生理學楊莉細胞基本功能ppt課件

1、第二章第二章 細胞的根本功能細胞的根本功能復習復習: :細胞構造細胞構造第一節(jié)第一節(jié) 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能一、細胞膜的構造一、細胞膜的構造 細胞膜化學組成一脂質(zhì)雙分子層二蛋白質(zhì)三糖類一脂質(zhì)雙分子層一脂質(zhì)雙分子層1、雙分子層構成必、雙分子層構成必然然2、脂質(zhì)類型、脂質(zhì)類型3、脂質(zhì)在細胞內(nèi)外、脂質(zhì)在細胞內(nèi)外層層 分布特點分布特點二蛋白質(zhì) 蛋白質(zhì)功能：決議生物膜的功能 1、與物質(zhì)轉(zhuǎn)運有關，如載體蛋白、通道蛋白、離子泵 2、與信息傳送有關，如受體蛋白 3、與能量轉(zhuǎn)化有關，如腺苷酸環(huán)化酶系統(tǒng)三糖類功能：識別標志細胞的根本功能細胞的根本功能兩大根本功能兩大根本功能1、跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能、

2、跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能2、跨膜信號轉(zhuǎn)導功能、跨膜信號轉(zhuǎn)導功能跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運的方式跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運的方式一單純分散一單純分散 simple diffusion 概念：脂溶性物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃概念：脂溶性物質(zhì)從高濃度側(cè)向低濃度側(cè)度側(cè) 跨膜轉(zhuǎn)運跨膜轉(zhuǎn)運 影響要素：影響要素： *動力：濃度差動力：濃度差 *阻力：通透性阻力：通透性 permeability 通透性通透性 ：物質(zhì)經(jīng)過膜的難易程度：物質(zhì)經(jīng)過膜的難易程度二易化分散二易化分散facilitated diffusion 1概念：在膜蛋白的協(xié)助下物質(zhì)從高濃度側(cè)向低概念：在膜蛋白的協(xié)助下物質(zhì)從高濃度側(cè)向低 濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運特點：從高濃度到低濃度特

3、點：從高濃度到低濃度 特異性特異性 受調(diào)理受調(diào)理分類：分類： *載體載體 carrier *通道通道 channel 載體 carrier ：有飽和景象*通道通道 channel： 通透性大、變化快通透性大、變化快門控門控Gating 化學門控通道化學門控通道chemically-gated channel 電壓門控通道電壓門控通道voltage-gated channel 機械門控通道機械門控通道m(xù)echanically-gated channel鉀通道鉀通道 水通道水通道三自動轉(zhuǎn)運三自動轉(zhuǎn)運 active transport 1. 概念：經(jīng)過細胞本身的耗能將物質(zhì)從低濃概念：經(jīng)過細胞本身的耗

4、能將物質(zhì)從低濃度側(cè)向高濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運度側(cè)向高濃度側(cè)跨膜轉(zhuǎn)運 被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運 passive transport 單純單純分散、易化分散分散、易化分散2. 分類：分類： *原發(fā)性自動轉(zhuǎn)運原發(fā)性自動轉(zhuǎn)運 primary active transport 鈉鈉-鉀泵鉀泵sodium-potassium pump，鈉泵，鈉泵 鈣泵鈣泵 calcium pump H+泵泵 *繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運 secondary active transport Jens C. Skou for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+,

5、K+ -ATPase 2019年諾貝爾化學獎年諾貝爾化學獎鈉鈉-鉀泵活動生理意義鉀泵活動生理意義 *胞內(nèi)低胞內(nèi)低Na，維持細胞體積，維持細胞體積 *胞內(nèi)高胞內(nèi)高K，酶活性，酶活性-新陳代謝正常進展新陳代謝正常進展 * 勢能貯藏勢能貯藏 鈉、鉀的易化分散鈉、鉀的易化分散 繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運，結(jié)合轉(zhuǎn)運繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運，結(jié)合轉(zhuǎn)運cotransport * 影響膜電位影響膜電位繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運，結(jié)合轉(zhuǎn)運繼發(fā)性自動轉(zhuǎn)運，結(jié)合轉(zhuǎn)運cotransport 同向轉(zhuǎn)運同向轉(zhuǎn)運symport 逆向轉(zhuǎn)運逆向轉(zhuǎn)運antiport Na+-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運葡萄糖同向轉(zhuǎn)運 Na+-Ca 2+逆向轉(zhuǎn)運逆向轉(zhuǎn)運 Na+-H+逆向轉(zhuǎn)運逆

6、向轉(zhuǎn)運細胞外細胞外 高鈉，低糖高鈉，低糖細胞內(nèi)細胞內(nèi) 低鈉，高糖低鈉，高糖Na+Ca 2+Anitport四入胞四入胞endocytosis和和 出胞出胞exocytosis入胞和出胞：大分子、團塊入胞和出胞：大分子、團塊 膜的運動膜的運動被動轉(zhuǎn)運、自動轉(zhuǎn)運：小分子被動轉(zhuǎn)運、自動轉(zhuǎn)運：小分子演示請單擊圖入胞入胞 endocytosis 吞噬吞噬 (phagocytosis) 吞飲吞飲 (pinocytosis)第三節(jié)第三節(jié) 細胞的生物電細胞的生物電一、靜息電位一、靜息電位Resting Potential,RP)安靜形狀下細胞膜兩側(cè)的電位差安靜形狀下細胞膜兩側(cè)的電位差 極化極化 (polari

7、zation):去極化去極化depolarization)超極化超極化(hyperpolarization)復極化復極化repolarization)靜息電位靜息電位Resting Potential,RP)RP的構成機理：的構成機理：K+ i K+ o P K+ 高高K+外流外流促進促進K+外流的濃度勢能外流的濃度勢能妨礙妨礙K+外流的電場力外流的電場力K+的凈外流為零的凈外流為零RP的構成條件：的構成條件：u 細胞內(nèi)外細胞內(nèi)外K分布不均勻分布不均勻u 安靜時膜對安靜時膜對K選擇性通透選擇性通透證明：證明：1、Nernst 公式公式 Ek= ln Ek= 59.5 Log K+ o/K+ i

8、 (mV) 實際值實際值 87mV，實踐值，實踐值 77mV2、改動細胞外液中的、改動細胞外液中的K+濃度濃度RT ZFK+oK+iRP的產(chǎn)生的產(chǎn)生 * EK * Na內(nèi)流內(nèi)流 * Na泵泵Em= Ek + ENa PKPK+PNa PKPK+PNaPNa越大，越大，Em越小越小 小結(jié)小結(jié)* 少量的少量的K+跨膜流動就可引起膜電位的明顯變化跨膜流動就可引起膜電位的明顯變化 細胞內(nèi)細胞內(nèi)K+只降低只降低1/100000* 未配對的離子集中在膜的內(nèi)外外表未配對的離子集中在膜的內(nèi)外外表* 膜電位與平衡電位的差值是驅(qū)動離子跨膜流動的動力膜電位與平衡電位的差值是驅(qū)動離子跨膜流動的動力* 知離子的濃度差可

9、計算其平衡電位知離子的濃度差可計算其平衡電位 二、動作電位二、動作電位 (Action Potential, AP)1.概念概念圖2-11 單一神經(jīng)纖維靜息電位和動作電位的實驗模式圖R表示記錄儀器，S是一個電刺激器。當測量電極中的一個微電極刺入軸突內(nèi)部時可發(fā)現(xiàn)膜內(nèi)持續(xù)處于較膜外低70mV的負電位狀態(tài)。當神經(jīng)受到一次短促的外加刺激時，膜內(nèi)電位快速上升到+35mV的水平，約經(jīng)0.51.0ms后再逐漸恢復到刺激前的狀態(tài)。其他說明見正文 二、動作電位 (Action Potential, AP)AP：細胞受刺激后在：細胞受刺激后在RP根底上發(fā)生的一次膜兩側(cè)根底上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位快速倒轉(zhuǎn)和復原電位快

10、速倒轉(zhuǎn)和復原興奮興奮excitation：產(chǎn)生：產(chǎn)生AP興奮性興奮性excitability：接受刺激產(chǎn)生：接受刺激產(chǎn)生AP的才干的才干上升支上升支 去極化去極化-70 0 mV 超射超射0 +30mV下降支下降支 復極化復極化+30mV 接近接近-70mV去極化后電位負后電位去極化后電位負后電位超極化后電位正后電位超極化后電位正后電位 峰電位峰電位后電位后電位AP2. AP產(chǎn)活力制產(chǎn)活力制膜內(nèi)外膜內(nèi)外Na+不均勻分布外高內(nèi)低不均勻分布外高內(nèi)低膜忽然對膜忽然對Na+通透增大通透增大 Na+通道開放通道開放Na+內(nèi)流達內(nèi)流達Na+平衡電位平衡電位去極化去極化復極化復極化 ：Na+通道封鎖，通道封

11、鎖， K+通道開放，通道開放， K+外流外流1、Nernst公式公式ENa= 59.5 Log Na+o/Na+i (mV) 超射值超射值= ENa2、改動細胞外液的、改動細胞外液的Na濃濃度度3、河豚毒、河豚毒(tetrodotoxin,TTX4、電壓鉗或膜片鉗、電壓鉗或膜片鉗證據(jù)證據(jù)河豚魚河豚魚3. 鈉通透性變化的本質(zhì)鈉通透性變化的本質(zhì) 圖2-15 膜片鉗實驗布置表示圖A：圖中Ip為記錄到的單通道電流，VCMD決議設定的膜電位數(shù)值B：在大鼠胚胎骨骼肌細胞膜片上記錄到的由ACH激活的單通道離子電流，強度為pA皮安級 圖2-16 電壓門控Na+通道的膜片鉗記錄A：隨著靜息電位Em由110mV忽

12、然固定到50mV，在3次膜片鉗實驗記錄到的離子電流 B：將144次膜片鉗記錄到的離子電流曲線進展平均疊加，得到一條類似圖2-13中曲線C的Na+電流曲線，闡明后者是多數(shù)Na+通道激活的結(jié)果 mmmhmmmhmmmh失活失活激活激活1ms復活復活復極到復極到RP去極去極自動自動備用形狀備用形狀失活形狀失活形狀激活形狀激活形狀 去極化時，將引起去極化時，將引起電壓門控電壓門控Na+Na+通道的激活開放，膜對通道的激活開放，膜對Na+Na+的通透性可增的通透性可增高高50005000倍，倍，Na+Na+順電順電- -化學梯度迅速內(nèi)流而構成化學梯度迅速內(nèi)流而構成APAP的升支的升支 電壓門控電壓門控N

13、a+Na+通道的時間依從性失活，導致通道的時間依從性失活，導致Na+Na+通道通道的封鎖和的封鎖和Na+Na+內(nèi)流的停頓內(nèi)流的停頓電壓門控電壓門控K+K+通道延遲性開放，膜對通道延遲性開放，膜對K+K+的通透性增高，的通透性增高，K+K+順電順電- -化學梯度外流而構成動作電位的下降支，也使化學梯度外流而構成動作電位的下降支，也使得得Na+Na+通道復活到備用形狀通道復活到備用形狀后電位的產(chǎn)活力制后電位的產(chǎn)活力制去極化后電位負后電位：細胞外一過性去極化后電位負后電位：細胞外一過性K蓄積蓄積超極化后電位正后電位：超極化后電位正后電位： 膜對膜對K+仍具有較高的通透性仍具有較高的通透性 Na泵活動

14、加強泵活動加強4.閾電位與動作電位的引起閾電位與動作電位的引起閾電位閾電位threshold membrane potential 能引起能引起Na通道大量開放而迸發(fā)通道大量開放而迸發(fā)AP的臨界膜的臨界膜電位程度電位程度刺激刺激 Na通道開通道開 Na內(nèi)流內(nèi)流 去極化去極化 AP升支升支 K通道開通道開AP降支降支K外流外流再生性循環(huán)再生性循環(huán)5.部分電位部分電位local potential)由閾下刺激引起的小的電位變化由閾下刺激引起的小的電位變化*大小與刺激強度有關大小與刺激強度有關*衰減傳播衰減傳播-電緊張性擴布電緊張性擴布 electrotonic propagation *能夠總和能

15、夠總和 時間性和總時間性和總temporal summation 空間性總和空間性總和spatial summation 圖2-17 局部興奮的實驗布置（A）和實驗結(jié)果（B）示意圖說明見正文6.動作電位的傳導動作電位的傳導部分電流部分電流local current 騰躍傳導騰躍傳導saltatory conduction 速度快速度快 節(jié)能節(jié)能圖2-18 神經(jīng)纖維傳導機制的模式圖 彎箭頭表示膜內(nèi)外局部電流的流動方向，下方直箭頭表示沖動傳導方向。A：靜息時 B：發(fā)生興奮后 C：傳導過程中7.影響傳導的要素影響傳導的要素 細胞膜的被動電學特性細胞膜的被動電學特性rmriroCm等效電路等效電路rm

16、riroCmVx= Vo * e-x/當當 x=Vx= Vo * e-1空間常數(shù)空間常數(shù) = rmroCmri時間常數(shù)時間常數(shù)電位上升或下降達穩(wěn)電位上升或下降達穩(wěn)定值的定值的63%所需求的所需求的時間時間影響傳導的要素影響傳導的要素神經(jīng)纖維的直徑神經(jīng)纖維的直徑 半徑增大，半徑增大，ri降低，降低，增大，部分電流向增大，部分電流向前影響范圍大，傳導快前影響范圍大，傳導快 半徑增大，半徑增大，ri降低，時間常數(shù)降低，部降低，時間常數(shù)降低，部分電流向前影響加快，傳導快分電流向前影響加快，傳導快2. AP上升支的速度和幅度上升支的速度和幅度 速度快，幅度大，傳導快速度快，幅度大，傳導快8.動作電位的特

17、點：動作電位的特點：* 大小與刺激強度無關大小與刺激強度無關* 不衰減傳導不衰減傳導* 不能交融不能交融全或無全或無 (all or none)9.興奮性的周期性變化：興奮性的周期性變化：絕對不應期絕對不應期( absolute refractory period)相對不應期相對不應期(relative refractory period)低常期低常期(subnormal period)超凡期超凡期( supranormal period)影響興奮性的要素影響興奮性的要素1. RP2. 閾電位閾電位3. 細胞外細胞外Ca2+三、興奮在細胞間的傳送三、興奮在細胞間的傳送* 直接電傳送直接電傳送-

18、縫隙銜接縫隙銜接* 化學性傳送化學性傳送-神經(jīng)肌接頭神經(jīng)肌接頭直接電傳送直接電傳送-縫隙銜接縫隙銜接直接電傳送的特點直接電傳送的特點 雙向雙向 無延擱無延擱神經(jīng)神經(jīng)-肌接頭興奮的傳送肌接頭興奮的傳送神經(jīng)骨骼肌接頭處的信息傳送神經(jīng)骨骼肌接頭處的信息傳送神經(jīng)末稍神經(jīng)末稍AP軸突末稍膜上軸突末稍膜上Ca2+通道開放通道開放Ca2+內(nèi)流內(nèi)流接頭前膜呈量子式釋放接頭前膜呈量子式釋放AChACh經(jīng)間隙分散經(jīng)間隙分散ACh與終板膜上與終板膜上ACh受體結(jié)合受體結(jié)合終板膜上化學門控通道開放，對終板膜上化學門控通道開放，對Na+ 、K+ 尤其是尤其是Na+ 的通透性添加的通透性添加Na+ 內(nèi)流主、內(nèi)流主、K+外

19、流外流終板膜去極化，終板電位終板膜去極化，終板電位總和總和臨近肌細胞膜去極化臨近肌細胞膜去極化達閾電位達閾電位肌細胞肌細胞產(chǎn)生產(chǎn)生AP終板電位終板電位endplate potential *大小與大小與Ach釋放量有關釋放量有關 *電緊張性擴布電緊張性擴布 *能夠總和能夠總和微終板電位微終板電位miniature endplate potential 0.4 mV神經(jīng)肌接頭化學傳送的特征：神經(jīng)肌接頭化學傳送的特征：*：傳送：傳送 足量釋放，及時去除膽堿脂酶足量釋放，及時去除膽堿脂酶*單向性傳送單向性傳送*時間延擱時間延擱*易受藥物和其他環(huán)境要素的影響易受藥物和其他環(huán)境要素的影響影響神經(jīng)肌接頭化

20、學傳送的要素影響神經(jīng)肌接頭化學傳送的要素 肉毒桿菌毒素，可抑制Ach的釋放。有機磷農(nóng)藥可抑制膽堿酯酶，ACh積聚,出現(xiàn)肌細胞攣縮等中毒病癥。美洲箭毒可以同ACh競爭結(jié)合位點, 肌松劑。接頭后膜上ACh受體功能異常,重癥肌肉無力。箭毒木，又名見血封喉箭毒木，又名見血封喉Antiaris toxicaria專題三專題三肌細胞的收縮功能肌細胞的收縮功能 一、骨骼肌收縮的分子機制一、骨骼肌收縮的分子機制 滑行實際滑行實際sliding theory 一肌絲的分子構造一肌絲的分子構造 二收縮過程二收縮過程Z線暗帶暗帶明帶 Z線粗肌絲細肌絲Z線肌動蛋白肌鈣蛋白原肌凝蛋白粗肌絲肌凝蛋白細肌絲粗肌絲粗肌絲-肌

21、凝蛋白肌球蛋白肌凝蛋白肌球蛋白*頭部：橫橋頭部：橫橋cross-bridge 與肌動蛋白結(jié)合與肌動蛋白結(jié)合 ATP酶活性需與肌動蛋白結(jié)酶活性需與肌動蛋白結(jié)合合 *桿部桿部 ： 粗肌絲主桿粗肌絲主桿細肌絲細肌絲 * 肌動蛋白肌動蛋白actin 組成細肌絲主桿組成細肌絲主桿 與橫撟結(jié)合，激活其與橫撟結(jié)合，激活其ATP酶酶 * 原肌球蛋白原肌球蛋白tropomysin 阻止肌動蛋白與橫撟結(jié)合阻止肌動蛋白與橫撟結(jié)合 * 肌鈣蛋白肌鈣蛋白tropoin TnT：與原肌球蛋白結(jié)合：與原肌球蛋白結(jié)合 TnI： 肌動蛋白結(jié)合肌動蛋白結(jié)合 TnC：與：與Ca2+結(jié)合結(jié)合MSATTMTICMSATTMTICCa2

22、+Ca2+安靜形狀安靜形狀胞漿胞漿Ca2+肌鈣蛋白復合物原肌凝蛋白肌凝蛋白與粗肌絲肌鈣蛋白肌動蛋白原肌凝蛋白三興奮收縮藕聯(lián)三興奮收縮藕聯(lián)Excitation-contraction coupling概念：動作電位為特征的興奮與以肌絲滑行概念：動作電位為特征的興奮與以肌絲滑行為特征的收縮聯(lián)絡起來的中介過程為特征的收縮聯(lián)絡起來的中介過程 1.肌管系統(tǒng)肌管系統(tǒng) T管管 L管管 終池終池 三聯(lián)管構造三聯(lián)管構造肌漿網(wǎng)2.興奮收縮藕聯(lián)過程興奮收縮藕聯(lián)過程 電興奮經(jīng)過電興奮經(jīng)過T管傳入細胞內(nèi)管傳入細胞內(nèi) 三聯(lián)管構造處的信息傳送三聯(lián)管構造處的信息傳送 L管釋放管釋放Ca2+和再攝取和再攝取Ca2+三聯(lián)管構造處

23、的信三聯(lián)管構造處的信息傳送息傳送二、骨骼肌收縮的力學分析二、骨骼肌收縮的力學分析1一骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)一骨骼肌收縮的外部表現(xiàn) 長度縮短長度縮短 或或/和和 張力增高張力增高 等張收縮等張收縮isotonic contraction 等長收縮等長收縮 isometric contraction 單收縮單收縮single twich 強直收縮強直收縮tetanus 單收縮單收縮不完全強直收縮不完全強直收縮不完全強直收縮不完全強直收縮完全強直收縮完全強直收縮二、骨骼肌收縮的力學分析二、骨骼肌收縮的力學分析2二前負荷對收縮的影響二前負荷對收縮的影響 *前負荷前負荷preload 肌肉收縮之前所遇到的負荷，肌肉收縮之