生理學 細胞的基本功能課件

第二章細胞的基本功能

CHAPTER2THEBISICFUNCTIONSOFCELL

邱春復(fù)主講醫(yī)學生理學教研室第一節(jié)細胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能

細胞：構(gòu)成機體的最基本的結(jié)構(gòu)和功能單位。一、細胞膜的基本結(jié)構(gòu)

液態(tài)鑲嵌模型(圖)

組成：脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、糖類（圖）1．脂質(zhì)雙分子層：細胞膜的基本骨架含：磷脂、膽固醇、鞘脂。磷脂磷脂酰膽堿磷脂酰乙醇胺磷脂酰絲氨酸磷脂酰肌醇二、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能（一）單純擴散1．定義擴散：

單純擴散：脂溶性小分子物質(zhì)由高濃度向低濃度跨膜移動的過程。2．擴散通量：Mmol/s.cm2

影響因素：膜內(nèi)外物質(zhì)濃度差、電壓差膜的通透性3．轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：O2，CO2

4．特點：①

高濃度→低濃度②

不耗能（二）膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運易化擴散1．定義非脂溶性小分子物質(zhì)，在特殊膜蛋白質(zhì)幫助下，由高濃度向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程。

2．特點①高濃度→低濃度②不需耗能③具有選擇性④通透性可改變3．通道介導(dǎo)的易化擴散--離子通道①轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：離子：Na+、K+等②特點：a．通道蛋白功能狀態(tài)可以改變圖激活(開放)

失活（關(guān)閉）備用（靜息）b．通過“閘門”進行調(diào)控c．有選擇性③轉(zhuǎn)運結(jié)果：電化學勢能平衡分類：化學門控通道：N-Ach受體電壓門控通道：Na+通道機械門控通道：內(nèi)耳毛細胞4．經(jīng)載體介導(dǎo)的易化擴散（圖）轉(zhuǎn)運的物質(zhì)：GS、AA進入一般細胞

共同特點：①結(jié)構(gòu)特異性②飽和現(xiàn)象③競爭性抑制

生理作用：形成細胞外高Na+、細胞內(nèi)高K+a．離子勢能貯備是生物電產(chǎn)生的基礎(chǔ)；促進某些物質(zhì)的逆濃度差的跨膜轉(zhuǎn)運。如GSb．細胞內(nèi)高K+是某些生化反應(yīng)必需c.防止細胞水腫3．分類

原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運：（圖）

各種跨膜轉(zhuǎn)運機制的特征小結(jié)1.膜的化學組成和分子結(jié)構(gòu)。2.細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能：單純擴散，易化擴散，主動轉(zhuǎn)運，繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運，出胞,入胞作業(yè)：

1.細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式有幾種，舉例說明之。2．比較單純擴散和易化擴散的異同點?3．Na+-K+泵活動有何生理意義?

第二節(jié)

細胞的跨膜信號傳遞功能◆

跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概念

指外界信號（化學分子、光、聲音等）作用于細胞膜表面的受體，引起膜結(jié)構(gòu)中一種或多種特殊蛋白質(zhì)構(gòu)型改變，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，再引發(fā)靶細胞功能改變?！魩追N主要的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式由離子通道完成的跨膜信號傳遞刺激信號→膜通道蛋白開放→離子移動→膜電位變化→膜內(nèi)信息→細胞功能改變1．化學門控通道（配體門控通道）舉例：N-型乙酰膽堿受體又稱：通道型受體促離子型受體2．電壓門控通道在跨膜電位改變時，通道開放。如：、K+、Ca+通道3．機械門控通道：內(nèi)耳毛細胞中4．細胞間通道：即縫隙連接（圖）舉例：神經(jīng)興奮引起肌收縮神經(jīng)沖動→神經(jīng)末梢→釋放ACh→終板膜化學門控通道開放→終板電位→電壓門控Na+通道→肌膜AP→胞漿Ca2+升高→肌收縮由受體、G-蛋白、膜效應(yīng)器酶完成的跨膜信號傳遞1．受體

概念：指能與配體特異性結(jié)合的蛋白質(zhì)

特性：（1）特異性（2）飽和性（3）可逆性由激酶受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體結(jié)構(gòu)與功能（圖）１．膜外段：能與配體相結(jié)合。２．跨膜：α－螺旋。３．膜內(nèi)段：自身酪氨酸殘基磷酸化受體激活蛋白磷酸化底物酪氨酸殘基磷酸化◆跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和原癌基因

原癌基因：與致癌病毒ＤＮＡ堿基排列順序相一致，存在于正常細胞，其正常表達為生命必需。表達產(chǎn)物與跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)有關(guān)

即刻早期基因：又稱快速基因、即早基因、第三信使一、細胞膜的被動電學特征（一）膜電容和膜電阻（二）電緊張電位生物電記錄方法（圖）二、靜息電位

RP概念：指細胞在靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側(cè)的電位差。（圖）極性：內(nèi)負外正，大小用負值表示大?。荷窠?jīng)元：－90mv幾個概念：極化：靜息時，膜兩側(cè)的內(nèi)負外正狀態(tài)超極化：膜內(nèi)電位向負值變大的方向變化去極化：膜內(nèi)電位向負值減小的方向變化復(fù)極化：由去極化或超極化向RP值恢復(fù)

反極化：膜內(nèi)為正，膜外為負的狀態(tài)

三、動作電位AP

（一）細胞的動作電位概念：AP是膜兩側(cè)電位在RP基礎(chǔ)上發(fā)生的一次可擴布的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)和復(fù)原。圖

去極相去極化超射鋒電位

復(fù)極相：復(fù)極化初期

后電位復(fù)極化后期（負后電位）后超極化（正后電位）

（二）動作電位的產(chǎn)生機制1、電化學驅(qū)動力；2、動作電位期間膜電導(dǎo)的變化；3、膜電導(dǎo)與離子通道（膜片鉗技術(shù)）鋒電位

上升支：去極相由Na+內(nèi)流形成，是Na+的平衡電位有效刺激→部分Na+通道開放→少量Na+→膜去極化→閾電位→大量Na+通道開放→大量Na+內(nèi)流→膜內(nèi)負電位消失，出現(xiàn)正電位

下降支：復(fù)極相Na+通道失活→K+通透性升高→Na+內(nèi)流停止，K+外流→膜內(nèi)電位由正向負值變化→靜息電位

AP的產(chǎn)生實質(zhì)上是受刺激后Na+、

K+通道狀態(tài)改變導(dǎo)致膜對Na+、

K+通透性（電導(dǎo)）改變的結(jié)果。

（圖）

K+通道：是電壓依賴式離子通道，有開、關(guān)兩種狀態(tài)

阻斷劑：四乙基胺、四氨基吡啶

Na+通道:是電壓及時間依賴式離子通道，有開、關(guān)、失活三種狀態(tài)（圖）

阻斷劑：

河豚毒素、局麻藥

后電位后去極化：快速K+外流堆積，復(fù)極化減慢后超極化：鉀通道開放時間長，過多鉀外流4、動作電位的引起和閾電位閾電位和鋒電位的引起

刺激閾電位AP1、閾電位TP：

是一種膜電位的臨界值，能觸發(fā)AP，是引起鈉通道大量開放的膜電位值，即鈉內(nèi)流形成正反饋的膜電位值。RP和TP的差值大，細胞興奮性低；差值小，興奮性高。2、閾強度：使細胞膜去極化到閾電位的最小刺激強度局部興奮（圖）特點（圖）（1）電位幅度小，呈衰減性傳導(dǎo)（2）等級性，非“全或無”式（3）可以總和：時間總和空間總和（三）動作電位的傳導(dǎo)：局部電流學說

AP在同一細胞上是以局部電流的形式傳導(dǎo)的局部電流：已興奮膜與未興奮膜之間存在電位差，而發(fā)生的電荷移動。

神經(jīng)纖維AP的傳導(dǎo)：神經(jīng)沖動（1）無髓神經(jīng)纖維AP的傳導(dǎo)（圖）（2）有髓神經(jīng)纖維AP的傳導(dǎo)在兩個相鄰的郎飛結(jié)間呈跳躍式傳導(dǎo)傳導(dǎo)速度快，節(jié)能。

影響傳導(dǎo)速度的因素：軸突直徑是否有髓鞘

特點：雙向傳導(dǎo)不衰減傳導(dǎo)絕緣性相對不疲勞性◆復(fù)合AP----神經(jīng)干AP細胞外記錄法：雙向或單向復(fù)合AP（圖）

復(fù)合AP在一定范圍之內(nèi)可隨刺激強度的增大而增大

（四）縫隙連接（電突觸）電阻小（傳導(dǎo)速度快）、雙向傳導(dǎo)四、組織的興奮和興奮性（一）興奮和可興奮細胞概念：興奮：細胞對興奮發(fā)生反應(yīng)的過程?？膳d奮細胞：凡在受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細胞。

（二）組織的興奮性和閾刺激刺激：細胞所處環(huán)境因素的變化。4.反應(yīng)及兩種形式（興奮和抑制）

5.閾強度：固定刺激時間及強度時間變率，剛能引起組織產(chǎn)生反應(yīng)的刺激強度。簡稱閾值。閾值大則興奮性低，反之亦然

閾上刺激閾下刺激閾刺激

（三）細胞興奮后興奮性的周期性變化

絕對不應(yīng)期相對不應(yīng)期超常期低常期正常

（圖）第四節(jié)

肌細胞的收縮一、橫紋肌

（一）骨骼肌神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞1．神經(jīng)肌肉接頭處的結(jié)構(gòu)

（圖）接頭前膜接頭后膜即終板膜接頭間隙

2．神經(jīng)肌肉接頭處興奮的傳遞過程AP→接頭前膜Ca2+通道開放→Ca2+內(nèi)流→囊泡移動、融合→出胞作用→Ach釋放→ACh與后膜N－型ACh受體結(jié)合，通道開放→Na+內(nèi)流→終板電位→肌膜Na+通道開放→AP

終板電位及微終板電位Ach的釋放：量子式釋放Ach的滅活：膽堿脂酶（被新斯的明抑制）N－型受體阻斷劑：箭毒、α－銀環(huán)蛇毒3、神經(jīng)肌肉接頭處興奮傳遞的特征

a、單向傳遞b、時間延閣c、易受環(huán)境因素變化的影響d、是1對1的傳遞(二)橫紋肌細胞的微細結(jié)構(gòu)

1．

肌原纖維和肌小節(jié)（圖）（1）肌原纖維明帶：長度可變，其正中的暗線為Z線暗帶：長度固定，正中相對透明區(qū)為H帶H帶中央的暗線稱為M線。（2）肌小節(jié)：兩條Z線間的區(qū)域長度=1/2明帶+暗帶（1.5--3.5μm）2．肌管系統(tǒng)（圖）（1）橫管：由胞膜向內(nèi)凹入形成（2）縱管（肌漿網(wǎng)）：三聯(lián)管：由每一橫管和來自兩側(cè)肌小節(jié)的縱管終末池構(gòu)成作用：把橫管傳來的信息和終池Ca2+釋放聯(lián)系起來

（三）橫紋肌的收縮機制—肌絲滑行學說

肌絲滑行學說：肌細胞收縮時肌原纖維縮短，是細肌絲向粗肌絲滑行的結(jié)果1．肌絲的分子結(jié)構(gòu)（1）粗肌絲：由肌凝蛋白構(gòu)成（圖）

橫橋的作用：a.具有與細肌絲結(jié)合的位點b.具有ATP酶的活性(2)細肌絲

（圖）

a.肌動蛋白，又稱肌纖蛋白具有與橫橋結(jié)合的位點b.原肌凝蛋白：覆蓋結(jié)合位點

c.肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合→原肌凝蛋白構(gòu)象改變→暴露結(jié)合位點收縮蛋白：肌凝蛋白與肌動蛋白調(diào)節(jié)蛋白：原肌凝蛋白和肌鈣蛋白2、肌絲滑行的基本過程（圖）肌漿中Ca2+升高→Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合后構(gòu)象改變→原肌凝蛋白的雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)→肌纖蛋白的橫橋結(jié)合位點暴露→橫橋和肌纖蛋白結(jié)合，橫橋扭動、脫離、再結(jié)合、再扭動（橫橋循環(huán)、橫橋周期）→細肌絲向M線方移動。

ATP的作用：提供能量使橫橋脫離（四）骨骼肌細胞的興奮-收縮耦聯(lián)

把肌細胞的興奮和收縮連接起來的中介過程

三個步驟：（圖）

1．肌膜動作電位經(jīng)橫管傳向肌細胞的深處甘油高滲任氏液可破壞橫管系統(tǒng)

2．三聯(lián)體處的興奮傳遞橫管膜興奮→終末池Ca2+通道開放→Ca2+進入肌漿→Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合→肌絲滑行→肌收縮

3．肌漿網(wǎng)對Ca2+的釋放和回收釋放：AP使終池膜Ca2+通道開放回收：鈣泵作用◆骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)和力學分析外部表現(xiàn)：肌肉縮短、產(chǎn)生張力、作功肌肉的收縮形式

1、等長收縮與等張收縮

（圖）等長收縮：指肌肉收縮時只有張力的增加而無長度的縮短。等張收縮：指肌肉收縮時長度縮短而無肌張力的變化。

2、單收縮與單收縮的復(fù)合

圖（五）影響橫紋肌收縮效能的因素1、前負荷對骨骼肌收縮的影響：長度-張力曲線（圖）前負荷：肌肉在收縮前就作用于肌肉的負荷，將肌肉拉長于某一狀態(tài)。

最適初長度：使肌肉收縮時產(chǎn)生最大張力的初長度。最適前負荷：產(chǎn)生最適初長度的前負荷。在最適初長度和前負荷時，肌張力最大，收縮速度最快，縮短的長度最大，橫橋與細肌絲結(jié)合最多，作功效率最高。（圖）2、后負荷對骨骼肌收縮的影響：張力-速度曲線（圖）后負荷：肌肉開始收縮時遇到的負荷后負荷愈大，產(chǎn)生張力愈大，肌肉縮短的速度及縮短的長度愈小適度的后負荷（百分之三十最大張力處）才能獲得肌肉作功的最佳效率。3、肌肉收縮能力指與前、后負荷無關(guān)的肌肉本身的收縮能力，即肌肉內(nèi)部的功能狀態(tài)。

4、收縮的總和運動單位：一個脊髓運動神經(jīng)元及其軸突分支所支配的全部肌纖維?？偤停哼\動單位的數(shù)量頻率效應(yīng)肌肉的收縮形式

1、等長收縮與等張收縮（圖）等長收縮：指肌肉收縮時只有張力的增加而無長度的縮短。等張收縮：指肌肉收縮時長度縮短而無肌張力的變化。

2、單收縮與單收縮的復(fù)合

圖

單收縮：當骨骼肌受到一次短促刺激時，可產(chǎn)生一次動作電位，隨后出現(xiàn)一次收縮和舒張的收縮形式。

復(fù)合收縮（強直收縮）：當骨骼肌受到頻率較高的連續(xù)刺激時，出現(xiàn)總和的收縮過程。不完全強直收縮完全強直收縮

生理情況下支配骨骼肌的運動神經(jīng)發(fā)出的是連續(xù)沖動，故產(chǎn)生的是強直收縮；靜息時微弱而持續(xù)的收縮稱為肌緊張。二、平滑肌

（一）平滑肌的微細結(jié)構(gòu)平滑肌細胞的結(jié)構(gòu)特點（圖）致密體致密區(qū)中間絲

平滑肌細胞的功能特點：1、肌漿網(wǎng)不發(fā)達，收縮時需要外Ca2+2、收縮緩慢而持久，不易疲勞3、對牽拉刺激敏感4、具有自律性5、受自主神經(jīng)支配，對各種體液因素敏感（二）平滑肌的收縮機制

AP→外Ca2+內(nèi)流→肌漿網(wǎng)的Ca2+釋放→胞漿中Ca2+增加→Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合→激活肌凝蛋白激酶→ATP分解→橫橋擺動→細肌絲滑行→肌細胞收縮。與骨骼肌不同之處：

需要外Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合思考題

1.細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式有幾種，舉例說明之。2.比較單純擴散和易化擴散的異同點?3.Na+-K+泵活動有何生理意義?4.簡述生理學上興奮性和興奮的含義及其意義。5.衡量組織興奮性的指標有哪些?6.神經(jīng)細胞一次興奮后，其興奮性有何變化?機制何在?7.局部興奮有何特點和意義?8.比較無髓神經(jīng)纖維和有髓神經(jīng)纖維動作電位傳導(dǎo)的異同點?9.簡述骨骼肌接頭處興奮傳遞的過程及其機制。10.簡述骨骼肌的興奮—收縮耦聯(lián)過程。11.比較電壓門控通道和化學門控通道的異同點?12.骨骼肌的收縮有哪些外部表現(xiàn)?13.以神經(jīng)細胞為例，說明動作電位的概念、組成部分及其產(chǎn)生機制14.試述單根神經(jīng)纖維動作電位和神經(jīng)干復(fù)合動作電位有何區(qū)別?并分析其原因。15.試述神經(jīng)—骨骼肌接頭處興奮傳遞和突觸處興奮傳遞有何異同點?細胞膜的結(jié)構(gòu)示意圖受體介導(dǎo)的入胞過程由G－蛋白介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)圖胰島素受體示波器工作原理RP與AP的實驗?zāi)Ｊ綀DAP的產(chǎn)生與鈉、鉀通透性的關(guān)系局部興奮

動作電位的傳導(dǎo)神經(jīng)肌肉接頭肌原纖維、肌管系統(tǒng)、肌小節(jié)肌小節(jié)中粗、細肌絲的分布粗肌絲分子排列示意圖細肌絲的結(jié)構(gòu)示意圖肌絲滑行原理不同頻率的刺激對骨骼肌收縮型式的影響長度－張力曲線肌小節(jié)長度與產(chǎn)生張力的關(guān)系張力－速度曲線平滑肌細胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)模式圖表2-1細胞外液與細胞內(nèi)液主要成分成分細胞外液濃度細胞內(nèi)液濃度（mmol/L）（mmol/L）Na+15015K+5.5150Ca2+11.5(游離0.0001)Mg2+1.512Cl-1259AA28Gs5.61Pr0.24ATP04表2－2各種跨膜轉(zhuǎn)運機制的特征單純離子載體原發(fā)性主繼發(fā)性擴散通道介導(dǎo)動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運凈移動方向高低高低高低低高低高膜兩側(cè)濃度相等相等相等不相等