突觸的突觸后電位

五、可興奮細(xì)胞及其興奮性

(一)興奮和可興奮細(xì)胞

excitationandexcitablecell

興奮：細(xì)胞接受刺激后產(chǎn)生動(dòng)作電位的過(guò)程。

可興奮細(xì)胞或組織：受刺激后能產(chǎn)生興奮(即動(dòng)作電位)的細(xì)胞或組織。

如：神經(jīng)、肌肉、腺體

所有可興奮細(xì)胞發(fā)生興奮的共同反應(yīng)：——產(chǎn)生動(dòng)作電位。

肌細(xì)胞通過(guò)興奮-收縮耦聯(lián)產(chǎn)生收縮；

腺細(xì)胞通過(guò)興奮-分泌耦聯(lián)引起分泌；

神經(jīng)細(xì)胞以AP沿細(xì)胞膜傳播而形成的

神經(jīng)沖動(dòng)為其活動(dòng)特征。(二)組織的興奮性和閾刺激

1.興奮性excitability:可興奮組織或細(xì)胞接受刺激后產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。

2.刺激和閾刺激stimulationandthresholdstimulus

①刺激：細(xì)胞所處的環(huán)境因素的變化。

②刺激的形式：物理化學(xué)機(jī)械等③刺激的三要素：強(qiáng)度；持續(xù)時(shí)間；強(qiáng)度-時(shí)間變化率④閾強(qiáng)度(或閾值)thresholdintensity

刺激的持續(xù)時(shí)間固定,引起細(xì)胞或組織發(fā)生興奮(產(chǎn)生AP)的最小刺激強(qiáng)度。

閾強(qiáng)度衡量興奮性高低的指標(biāo)。(反變關(guān)系)

⑤閾刺激thresholdstimulus:相當(dāng)于閾強(qiáng)度的刺激。

閾上刺激

閾下刺激(三)細(xì)胞興奮后興奮性的變化1.絕對(duì)不應(yīng)期(鋒電位)興奮性=0Na+通道全部失活2.相對(duì)不應(yīng)期(負(fù)后電位前期)正常>興奮性>0Na+通道逐漸恢復(fù)

3.超常期(負(fù)后電位后期)興奮性>正常Na+通道恢復(fù)4.低常期(正后電位)興奮性<正常Na+通道逐漸靜息

功能特性骨骼肌心肌平滑肌第四節(jié)肌細(xì)胞的收縮功能

Contractionofmusclecell形態(tài)學(xué)橫紋肌平滑肌

AP在運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo)N-M接頭處興奮的傳遞

AP在骨骼肌cell上的傳導(dǎo)（局部電流）骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)骨骼肌的肌絲滑行收縮一、骨骼肌細(xì)胞的收縮

(contractionofskeletalmuscle

)(一)骨骼肌神經(jīng)-肌肉接頭處興奮的傳遞

neuromusculartransmission1.神經(jīng)-肌接頭(neuromuscularjunction)的結(jié)構(gòu)：

⑴接頭前膜：

①突觸囊泡，內(nèi)含ACh;②電壓門(mén)控Ca2+通道；

⑵接頭間隙：

50nm寬，與細(xì)胞外液相通;⑶接頭后膜：

又稱終板膜，肌膜特化部分①N2型ACh受體②AChE;

2.傳遞過(guò)程及終板電位（EPP）的產(chǎn)生：

注意：

（1）量子釋放：

以小泡為單位的傾囊釋放。

（2）終板電位

endplatepotential,EPP

①定義:終板膜上產(chǎn)生的局部去極化電位。

可隨ACh釋放增加而產(chǎn)生等級(jí)性變化。

②不表現(xiàn)“全或無(wú)”傳導(dǎo)，只能在局部進(jìn)行緊張性電擴(kuò)布。③一次神經(jīng)沖動(dòng)釋放ACh所引起的EPP大小超過(guò)引起肌細(xì)胞AP所需閾值3~4

倍，可刺激周圍具有電壓門(mén)控Na+通道的肌膜產(chǎn)生AP，使神經(jīng)沖動(dòng)與肌細(xì)胞

收縮保持1對(duì)1。（3）ACh的分解：

ACh在刺激終板膜產(chǎn)生終板電位的同時(shí)，

可以被終板膜表面的膽堿酯酶分解（迅速）

ACh─→膽堿＋乙酸

有機(jī)磷農(nóng)藥、新斯的明可抑制膽堿酯酶

活性，產(chǎn)生肌肉痙攣及副交感神經(jīng)興奮癥狀。

（5）傳遞特點(diǎn)：

①單向傳遞：N→M，1對(duì)1

②時(shí)間延擱：0.5～1.0ms

③易受藥物、環(huán)境和病理變化影響（4）N2型乙酰膽堿受體

特異性阻斷劑

筒箭毒

α-銀環(huán)蛇毒

卡肌寧

(二)橫紋肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)1.肌原纖維縱橫肌節(jié)sarcomere：

每?jī)蓚€(gè)相鄰Z線之間的區(qū)域，是肌肉收縮和舒張的基本單位。

長(zhǎng)2.0~2.2μm，（1.5~3.5μm）

2.肌管系統(tǒng)sarcotubularsystem：

（1）橫管

transversetubule（T管）

（2）縱管

longitudinaltubule（肌質(zhì)網(wǎng)）

縱行肌質(zhì)網(wǎng)LSR

連接肌質(zhì)網(wǎng)JSR——終池

三聯(lián)管triad：

骨骼肌的T管

與其兩側(cè)的終池（三）橫紋肌的收縮機(jī)制

肌絲滑行理論

myofilamentslidingtheory直接證據(jù)：肌肉收縮時(shí)暗帶長(zhǎng)度不變，明帶縮短，同時(shí)H帶相應(yīng)變窄。

1.肌絲的分子組成（1）粗肌絲thickfilament肌球蛋白(肌凝蛋白，myosin)，屬收縮蛋白

桿狀部—朝向M線形成主干

頭部—橫橋cross-bridge:可與肌動(dòng)蛋白可逆性結(jié)合，具有ATP酶活性（2）細(xì)肌絲thinfilament

①肌動(dòng)蛋白(肌纖蛋白,actin):

屬收縮蛋白，構(gòu)成主干

②肌鈣蛋白(troponin):屬調(diào)節(jié)蛋白，三個(gè)亞單位：T，I，C

③原肌球蛋白（原肌凝蛋白,tropomyosin）:

調(diào)節(jié)蛋白2.肌肉的收縮過(guò)程：①肌肉舒張狀態(tài)時(shí)，橫橋結(jié)合的ATP分解（ADP和Pi仍留在頭部)→蓄積能量而處于高勢(shì)能狀態(tài)。②當(dāng)終末池釋放Ca2+→肌漿內(nèi)Ca2+↑→

Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合。-③原肌球蛋白構(gòu)型改變

→解除位阻效應(yīng)→

橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合

→橫橋向M線方向

擺動(dòng)→拖動(dòng)細(xì)肌絲

滑行→肌小節(jié)變短

→肌肉收縮。

在橫橋變構(gòu)與擺動(dòng)同時(shí)，ADP及Pi與橫橋分離。

④橫橋再結(jié)合ATP→

橫橋與肌動(dòng)蛋白

親合力↓→并與

肌動(dòng)蛋白解離。

解離后的橫橋隨

即將ATP分解，

進(jìn)入下一橫橋周期。

如胞漿內(nèi)Ca2+↓→Ca2+與肌鈣蛋白解離

→原肌球蛋白構(gòu)型復(fù)原→位阻效應(yīng)恢復(fù)→橫橋不能與肌動(dòng)蛋白結(jié)合→細(xì)肌絲回位→肌肉舒張。胞漿中升高的Ca2+，由肌質(zhì)網(wǎng)膜上的Ca2+泵泵回肌質(zhì)網(wǎng)(包括終池)

橫橋周期cross-bridgecycling

指橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合、扭動(dòng)、復(fù)位的過(guò)程。

長(zhǎng)度：20~200ms

周期的長(zhǎng)短決定肌肉的縮短速度。參與擺動(dòng)的橫橋數(shù)目、循環(huán)進(jìn)行的速率可影響：

肌肉縮短的程度肌肉產(chǎn)生的張力肌肉的縮短速度(四)橫紋肌的興奮－收縮耦聯(lián)

excitation-contractioncoupling

1.定義:將肌細(xì)胞的電興奮和機(jī)械收縮聯(lián)系

起來(lái)的中介過(guò)程。

2.基本過(guò)程：

①肌膜上AP沿肌膜和T管膜傳向肌細(xì)胞深部；

②三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞；

③肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca2+的貯存、釋放和再聚積。AP沿肌膜和T管膜傳播，激活膜上的L型鈣通道變構(gòu)作用（骨骼?。﹥?nèi)流Ca2+（心?。┘せ罱K池膜上的ryanodine受體（RYR）終池Ca2+釋放，胞質(zhì)內(nèi)Ca2+濃度升高Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合激活縱行肌質(zhì)網(wǎng)膜上的鈣泵肌肉收縮Ca2+回肌質(zhì)網(wǎng)

Ca2+濃度下降

肌肉舒張

骨骼肌肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放機(jī)制

(構(gòu)象變化觸發(fā)鈣釋放)心肌肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放機(jī)制

(鈣觸發(fā)鈣釋放)3.興奮-收縮耦聯(lián)的物質(zhì)和結(jié)構(gòu)基礎(chǔ):

耦聯(lián)的關(guān)鍵物質(zhì)——Ca2+

耦聯(lián)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)——三聯(lián)管

肌肉收縮效能：①肌肉縮短的程度

②產(chǎn)生張力的大小

③產(chǎn)生張力或肌肉縮短的速度（五）影響橫紋肌收縮效能的因素肌肉收縮形式：①等長(zhǎng)收縮isometriccontraction：②等張收縮

isotoniccontraction：如與關(guān)節(jié)屈曲有關(guān)的肌肉的收縮橫紋肌的收縮效能決定于：肌肉收縮前或收縮時(shí)所承受的負(fù)荷肌肉自身的收縮能力肌肉收縮的總和效應(yīng)1.前負(fù)荷preload

（1）定義：肌肉收縮前遇到的負(fù)荷。

（2）初長(zhǎng)度(initiallength)：前負(fù)荷使肌

肉在收縮前就處于某種拉長(zhǎng)狀態(tài)，使

之具有一定的長(zhǎng)度，即肌肉的初長(zhǎng)度。

前負(fù)荷的大小決定了初長(zhǎng)度，因而前負(fù)荷

可用初長(zhǎng)度表示。

前負(fù)荷實(shí)驗(yàn)的裝置可觀察在不同的初長(zhǎng)度時(shí),同一肌肉產(chǎn)生的張力.繪制成長(zhǎng)度-張力曲線。肌肉的長(zhǎng)度-張力關(guān)系曲線肌節(jié)的長(zhǎng)度-張力關(guān)系曲線從長(zhǎng)度—張力曲線可看出：

①肌肉收縮存在一個(gè)最適初長(zhǎng)度(即最適前負(fù)荷)，此狀態(tài)下，肌肉收縮產(chǎn)生的主動(dòng)張力最大。

②大于或小于最適初長(zhǎng)度，肌肉收縮產(chǎn)生的張力均會(huì)下降。

（最適肌節(jié)長(zhǎng)度：2.0~2.2μm）最適前負(fù)荷↓最適初長(zhǎng)度↓

肌節(jié)2.0~2.2μm↓

粗細(xì)肌絲處于最佳重疊程度↓發(fā)揮作用的

橫橋的數(shù)目最多↓

產(chǎn)生的張力最大小結(jié)：2.后負(fù)荷afterload

（1）定義：肌肉在收縮過(guò)程中所承受的負(fù)荷。阻礙肌肉收縮時(shí)的短縮，是收縮的阻力。

（2）研究方法：把前負(fù)荷固定在最適前負(fù)荷，逐次改變后負(fù)荷，

研究肌肉產(chǎn)生張力的大小與縮短速度的關(guān)系。

肌肉在有后負(fù)荷下收縮時(shí):

①總是張力產(chǎn)生在前，縮短產(chǎn)生在后；

②后負(fù)荷愈大→

產(chǎn)生的張力愈大

縮短開(kāi)始的時(shí)間愈晚

縮短的初速度和縮短的總長(zhǎng)度愈小

張力－速度曲線P0：產(chǎn)生最大張力而不出現(xiàn)縮短

W=0Vmax：后負(fù)荷為零時(shí)，產(chǎn)生最大縮短速度