生理學課件：第2篇 細胞的基本功能

1、生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案本篇內(nèi)容包括：本篇內(nèi)容包括：第二章：細胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能第二章：細胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能第三章：細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導第三章：細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導第四章：細胞的生物電活動第四章：細胞的生物電活動第五章：肌細胞的收縮第五章：肌細胞的收縮第二章：細胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能第二章：細胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運功能第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)特征細胞膜的結(jié)構(gòu)特征( (一一) )脂質(zhì)雙分子層脂質(zhì)雙分子層：7070磷磷 脂脂 3030膽固醇膽固醇 功能：屏障、流動性功能：屏障、流動性( (二二) )蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)： 功能：物質(zhì)轉(zhuǎn)運、受體、酶

2、功能：物質(zhì)轉(zhuǎn)運、受體、酶( (三三) )糖糖 類：類： 功能：細胞功能：細胞“標志標志”- -抗原抗原 例如：例如： 血型血型生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案 脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成了細胞內(nèi)容物與外界環(huán)境的屏障，使得生命得脂質(zhì)雙分子層構(gòu)成了細胞內(nèi)容物與外界環(huán)境的屏障，使得生命得以與非生命物質(zhì)區(qū)別開來，然而要維持生命的存在，就一定要與外界環(huán)以與非生命物質(zhì)區(qū)別開來，然而要維持生命的存在，就一定要與外界環(huán)境進行物質(zhì)和能量的交換。境進行物質(zhì)和能量的交換。O O2 2GlucoseGlucose氨基酸氨基酸各種離子等各種離子等細細 胞胞CO2CO2代謝尾產(chǎn)物

3、代謝尾產(chǎn)物第二節(jié)第二節(jié) 、細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能、細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能What molecules cross the cell membrane?What molecules cross the cell membrane?How do these molecules cross the cell membrane?How do these molecules cross the cell membrane?生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案（一）單純擴散（一）單純擴散（P/25P/25）條件條件：既有水溶性：既有水溶性 又有脂溶性又有脂溶性轉(zhuǎn)

4、運對象轉(zhuǎn)運對象：既有水溶性又有脂溶性（如既有水溶性又有脂溶性（如O O2 2、COCO2 2、脂溶性激素）脂溶性激素） 不帶電荷極性共價鍵的小分子（乙醇、尿素等）不帶電荷極性共價鍵的小分子（乙醇、尿素等）特點特點： 1 1、順濃度差、順濃度差 2 2、不需要膜蛋白幫助、不需要膜蛋白幫助 3 3、不消耗能量、不消耗能量 COCO2 2O O2 2生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案（二）易化擴散（二）易化擴散（facilitated diffusion）P/25P/25 在某些特定細胞在某些特定細胞膜蛋白膜蛋白的的幫助幫助下，某種物質(zhì)下，某種物質(zhì)順

5、濃度梯度順濃度梯度通通過細胞膜的過程。過細胞膜的過程。特點：特點： 1 1、順濃度差、順濃度差 2 2、protionprotion幫助幫助 3 3、不消耗能量、不消耗能量根據(jù)膜蛋白的不同可分為：根據(jù)膜蛋白的不同可分為：通道中介通道中介的易化擴散和的易化擴散和載體載體中介中介的易化擴散。的易化擴散。通道通道(channel) (channel) 載體載體 (carrier)(carrier)轉(zhuǎn)運物質(zhì)：轉(zhuǎn)運物質(zhì)： NaNa+ +, K, K+ +, Cl, Cl, Ca, Ca2+2+等直徑較等直徑較 小離子。小離子。通道命名：通道命名： 根據(jù)其結(jié)構(gòu)特異性和轉(zhuǎn)運離根據(jù)其結(jié)構(gòu)特異性和轉(zhuǎn)運離 子的特

6、異性命名：子的特異性命名： NaNa+ +通道、通道、K K+ +通道、通道、 ClCl通通 道、道、 CaCa2+2+通道等通道等通道兩種狀態(tài)通道兩種狀態(tài)：開放、關閉：開放、關閉1. 1. 通道中介的易化擴散通道中介的易化擴散 （channel transport)channel transport)How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?電壓門控通道（電壓門控通道（Voltage gated）化學門控通道（化學門控通道（chemically gated）機械門控通道（機械門控通道（mec

7、hanically gated）How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?電壓門控通道（Voltage gated）化學門控通道（化學門控通道（chemically gatedchemically gated）機械門控通道（機械門控通道（mechanically gated）動作電位動作電位How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?電壓門控通道（電壓門控通道（Voltage gatedVolt

8、age gated）化學門控通道（化學門控通道（chemically gated）機械門控通道（機械門控通道（mechanically gated）（2 2） 水通道水通道 P/30P/302. 2. 載體介導的易化擴散載體介導的易化擴散 P/30P/30轉(zhuǎn)運對象轉(zhuǎn)運對象: :葡萄糖，氨基酸，葡萄糖，氨基酸， 代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物.載體轉(zhuǎn)運的特點：載體轉(zhuǎn)運的特點：(1)Specificity (1)Specificity (特異性特異性) )Glucose transporters move 6 carbon sugars (hexoses).Glucose transporters will n

9、ot move maltose (麥芽糖). 載體轉(zhuǎn)運的特點：載體轉(zhuǎn)運的特點：(2) Saturation (2) Saturation (飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象) )載體轉(zhuǎn)運的特點載體轉(zhuǎn)運的特點: :( (3)Competition (3)Competition (競爭性抑制競爭性抑制) )Only Only galactosegalactoseGlucose and Glucose and galactosegalactose ( (半乳糖半乳糖) )生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案二、二、 主動轉(zhuǎn)運（主動轉(zhuǎn)運（active transport

10、active transport）定義：定義：是指細胞通過本身的某種耗能過程將某種物質(zhì)的分子是指細胞通過本身的某種耗能過程將某種物質(zhì)的分子 或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)。或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)。特點：特點： 1 1、膜蛋白幫助、膜蛋白幫助 2 2、逆濃度差或電位差、逆濃度差或電位差 3 3、耗能、耗能種類：種類：根據(jù)利用生物能和根據(jù)利用生物能和泵蛋白的方式，主動轉(zhuǎn)運泵蛋白的方式，主動轉(zhuǎn)運分為分為原發(fā)性原發(fā)性和和繼發(fā)性繼發(fā)性兩種兩種生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案（一）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（一）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（ primary active transportprima

11、ry active transport）NaNa+ +-K-K+ +泵（泵（sodium-potassium pumpsodium-potassium pump）其他：鈣泵，其他：鈣泵，H H+ +-K-K+ +泵等泵等 NaNa+ +-K-K+ +泵活動的生理意義泵活動的生理意義 P/32P/32（1 1）細胞內(nèi)高鉀，是細胞內(nèi)許多代謝反應的必需條件）細胞內(nèi)高鉀，是細胞內(nèi)許多代謝反應的必需條件（2 2）維持細胞內(nèi)滲透壓和細胞容積）維持細胞內(nèi)滲透壓和細胞容積 （3 3）建立或維持細胞內(nèi)外之間的）建立或維持細胞內(nèi)外之間的NaNa+ +、K K+ +濃度勢能貯備濃度勢能貯備（4 4） NaNa+ +

12、、K K+ +濃度差是產(chǎn)生生物電的前提濃度差是產(chǎn)生生物電的前提（5 5）生電性）生電性生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案（二）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（二）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transportsecondary active transport）利用利用NaNa+ +-K-K+ +泵活動產(chǎn)生的勢能儲備提供能量，逆濃度梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運。泵活動產(chǎn)生的勢能儲備提供能量，逆濃度梯度進行跨膜轉(zhuǎn)運。同向轉(zhuǎn)運，逆向轉(zhuǎn)運同向轉(zhuǎn)運，逆向轉(zhuǎn)運腸道和腎小管上皮細胞對葡萄糖腸道和腎小管上皮細胞對葡萄糖氨基酸等的主動轉(zhuǎn)運氨基酸等的主動轉(zhuǎn)運某些神經(jīng)遞

13、質(zhì)的重攝取某些神經(jīng)遞質(zhì)的重攝取不直接消耗不直接消耗ATPATP生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案三、出胞三、出胞（exocytosisexocytosis）和）和入胞入胞（endocytosisendocytosis） 對于大分子物質(zhì)或者固態(tài)和液態(tài)的物質(zhì)團塊，細胞采用對于大分子物質(zhì)或者固態(tài)和液態(tài)的物質(zhì)團塊，細胞采用更加復雜的方式進行跨膜轉(zhuǎn)運。更加復雜的方式進行跨膜轉(zhuǎn)運。出胞：出胞：內(nèi)分泌細胞分泌激素，內(nèi)分泌細胞分泌激素， 外分泌細胞分泌，神外分泌細胞分泌，神 經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)等經(jīng)元釋放神經(jīng)遞質(zhì)等入胞：入胞：巨噬細胞吞噬異物，巨噬細胞吞噬異物，

14、細胞攝取膽固醇等細胞攝取膽固醇等跨膜信號轉(zhuǎn)導概念的提出跨膜信號轉(zhuǎn)導概念的提出細細 胞胞 內(nèi)內(nèi)細細 胞胞 外外化學信號化學信號物理信號物理信號機械，電機械，電電磁波等電磁波等各種激素、神經(jīng)遞質(zhì)、各種激素、神經(jīng)遞質(zhì)、神經(jīng)調(diào)質(zhì)、細胞因子、神經(jīng)調(diào)質(zhì)、細胞因子、細胞膜細胞膜應答反應應答反應第三章第三章 細胞信號的跨膜轉(zhuǎn)導細胞信號的跨膜轉(zhuǎn)導生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案一、離子通道介導的信號轉(zhuǎn)導一、離子通道介導的信號轉(zhuǎn)導化學信號化學信號神經(jīng)遞質(zhì)神經(jīng)遞質(zhì)膜電位變化膜電位變化特定的離子特定的離子第二節(jié)第二節(jié) 跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要途經(jīng)跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要

15、途經(jīng)二、二、G-G-蛋白介導的信號轉(zhuǎn)導蛋白介導的信號轉(zhuǎn)導第二節(jié)第二節(jié) 跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要途經(jīng)跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要途經(jīng)三、酶藕聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導三、酶藕聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導肽類激素：肽類激素：如胰島素如胰島素細胞因子細胞因子： 如：神經(jīng)生長因子如：神經(jīng)生長因子 上皮生長因子上皮生長因子第二節(jié)第二節(jié) 跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要途經(jīng)跨膜信號轉(zhuǎn)導的幾種主要途經(jīng)酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案第四章第四章 細胞的生物電現(xiàn)象細胞的生物電現(xiàn)象靜息電位靜息電位: :（resting potentialresting potential）動作電位動作電位: :（acti

16、on potentialaction potential） 定義：指細胞受到刺激時，膜電位發(fā)生的一次快速、可逆的電定義：指細胞受到刺激時，膜電位發(fā)生的一次快速、可逆的電位翻轉(zhuǎn)位翻轉(zhuǎn)。生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案第一節(jié)、靜息電位（第一節(jié)、靜息電位（Resting potentialResting potential） 形成條件：形成條件： 1 1、離子的不平衡分布、離子的不平衡分布 2 2、靜息狀態(tài)下膜對不同離子有選擇性通透、靜息狀態(tài)下膜對不同離子有選擇性通透 （只有鉀離子能自由通過，其他離子幾乎不能）（只有鉀離子能自由通過，其他離子幾乎不能） 成分成分細胞內(nèi)液細胞內(nèi)液(mEq(m

17、Eq/L)/L)細胞外液細胞外液(mEq(mEq/L)/L)陽離子陽離子NaNa+ +1010147147K K+ +1401404 4CaCa2+2+5 52 2MgMg2+2+27272 2陰離子陰離子ClCl- -2525114114HPOHPO4 42-2-80802 2HCOHCO3 3- -10103030K K+ +的平衡電位的平衡電位 ( Equilibrium potential)( Equilibrium potential)iOkKKZFRTElnR-氣體常數(shù)； T-絕對溫度； Z-離子價； F-法拉第常數(shù)Ek=59.5logK+oK+i(mV)實際值比計算值略小，與膜對

18、Na+有很小的通透性有關。Nernst公式：Brief SummaryBrief Summary（P/51-53P/51-53） 安靜情況下安靜情況下, ,膜內(nèi)膜內(nèi)K K+ +濃度高（相差大約為濃度高（相差大約為3535倍），倍），靜息時細胞膜對靜息時細胞膜對K K+ +的通透性較大，的通透性較大，K K+ +向外擴散；由于向外擴散；由于細胞內(nèi)的陰離子不能通過細胞膜，因此，出現(xiàn)所謂細胞內(nèi)的陰離子不能通過細胞膜，因此，出現(xiàn)所謂“內(nèi)負外正內(nèi)負外正”的跨膜電位差；隨著的跨膜電位差；隨著K K+ +向外擴散的進向外擴散的進行，這種電位差加大；而這種電位差卻是行，這種電位差加大；而這種電位差卻是K K+

19、 +向外擴向外擴散的阻力，當這種阻力（電位差）和散的阻力，當這種阻力（電位差）和K K+ +向外擴散的向外擴散的動力（濃度差）相等時，動力（濃度差）相等時，K K+ +向外凈擴散停止，膜電向外凈擴散停止，膜電位差不再發(fā)生變化而穩(wěn)定于某一數(shù)值，即所謂位差不再發(fā)生變化而穩(wěn)定于某一數(shù)值，即所謂K K+ +電電- -化學平衡電位化學平衡電位，簡稱，簡稱K K+ +平衡電位平衡電位。 此外，此外，鈉離子的背景電流，生電性的鈉鉀交換鈉離子的背景電流，生電性的鈉鉀交換也參與了也參與了Resting Potential Resting Potential 的形成的形成. .生理學電子教案生理學電子教案生理學電

20、子教案第二節(jié)第二節(jié) 動作電位（動作電位（ action action potential potential ） 動作電位形成（動作電位形成（P/54-61P/54-61）去極化：去極化：刺激刺激( (閾刺激閾刺激P/61)P/61)引起細胞膜上引起細胞膜上NaNa+ +通道開放，通道開放，NaNa+ +在膜兩側(cè)濃度差驅(qū)動下內(nèi)流，膜發(fā)生去極化；當去極化到某在膜兩側(cè)濃度差驅(qū)動下內(nèi)流，膜發(fā)生去極化；當去極化到某個臨界膜電位水平時，發(fā)生個臨界膜電位水平時，發(fā)生NaNa+ +通道大量開放。通道大量開放。這個臨界膜這個臨界膜電位稱為電位稱為閾電位閾電位 （threshold potential thre

21、shold potential ） P/62 ,P/62 ,NaNa+ +大大量內(nèi)流形成陡峭的動作電位上升支。量內(nèi)流形成陡峭的動作電位上升支。 反極化：反極化：當細胞膜為零時，當細胞膜為零時，Na+Na+在膜兩側(cè)濃度差的驅(qū)動下繼在膜兩側(cè)濃度差的驅(qū)動下繼續(xù)內(nèi)流，出現(xiàn)續(xù)內(nèi)流，出現(xiàn)“內(nèi)正外負內(nèi)正外負”反極化電位。隨著膜內(nèi)電位的增反極化電位。隨著膜內(nèi)電位的增大，大，Na+Na+內(nèi)流的阻力逐漸增大，內(nèi)流的阻力逐漸增大，Na+Na+跨膜凈移動逐漸減少直至跨膜凈移動逐漸減少直至為零，這時的膜內(nèi)電位為為零，這時的膜內(nèi)電位為Na+Na+平衡電位。平衡電位。 復極化：復極化：膜內(nèi)電位達到膜內(nèi)電位達到Na+Na+平

22、衡電位時，平衡電位時，Na+Na+通道關閉，通道關閉， K+K+外流出現(xiàn)復極化，并最終達到外流出現(xiàn)復極化，并最終達到K+K+平衡電位。平衡電位。 超極化：超極化：這是由于細胞膜這是由于細胞膜NaNa+ +-K-K+ +泵（生電性鈉泵）運行導致泵（生電性鈉泵）運行導致膜內(nèi)電位朝更負的方向進行的結(jié)果，隨著該過程的減弱，膜膜內(nèi)電位朝更負的方向進行的結(jié)果，隨著該過程的減弱，膜內(nèi)電位恢復到靜息電位水平內(nèi)電位恢復到靜息電位水平四、動作電位的傳導（四、動作電位的傳導（P/63P/63） 無髓神經(jīng)纖維動作電位的傳導無髓神經(jīng)纖維動作電位的傳導有髓神經(jīng)纖維有髓神經(jīng)纖維跳躍式傳導（跳躍式傳導（P/64P/64）五、

23、可興奮細胞的共有特征五、可興奮細胞的共有特征（一）興奮及（一）興奮及興奮性興奮性（p/65)p/65) 有效刺激的三個條件：有效刺激的三個條件： 一定的強度，一定的強度， 一定的作用時間，一定的作用時間， 一定的時間強度變化率一定的時間強度變化率 閾強度閾強度（ p/55p/55，閾值、閾刺激），閾值、閾刺激） 是衡量興奮性高低的指標，其大小與興奮性成反比是衡量興奮性高低的指標，其大小與興奮性成反比 影響興奮性的因素影響興奮性的因素 （二）興奮后興奮性的周期性變化（二）興奮后興奮性的周期性變化 靜息電位水平靜息電位水平 閾電位水平閾電位水平 Na+Na+通道的性狀通道的性狀離子通道的性狀離子通

24、道的性狀備用(關閉) 激活(開放) 失活(關閉) 復活(關閉) 影響興奮性的因素影響興奮性的因素 興奮性的周期性變化興奮性的周期性變化 正常興奮性正常興奮性 絕對不應期絕對不應期 相對不應期相對不應期 超常超常期期 低常期低常期 恢復正常恢復正常（二）興奮后興奮性的周期性變化（二）興奮后興奮性的周期性變化靜息電位水平靜息電位水平閾電位水平閾電位水平Na+Na+通道的性狀通道的性狀第五章：肌細胞的收縮第五章：肌細胞的收縮 動作電位在神經(jīng)肌細胞動作電位在神經(jīng)肌細胞 之間的傳遞之間的傳遞 肌細胞的動作電位引起肌細胞的動作電位引起 CaCa2+ 2+ 的釋放（興奮收縮的釋放（興奮收縮 耦聯(lián)）耦聯(lián)） 肌

25、細胞的收縮（滑行學說）肌細胞的收縮（滑行學說） 生理學電子教案生理學電子教案生理學電子教案第一節(jié) 動作電位在神經(jīng)肌細胞之間的傳遞動作電位在神經(jīng)肌細胞之間的傳遞動作電位動作電位動作電位在神經(jīng)肌細胞之間的傳遞過程動作電位在神經(jīng)肌細胞之間的傳遞過程 P/71-74P/71-741 1、當神經(jīng)纖維的動作電位到達神經(jīng)末梢時，引起電壓門控式、當神經(jīng)纖維的動作電位到達神經(jīng)末梢時，引起電壓門控式CaCa2+2+通通道開放，導致道開放，導致CaCa2+2+進入軸突末梢，觸發(fā)大量囊泡向軸突膜的內(nèi)側(cè)進入軸突末梢，觸發(fā)大量囊泡向軸突膜的內(nèi)側(cè)面靠近，并通過囊泡膜與軸突膜的融合，使融合處出現(xiàn)裂口，將面靠近，并通過囊泡膜與

26、軸突膜的融合，使融合處出現(xiàn)裂口，將囊泡中的囊泡中的AChACh全部進入接頭間隙全部進入接頭間隙2 2、接頭間隙中、接頭間隙中AChACh分子的擴散分子的擴散3 3、AChACh分子到達終板膜時，與化學門控通道上的分子到達終板膜時，與化學門控通道上的AchAch受體結(jié)合，通受體結(jié)合，通道開放，道開放，NaNa+ +內(nèi)流和內(nèi)流和K K+ +外流，其總的效應是使終板膜處原有的靜外流，其總的效應是使終板膜處原有的靜息電位減?。ㄈO化型局部電位，即所謂息電位減?。ㄈO化型局部電位，即所謂終板電位終板電位）。當終板電）。當終板電位疊加到閾電位時，導致終板膜鄰接的肌細胞膜中電壓門控位疊加到閾電位時，導致終板膜鄰接的肌細胞膜中電壓門控NaNa+ +通道開放，引發(fā)一次向整個肌細胞膜作通道開放，引發(fā)一次向整個肌細胞膜作“全或無全或無”式傳導的動作式傳導的動作電位電位。影響神經(jīng)影響神經(jīng)- -肌接頭傳遞的肌接頭傳遞的- -因素因素1.1. 影響影響AChACh釋放的因素：細胞外液低釋放的因素：細胞外液低CaCa2+2+或高或高MgMg2+2+ ACh ACh釋放釋放2.2. 影響影響AC