第一章神经肌肉的一般生理 细胞膜的结构与功能 1.1细胞膜的结构 细胞膜的作用:将细胞的内容物和细胞周围的微环境(主要是细胞外液)分割开来,使 细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响 细胞膜起到传递信息的作用,细胞膜还在细胞免疫、细胞生长、分裂、分化及癌变等生理、 水锥 一暴曲 非视性 受体4 病理过程中起着重要的作用 解释细胞膜结构最好的学说是液态镶嵌模型( Fluid mosaic mode1) 膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功 能的蛋白质分子。细胞膜内还含有少量糖类。 由于细胞膜是以脂质双分子为骨架,所以 ①脂质双分子层具有稳定性和流动性,使细胞具有能承受相当大的张力,改变外形时不致于 破裂。 ②限制水和水溶性物质自由通过细胞膜,使膜具有选择性通透。 ③不同细胞的细胞膜和细胞膜的不同部分,因脂质的成分和含量不完全相同而影响到细胞膜 的特性和功能。 镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能 ①形成细胞的骨架蛋白( anchoring protein),可使细胞膜附着在另一细胞的膜上,或使其 附着在细胞内或细胞外的某物质上 ②作为“识别蛋白质”( recogni tion protein),存在于免疫细胞膜上,能识别异体细胞的 蛋白质或癌细胞 ③具有酶( enzyme)的特性,能催化细胞内外的化学反应 ④作为“受体蛋白质”( receptor protein),能与信息传递物质(激素或递质)进行特异 性结合,并引起细胞反应 ⑤作为转运蛋白质或载体蛋白质( carrier protein)、通道蛋白质( channel protein)和 膜泵( membrane pump),与细胞膜的物质转运功能有关 1.2细胞膜的跨膜物质转运功能 1.2.1被动转运( passive transport) 当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地放在一起时,溶质的分子会顺着浓度差(梯度, concentration gradient)或电位差(梯度, potential gradien,二者合称电化学梯度)
第一章 神经肌肉的一般生理 一、细胞膜的结构与功能 1.1 细胞膜的结构 细胞膜的作用：将细胞的内容物和细胞周围的微环境（主要是细胞外液）分割开来，使 细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响 细胞膜起到传递信息的作用,细胞膜还在细胞免疫、细胞生长、分裂、分化及癌变等生理、 病理过程中起着重要的作用。 解释细胞膜结构最好的学说是液态镶嵌模型（Fluid mosaic model）。 膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功 能的蛋白质分子。细胞膜内还含有少量糖类。 由于细胞膜是以脂质双分子为骨架，所以： ①脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具有能承受相当大的张力，改变外形时不致于 破裂。 ②限制水和水溶性物质自由通过细胞膜，使膜具有选择性通透。 ③不同细胞的细胞膜和细胞膜的不同部分，因脂质的成分和含量不完全相同而影响到细胞膜 的特性和功能。 镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能： ①形成细胞的骨架蛋白（anchoring protein）,可使细胞膜附着在另一细胞的膜上，或使其 附着在细胞内或细胞外的某物质上； ②作为“识别蛋白质”（recoqnition protein）,存在于免疫细胞膜上，能识别异体细胞的 蛋白质或癌细胞； ③具有酶（enzyme）的特性,能催化细胞内外的化学反应； ④作为“受体蛋白质”（receptor protein），能与信息传递物质（激素或递质）进行特异 性结合，并引起细胞反应； ⑤作为转运蛋白质或载体蛋白质（carrier protein）、通道蛋白质（channel protein）和 膜泵（membrane pump），与细胞膜的物质转运功能有关。 1.2 细胞膜的跨膜物质转运功能 1.2.1 被动转运（passive transport） 当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地放在一起时，溶质的分子会顺着浓度差（梯度， concentration gradient）或电位差（梯度，potential gradien, 二者合称电化学梯度）
产生净流动叫被动转运。被动转运时的动力是电化学势能。不需要细胞膜或细胞另外提供其 它形式的能量。被动转运又可有以下两种形式: (1)单纯扩散( simple diffusion):物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式 称为单纯扩散 单位时间内的扩散通量,(即该物质在每秒内通过每平方厘米假想平面的摩尔数),取决于膜 两侧该物质的电化学梯度和细胞膜对该物质的通透性( permeability) 通透性:物质通过细胞膜难易程度。 些脂溶性的物质如02、c02等气体分子,具有较高的通透性:一些甾体化合物(类固醇 激素由于它们的分子量比较大)需要某种特殊蛋白质的“协助”;水靠细胞膜上的水通道( 种特异蛋白质)能快速通过细胞膜。 (2)易化扩散( facilitated diffusion):一些不溶于脂质的,或溶解度很小的物质,在 膜结构中的一些特殊蛋白质的“帮助”下从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的物质转运方 细胞分 细胞内 质 ●经质 载体蛋台 结合位点 式称为易化扩散 易化扩散又可分为 ①以载体为中介的易化扩散( carrier mediated diffusion):如葡萄糖、氨基酸都不溶 解于脂质,但在载体的“帮助”下,也能进行被动地跨膜转运。 A.载体是指细胞膜上一类特殊蛋白质,B.它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合,C. 并且构象发生改变,把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来,D.载体蛋白恢复到原来的构象, 又开始新一轮的转运 载体介导的易化扩散有以下特点: A.高度的结构特异性 B.饱和现象 C.竞争性抑制 D.转运速度快 E.因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的影响,因此与蛋白质分子有关的物质的通透 性是可变化的 ②由通道中介的易化扩散( channel mediated diffusion) A.离子通道( ion channel)蛋白的壁外侧面是疏水的 B.而壁的内侧是亲水的(叫水相孔道),能允许水及溶于水中的离子通过 C.通道的开放与关闭是受精密调控的,而不是自动、持续进行的,有些只有在它所在膜的两 侧(主要是外侧)出现某种化学信号时才开放,称为化学门控通道( chemically- gated channel):有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭,称为电压门控通道 ( voltage-gated channel):有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的称机械门控通
产生净流动叫被动转运。被动转运时的动力是电化学势能。不需要细胞膜或细胞另外提供其 它形式的能量。被动转运又可有以下两种形式： (1)单纯扩散（simple diffusion）：物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式 称为单纯扩散。 单位时间内的扩散通量，(即该物质在每秒内通过每平方厘米假想平面的摩尔数)，取决于膜 两侧该物质的电化学梯度和细胞膜对该物质的通透性（permeability）。 通透性：物质通过细胞膜难易程度。 一些脂溶性的物质如 O2、CO2 等气体分子，具有较高的通透性；一些甾体化合物（类固醇 激素由于它们的分子量比较大）需要某种特殊蛋白质的“协助”；水靠细胞膜上的水通道（一 种特异蛋白质）能快速通过细胞膜。 (2)易化扩散（facilitated diffusion）：一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在 膜结构中的一些特殊蛋白质的“帮助”下从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的物质转运方 式称为易化扩散。 易化扩散又可分为: ①以载体为中介的易化扩散（carrier mediated diffusion）：如葡萄糖、氨基酸都不溶 解于脂质，但在载体的“帮助”下,也能进行被动地跨膜转运。 A.载体是指细胞膜上一类特殊蛋白质，B.它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，C. 并且构象发生改变，把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来，D.载体蛋白恢复到原来的构象， 又开始新一轮的转运。 载体介导的易化扩散有以下特点： A.高度的结构特异性 B.饱和现象 C.竞争性抑制， D.转运速度快， E.因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的影响,因此与蛋白质分子有关的物质的通透 性是可变化的。 ②由通道中介的易化扩散（channel mediated diffusion）： A.离子通道（ion channel）蛋白的壁外侧面是疏水的; B.而壁的内侧是亲水的（叫水相孔道），能允许水及溶于水中的离子通过; C.通道的开放与关闭是受精密调控的，而不是自动、持续进行的, 有些只有在它所在膜的两 侧（主要是外侧）出现某种化学信号时才开放，称为化学门控通道（chemically-gated channel）；有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭，称为电压门控通道 （voltage-gated channel）；有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的称机械门控通 道
电压门控通道 r voltage gated channel) 形 尖触后朋和终极 以外的神经和肌 细胞表面层中的 Na·,k+Ca2+等 限职鸡美通道所在与 的跨腰电住的改变 通道中介的易化扩散的特点: A.速度快 B.有选择性(但不像载体那样严格) C.受精密调控 1.2.2主动转运( active transport) 主动转运是指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质分子或离子逆着电化学梯度由膜的 一侧移向另一侧的过程。主动转运中所需要的能量是由细胞膜或细胞膜所属的细胞提供。 单纯扩散和易化扩散都有一个最终平衡点,即被转运物质在膜两侧达到电化学梯度为零时 而主动转运因膜提供了一定能量,使被转运物质或离子逆着电-化学势差的移动,没有平衡 终点,被转运物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧 (1)原发性主动转运( primary active transport): ①钠泵( sodium pump): A.是镶嵌蛋白质,B.能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外,细胞外的K+移入膜内,C.主要 是由于它本身还具有ATP酶的活性 ②在主动转运中如果所需的能量是由ATP直接提供的主动转运过程,则称为原发性主动转 ③细胞膜上的钠泵活动的意义 A.造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件 维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备,即Na+、K+在细胞膜内外的浓度势能 D.是可兴奋细胞(组织)兴奋的基础,也可供其它耗能过程应用 (2)继发性主动转运( secondary active transport) ①载体蛋白必须与Na+和待转运物质的分子同时结合,才能顺着Na+浓度梯度的方向将它们 的分子逆着浓度梯度由肠(小管)腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的Na+泵 活动,不断将Na+转运到细胞间隙,而细胞内始终保持低Na+状态,才能使它们的主动转运 得以实现,直至肠(小管)腔中的物质浓度下降到零 ②物质逆着浓度差转运的能量间接来自于ATP。称为继发性主动转运或联合(或协同)转运 ( cotransport)。每一种联合转运都有特定的转运体蛋白。 ③联合转运中,如被转运的分子与Na+扩散方向相同,称为同向转运:如果二者方向相反, 则称为逆向转运 1.2.3出胞( Exocytosis)与入胞( endocytosis)式转运 (1)出胞:见于内分泌腺分泌激素,外分泌腺分泌酶原颗粒或粘液,神经细胞分泌、释放 神经递质.是一个比较复杂的耗能过程。 ①分泌物由粗面内质网合成
通道中介的易化扩散的特点： A.速度快 B.有选择性（但不像载体那样严格） C.受精密调控 1.2.2 主动转运（active transport） 主动转运是指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质分子或离子逆着电化学梯度由膜的 一侧移向另一侧的过程。主动转运中所需要的能量是由细胞膜或细胞膜所属的细胞提供。 单纯扩散和易化扩散都有一个最终平衡点，即被转运物质在膜两侧达到电化学梯度为零时。 而主动转运因膜提供了一定能量，使被转运物质或离子逆着电-化学势差的移动，没有平衡 终点, 被转运物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧. (1)原发性主动转运(primary active transport )： ①钠泵(sodium pump)： A.是镶嵌蛋白质，B.能逆着浓度差将细胞内的 Na+移出膜外，细胞外的 K+移入膜内，C.主要 是由于它本身还具有 ATP 酶的活性。 ②在主动转运中如果所需的能量是由 ATP 直接提供的主动转运过程，则称为原发性主动转 运。 ③细胞膜上的钠泵活动的意义： A.造成的细胞内高 K+是许多代谢反应进行的必要条件 B.维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备，即 Na+、K+在细胞膜内外的浓度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗能过程应用 （2）继发性主动转运(secondary active transport) ①载体蛋白必须与 Na+和待转运物质的分子同时结合，才能顺着 Na+浓度梯度的方向将它们 的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的 Na+ 泵 活动，不断将 Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低 Na+状态，才能使它们的主动转运 得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。 ②物质逆着浓度差转运的能量间接来自于 ATP。称为继发性主动转运或联合（或协同）转运 （cotransport）。 每一种联合转运都有特定的转运体蛋白。 ③联合转运中，如被转运的分子与 Na+扩散方向相同，称为同向转运；如果二者方向相反， 则称为逆向转运 。 1.2.3 出胞（ Exocytosis）与入胞(endocytosis)式转运 （1）出胞：见于内分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原颗粒或粘液，神经细胞分泌、释放 神经递质.是一个比较复杂的耗能过程。 ①分泌物由粗面内质网合成
②在向高尔基体中形成成为囊泡,并贮存在胞浆中 ③当细胞分泌时,膜的跨膜电位变化或特殊化学信号,引起局部膜中的Ca2+通道开放,Ca2+ 内流(或通过第二信使物质导致细胞内Ca2+的释放) ④诱发小泡被运送到细胞膜的内侧面,与细胞膜融合后向外开口破裂将内容物一次性排出 ⑤囊泡的膜也就变成细胞膜的组成部分 细胞内细胞外 飞广飞 (2)入胞: 是指细胞外某些物质团块,例如细菌,病毒、异物、血浆中脂蛋白及大分子营养物质等进入 细胞的过程。被摄取的物质如果是固体,则可形成较大的囊泡,称为吞噬作用 ( phagocytosis)。如果是微小的液滴状液体则形成较小的囊泡,称为胞饮.( pinoy tosis) 由受体介导的入胞,一些激素或生长因子运输蛋白及细菌(统称配体)都是通过细胞膜表面 特异受体作用而入胞。其过程是:①配体被受体识别,②配体一受体复合物向有被小窝集中 ③吞食泡形成④吞食泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体⑤配体与受体分离⑥配体转运到 其它细胞器中⑦循环小泡形成,膜再利用 1.3细胞膜的信息传递功能 跨膜信号转导( transmembrane singal tranduction) 各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时,并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程 而是通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用,以一定形式的弱电变化,将 信息传递到膜内的程 1.3.1由离子通道介导的跨膜信号转导 离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形成的通道。大多数离子通道都有门 经肌肉接头处Ach门樘通道 种经递质(Ach配体)的 受体本身就是通道蛋 的一个组成部分,只 有在Ach与央体结含后 通道才打开,因此,被通 道又称体门樘通道 其受体又称为通道型 央体或离子型 称为门控通道( gated channel)。分为 (1)电压门控通道( voltage gated channe1),主要是分布在除突触后膜和终板膜以外的 神经和肌肉细胞表面膜中的Na+、k+、Ca2+等通道。 (2)机械门控通道( mechanica1 ly gated channel)如神经末梢顶部的纤毛受到切向力弯曲 时由于纤毛受力使其根部的膜变形(牵拉),直接激活了其附近膜中的机械门控通道而出现 离子跨膜移动 (3)化学门控通道( chemically gated channe1),要分布于如肌细胞的终板膜和神经元的突 触后膜中,如神经-肌肉接头处的N-乙酰胆碱门控通道上,ACh受体身就是离子通道的一个 组成部分,因它的激活能直接引起跨膜离子流动,故又称为通道型受体,或促离子型受体
②在向高尔基体中形成成为囊泡，并贮存在胞浆中， ③当细胞分泌时，膜的跨膜电位变化或特殊化学信号，引起局部膜中的 Ca2+通道开放，Ca2+ 内流（或通过第二信使物质导致细胞内 Ca2+的释放） ④诱发小泡被运送到细胞膜的内侧面，与细胞膜融合后向外开口破裂将内容物一次性排出， ⑤囊泡的膜也就变成细胞膜的组成部分。 （2）入胞： 是指细胞外某些物质团块，例如细菌，病毒、异物、血浆中脂蛋白及大分子营养物质等进入 细胞的过程。被摄取的物质如果是固体，则可形成较大的囊泡， 称为吞噬作用 （phagocytosis）。如果是微小的液滴状液体则形成较小的囊泡，称为胞饮.(pinocytosis)。 由受体介导的入胞，一些激素或生长因子运输蛋白及细菌（统称配体）都是通过细胞膜表面 特异受体作用而入胞。其过程是：①配体被受体识别，②配体-受体复合物向有被小窝集中 ③吞食泡形成④吞食泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体⑤配体与受体分离⑥配体转运到 其它细胞器中⑦循环小泡形成，膜再利用。 1.3 细胞膜的信息传递功能 跨膜信号转导（transmembrane singal tranduction） 各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程， 而是通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，以一定形式的弱电变化，将 信息传递到膜内的程。 1.3.1 由离子通道介导的跨膜信号转导 离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形成的通道。大多数离子通道都有门， 称为门控通道（gated channel）。分为： (1)电压门控通道（voltage gated channel），主要是分布在除突触后膜和终板膜以外的 神经和肌肉细胞表面膜中的 Na+、k+、Ca2+等通道。 (2)机械门控通道(mechanically gated channel) 如神经末梢顶部的纤毛受到切向力弯曲 时由于纤毛受力使其根部的膜变形（牵拉），直接激活了其附近膜中的机械门控通道而出现 离子跨膜移动。 (3)化学门控通道(chemically gated channel),要分布于如肌细胞的终板膜和神经元的突 触后膜中，如神经-肌肉接头处的 N-乙酰胆碱门控通道上，ACh 受体身就是离子通道的一个 组成部分，因它的激活能直接引起跨膜离子流动，故又称为通道型受体,或促离子型受体
(ionotropic receptor 该通道由2a.B.Y.8组成的5个亚基构成,Ach的结合位点就存在于2个a亚单位上,当 两个Ach与之结合后引起Na+通道开放 因为这种通道只有在膜外特定的化学信号(配体, ligand)与膜上的受体结合后才开放又称 配子门控通道。 (4)细胞间通道 许多低等动物或动物的某些细胞如,平滑肌细胞、心肌细胞及中枢的某些神经细胞之间存在 着缝隙连接( gap lunction) 当某些因素存在时,在缝隙连接处的两侧膜蛋白颗粒发生对接,形成沟通相邻细胞浆的通道 而在另一些因素存在时,沟通的通道消失 1.3.2由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导至少与膜内4种物质有关。 1.3.2.1G蛋白耦联受体( G protein- linked receptor) 受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的独立的蛋白质分子,包括a和B肾上腺素 能受体,Ach受体,多数肽类激素,5-羟色氨受体,嗅觉受体,视紫红质受体等 种经通质 非酸环化酶 1.3.2.2G-蛋白 G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白( guanine nucleotide- binding protein)的简称。有兴奋(Gs、 Go)型和抑制(Gi)型两种,可分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细胞内第二信使物质 增加或减少。 ①受体与配体结合后构型变化,激活膜内侧G蛋白 ②G蛋白通常由a、B、Y3个亚基组成 ③当它被激活时便与GDP分离,而与一个分子的GTP(三磷酸鸟苷)结合,④这a亚基与其 它两个亚基(B-y)分离,分别对膜中的效应器酶起作用 1.3.2.3G蛋白效应器 1.能催化第二信使生成的酶:位于细胞膜上的腺苷酸环化酶( aden late cyclase,AC)、 磷脂酶C( phospholipase C,PLC):依赖于cGMP的磷酸二酯酶( phosphodiesterase,PDE) 及磷脂酶A2( phospholipase A2)它们能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使 物质增加 2.离子通道 1.3.2.4第二信使
（ionotropic receptor）。 该通道由 2α.β.γ.δ组成的 5 个亚基构成，Ach 的结合位点就存在于 2 个α亚单位上,当 两个 Ach 与之结合后引起 Na+通道开放。 因为这种通道只有在膜外特定的化学信号（配体,ligand）与膜上的受体结合后才开放又称 配子门控通道。 (4)细胞间通道 许多低等动物或动物的某些细胞如，平滑肌细胞、心肌细胞及中枢的某些神经细胞之间存在 着缝隙连接（gap iunction）， 当某些因素存在时，在缝隙连接处的两侧膜蛋白颗粒发生对接，形成沟通相邻细胞浆的通道， 而在另一些因素存在时，沟通的通道消失。 1.3.2 由 G 蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 由 G 蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导至少与膜内 4 种物质有关。 1.3.2.1 G 蛋白耦联受体(G protein-linked receptor) 受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的独立的蛋白质分子，包括α和β 肾上腺素 能受体,Ach 受体,多数肽类激素,5-羟色氨受体,嗅觉受体,视紫红质受体等。 1.3.2.2 G-蛋白 G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein）的简称。有兴奋（Gs、 Go）型和抑制（Gi）型两种，可分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细胞内第二信使物质 增加或减少。 ①受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧 G 蛋白， ②G-蛋白通常由α、β、γ3 个亚基组成， ③当它被激活时便与 GDP 分离，而与一个分子的 GTP（三磷酸鸟苷）结合，④这α亚基与其 它两个亚基（β-γ）分离，分别对膜中的效应器酶起作用。 1.3.2.3 G 蛋白效应器 1．能催化第二信使生成的酶：位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（adenylate cyclase,AC）、 磷脂酶 C（phospholipase C,PLC）；依赖于 cGMP 的磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE) 及磷脂酶 A2（phospholipase A2）它们能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使 物质增加。 2．离子通道 1.3.2.4 第二信使