生理學(xué)：第02章 細(xì)胞的基本功能

1、第二章 細(xì)胞的基本功能,學(xué)習(xí)目標(biāo)：,1掌握細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式，靜息電位和動作電位的概念及產(chǎn)生機制，閾電位的概念，骨骼肌興奮-收縮耦聯(lián)的概念及耦聯(lián)因子。 2熟悉受體的概念及功能，骨骼肌興奮-收縮耦聯(lián)的過程，動作電位的傳導(dǎo)。 3了解細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能，局部電位的特點，骨骼肌的收縮原理，骨骼肌的收縮形式及影響因素。 4能運用本章所學(xué)基本知識，解釋相關(guān)臨床應(yīng)用及原理（如心電圖、腦電圖、細(xì)胞水腫），并能進行相關(guān)的健康教育及健康指導(dǎo)。 5具有救死扶傷的責(zé)任感，刻苦鉆研，深刻理解細(xì)胞活動的過程和機制。,第一節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,一、小分子物質(zhì)和離子的跨膜轉(zhuǎn)運 (一)被動轉(zhuǎn)運 1單純擴散 2易化擴散

2、 （1）經(jīng)載體易化擴散 （2）經(jīng)通道易化擴散 (二)主動轉(zhuǎn)運 1. 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 2. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,二、大分子物質(zhì)和顆粒物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運 (一) 入胞 1. 吞噬 2. 吞飲 3. 受體介導(dǎo)式入胞 (二) 出胞,(一)被動轉(zhuǎn)運,概念：是指物質(zhì)從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)（順濃度差）的跨膜轉(zhuǎn)運形式，轉(zhuǎn)運過程不需要細(xì)胞代謝提供能量，其動力為細(xì)胞膜兩側(cè)存在的濃度差(或電位差)。,根據(jù)其跨膜轉(zhuǎn)運過程中是否需要細(xì)胞膜中特殊蛋白質(zhì)的幫助，被動轉(zhuǎn)運可分為兩類： 1單純擴散 2易化擴散,1單純擴散,概念：是指脂溶性小分子物質(zhì)從高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程，是一種簡單的物理擴散。 方向：高濃度低濃度 動力：

3、濃度差 轉(zhuǎn)運的物質(zhì)： O2、CO2、 N2等。,O2,O2,膜外,膜內(nèi),2易化擴散,概念：是指非脂溶性小分子物質(zhì)或離子，在細(xì)胞膜中一些特殊蛋白質(zhì)的協(xié)助下，由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程。 方向：高濃度低濃度 據(jù)膜蛋白質(zhì)的功能不同，可分為： 1)以載體為中介的易化擴散 2)以通道為中介的易化擴散,1)以載體為中介的易化擴散,蛋白質(zhì)類型:載體-與被轉(zhuǎn)運物質(zhì)結(jié)合,發(fā)生構(gòu)象改變 轉(zhuǎn)運物質(zhì)舉例: 葡萄糖 、氨基酸和中間代謝產(chǎn)物的進出細(xì)胞 特征： 高度的特異性 飽和現(xiàn)象 競爭性抑制,2)以通道為中介的易化擴散,蛋白質(zhì)類型:通道-帶有閘門裝置的一條管道，開放時具有轉(zhuǎn)運功能，具有離子選擇性。 轉(zhuǎn)運物質(zhì)

4、舉例: 帶電離子，如Na+、 K+、 Ca2+、Cl-等。 根據(jù)引起閘門開閉的原因不同，通道分成不同的類型： 化學(xué)門控通道 電壓門控通道 機械門控通道,(二)主動轉(zhuǎn)運,概念：是指細(xì)胞膜通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子從細(xì)胞膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程。,根據(jù)是否直接利用分解ATP的能量，可分為： 1原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 2繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,1原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,概念：細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將物質(zhì)逆濃度差和（或）電位差進行跨膜轉(zhuǎn)運的過程。 方向：低高 介導(dǎo)蛋白質(zhì)：離子泵 舉例：鈉泵、質(zhì)子泵、鈣泵等。,N+-K+依賴式-ATP酶,過程： 當(dāng)Na+i/ K+o被激活 ATP分解能量 2

5、K+i;3 Na+o,生理意義： 造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進行的必需條件； 造成的膜內(nèi)外K+、Na+的濃度差，是神經(jīng)、肌肉等可興奮細(xì)胞產(chǎn)生電活動，維持細(xì)胞興奮性的基礎(chǔ)； 形成的Na+勢能貯備，也是其它物質(zhì)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的動力。,胞外,胞內(nèi),Na+-K+依賴式-ATP酶,2. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,概念：間接利用ATP能量的主動轉(zhuǎn)運過程稱為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。 方向：低高 介導(dǎo)蛋白質(zhì)：轉(zhuǎn)運蛋白 分類：同向轉(zhuǎn)運 逆向轉(zhuǎn)運,(一) 入胞,概念：是指細(xì)胞外的大分子物質(zhì)或顆粒物質(zhì)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞內(nèi)的過程。 如白細(xì)胞吞噬細(xì)菌等 1. 吞噬 2. 吞飲,1. 吞噬 顆粒物質(zhì)或團塊進入細(xì)胞的過程。如單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞

6、和中性粒細(xì)胞等，防御微生物的入侵，清除衰老和死亡的細(xì)胞。 2. 吞飲 大分子液態(tài)物質(zhì)進入細(xì)胞的過程。幾乎出現(xiàn)于所有的細(xì)胞。 受體介導(dǎo)式入胞 通過被轉(zhuǎn)運物質(zhì)與細(xì)胞膜表面的特殊受體蛋白質(zhì)相互作用而引起的入胞現(xiàn)象。胰島素、某些細(xì)菌毒素等進入細(xì)胞。,(一) 入胞,(二) 出胞,大分子物質(zhì)或顆粒物質(zhì)通過細(xì)胞膜的運動從細(xì)胞內(nèi)排到細(xì)胞外的過程稱為出胞。 見于激素分泌、神經(jīng)遞質(zhì)釋放等。,來源于醫(yī)學(xué)教學(xué)素材庫,第二節(jié) 細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,一、離子通道型受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 二、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 三、酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 基本概念： 信號分子 能在細(xì)胞間傳遞信息的物質(zhì)。 受體（receptor）

7、是指能與信號分子做特異性結(jié)合而發(fā)揮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)作用的特殊蛋白質(zhì)。 配體（ligand） 與受體發(fā)生特異性結(jié)合的信號分子。,一、離子通道型受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),配體+受體 離子通道打開或關(guān)閉 化學(xué)信號的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo),二、G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),cAMP信號通路：,三、酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),第三節(jié) 細(xì)胞的生物電活動,一、靜息電位 (一)靜息電位的概念 (二)靜息電位的產(chǎn)生機制 二、動作電位 (一)動作電位的概念 (二)動作電位的產(chǎn)生機制 (三)動作電位的特點 (四)動作電位的引起與傳導(dǎo) 三、局部電位,一、靜息電位,(一)靜息電位的概念 （resting potential，RP）是指細(xì)胞處于生理

8、靜息狀態(tài)時存在于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差。 靜息狀態(tài)的標(biāo)志：極化-安靜狀態(tài)下膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的狀態(tài)。 -70mV-90mV 超極化 -70mV-50mV 去極化 -70mV0mV+30mV 反極化 +30mV/-50mV -70mV 復(fù)極化,0mV,(二)靜息電位的產(chǎn)生機制,1. 前提條件： 1)細(xì)胞內(nèi)外的離子分布不均勻 Na+iNa+o112, K+iK+o301 Cl-iCl-o114, A-iA-o 41 2)細(xì)胞膜在不同情況下，對不同離子的通透性不同,2. 靜息電位產(chǎn)生過程,1)Ki順濃度差向膜外擴散/A-i不能向膜外擴散 2)膜外帶正電,膜內(nèi)帶負(fù)電 3)膜外正電變?yōu)榱鲃幼枇?4)當(dāng)動力(

9、濃度差)=阻力(電位差)跨膜流動停止 5)達(dá)到 K+的電化學(xué)平衡電位,靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對K+的通透性最大,3. 靜息電位小結(jié),1) K+外流是靜息電位形成的主要原因，靜息電位就是K+的電化學(xué)平衡電位。 2) 靜息狀態(tài)時細(xì)胞膜對Na+也有一定的通透性，理論計算值略高于實測值。 3)靜息電位=極化狀態(tài)，但是是一個現(xiàn)象的的兩種表達(dá)方式。 4)靜息電位的大小主要受細(xì)胞內(nèi)外K+濃度的影響，細(xì)胞代謝障礙也可影響靜息電位。,二、動作電位,(一)動作電位的概念 （action potential ，AP） 是指細(xì)胞受刺激而興奮時，在靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生的迅速的可擴布性電位變化。,(二)動作電位的產(chǎn)生機制,產(chǎn)生機

10、制：,細(xì)胞受刺激時，細(xì)胞膜對Na+的通透性增大 細(xì)胞膜上少量Na+通道激活而開放 Na+順濃度差少量內(nèi)流，引起膜輕度去極化 當(dāng)膜電位達(dá)到閾電位時，Na通道大量開放 順著濃度差和電位差，膜外Na+大量、迅速內(nèi)流 至電位膜內(nèi)膜外內(nèi)正外負(fù)的反極化（上升支） Na+通道關(guān)Na+內(nèi)流停,同時K+通道激活而開放 順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引K迅速外流 膜內(nèi)電位迅速下降，恢復(fù)到RP水平（下降支） Na+i、K+O激活Na+K+泵 Na+泵出、K+泵回，離子恢復(fù)到興奮前水平后電位,動作電位的去極化時相是由于Na+的大量、快速內(nèi)流形成； 復(fù)極化時相是K+快速外流的結(jié)果； 動作電位是Na+的電化學(xué)平衡電位，該平衡電

11、位接近超射值； 上升支和下降支構(gòu)成鋒電位； 峰電位是動作電位的標(biāo)志。,(三)動作電位的特點,全或無現(xiàn)象 脈沖式 不衰減性傳導(dǎo) (四)動作電位的引起與傳導(dǎo) 1動作電位的引起 1)能使膜上Na+通道突然開放，觸發(fā)動作電位的臨界膜電位值稱為閾電位（threshold potential，TP）。靜息電位去極化達(dá)到閾電位是產(chǎn)生動作電位的必要條件。,1動作電位的引起,2)細(xì)胞興奮性的高低與細(xì)胞的靜息電位和閾電位的差值呈反變關(guān)系。 2動作電位的傳導(dǎo) 1)在受刺激的局部細(xì)胞膜產(chǎn)生的動作電位（即興奮），將沿細(xì)胞膜自動向鄰近未興奮的部位傳導(dǎo)。動作電位傳導(dǎo)的機制用局部電流學(xué)說來解釋。,2動作電位的傳導(dǎo),2)動作電

12、位在無髓神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)是從興奮點依次傳遍整個細(xì)胞的，因此傳導(dǎo)速度較慢。在有髓神經(jīng)纖維，呈現(xiàn)一種跳躍式的傳導(dǎo)。,無髓神經(jīng)纖維,有髓神經(jīng)纖維,三、局部電位,1. 局部的去極化電位則稱之為局部電位（local potential），也稱局部興奮。 2.局部電位的特點： 電位幅度小，且呈衰減性傳導(dǎo)； 沒有全或無的現(xiàn)象； 總和效應(yīng)。 3. 動作電位可以由一次閾刺激或閾上刺激引起，也可以由多個閾下刺激產(chǎn)生的局部電位的總和而引發(fā)。,局部電位,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,一、骨骼肌的收縮原理 骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu) 骨骼肌的收縮原理 二、骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián) 三、骨骼肌的收縮形式及影響因素 骨骼肌的收縮形式 影響骨

13、骼肌收縮的主要因素,一、骨骼肌的收縮原理,骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu) 1肌原纖維和肌節(jié) 肌節(jié)是肌肉收縮和舒張的最基本單位。,（一）骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu),2肌絲的分子組成 1)粗肌絲由肌凝蛋白組成 桿部粗肌絲的主干 頭部橫橋（一是具有ATP酶的活性；二是在一定的條件下，橫橋可以和細(xì)肌絲相應(yīng)的位點進行可逆性結(jié)合，并連續(xù)擺動）,（一）骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu),2)細(xì)肌絲 肌纖蛋白-細(xì)肌絲的主干,具有橫橋結(jié)合的位點 原肌球蛋白-靜息時掩蓋橫橋結(jié)合位點 肌鈣蛋白- C亞單位 Ca2+的受體；T亞單位 肌鈣蛋白的固定點； I亞單位傳遞信息。,3肌管系統(tǒng) 橫管系統(tǒng)：T管 肌膜凹陷處 縱管系統(tǒng)：L管 肌質(zhì)網(wǎng) 三聯(lián)管：T管+兩側(cè)終池

14、 興奮收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu),（一）骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu),（二）骨骼肌的收縮原理,1肌絲滑行學(xué)說 肌肉收縮時雖然在外觀上可以看到整個肌肉或肌纖維的縮短，但在肌細(xì)胞內(nèi)并無肌絲或它們所含的分子結(jié)構(gòu)的縮短或卷曲，只是在每一個肌節(jié)內(nèi)細(xì)肌絲向粗肌絲之間滑行，結(jié)果各相鄰的Z線都互相靠近，肌節(jié)長度變短，造成整個肌原纖維、肌細(xì)胞乃至整條肌肉長度的縮短。,2肌絲滑行的過程 在肌肉的收縮和舒張過程中Ca2+發(fā)揮著非常重要的作用。,（二）骨骼肌的收縮原理,二、骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),1. 概念：把肌細(xì)胞膜的興奮和肌細(xì)胞的收縮銜接起來的中介過程稱為興奮收縮耦聯(lián)（excitation-contraction coupling）

15、。 2.主要步驟： 肌細(xì)胞膜的興奮經(jīng)橫管系統(tǒng)傳到三聯(lián)管； 三聯(lián)管處信息的傳遞； 終池對Ca2+的釋放與回收。 3. 三聯(lián)管是興奮收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；Ca2+為耦聯(lián)因子。,興奮-收縮耦聯(lián),三、骨骼肌的收縮形式,骨骼肌的收縮形式 1. 等長收縮和等張收縮 只表現(xiàn)為張力增加而無長度的縮短，這種收縮形式稱為等長收縮（isometric contraction）。 肌肉收縮時只有長度的縮短而無張力的變化稱為等張收縮(isotonic contraction)。 正常人體內(nèi)骨骼肌的收縮大多是混合式的，而且總是張力增加在先，長度縮短在后。,（一）骨骼肌的收縮形式,2. 單收縮和強直收縮,（二）影響骨骼肌收縮

16、的主要因素,1. 前負(fù)荷 是指肌肉收縮前所承受的負(fù)荷。 前負(fù)荷使肌肉收縮前處于初長度。此時肌肉收縮張力最大、速度最快、縮短的程度也最大，收縮效果最佳。 在一定限度內(nèi)，肌肉的前負(fù)荷增加，肌肉初長度隨之增加，肌肉收縮產(chǎn)生的張力也隨之增大。 但當(dāng)前負(fù)荷增加到超過某一定限度時，再增加前負(fù)荷，反而使肌張力變小。,2.后負(fù)荷 是指肌肉開始縮短后所遇到的負(fù)荷或阻力。 后負(fù)荷越大，肌肉在縮短前產(chǎn)生的張力越大，肌肉長度縮短出現(xiàn)的越晚，縮短的程度越小。,（二）影響骨骼肌收縮的主要因素,3肌肉收縮能力 是與前負(fù)荷和后負(fù)荷無關(guān)的肌肉內(nèi)在的收縮特性。 肌縮能力肌縮速度、幅度和張力； 肌縮能力肌縮速度、幅度和張力。 決定肌縮效應(yīng)的內(nèi)在特性主要是： .興奮-收縮耦聯(lián)期間胞漿內(nèi)Ca2+的水平； .肌球蛋白的ATP酶活性。 調(diào)節(jié)和影響肌縮效應(yīng)內(nèi)在特性的因素： 許多神經(jīng)遞質(zhì)、體液物質(zhì)、病理因素和藥物。,（二）影響骨骼肌收縮的主要因素,第二章 小結(jié),細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式：單純擴散、易化擴散、主動轉(zhuǎn)運、出飽和入胞 靜息電位：指細(xì)胞處于生理靜息狀態(tài)時存在于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差。 靜息的標(biāo)志：極化-安靜狀態(tài)下膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的狀態(tài)。 靜息電位產(chǎn)生機制：K+ 外流,動作電位：是指細(xì)胞受刺