第二章 细胞的基本功能 (6学时)
主要内容
l、细胞膜的基本结构及物质转运功能：细胞膜的基本结构；细胞膜的跨膜物质转运功能。
2、细胞膜的跨膜信号传递功能：由具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号传递；由膜的特异受体蛋白质、G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号传递系统。
3、细胞的兴奋性和生物电现象：兴奋性和刺激引起兴奋的条件；细胞生物电现象及其产生机制(神经细胞、骨骼肌细胞)；兴奋的引起和在同一细胞上的传导机制；细胞间的信息传递①以神经递质为媒介的信息传递：神经—肌肉接头处兴奋的传递、突触及突触传递、神经递质、受体学说：②以激素为媒介的信息传递：⑧以电信号为媒介的信息传递(传递方式，作用机制)。
4、骨骼肌细胞生理特性及收缩功能：肌细胞收缩机制及其控制。
自学内容
1、兴奋性和刺激引起兴奋的条件。
2、以电信号为媒介的信息传递(传递方式，作用机制)。
3、神经递质、受体学说。
4、骨骼肌、心肌、平滑肌的生理特性。
基本要求
1、了解细胞膜的物质转运功能。
2、了解细胞膜的跨膜信号传递功能。
3、了解细胞的兴奋性及生物电现象。
4、从肌肉的超微结构和分子水平理解肌肉的收缩原理及其控制。
重点、难点
l、细胞膜的跨膜物质转动及信号传递功能。
2、细胞的兴奋性和生物电现象。
3、肌细胞收缩原理。
细胞膜物质转运功能
一．被动转运
当同种物质不同浓度的两种溶剂相邻的放在一起时，溶质分子会顺着浓度差或电位差（合称电化学差）产生净流动叫被动转运（passive transport）。被动转运分为以下两种形式：
（一）.单纯扩散（simple diffusion）和渗透
单纯扩散
在生物体中，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。
单纯扩散特点：①是一种单纯的理化过程。②某物质扩散量大小与该物质在膜两侧的浓度，膜的通透性有关。③不需要细胞供能，因为细胞膜是脂质双分子层结构，因此只有一些脂溶性物质才有较高通透性。如O2、CO2和类固醇类激素等。
渗透(osmosis)：
当细胞膜两侧溶剂渗透压不同时，水分子便由渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动，这种物质转运方式叫渗透。
（二）.易化扩散（facilitated diffusion）
非脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动时，依赖与膜结构中一些特殊蛋白质的协助，这种物质转运方式称为易化扩散。易化扩散有两种形式 ：以载体为中介的易化扩散和以通道为中介的易化扩散。
由载体为中介的易化扩散（carrier mediated diffusion）
载体是细胞膜上的一类特殊蛋白质，在溶质浓度较高的一侧，它们同溶质发生特异性结合，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，载体蛋白恢复到原来构象，重新进行新一轮转运，直到膜两侧溶质浓度相等为止。通过这种机制转运的物质有葡萄糖、各种氨基酸等。
特点：①高度的结构特异性。②饱和现象，与膜上的载体数目或每个载体能与该物质结合的位点数有关。③竞争性抑制，即如果某载体蛋白对结构类似的A、B两种物质都有转运能力，那么当加入这两种物质时，每一种物质的转运速度都比单独加入一种物质时减少，说明A、B两者均可竞争载体蛋白。
由通道中介的易化扩散（channel mediated diffusion）
在细胞膜上，有一类蛋白质能形成“水相孔道”，它们可以让一些带电的离子，如Na+、K+、Ca+、Cl-等通过。这一类膜蛋白称为离子通道，以离子通道中介的易化扩散的特点是：①速度快，（较载体中介快103倍，比主动转运快105倍）。②对转运离子具有选择性，取决于通道打开时水相孔道大小和孔道壁的带电情况。③通道的开放与关闭是受精密调控的，不是自动持续进行的。
二．主动转运（active transport）
概念：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由膜的一侧移向另一侧的过程。
原发性主动转运
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，则成为原发性主动转运（primary active transport）.
以膜对Na+、K+的主动转运为例。在各种细胞膜上普遍存在着一种Na+-K+泵的结构，简称钠泵，这是镶嵌在膜脂质双分子层中的一种特殊蛋白，它除了能逆着浓度差将细胞膜内的Na+移出膜外，同时还能把胞外K+移入膜内这种逆浓度差的主动转运，是因为它本身具有ATP酶活性。能分解ATP释放能量，并利用能量进行Na+和K+的主动转运，所以这种转运方式为原发性主动转运。
细胞膜上的钠泵活动的意义是：1）由Na+泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件；2）维持细胞正常形态；3）由Na+泵活动造成细胞内外建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞膜内外的浓度势能，这是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其他耗能过程应用。
（二）。继发性主动转运(secondary transport)
Na+泵活动形成的储备势能可用来完成其他物质逆着浓度梯度的跨膜转运，即能量间接来自ATP,这种形式的转运被称为继发性主动转运或联合（或协同）转运。
执行这种主动转运的是Na+依赖式转运体蛋白，该蛋白必须与Na+和被转运物质的分子（如葡萄糖）同时结合后，才能顺着Na+浓度梯度方向将它们逆浓度梯度转运。
三． 出胞与入胞式转运
出胞 ：是通过一个耗能过程将细胞内物质分泌到细胞外的过程。如：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。
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。人胞时，靠近团块的细胞膜向细胞内内陷，将物质团块包裹，然后在凹陷起始处的细胞膜断裂，形成一个小泡，进入细胞浆中。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)。
细胞的跨膜信号转导
一、 由离子通道介导的跨膜信号转导
目前已确定细胞膜上至少有三种类型的通道样结构来感受不同的外来刺激，通过这些离子通道的开放(或关闭)不仅决定离子本身的跨膜转运，而且还能实现信号的跨膜转导。大多数离子通道都有门，称为门控通道(gated channel)。根据控制其开放或关闭的原理不同，可将它们分为电压门控通道、机械门控通道和化学门控通道。
1．电压门控通道 (vo1tage gated channel) 主要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，有Na+，K+、Ca2+等通道。控制这类通道开放与否的因子是通道所在膜两侧的跨膜电位的改变，即在这些通道的分子结构中存在着一些对跨膜电位改变敏感的结构或亚单位，通过其构型的改变诱发通道的开、闭和离子跨膜流动的变化，把信号传到细胞内部。
2．机械门控通道(mechanically gated channel) 能感受机械刺激引起通道开放并诱发离子流动的变化，把信号传递到细胞内部的通道。如动物内耳、侧线器官的毛细胞，此外还有单细胞的鞭毛虫、大肠杆菌、螯虾的牵张感受器等都有机械门控通道。机械门控通道包括非选择性阳离子通道、Na+、K+、Ca2+等通道。
化学门控通道 (chemically gated channel) 在细胞膜的通道蛋白上，有能与某种特殊化学物质相结合的位点（受体），当化学物质与该受体特异地结合后，引起该通道的开放或关闭，完成跨膜信号传递过程。
典型代表：在肌细胞的终板膜和神经元的突触后膜中存在着一种“受体”。该“受体”本身就是离子通道的—个组成部分(图)。当膜外特定的化学信号(配体，ligand)与膜上的受体结合后通道就开放，因此属于化学门控通道或配体门控通道。因为它的激活能直接引起跨膜离子流动。故也称为通道型受体或促离子型受体。
举例
二、由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
G蛋白(GTP结合蛋白）耦联受体，是指配体—受体复合物通过与G－蛋白耦联，与细胞内特定的酶作用，产生第二信使，最后引起生理效应。G蛋白介导的跨膜信号传递的通路主要有cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。
（1）cAMP信号通路：细胞外的化学信号与兴奋性受体结合后，通过Gs（兴奋性G—蛋白）中介，激活腺苷酸环化酶，使胞浆中的ATP生成cAMP，cAMP作为第二信使，使无活性的蛋白激酶A转化为有活性的蛋白激酶A，最后产生一系列的生理效应，如基因表达、离子通道激活等。在细胞膜上还有一类G蛋白，称为抑制性G－蛋白（Gi），这种抑制性G－蛋白在化学信号与抑制性受体结合后，可以抑制腺苷酸环化酶，因而减少cAMP的生成。
（2） 磷脂酰肌醇信号通路：有些细胞外的化学信号与兴奋性受体结合后，可以通过一种称为Go的G蛋白，再激活磷脂酶C，使磷脂酰肌醇生成三磷酸酰肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）的第二信使，影响细胞内过程，完成跨膜信号传递。DG可以激活蛋白激酶C，IP3通过使内质网释放Ca2+，后者再与钙调蛋白结合，使细胞内一些酶的活性发生改变，进而改变细胞的功能。
三、由酪氨酸受体介导的跨膜信号传递
胰岛素等一些肽类激素和其他与机体发育、生长、修复、增生，甚至细胞癌变的生长因子．都是通过靶细胞表面一类称为酪氨酸激酶受体的蛋白质起作用的。酪氨酸受体只有一个跨膜α-螺旋，当位于膜外侧的较长的肽链部分同特定的化学信号结合后，可以直接引起受体肽链的膜内段激活，使之具有磷酸激酶活性，通过使自身肽链和膜内蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化，因而产生细胞内效应。
细胞的兴奋性和生物电现象
细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件
（一）可兴奋细胞兴奋性的表现
神经、肌肉等活组织或细胞对刺激有发生反应的能力,这是生理学上最早关于兴奋性的定义。那么这种兴奋性的表现是什么呢?
动物某些组织在离体情况下,也能在一定时间内维持和表现出某些生命现象.这些生命现象的表现之一是: 当这些组织受到一些外加的刺激因素(如机械、化学、温度及适当的电刺激作用时,可以应答性的出现一些特定的反应或暂时性的机能改变。
如肌肉受刺激时产生收缩,，细胞受刺激时分泌激素或消化液等等。
实际上,几乎所有的活组织或细胞都具有某种程度的对外界刺激发生反应的能力，只是反应的灵敏程度和反应的表现形式有所不同而已。在整个生物学领域(动物,植物)都有对刺激发生反应的能力—这种能力给予一个广泛性概念----应激性。而单纯对于研究机体机能的生理学科来说，则给以一个狭窄的定义----兴奋性，同时也将这些兴奋性的表现称为兴奋。
随着电生理技术的发展和实验资料的积累,使兴奋性和兴奋都有了新的含义，实验证明，各种可兴奋细胞处于兴奋状态时虽然有不同的外部表现，但它们都有一个共同的,最先出现的反应，这就是在受刺激处的组织细胞膜两侧出现一个特征性的电位变化，这就是动作电位(action potential)。
神经细胞在受刺激而兴奋时,并无其他肉眼可见的外部反应。但用灵敏的电测量仪器可以测出细胞膜表面的电位变化,即动作电位。
而肌肉收缩,腺体分泌活动等等虽然具有肉眼可见的外部表现，但实际上都是细胞膜上的动作电位进一步触发而引起的。动作电位可以沿着细胞传导扩步,使整个细胞都经历一次这样的电位变化。
所以在近代生理学中, 兴奋性:：细胞在受刺激时产生动作电位的能力。
兴奋：产生动作电位的过程。
而具有兴奋性的细胞叫做可兴奋细胞.。
（二） 、引起兴奋的刺激
组织细胞兴奋的引起: 一方面取决于组织本身的机能状态.
另一方面取决于刺激.
组织本身的机能状态因受内外各种环境因子的影响不断地发生变化，因此活组织在接受刺激而发生反应时，既可表现为兴奋状态,也可表现为抑制状态。
具有兴奋性的组织或细胞，并不是对任何刺激都能表现兴奋或出现动作电位。所谓刺激( stimulus) 泛指为细胞所处环境因素的任何改变。实验表明，任何刺激要引起组织兴奋必须具备一定的要素。
刺激的要素:
刺激：指能引起细胞兴奋的内外环境条件的变化。
刺激的种类： 机械刺激，化学刺激，温度刺激，电刺激。
电刺激包括： 直流电刺激, 感应电刺激, 矩形波(方波)电刺激.
刺激的要素： 强度, 时间, 强度—时间的变化率称为刺激的三要素.
刺激强度：欲引起组织细胞兴奋，必须使刺激达到一定强度并维持一定的时间。当刺激时间固定时，逐步增加刺激强度，强度低时,不能引起肌肉收缩，必须达到一定强度水平,才能引起组织兴奋 、收缩。
阈强度: 刚能引起组织兴奋的最低的刺激强度.(简称阈值)。
阈刺激: 达到阈强度的刺激.
高于阈强度刺激称阈上刺激，低于阈强度刺激不能引起组织细胞兴奋称阈下刺激.
顶强度: 引起兴奋最高的强度阈值。
应当指出, 只有在刺激作用于包含许多细胞的组织时才有阈强度和顶强度的区别.单个可兴奋细胞阈强度=顶强度. 因为单个可兴奋细胞对于阈强度刺激则可引起这个细胞的全部反应, 进一步增强刺激强度，也不会使细胞反应增加。也就是说达不到阈强度,细胞没有反应,若刺激达到阈强度,则会引起这个细胞的最大反应,这一现象被称为 “全或无”原理(all or none , all or nothing ).
但是,为什么一块肌肉会随着刺激强度的增加而增大呢? 这是因为一块肌肉包含着许多肌纤维(肌肉细胞),他们的兴奋性不同.阈强度的刺激可以引起很少兴奋性较高的肌纤维收缩,随着刺激强度的增加,引起收缩的纤维数目也不断增加,顶强度的刺激引起全部肌纤维收缩,所以超过顶强度的刺激也不会引起更大的反应.
刺激时间
组织兴奋不仅需要一定的刺激强度，而且需要有一定的刺激时间(时间阈值). 而且刺激时间与刺激强度之间有一定的关系. 刺激持续时间短,则强度必须加大。如果时间太短，强度相当大也不能引起组织兴奋.
如果以刺激时间为横坐标，以阈强度为纵坐标，绘一条曲线可表示阈强度与刺激时间的关系，这条曲线称为强度---时间曲线。
强度—时间曲线（b：基强度； T：时值）
从图中可以看出，每一个刺激作用时间都有相应的刺激强度, 它们的关系: 刺激时间愈长,强度愈小; 刺激时间超过了一定限度后,阈强度不会再随刺激时间增长而减小了(成为一个定数), 那么这个最小的阈强度称为基强度.无论刺激时间多长，低于基强度刺激一律无效。
用基强度的刺激引起兴奋所需要的最短刺激时间叫做效用时间。
用两倍于基强度的刺激求出最小刺激时间为时值(chronaxy).
由于时值这一点在强度—时间曲线上的位置可能正好在曲线中部曲度最明显的部分,可能较好地反映整个曲线的位置,因此它也可以作为反映组织兴奋性高低的指标。
强度对时间变化率
强度变化率(rate of change): 强度随时间而改变的速率。
没有一定的强度变化率(单位时间内强度的变化),即使刺激的作用时间和强度达到了阈值也不能引起组织兴奋。
强度变化率
I:为在△t时间内增加的强度，若△I不变, △t很小, rc很大.
若△I不变,△t增大, rc 变小.
（三） 兴奋性的指标
可兴奋性组织在不同环境条件下及不同机能状态下兴奋性会发生变化. 而且同一动物体内不同组织的兴奋性也有差别.那么衡量兴奋性高低必须有一定的指标.现在常用阈强度和时值作为组织兴奋性的指标.
1. 阈强度
兴奋性高, 阈强度↓; 反之,兴奋性低,阈强度↑.
阈强度因受刺激时间制约,所以通常选择基强度.
2. 时值
组织兴奋性高,组织对刺激的反应高,时值低.
（四） 细胞兴奋时的兴奋性变化
这里是指在细胞接受一次刺激而出现兴奋的当时和以后的一个短时间内,它们的兴奋性将经历一系列有次序的变化,然后才恢复正常,这一特性在组织或细胞接受连续刺激时,有可能会影响对后来刺激的反应能力，因而是一个重要的生理现象.
通过实验证明,这种兴奋性变化可分为四个时期:
绝对不应期
紧接兴奋之后，出现一个非常短暂的绝对不应期.兴奋性由原来水平降低到零，无论我们给予刺激的强度多大，都不能引起第二次兴奋.
绝对不应期历时短,神经细胞和骨骼肌细胞为0.3～2.0ms,心肌细胞可达200-400ms.
相对不应期
绝对不应期之后,兴奋性逐渐恢复,称为相对不应期.
兴奋性从0～85-90% ,此时必须给予大于正常阈强度的刺激才能引起神经的第二次兴奋。 持续时间大约3 ms(神经细胞)
超长期
兴奋性从80-90%～110%
此时用比正常阈值低的弱刺激,就可以引起神经冲动.
低常期 继超常期后,神经兴奋性又下降到低于正常水平,次期为低常期.兴奋性由110%～95%. 低常期为70 ms.
恢复期 兴奋性由95～100%.
二、细胞的生物电现象及其产生机制
神经在接受刺激时可以产生兴奋，实际上兴奋的过程就是产生冲动的过程。而冲动的表现是一种生物电变化，所以说神经冲动就是神经受刺激时产生的一种电位变化。
事实上，生物电变化是活组织的基本特征之一，几乎没有一种生理功能的实现不同时伴随有某些生物电变化。因此，在这一节的学习中,首先应当了解神经的生物电现象。
静息电位和动作电位
静息电位 （膜电位、跨膜静息电位）
静息电位是指细胞未受刺激时,存在于细胞膜内外两侧的电位差。
1) 测量 方法如图示.把一个灵敏的电位计的两个测量电极都放置在细胞外表面时(细胞膜外),只要细胞未受到刺激或损伤，那么细胞膜表面各点都是等电位的,电位计不发生偏移,并且在细胞膜上任意移动两个测量电极,一般都不能测出它们之间有电位差存在。
如果让微电极缓慢地推进，刺入细胞.那么在电极尖端刚刚刺入膜的瞬间,则在电位计上可显示出一个突然的电位变化，这表明细胞膜内外存在这电位差. 由于这一电位差是存在于安静细胞膜两侧的,故称为跨膜静息电位(transmembrance resting potential)或称为静息电位(resting potential )或膜电位。
2) 数值
在所有被研究过的动植物细胞中(少数植物细胞例外)，静息电位都表现为膜内较膜外为负,如规定膜外电位为零，则膜内电位为-10 ~ -100 毫伏之间,
例如: 乌贼的巨大 神经轴突和蛙的骨骼肌细胞静息电位为-50~ -70mv,
哺乳动物神经和肌肉细胞为-70 ~ -90mv.
人的红细胞为-6 ~ -10 mv.
3) 极化状态
静息电位在大多数细胞是一种稳定的直流电位(一些有自律性的心肌细胞和平滑肌细胞例外),只要细胞维持正常的新陈代谢水平而未受刺激，静息电位就稳定在某一相对固定的水平，人们把在细胞安静时膜内外电位稳定于某一数值的状态,称做极化状态；原意是指不同极性的电荷分别在膜两侧积聚,当静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时，称做超极化。相反地如果膜内电位是向负值减少的方向变化称做去极化或除极化。细胞先发生去极化,然后又向原初的极化状态恢复，则称做复极化. 如果去极化达到由原来内负外正----内正外负,这叫极性倒转或反极化。
动作电位(action potential )
可兴奋细胞在受刺激而兴奋时,在静息电位的基础上发生一次短暂的电位波动,并且这种电位波动可沿膜传播,使整个细胞膜都经历一次短暂的电位波动，这种电位波动就称为动作电位。
测量 单一神经动作电位实验模式
左边: ( S ) 电刺激器
右边: ( R ) 示波器 或灵敏电流计
波形特点: 观察单一神经纤维波形特点：
上升支(去极相) : 神经纤维受到一次短促的刺激时，膜内原负电位迅速消失,进而变成正电位。短时间内膜电位 –70~ -90 mv → 0 mv (去极化或除极)；
0 mv → +30 mv (超射)
由原来内负外正到内正外负,这样膜内外电位变化幅度为90~130 mv, 构成上升支.
下降支(负极相): 膜两侧电位倒转是暂时的,它很快恢复到受刺激前的极化状态，这就是下降支或复极相.
所以动作电位实际是在膜的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转. 在神经纤维持续约0.5 ~2.0 ms，这使它在描记图形上形成一次短促而尖锐的脉冲, 称为峰电位(spike) .
在峰电位完全恢复到静息电位之前,膜电位还要经历一些微小而缓慢的波动，这称为后电位.(包括5~30ms负后电位和更长的正后电位. 负后电位出现时细胞大约正处在前面提到的相对不应期和超长期的时间,正后电位相当于低常期)。
（二） 生物电现象产生的机理
1902年Bernstein 提出膜学说，他用细胞表面膜两侧带电离子的分布和运动来说明生物电现象，为理解生物电产生机理开创了正确途径。但此学说一直为得到实验证实。到本世纪四十年代Hodgkin用枪乌贼的巨大神经轴突进行实验才得到证实。
现已证明，细胞各种生物电现象的表现主要是由于某些带电离子在细胞膜两侧的不均衡分布，以及膜在不同情况下对这些带电离子的通透性发生改变所造成的。
静息电位和K+平衡电位
Bernstein最先提出：第一，细胞内外钾离子的不均衡分布。
第二，安静时细胞膜主要对K+有通透性，可能是细胞保持内负外正极化状态的基础。
膜内外离子分布不均衡，浓度差异大。
表2-1 骨骼肌细胞内外的离子浓度
细胞内 细胞外 细胞内/外 （单位mmol/L）
K+ 155.0 4.0 39 : 1
Na+ 12.0 145.0 1 : 12
CL- 3.8 120.0 1: 31.6
A-（蛋白离子） 155.0 __ 155 : 1
正常细胞在安静时，胞内K+ > 胞外，Na+< 胞外，离子流动趋势应该是K+趋向膜外， Na+流向膜内。如果同时流动，最后膜内外电位差相等。
膜通透性--------决定因素
现已查明：正常细胞静息时只对K+有一种特殊通道，即只对K+有通透性，
对Na+和其它正负离子通透性都很低。
因为膜内K+>膜外 K+， K+顺浓度差移向膜外，而负离子不易透出，所以 K+ 外移使膜内变负，膜外变正。但是K+移动到何时为止呢？
开始 K+外流，推动力量是膜两侧K+浓度差 > 阻碍K+外流电势能差。使K+净外流。但随着K+外流多，膜外“+”离子多，阻碍K+外移电场力增多，最后达到平衡点，使膜两侧浓度差和电势差大小相等方向相反，达到电-化平衡。此时K+不能净移动，净通量为零。
膜两侧由于已外移K+（只占原有K+极少部分）所造成的电位差，已稳定在某一数值不变，此电位差称为K+的平衡电位(Ek)。
K+的平衡电位(Ek)大小：由原初膜两侧浓度差和膜对K+通透性决定,其精确值可以根据物理化学中的Nernst公式计算出来：
细胞静息电位相当于K+的平衡电位。
[K+]o 、[K+]i 分别代表膜内外K+浓度。
动作电位和Na+离子的平衡电位
现已证实，动作电位产生与Na+移动有关。
由于膜外Na+多，而且静息时细胞内负电位，都是吸引Na+内流条件，那么只要膜允许Na+通透，Na+会迅速内流，使膜内负电位迅速减小→消失→正电位。直到膜内正电位增大到抵抗由于浓度差造成的Na+内流，产生新的电--化平衡，此时电位相当于Na+平衡电位。
说明：峰电位（Na+平衡电位）产生原因？膜内外Na+浓度差和刺激时膜对Na+通透性的改变。
动作电位负极相产生？但是Na+通透性的增加非常短暂，到达一定电位水平，Na+通透性减低，K+通透性升高，K+由于浓度差，电位差使之外移，膜内正电位水平迅速下降→0 →负电位。恢复到静息电位水平，构成动作电位的下降支（负极相）。
通透性改变的实质和离子通道的特性
决定膜通透性的基础是什么？引起通透性改变的因素又是什么昵？
近十多年来关于细胞兴奋性研究的主要进展之一，就是发现了K＋、Na十等离子的跨膜被动转运，是通过镶嵌在膜上的某些特殊的蛋白质通道来完成的，它们分别对某种离子具有选择性的通透能力，并且通道的机能状态可以迅速改变，决定离子能否通过，从而也就决定了膜对某种离子的通透性。主要通过阻断剂来探知这种通道的存在，如河豚毒可以单独阻断膜对Na十的通透，而不影响K＋的通透；四乙基铵则可单地阻断K＋通道，这说明离子通过膜与膜上某些特殊结构有关，而且说明Na十、K＋的通透不是通过同一途径进行的。
通道蛋白质最重要的特性之一，就是它们可以在一定的情况下被激活，又可在一定精况下“失活”或“关闭”，还可在一定情况下“复活”。“激活”是指通道蛋白质结构中出现了允许某种离子通过的水相孔洞，相当于通道的开放；“失活”并不仅仅是指通道的关闭，还包含了这时通道即使受了刺激也不能再开放的含义。要等“复活后才能再接受新的刺激而再次被激活。如图；
（三 ）动作电位在单一细胞或单一神经纤维的产生和传播
阈电位及动作电位的引起
动作电位或峰电位的产生是细胞兴奋的标志，它只在刺激满足一定条件,或在特定条件下刺激强度达到阈值时才能发生。单一可兴奋细胞或单一神经细胞动作电位产生的一个特点是:
只要刺激达到了阈强度，动作电位的幅度就达到了一定，不会随着刺激强度增加而增加幅度,始终保持它固有的大小和波形。
此外,动作电位一旦在受刺激部位产生后,还可沿着细胞膜自动地向周围扩布,而且扩步的范围和距离并不因原初刺激的强弱而有所不同，直到整个膜都依次兴奋并产生一次同样形式的动作电位。
这种同一细胞上动作电位的大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象称作“全或无”(all or none)现象。
2. 局部兴奋与局部电位
阈下刺激不能使膜的去极化达到阈电位水平，但也可引起少量Na+内流。这时由电刺激造成的去极化与少量Na+内流造成的去极化迭加在一起，使受刺激部位出现一个较小的去极化，称为局部反应或局部兴奋。这时的去极化电位较小，不能形成动作电位，称为局部电位（local potential）。
局部电位的特点：（1）只局限在局部，不能在膜上作远距离传播。
电紧张性扩布（见图）
（2）不具有“全或无”特性。
（3）可以总和（或迭加）。空间总和：如果在距离很近的两个部位，同时给予两个阈下刺激，它们引起的去极化可以迭加在一起，以至有可能达到阈电位水平而引发一次动作电位，称为空间总和。时间总和；如果某一部位相继接受数个阈下刺激，只要前一个刺激引起的去极化尚未消失，就可以与后面刺激引起的去极化发生迭加，这称为时间总和。
3、兴奋在同一细胞上的传导机制
单一细胞动作电位将沿整个细胞膜传导。
当单一可兴奋细胞膜上某处产生动作电位→可以传给与它相邻膜→使整个细胞膜经历一次类似于受刺激部位离子通透性改变→表现为动作电位沿整个细胞膜传导。
传导机制—局部电流学说
一条神经纤维某部位因受足够强刺激→动作电位该处电位由静息时内负外正→内正外负，但和该部位相邻接处仍处于安静时极化状态。
由于膜两侧溶液导电，于是在兴奋的神经段和未兴奋的神经段之间，将由于电位差存在而出现电荷移动→局部电流。
流动方向：正电荷 膜外未兴奋处→兴奋处， 膜内兴奋处→未兴奋处。
结果 ：未兴奋段 膜外电位降低 膜内电位升高→去极化达到阈电位水平→Na+通透性升高 →Na+内流→动作电位
所以：兴奋在同一细胞上传导实际上是膜的已兴奋部位通过局部电位刺激未兴奋部位→出现动作电位→同样进行下去。
局部电流数值相当大
因为动作电位数值很大，而且膜两侧液体导电很好，所以局部电流强度超过阈电位数倍，所以这种方式传导比较通畅。
第四节 兴奋在细胞间的传递
化学联系是细胞间联系的主要方式。神经调节的过程中，信息在一个神经元内是以电信号（即局部电流）的形式传播的，但在神经元和神经元之间以及神经元和效应器之间则以电-化-电的形式进行兴奋的传递。下面只对躯体运动神经和它们所支配的骨骼肌之间兴奋的传递作以讨论。
神经肌肉接头处的结构特点
神经一骨骼肌接头也叫运动终板，是由运动神经末梢与骨骼肌细胞膜接触形成的（图）。运动神经末梢到达肌肉细胞表面时，先失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入到肌细胞膜的小凹（褶）中，这部分轴突末梢也称为接头前膜，与其相对的肌膜是特化了的肌细胞膜，又叫终板膜或接头后膜，两者之间的间隔为接头间隙，约50 nm，其中充满细胞外液。
终板膜上有ACh受体，另外在终板膜上还分布有乙酰胆碱酯酶，它们可将ACh分解为胆碱和乙酸。轴突末梢内含有许多突触小泡，小泡内含有大量的Ach。
（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程
信息（兴奋）传递过程始于动作电位到达神经末梢（即突触前膜）时，使前膜通透性改变，开放了膜上的Ca+通道,让细胞外Ca2+进入轴突末梢膜内。进入膜内可促使大量囊泡移向轴突膜并贴附其上，然后通过出胞作用将囊泡内的乙酰胆硷（Ach）释放入接头间隙。每次动作电位大约可使200←300个囊泡释放乙酰胆硷分子达107个。当乙酰胆碱释放入接头间隙后，即扩散到终板膜（突触后膜）与其上的特殊受体相结合，这种结合引起受体蛋白质分子构型的改变。结果使终板膜对Na+、K+的通透性都有所增加，但主要是Na+通透性增加，从而导致该处Na+内流，使原有的静息电位有所减小，即引起膜发生去极化，这种去极化电位称为终板电位。
(三) 终板电位和局部电位有相似的特性：没有“全或无”的性质，其大小与神经末梢释放的乙酰胆碱的量成比例；无不应期，可表现总和现象等。终板电位也可以电紧张形式扩布，使肌细胞膜也发生去极反应，当这种去极化程度达到阈电位时，就会触发一次向整个肌细胞作“全或无”式传导的动作电位。这样就完成了神经和肌细胞之间的一次兴奋的传递。动作电位并不产生于终板膜，而只产生于和终板膜相邻接的一般肌细胞膜，这是由于在终板膜上的离子通道不具电压依从性，它们只能因化学信号作用而开放，称其为化学依从性通道或称之为化学门控式离子通道。这种通道开放的数目和由此而引起的电位变化只决定于乙酰胆碱分子数目，而一般肌细胞膜上的离子通道则是电压依从性的，在膜电位达到阈电位时开放，使Na+迅速内流，膜进一步去极化、反极化诱发动作电位产生。
（四）神经肌肉传递特点及影响因素
传递是单方向的；
兴奋通过神经肌肉接头时有时间延搁；
易受缺氧、药物的影响
1、箭毒可以和乙酰胆碱竞争终板膜上的乙酰胆碱受体，因而可以阻断神经一接头处兴奋传递。
2、一次兴奋释放出的乙酰胆碱必须迅速被清除。主要靠胆碱酯酶分解作用令其失活。有些药物如有机磷农药等对胆碱酯酶有抑制作用，从而使乙酰胆硷的大量积累而产生中毒症状。
第五节 肌肉的兴奋与收缩
一 肌细胞的结构
肌肉分为骨骼肌，心肌，平滑肌。
骨骼肌受躯体运动神经支配，它的收缩引起有关骨骼运动，可受主观意识控制。
平滑肌构成管道，腔壁，胃肠，膀胱，子宫，血管壁等，它的运动受内脏神经支配，不受主观意识支配和控制。心肌构成心脏，受内脏神经控制。虽然这三种肌肉在结构，收缩特性和控制等方面有重要的区别，但他们收缩的物理化学原理是基本一致的。
骨骼肌由大量成束的肌纤维组成（每条肌纤维就是一个肌细胞）。
肌细胞包括:膜,肌质,核.特点: 大量肌原纤维和肌管系统。
肌原纤维和肌小节 (以骨骼肌为例)
每条肌纤维都包含大量(可达上千条之多)的肌原纤维,它们平行排列,纵贯肌纤维全长，每条肌原纤维上都呈现规则的明，暗带.
平行的各肌原纤维上的明带和暗带又分布在同一水平构成横纹—横纹肌,心肌也有类似的特点。
暗带:又称A带.长度比较固定,保持1.5-1.6um.
中央有一段透明区域为H带,H带中央有一条暗线为M线.
明带: 又称I带.长度可变.
中央有一横向暗线为Z线.
肌小节: 肌原纤维上位于相邻的两条Z线之间的区域,是肌肉收缩和舒张的 最基本单位,它包含一个位于中间的暗带和两侧各1/2的明带.肌小节在不同情况下可变动于1.5-3.5um之间.
用X射线衍射发现;肌小节的明,暗带包含有更细的平行排列的丝状结构。暗带中含有的肌丝较粗，直径100A-150A 为粗肌丝,长度与暗带相同。暗带的形成是由于粗肌丝的存在，M线可能是把成束的粗肌丝限制在一定位置的某种结构。
明带中的肌丝较细,直径50-80A,为细肌丝,由Z线向两侧1.0um,游离端在肌小节长度小于3.5um时,有一段要伸入暗带,与粗肌丝交错和重叠,由两侧伸入暗带的细肌丝未相遇就形成了H带.
肌小节长度增大,细肌丝由暗带重叠区拉出，明带长度增大,H带也相应增大。
粗细肌丝相互重叠时，空间排列很规则，从肌原纤维横段面上可以看出，细肌丝排列为六边形各顶点，粗肌丝排列为三边形的三个顶点.
肌管系统 指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性束管状结构,由两组来源功能都不相同的独立系统所组成.
横管系统(T管): 走行方向与肌原纤维相垂直,是由肌细胞的表面膜向内凹入而形成的，穿行在肌原纤维中间,在Z线水平或明暗带衔接处形成环绕肌原纤维的管道,它们互相交通,管腔通过肌膜凹入处的小孔和细胞外液相通.
纵管系统(L管): 和肌小节平行,它们相当于一般细胞的内质网,古也称肌质网.主要包绕在每个肌小节的中间部分,这些相互沟通的管道在靠近两侧Z线处的横管水平时管腔膨大,称为终末池,它使纵管以教大的面积和横管向靠近.
终末池和三连小管
每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成了所谓三联小管结构,此处横管,纵管膜并不接触,尚有120 宽间隙,两管内腔并不直接沟通,而是以某种形式进行信息传递.目前普遍承认的看法是:横管系统的作用是将肌细胞兴奋时出现在细胞膜上的电位变化传入细胞内部,肌质网和终末池的作用是通过对钙离子的贮存,释放和再聚集,触发和终止肌原纤维的收缩.
三联管结构是把膜上的电变化和细胞膜内的收缩过程衔接或耦联起来的关键部位,钙离子起着细胞内信息传递物的作用.
二 骨骼肌收缩原理及控制
滑行学说: 肌肉收缩时,肌细胞内并无肌丝或它们所含的分子结构的缩短或卷曲,而只是发生了细肌丝向粗肌丝之间的滑行，即由Z线发出的细肌丝在某种力量的作用下主动向暗带中央移动，结果相邻的各Z线都互相靠近,肌小节长度变短,造成肌原纤维以至整个肌细胞和整块肌肉的收缩.
证明:肌肉收缩时,暗带长度不变,粗肌丝不变,明带长度缩短,
暗带中央的H带也缩短,所以,细肌丝也没有缩短,只是向暗带中央移动了.
进一步需要说明的问题是,肌肉收缩时什么力量促使细肌丝向粗肌丝之间滑行?怎样把这些过程与肌细胞膜兴奋过程联系起来?
肌丝分子组成和横桥运动
滑行现象的引起与组成肌丝的蛋白质的分子结构及其特性有直接关系.
粗肌丝:主要由肌凝蛋白(myosin也称肌球蛋白)所组成.一条粗肌丝含200-300个肌球蛋白分子,每个分子长1500A ,呈长杆状而在一端呈球状膨大.
组成粗肌丝时,杆状部均朝向线而聚合成束形成粗肌丝主干,球状部有规则的露在主干表面形成横桥.
肌肉安静时,横桥与主干方向垂直,分布规则,同一周径上排列两个相隔180度的横桥,隔143A的主干上再出现一对,并与前一对相夹角60度,如此有规律的反复排列,这种横桥排列方法,正好与一条粗肌丝为六条细肌丝所环绕的情况相对应.
横桥生化特性:
横桥在一定条件下可以和细肌丝上的肌纤蛋白分子呈可逆性的结合,同时出现横桥向M线方向的扭动,拖动细肌丝向暗带中央滑行,然后横桥解离,复位,再和细肌丝上另外的点结合,出现新的横桥扭动,使细肌丝继续移动.
横桥具有ATP酶作用,分解ATP获能,作为横桥做功的能源,横桥的这种酶活性只有在它和肌纤蛋白结合后才能激活.由此可见,横桥和细肌丝中的肌纤蛋白分子的结合,是引起肌丝滑行的必要条件.
横桥在什么条件下才能与肌纤蛋白结合呢?
细肌丝组成与横桥结合
细肌丝至少由三种蛋白质组成:
* 肌纤蛋白(action 也称肌动蛋白)
分子呈单体球状,在细肌丝中相互聚合成双螺旋状,成为细肌丝主干.
* 原肌凝蛋白(tropomosin)
也是一种双螺旋结构,与肌纤蛋白并行,在静息时正好处在横桥与肌纤蛋白之间,有阻碍两者结合的作用.
*肌钙蛋白(troponin,也称原凝蛋白)
不直接和肌纤蛋白分子相连接,只是以一定间隔出现于原肌凝蛋白的双螺旋构之上,肌钙蛋白含有三个亚单位.
亚蛋位C: 有一些带双负电荷的结合位点，可于肌浆中钙离子结合.
T: 可将整个肌钙蛋白分子结合于原肌凝蛋白.
I: 传递信息. C与 Ca2+结合时把信息传递给原肌凝蛋白引起 原肌凝蛋白构型改变,解除阻碍作用.
肌丝滑行基本过程
当肌浆中Ca2+↑→与肌钙蛋白C亚单位结合引起构型改变 → 传递给原肌凝蛋白改变构型,双螺旋结构扭转,除去了阻碍横桥和肌纤蛋白结合的因素 → 两者结合,摆动,解离和再结合等反复过程 →肌丝滑行,收缩。同时还伴随有ATP分解供能,完成肌肉收缩.当肌浆中Ca2+↓,肌丝恢复原位置,肌肉舒张（图）。
下面问题:在肌细胞正常功能活动中,决定肌浆中Ca2+浓度因素是什么?静息时, Ca2+在何处,从哪释放出来的?怎样被释放出?
骨骼肌兴奋收缩耦联
刺激引起收缩
1)刺激→肌细胞膜上产生一个动作电位(兴奋过程) →肌丝滑行产生肌肉收缩
↑
电变化 → 机械活动
中介过程(兴奋收缩耦联)
在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间,存在着某种中介过程将两者联系起来,这一过程就叫兴奋收缩耦联.
2) 兴奋-收缩耦联存在三个过程:
兴奋（电信号）通过横管系统传向肌细胞深部.
三联管结构处的信息传递
肌浆网对钙离子的贮存,释放和再聚集.
实验证明: 横管系统对于正常肌细胞的兴奋-收缩耦联是必要的.
当骨骼肌细胞上发生动作电位后，经过横管膜将动作电位传到细胞内部，
→ 激活T管和肌膜上的L型Ca+通道，→L型Ca+通道通过变构作用导致肌浆网膜上的Ca+通道开放，于是肌浆网内高浓度的Ca+通过易化扩散进入肌浆，到达肌丝区。→当肌钙蛋白结合了足够数量的Ca+，→构象发生改变，使原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转，→暴露出肌纤蛋白与横桥结合的位点，横桥结合到肌纤蛋白，在横桥与肌纤蛋白的结合、扭动、解离和再结合、再扭动中，使细肌丝不断向暗带中央移动，肌肉出现缩短。在横桥循环过程中由ATP提供能量
释放到肌浆中的钙离子怎样被消除?
通过钙泵作用,即Ca2+--Mg2+依赖式 ATP酶(Ca2+逆浓度由肌浆→肌质网内腔中去).
三. 肌肉收缩的外部表现
等长,等张收缩
等张收缩: 骨骼肌在收缩时张力无改变,而只是肌肉长度发生改变,这种收缩形式为等张收缩.例,肢体屈伸.
等长收缩; 骨骼肌在收缩时长度无改变,只是肌肉张力发生改变,这种收缩形式为等长收缩,例,用力握拳.
在体内的收缩活动,一般不是单纯的等长收缩或等张收缩,而是两种收缩不同程度复合.
单收缩和强直收缩
单收缩：由单刺激引起肌肉一次迅速而短暂的收缩.
单收缩分为三个时期:1.潜伏期: 从刺激开始—收缩开始这一段无明显外部表现时间，潜伏期内包括:肌纤维兴奋,动作电位传布兴奋收缩耦联过程.历时:蛙骨骼肌 1.5-2ms。
收缩期: 从肌肉开始收缩—收缩的最高峰时间,称为收缩期或缩短期.
舒张期:从收缩最高点恢复到静息电位时期,单收缩持续时间,变温动物为100-120ms
2 强直收缩
肌肉收缩反应的大小取决于刺激强度与频率.刺激强度关系:
