生理學(xué)__第一章_細(xì)胞的基本功能.ppt

第一章 細(xì)胞的基本功能,第一節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)液態(tài)鑲嵌模型 以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)分子。,第一章 細(xì)胞的基本功能,二、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,（一）被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：當(dāng)同種物質(zhì)不同濃度的兩種溶液相鄰放在一起時(shí)，溶質(zhì)的分子會(huì)順著濃度差和電位差產(chǎn)生凈流動(dòng)稱。 1. 單純擴(kuò)散：物質(zhì)的分子或離子順著電化學(xué)梯度通過細(xì)胞膜的方式，稱。如O2 和CO2。,第一章 細(xì)胞的基本功能,2. 易化擴(kuò)散：一些不溶于脂質(zhì)或溶解度很小的物質(zhì)，在膜結(jié)構(gòu)中的一些蛋白質(zhì)的幫助下，從膜的高濃度一側(cè)擴(kuò)散到低濃度的一側(cè)，稱。 以載體為中介的易化擴(kuò)散：如葡萄糖 特點(diǎn)：高度的結(jié)構(gòu)特異性； 飽和現(xiàn)象； 競(jìng)爭(zhēng)性抑制。,第一章 細(xì)胞的基本功能,由載體中介的易化擴(kuò)散,以通道為中介的易化擴(kuò)散：如Na+，K+，Ca2+等。 特點(diǎn)：速度快； 具有選擇性； 機(jī)械門控（壓力） 門控性 電壓門控（電位差） 化學(xué)門控（化學(xué)信號(hào)）,第一章 細(xì)胞的基本功能,由通道中介的易化擴(kuò)散,（二）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：指細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)分子或離子逆著電化學(xué)梯度由膜的一側(cè)移向另一側(cè)的過程。 特點(diǎn)：（1） 需載體 （2） 需能量 （3）逆濃度差,第一章 細(xì)胞的基本功能,（1）原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：所需能量由ATP直接提供。 例：鈉-鉀的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（鈉-鉀泵，簡(jiǎn)稱Na+泵）：每水解一分子ATP，便有3個(gè)Na+流出和2個(gè)K+進(jìn)入細(xì)胞。 Na+的泵出伴隨著泵的磷酸化，K+泵入是繼酶脫磷酸反應(yīng)之后的一個(gè)反應(yīng)過程。 構(gòu)象改變，親合力改變。 （2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：逆著濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)的能量間接來自ATP的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。,第一章 細(xì)胞的基本功能,鈉-鉀-ATP依賴式酶,第一章 細(xì)胞的基本功能,第一章 細(xì)胞的基本功能,（三）出胞與入胞式轉(zhuǎn)運(yùn)： 一些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊（固態(tài)或液態(tài)）能通過更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能變化通過細(xì)胞膜。包括： 1. 出胞：如內(nèi)分泌腺分泌H。 2. 入胞：如白細(xì)胞吞噬病毒。,第二節(jié) 細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),一、信息到達(dá)靶細(xì)胞的方式 1. 遠(yuǎn)距離分泌：由內(nèi)分泌腺分泌的H和其它體液性調(diào)節(jié)因子，經(jīng)血液循環(huán)到達(dá)靶細(xì)胞。 2. 突觸傳遞：由神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)，在極短的距離經(jīng)突觸間隙擴(kuò)散到突觸后神經(jīng)元或效應(yīng)器細(xì)胞膜上。 3. 旁分泌：由細(xì)胞分泌的化學(xué)物質(zhì)在細(xì)胞外液以擴(kuò)散的方式到達(dá)鄰近細(xì)胞膜上。 4. 自分泌：細(xì)胞自身分泌的物質(zhì)又作用于自身的膜上。,第一章 細(xì)胞的基本功能,細(xì)胞間信息傳遞的方式,二、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（跨膜信號(hào)傳遞）,各種形式的外界信號(hào)作用于細(xì)胞時(shí)，不需要進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)直接影響細(xì)胞內(nèi)過程，只需作用于細(xì)胞膜，通過引起細(xì)胞膜上一種或數(shù)種特異蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用，將外界環(huán)境變化的信息以一種新的信號(hào)形式傳遞到膜內(nèi)，再引起被作用細(xì)胞（即靶細(xì)胞）相應(yīng)功能的改變，包括細(xì)胞出現(xiàn)的電反應(yīng)或其它功能改變。這一過程稱。 方式有： 1. 由離子通道介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 2. 由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 3. 由酶耦聯(lián)受體完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),第三節(jié) 細(xì)胞的興奮性和生物電現(xiàn)象,一、細(xì)胞的興奮性和刺激引起興奮的條件 （一）相關(guān)概念 興奮：由相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)變?yōu)轱@著活動(dòng)狀態(tài)或由活動(dòng)弱變?yōu)榛顒?dòng)強(qiáng)的過程。 抑制：由顯著活動(dòng)狀態(tài)變?yōu)橄鄬?duì)靜止?fàn)顟B(tài)或由活動(dòng)強(qiáng)變?yōu)榛顒?dòng)弱的過程。 刺激：能被生物體感受并引起生物體發(fā)生反應(yīng)的環(huán)境變化。 興奮性：活組織或細(xì)胞對(duì)刺激發(fā)生反應(yīng)的能力。 可興奮組織或可興奮細(xì)胞：神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞和腺體細(xì)胞興奮性較高，較弱刺激也能引起反應(yīng)。,(二)神經(jīng)肌肉標(biāo)本 1刺激神經(jīng)引起組織興奮 2. 興奮沿神經(jīng)干傳導(dǎo) 3興奮從神經(jīng)到肌肉 4. 肌肉收縮,第一章 細(xì)胞的基本功能,(三)刺激引起興奮的條件,1.強(qiáng)度 閾強(qiáng)度：在一定的時(shí)間內(nèi)，引起組織興奮的最低刺激強(qiáng)度，也叫閾值，閾刺激。有閾上刺激和閾下刺激。 2. 持續(xù)時(shí)間 3. 強(qiáng)度對(duì)時(shí)間變化率,第一章 細(xì)胞的基本功能,強(qiáng)度-時(shí)間曲線： 把能夠引起興奮的不同刺激強(qiáng)度和它們相對(duì)應(yīng)的作用時(shí)間描繪在坐標(biāo)紙上得到的一條曲線，稱。,第一章 細(xì)胞的基本功能,刺激強(qiáng)度與肌肉收縮強(qiáng)度的關(guān)系,(四) 興奮性的變化,例：首先給神經(jīng)一個(gè)閾上刺激以引起神經(jīng)的興奮，然后間隔不同的時(shí)間再給第二個(gè)電刺激（檢驗(yàn)電刺激），用來檢驗(yàn)神經(jīng)興奮性的變化，即求出第二個(gè)刺激的閾強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)受刺激后興奮性的變化分為四個(gè)時(shí)期。 1絕對(duì)不應(yīng)期：興奮性 = 0 2相對(duì)不應(yīng)期：興奮性 正常 4低常期：興奮性 正常,第一章 細(xì)胞的基本功能,第一章 細(xì)胞的基本功能,二、細(xì)胞的生物電現(xiàn)象及其產(chǎn)生機(jī)制,1.靜息電位（resting potential, R.P.） 概念：細(xì)胞在未受刺激處于靜息狀態(tài)時(shí)，膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（呈膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)）稱或跨膜靜息電位。 R.P.為內(nèi)負(fù)外正，如規(guī)定膜外為 0 ，則膜內(nèi)就是負(fù)值。神經(jīng)細(xì)胞約-70mV，骨骼肌細(xì)胞約-90mV，紅細(xì)胞約-10mV。,第一章 細(xì)胞的基本功能,第一章 細(xì)胞的基本功能,產(chǎn)生機(jī)制膜內(nèi)外離子分布的不同狀況，是膜電位產(chǎn)生的決定因素。 a：膜內(nèi)外離子分布不同：K+內(nèi) K+外=20-50倍，A-內(nèi)A-外=10倍， Na+外Na+內(nèi)=5-14倍，Cl-外Cl-內(nèi)=4-25倍 b：膜對(duì)K+有通透性： K+順濃度差向膜外擴(kuò)散。 c：膜內(nèi)外K+濃度差（K+外流動(dòng)力）與電位差（K+外流阻力）達(dá)平衡時(shí)，K+跨膜凈轉(zhuǎn)運(yùn)等于0，膜內(nèi)外電位動(dòng)態(tài)穩(wěn)定于一定水平，即形成R.P.。 R.P.實(shí)質(zhì)上是K+外流的跨膜電位（or稱K+的平衡電位）,第一章 細(xì)胞的基本功能,槍烏賊巨大軸突及脊椎動(dòng)物神經(jīng)元的跨膜濃度及平衡電位,2.動(dòng)作電位（action potential, A.P.) 是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。,概念：當(dāng)神經(jīng)或肌肉細(xì)胞受一次短促的閾刺激或閾上刺激而發(fā)生興奮，細(xì)胞膜在靜息電位的基礎(chǔ)上會(huì)發(fā)生一次迅速而短暫的、可向周圍擴(kuò)布的電位波動(dòng)，稱。包括三個(gè)基本過程： a.去極化 b.反極化 c.復(fù)極化 產(chǎn)生機(jī)制實(shí)質(zhì)上是 Na+的跨膜電位。 a.當(dāng)細(xì)胞受刺激而興奮時(shí)膜對(duì)Na+的通透性突然增大 Na+迅速內(nèi)流去極化和反極化。 b.膜對(duì) K+通透性增大 K+外流復(fù)極化。,動(dòng)作電位的形成及其記錄方法,三、閾電位和興奮在同一個(gè)細(xì)胞上的傳導(dǎo),1.閾電位：能進(jìn)一步誘發(fā)動(dòng)作電位去極化的臨界值，稱。閾電位是可興奮細(xì)胞的一項(xiàng)重要功能指標(biāo)，一般比正常靜息電位低10-15mv。 2局部興奮和局部電位（自學(xué)）,第一章 細(xì)胞的基本功能,3.興奮在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo) （1）局部電流傳導(dǎo)：興奮部位與靜息部位存在電位差局部電流刺激鄰近的靜息部位，使膜去極化，這種去極化足以達(dá)到閾電位水平引發(fā)新的A.P.。 動(dòng)作電位沿神經(jīng)纖維（細(xì)胞）的傳導(dǎo)就是神經(jīng)沖動(dòng)。 （2）跳躍式傳導(dǎo)：有髓鞘的神經(jīng)纖維，因髓鞘的脂質(zhì)不導(dǎo)電或不允許帶電離子通過，只有在髓鞘暫時(shí)中斷的朗飛氏結(jié)傳導(dǎo)，使興奮以跳躍的方式向前傳導(dǎo)。,第一章 細(xì)胞的基本功能,動(dòng)作電位在神經(jīng)纖維上的傳導(dǎo),第一章 細(xì)胞的基本功能,神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)模式圖,第一章 細(xì)胞的基本功能,第四節(jié) 興奮在細(xì)胞間的傳遞,一經(jīng)典的突觸（化學(xué)突觸）傳遞 （一）突觸微細(xì)結(jié)構(gòu)：突觸前膜、突觸間隙、突觸后膜。 （二）經(jīng)典的突觸傳遞過程 是一個(gè)電 - 化學(xué) - 電的過程。,第一章 細(xì)胞的基本功能,突觸前過程 神經(jīng)沖動(dòng)突觸前膜前膜去極化 Ca2+通道開放(Ca2+從間隙進(jìn)入膜內(nèi)）突觸小泡與突觸前膜接觸、融合及破裂神經(jīng)遞質(zhì)釋放。,第一章 細(xì)胞的基本功能,突觸后過程 神經(jīng)遞質(zhì)間隙擴(kuò)散突觸后膜，作用于后膜上的特異受體或化學(xué)門控通道后膜上某些離子通道通透性發(fā)生改變 一定程度的去極化和超級(jí)化。 突觸后膜上的電位變化稱突觸后電位，有興奮性突觸后電位和抑制性突觸后電位兩種。,第一章 細(xì)胞的基本功能,二接頭傳遞神經(jīng)-肌肉間的興奮傳遞 （一）神經(jīng)-肌肉接頭：也叫運(yùn)動(dòng)終板，是由運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢與骨骼肌細(xì)胞膜接觸形成的。每條運(yùn)動(dòng)神經(jīng)纖維分出數(shù)十至數(shù)百支，每一分支支配一條肌纖維，神經(jīng)纖維末端失去髓鞘嵌入到肌細(xì)胞膜上形成運(yùn)動(dòng)終板。,第一章 細(xì)胞的基本功能,（二）神經(jīng)-肌肉的興奮傳遞,1. 神經(jīng)沖動(dòng)末梢軸膜去極化 Ca2+通透性 （內(nèi)流）囊泡破裂釋放Ach 接頭間隙。 2.Ach擴(kuò)散與終板膜受體結(jié)合終板膜的離子通透性發(fā)生變化（Na+內(nèi)流去極化，K+外流） 產(chǎn)生終板電位。 3. Ach釋放量增加 終板電位增大 鄰近肌膜去極化達(dá)閾電位肌細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位。（總和） 4. 終板膜上的膽堿酯酶使Ach迅速水解成乙酸和膽堿而失去作用。 例 ： 有機(jī)磷農(nóng)藥中毒,第一章 細(xì)胞的基本功能,乙酰膽堿突觸的遞質(zhì)化學(xué)元素,（三）經(jīng)典突觸傳遞與神經(jīng)-骨骼肌接頭傳遞的特點(diǎn),單方向性 有時(shí)間延遲（突觸延擱-0.3-0.5ms） 易受環(huán)境因素和藥物的影響 易疲勞性 三神經(jīng)-平滑肌和神經(jīng)-心肌接頭傳遞(自學(xué)),第一章 細(xì)胞的基本功能,四電突觸,結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是細(xì)胞間的縫隙連接，借助電流為媒介傳遞信息。神經(jīng)沖動(dòng)可以由一個(gè)細(xì)胞直接傳給下一個(gè)細(xì)胞，幾乎沒有潛伏期，雙向的，傳遞速度快，不易受外界因素的影響和改變。,第一章 細(xì)胞的基本功能,電突觸及縫隙連接通道示意圖,第五節(jié) 肌細(xì)胞的收縮機(jī)理,一骨骼肌細(xì)胞超微結(jié)構(gòu) 骨胳肌細(xì)胞也叫肌纖維，肌纖維外有肌膜，內(nèi)有肌漿、細(xì)胞器，以及豐富的肌紅蛋白和肌原纖維。與收縮有關(guān)的是肌原纖維和管道系統(tǒng)。,第一章 細(xì)胞的基本功能,（一）肌原纖維：每?jī)蓷lZ線之間的部分，叫肌節(jié)，由A帶和兩側(cè)各1/2I帶組成。 肌節(jié)是骨骼肌收縮的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。,第一章 細(xì)胞的基本功能,1. 肌凝蛋白（肌球蛋白） 橫橋特性： 一定條件下，可與細(xì)肌絲中的肌纖蛋白發(fā)生可逆結(jié)合，并隨之發(fā)生構(gòu)型改變。 與肌動(dòng)蛋白結(jié)合后，可被激活而具有ATP酶活性，能分解ATP供能。,第一章 細(xì)胞的基本功能,粗肌絲結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 細(xì)胞的基本功能,2. 肌纖蛋白（肌動(dòng)蛋白） 3. 原肌凝蛋白（原肌球蛋白） 4. 肌鈣蛋白:由T,C,I三個(gè)亞單位組成的復(fù)合體。 肌動(dòng)蛋白直接參與收縮，與肌球蛋白均被稱為收縮蛋白，原肌球蛋白和肌鈣蛋白對(duì)收縮蛋白活動(dòng)有調(diào)節(jié)作用，合稱調(diào)節(jié)蛋白。 （二）肌管系統(tǒng)：包括橫管和縱管系統(tǒng)（肌漿網(wǎng)）,第一章 細(xì)胞的基本功能,第一章 細(xì)胞的基本功能,（一）肌絲滑行理論（滑行學(xué)說） 肌纖維收縮時(shí)，肌節(jié)的縮短不是因?yàn)榧∥⒔z本身的長(zhǎng)度有所改變，而是由于兩種穿插排列的肌微絲之間發(fā)生滑行運(yùn)動(dòng)，結(jié)果使I帶縮短，H帶變窄，Z線被牽引向A帶靠攏，于是肌纖維的長(zhǎng)度縮短。 需Ca2+參與，Ca2+，肌纖維收縮，Ca2+，肌纖維舒張。,二骨骼肌的收縮原理和興奮收縮耦聯(lián),第一章 細(xì)胞的基本功能,（二）興奮-收縮耦聯(lián) 以膜電位的變化為特征的興奮過程與肌絲滑行為基礎(chǔ)的收縮活動(dòng)之間，存在某種中介過程將兩者聯(lián)系起來，這一過程稱為骨胳肌的興奮-收縮耦聯(lián)，耦聯(lián)因子是Ca2+。,三肌肉收縮的外部表現(xiàn) （一）單收縮：肌肉受到單個(gè)刺激就產(chǎn)生一次收縮，稱，包括： 潛伏期 縮短期 舒張期,單收縮曲線 1-2潛伏期，2-3收縮期，3-4舒張期,第一章 細(xì)胞的基本功能,（二）等張收縮和等長(zhǎng)收縮 1.等張收縮：肌肉收縮時(shí)長(zhǎng)度發(fā)生變化而張力不變的，稱。肌肉長(zhǎng)度變化可完成各種運(yùn)動(dòng)，如關(guān)節(jié)伸屈。 2.等長(zhǎng)收縮：肌肉收縮時(shí)張力發(fā)生變化而長(zhǎng)度不變的，稱。肌肉張力變化可以負(fù)荷一定的重量，如提水，舉重。,第一章 細(xì)胞的基本功能,（三）強(qiáng)直收縮 機(jī)體來自運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的沖動(dòng)或刺激的頻率增加到一定數(shù)值時(shí)，使許多單收縮融合在一起，肌肉持續(xù)處于收縮狀態(tài)。,第一章 細(xì)胞的基本功能,第六節(jié) 動(dòng)物的放電,電魚：具有一個(gè)能放電的器官的魚類，如電鯰，電鰩，電鰻。 電魚的電器官大多分布于頭部，尾部，背部或胸鰭與頭部之間的體側(cè)部的皮下。 一、電器官的一般結(jié)構(gòu)和神經(jīng)支配 構(gòu)成電器官的基本單位是電細(xì)胞，由肌細(xì)胞演變而來，也叫電板。,第一章 細(xì)胞的基本功能,電鰻 電鰩,第一章 細(xì)胞的基本功能,二、電器官放電原理,電細(xì)胞也是放電的基本單位。 例（電鰻） ： 靜息時(shí)，R.P.約-90mv，有神經(jīng)和無神經(jīng)面電位相等。 活動(dòng)時(shí)，有神經(jīng)的一面發(fā)生去極化直至反極化，最終膜電位可達(dá)60 mv，而無神經(jīng)一面沒有變化，出現(xiàn)約150 mv的電位差，每一個(gè)電細(xì)胞就成為一個(gè)小電池。 單個(gè)電細(xì)胞產(chǎn)生的A.P.只有幾十-幾百mv，但在電細(xì)胞柱中，電細(xì)胞是串聯(lián)的，電細(xì)胞柱兩端的電壓等于各電細(xì)胞電位差的總和，電鰻的每一個(gè)電細(xì)胞柱約有6000個(gè)電細(xì)胞，如每個(gè)電細(xì)胞產(chǎn)生100 mv的電壓，整個(gè)電細(xì)胞柱的電壓高達(dá)600 v，成為巨大的電擊。,第一章 細(xì)胞的基本功能,三、電器官放電的生物學(xué)意義,1. 強(qiáng)電魚主要用于獵食，攻擊和防衛(wèi)；弱電魚以電定位作用探測(cè)水下目標(biāo)，進(jìn)行水下通訊。 2.辨別種群（不同魚類，甚至同種魚不同個(gè)體放電的頻率和波形不同） 3. 生殖季節(jié)雌雄間對(duì)答，發(fā)放定型的電脈沖串，對(duì)招引異性，促進(jìn)排卵，排精起著很重要作用。,第一章 細(xì)胞的基本功能,第七節(jié) 細(xì)胞周期與程序性死亡,一. 細(xì)胞周期(cell cycle) 從親代細(xì)胞分裂結(jié)束到子代細(xì)胞分裂結(jié)束之間的間隔時(shí)間。 1. 有絲分裂過程 2. 細(xì)胞生長(zhǎng)期,第一章 細(xì)胞的基本功能,二細(xì)胞程序性死亡維持機(jī)體的穩(wěn)態(tài) 1.概念：生物個(gè)體在生長(zhǎng)發(fā)育過程中不斷發(fā)生的細(xì)胞生理性死亡，稱- （programmed cell death, PC