細(xì)胞的基本功能.doc

昆明醫(yī)科大學(xué)第二章 細(xì)胞的基本功能第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能（一）被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（Passive transport）：順濃度差或電位差進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，其能量是來源于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的濃度差和電位差所釋放出的勢能，而不需要額外供能。1. 單純擴(kuò)散（simple diffusion）(1)概念：脂溶性或脂溶性較高的物質(zhì)，通過擴(kuò)散，由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)動(dòng)，稱單純擴(kuò)散。(2)特點(diǎn):擴(kuò)散速率高無飽和性不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助”不耗能(3)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)：O2、CO2、NH3 、尿素、乙醇、苯、甘油等。注：膜對(duì)H2O具高度通透性，H2O除單純擴(kuò)散外，還可通過水通道跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。2.易化擴(kuò)散(facilitated diffusion)(1)概念: 一些非脂溶性或脂溶性較小的物質(zhì),需特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助”下,由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。(2)分類:通道轉(zhuǎn)運(yùn)：以通道為中介的易化擴(kuò)散各種帶電離子在通道蛋白的介導(dǎo)下，順電化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。與離子的易化擴(kuò)散有關(guān)，推測在蛋白質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)了一條貫穿膜內(nèi)外的水相孔道。大部分通道的開放與關(guān)閉是由閥門控制的，稱門控機(jī)制。特點(diǎn)：轉(zhuǎn)運(yùn)速度快；具有離子選擇性；具有門控特性。A化學(xué)門控通道：也稱配體門控離子通道，是兼具通道和受體功能的蛋白質(zhì)分子。B電壓門控通道：具有對(duì)膜電位敏感的帶電感受區(qū)，通常在細(xì)胞膜去極化時(shí)發(fā)生移動(dòng)，引起分子構(gòu)象變化和閘門開放。C機(jī)械門控通道：是一類對(duì)牽張刺激敏感的離子通道。D非門控通道：持續(xù)開放。如：鉀-鈉漏通道、縫隙連接通道等。載體轉(zhuǎn)運(yùn)：以載體為中介的易化擴(kuò)散一些小分子親水性物質(zhì)經(jīng)載體蛋白的介導(dǎo)，順濃度梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。與小分子的有機(jī)物如葡萄糖、氨基酸等轉(zhuǎn)運(yùn)有關(guān)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特異性；飽和性；競爭性抑制。（二）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（active transport）：某些物質(zhì)在膜蛋白的幫助下，由細(xì)胞代謝提供能量而實(shí)現(xiàn)逆電-化學(xué)梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。1. 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（1）概念：細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量，逆電-化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。（2）轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)：通常是帶電離子Na+-K+泵（Sodium-potassium Pump）化學(xué)本質(zhì)和功能特點(diǎn)：是Na+-K+依賴式ATP酶，當(dāng)細(xì)胞膜內(nèi)Na+和膜外K+濃度升高時(shí)泵激活耦聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)Na+和K+，每分解1分子ATP，移出3個(gè)Na+至細(xì)胞外，2個(gè)K+移入細(xì)胞內(nèi)逆電-化學(xué)梯度轉(zhuǎn)運(yùn)，消耗能量哇巴因抑制其作用。生理意義：造成細(xì)胞內(nèi)高鉀，胞內(nèi)許多代謝反應(yīng)必需；維持胞質(zhì)滲透壓和細(xì)胞容積的相對(duì)穩(wěn)定；造成膜內(nèi)外Na+和K+濃度差，是細(xì)胞生物電產(chǎn)生的前提；Na+泵活動(dòng)建立的膜內(nèi)外Na+濃度梯度為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)提供勢能儲(chǔ)備；Na+泵活動(dòng)具有生電效應(yīng)，可直接影響膜電位。2.繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（secondary active transport）概念：伴Na+的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)而進(jìn)行的另一物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)，即間接利用ATP能量的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)：葡萄糖、氨基酸等類型：同向轉(zhuǎn)運(yùn)（symport）：被轉(zhuǎn)運(yùn)的離子或分子向同一方向轉(zhuǎn)運(yùn)。（溶質(zhì)與Na+同向）反向轉(zhuǎn)運(yùn)（antiport）：被轉(zhuǎn)運(yùn)的離子或分子向相反方向轉(zhuǎn)運(yùn)。（溶質(zhì)與Na+反向）生理功能：a.腸道和腎小管上皮細(xì)胞對(duì)葡萄糖和氨基酸的吸收b.單胺類和肽類神經(jīng)遞質(zhì)的再攝取c.甲狀腺細(xì)胞的聚碘作用d.心肌細(xì)胞的Na+-Ca2+交換e.腎小管升支粗段Na+-K+-Cl-（三）入胞和胞吐入胞:指細(xì)胞外的大分子物質(zhì)或團(tuán)塊進(jìn)入細(xì)胞的過程，包括吞噬和胞飲。出胞:細(xì)胞內(nèi)大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過程。包括持續(xù)性胞吐和調(diào)節(jié)性胞吐。第二節(jié) 細(xì)胞膜的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第三節(jié) 細(xì)胞的生物電活動(dòng)生物電（bioelectricity)：一切活組織的細(xì)胞，不論在安靜狀態(tài)還是在活動(dòng)過程中均表現(xiàn)有電的變化，這種電的變化是伴隨著細(xì)胞生命活動(dòng)出現(xiàn)的，稱之為生物電。膜電位（membrane potential）：因電位差存在于膜的兩側(cè)所以又稱為膜電位。一、靜息電位(resting potential, RP)（一）靜息電位的記錄和電位值定義：靜息時(shí)，細(xì)胞膜兩側(cè)存在著穩(wěn)定的，外正內(nèi)負(fù)的電位差。特點(diǎn)：負(fù)電位，-10到-100mV；通常為平穩(wěn)的直流電位。性質(zhì)：外正內(nèi)負(fù), 范圍10到100mV骨骼肌 -90mV、神經(jīng)細(xì)胞-70mV和生物電相關(guān)的幾個(gè)概念 極化：把靜息電位時(shí)膜兩側(cè)所保持的內(nèi)負(fù)外正的穩(wěn)定狀態(tài)。超極化：靜息電位增大即細(xì)胞內(nèi)負(fù)值增大的過程或狀態(tài)。去極化：靜息電位減小即細(xì)胞內(nèi)負(fù)值減小的過程或狀態(tài)。去極化高于零電位以上的部分稱為超射，此時(shí)膜兩側(cè)電位呈“內(nèi)正外負(fù)”的反極化狀態(tài)，細(xì)胞膜去極化后再向靜息電位方向恢復(fù)的過程稱為復(fù)極化。（二）靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制 1.細(xì)胞膜兩側(cè)離子的濃度差與平衡電位：要在膜兩側(cè)形成電位差，必須具備兩個(gè)條件：膜兩側(cè)的離子分布不均，存在濃度差；對(duì)離子有選擇性通透的膜。膜兩側(cè)K+差是促使K+擴(kuò)散的動(dòng)力，但隨著K+的不斷擴(kuò)散，膜兩側(cè)不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴(kuò)散的阻力，當(dāng)動(dòng)力和阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，K+的凈擴(kuò)散通量為零膜兩側(cè)的平衡電位。2.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- 而在靜息時(shí)，細(xì)胞膜主要對(duì)K+通透。3. Na+泵的生電作用。二、動(dòng)作電位（action potential）（一）動(dòng)作電位的記錄和特征1.定義：可興奮細(xì)胞受到一個(gè)有效刺激時(shí)膜電位在靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生迅速、可逆、可遠(yuǎn)距離傳播的電位波動(dòng)。2.特點(diǎn)：“全或無”（閾刺激引發(fā)，具相同幅值）；不衰減擴(kuò)布；不發(fā)生融合。與AP相關(guān)的概念:極化:以膜為界，外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)。去極化:膜內(nèi)外電位差向小于RP值的方向變化的過程。超極化:膜內(nèi)外電位差向大于RP值的方向變化的過程。復(fù)極化:去極化后再向極化狀態(tài)恢復(fù)的過程。反極化:細(xì)胞膜由外正內(nèi)負(fù)的極化狀態(tài)變?yōu)閮?nèi)正外負(fù)的極性反轉(zhuǎn)過程。閾電位:引發(fā)AP的臨界膜電位數(shù)值。局部電位:低于閾電位的去極化電位。后電位：鋒電位下降支最后恢復(fù)到RP水平以前，一種時(shí)間較長、波動(dòng)較小的電位變化過程。（二）動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制1.細(xì)胞受到有效刺激，膜去極化達(dá)到閾電位時(shí)，引起電壓門控Na+通道開放（激活），Na+順電-化學(xué)梯度呈再生性內(nèi)流，直至膜內(nèi)正電位接近Na+平衡電位。2.Na+通道的迅速失活及電壓門控K+通道的開放，是動(dòng)作電位復(fù)極化的主要原因。3.Na+-K+泵的活動(dòng)，使Na+、K+重新回到原來的分布狀態(tài)。結(jié)論：AP的上升支由Na內(nèi)流形成，下降支是K外流形成的，后電位是NaK泵活動(dòng)引起的。AP的產(chǎn)生是不消耗能量的，AP的恢復(fù)是消耗能量的（NaK泵的活動(dòng)）。AP=Na的平衡電位。負(fù)后電位：復(fù)極時(shí)快速外流的K+蓄積在膜外側(cè)暫時(shí)阻礙K+外流。正后電位：生電性鈉泵活動(dòng)。（三）動(dòng)作電位的引起關(guān)鍵：適當(dāng)?shù)拇碳?一定程度的去極化閾電位（threshold potential）：使某種離子通道大量激活，形成膜的去極化和該通道開放之間的再生性循環(huán)的臨界膜電位。作用是引起鈉通道開放的再生性循環(huán)。（四）可興奮細(xì)胞和興奮性周期性變化1.絕對(duì)不應(yīng)期（absolute refactory period）：可興奮組織受到一次刺激而發(fā)生興奮后的較短時(shí)間內(nèi)，它無論再次受到多強(qiáng)的刺激，也不能產(chǎn)生動(dòng)作電位。組織興奮性為零。相當(dāng)于神經(jīng)細(xì)胞鋒電位的持續(xù)時(shí)間。Na+通道失活。2.相對(duì)不應(yīng)期（relative refactory period）：在絕對(duì)不應(yīng)期后的一段時(shí)間內(nèi)，高于閾強(qiáng)度的再次刺激能夠引起組織產(chǎn)生動(dòng)作電位。組織興奮性低于正常水平。失活Na+通道開始恢復(fù)。3. 超常期（supernormal period）：相對(duì)不應(yīng)期后，閾下刺激即可引起組織細(xì)胞再次興奮。組織興奮性高于正常。Na+通道基本復(fù)活，膜電位的絕對(duì)值小于靜息電位。相當(dāng)于負(fù)后電位持續(xù)時(shí)間。4低常期（subnormal peroid）在超常期之后的較長時(shí)間內(nèi)，閾上刺激方可引起組織細(xì)胞再次產(chǎn)生動(dòng)作電位。組織興奮性低于正常。Na+通道完全恢復(fù)，膜電位的絕對(duì)值大于靜息電位。相當(dāng)于正后電位持續(xù)時(shí)間。三、局部電位（local potential)1.概念：把閾下外向電流刺激時(shí)產(chǎn)生的電緊張電位和由少量Na+通道開放產(chǎn)生的電位變化疊加在一起的去極化電位稱局部反應(yīng)。2.特點(diǎn)：不具有“全或無”的現(xiàn)象；電緊張方式擴(kuò)布；具有總和效應(yīng)，可發(fā)生空間性總和、時(shí)間性總和。第四節(jié)肌細(xì)胞的收縮功能一、神經(jīng)骨骼肌接頭處興奮的傳遞（一）神經(jīng)肌接頭（二）神經(jīng)肌肉接頭的興奮傳遞過程運(yùn)動(dòng)神經(jīng)興奮 AP傳到神經(jīng)末梢 軸突膜上Ca2+通道開放 Ca2+進(jìn)入接頭前膜 使囊泡移向接頭前膜，并與之融合200300個(gè)囊泡釋放約107個(gè)Ach Ach與終板膜上N2受體結(jié)合引起化學(xué)依從性Na+通道開放 終板膜對(duì)Na+、K+等（以Na+為主）通透性增大 Na+內(nèi)流 終板電位 電壓依從性Na+通道開放 AP 膽堿酯酶水解Ach（三）神經(jīng) -肌肉接頭興奮傳遞的特征1.單向性傳遞2.1對(duì)1傳遞3.興奮傳遞有一定的時(shí)間延擱。4.易受藥物和其他環(huán)境因素的影響。（四）影響神經(jīng)肌接頭傳遞的因素美洲箭毒和-銀環(huán)蛇毒可與Ach競爭受體，有肌松劑的作用。有機(jī)磷農(nóng)藥和新斯的明選擇性抑制膽堿酯酶，引起種種中毒癥狀。二、肌肉收縮機(jī)能（一）肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)（二）骨骼肌的收縮機(jī)制肌絲滑行學(xué)說：肌細(xì)胞的收縮是通過細(xì)肌絲向粗肌絲內(nèi)滑動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，肌細(xì)胞無論收縮還是舒張，肌絲的長度保持不變。1、肌絲的分子組成粗肌絲：肌凝蛋白。細(xì)肌絲：肌纖蛋白（AT）、肌鈣蛋白（TN）、原肌凝蛋白（TM）、收縮蛋白調(diào)節(jié)蛋白粗肌絲：桿狀部：呈束狀排列，朝向MM線，形成粗肌絲的主干；橫橋：與主干垂直，伸出粗肌絲表面6nm，分布位置有嚴(yán)格的規(guī)律：1同一水平周徑上只有兩個(gè)相隔180的橫橋伸出2與此周徑相隔14.3nm和28.6nm處各有一對(duì)相隔的橫橋出現(xiàn)。 1、2、3對(duì)橫橋間各有60夾角。3每一粗肌絲分別與 6條細(xì)肌絲相對(duì)。橫橋的作用 :1可與肌纖蛋白可逆結(jié)合。通過橫橋連續(xù)的向M線方向扭動(dòng)，牽拉細(xì)肌絲向暗帶中央滑行。2具有ATP酶的作用。細(xì)肌絲：肌纖蛋白：單體呈球形，聚合成雙螺旋結(jié)構(gòu)，是細(xì)肌絲的主干，橫橋結(jié)合位點(diǎn)。原肌凝蛋白肌