生理學(xué)第三章細胞的基本功能

生理學(xué)第三章細胞的基本功能第一頁，共九十四頁，2022年，8月28日一、細胞的生物電現(xiàn)象及其產(chǎn)生機制生物電現(xiàn)象及歷史（Galvani）。細胞在安靜或活動時，都有生物電現(xiàn)象。采用微電極技術(shù)對細胞內(nèi)電位變化進行研究。方法：細胞水平研究。材料：微電極、電位儀、槍烏賊大神經(jīng)。(一)兩個重要的細胞生物電現(xiàn)象第二頁，共九十四頁，2022年，8月28日0mV神經(jīng)纖維微電極測量單一神經(jīng)纖維的膜電位示意圖第三頁，共九十四頁，2022年，8月28日

靜息電位（restingpotential,Rp）指細胞在未受刺激時（靜息狀態(tài)下），存在于細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差。

概念：

特點：A內(nèi)負(fù)外正（極化狀態(tài)）B大?。河胁町?，均為mV級C穩(wěn)定的直流電位第四頁，共九十四頁，2022年，8月28日微電極測量單一神經(jīng)纖維的膜電位示意圖第五頁，共九十四頁，2022年，8月28日

動作電位（Actionpotential,Ap)活體細胞在靜息電位的基礎(chǔ)上接受刺激時，受刺激處細胞膜兩側(cè)出現(xiàn)的快速可逆的電位逆轉(zhuǎn)和復(fù)原。

概念：是細胞興奮的標(biāo)志。

組成：去極化：由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正反極化或超射：膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎祻?fù)極化：恢復(fù)至靜息時內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)第六頁，共九十四頁，2022年，8月28日stimulate0mV神經(jīng)纖維AP第七頁，共九十四頁，2022年，8月28日去極化：由內(nèi)負(fù)外正變?yōu)橥庳?fù)內(nèi)正反極化或超射：膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎祻?fù)極化：恢復(fù)至靜息時內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)極化：RP時，細胞膜兩側(cè)保持的內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)超極化：膜電位向負(fù)值加大的方向變化第八頁，共九十四頁，2022年，8月28日

時間（ms）-70-550+35mV動作電位的波形及組成去極化復(fù)極化超極化超射第九頁，共九十四頁，2022年，8月28日

神經(jīng)纖維的動作電位鋒電位上升支去極相下降支復(fù)極相后電位負(fù)后電位：15ms正后電位：80ms0.5-2ms第十頁，共九十四頁，2022年，8月28日閾電位：細胞受刺激后，膜內(nèi)去極化，達到某一臨界值后產(chǎn)生快速的膜內(nèi)電位上升變化，此臨界值稱為閾電位。通常比原有靜息電位小10~20mV。后電位：鋒電位：描記動作電位曲線，可見其快速的上升支（即去極相）和快速的下降支（即復(fù)極相）成一尖銳的脈沖，稱為鋒電位。在鋒電位下降支最后恢復(fù)到靜息電位水平以前，膜兩側(cè)電位還有一些微小而緩慢的波動，稱為后電位。與電位相關(guān)的概念：負(fù)后電位（去極化電位）正后電位（超極化電位）第十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日時間（ms）正后電位負(fù)后電位-70-550+35mV刺激偽跡鋒電位動作電位的波形及組成后電位第十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日神經(jīng)纖維動作電位示意圖第十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日動作電位的特點“全”或“無”；不減衰；不重疊?！叭盇p的幅度不隨有效刺激強度的增強而增大膜各部分的極化狀態(tài)一致，則Ap在傳導(dǎo)過程中不衰減“無”閾下刺激不產(chǎn)生動作電位

可傳播性第十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日全或無現(xiàn)象(AllorNone)

AP刺激指同一C上，AP的大小不隨剌激強度和傳導(dǎo)距離而改變的現(xiàn)象閾刺激RS第十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日30KCl半透膜1KCl++++++------電勢能濃差勢能（二）細胞生物電現(xiàn)象的產(chǎn)生機制1.基本原理：半透膜只對K＋具有通透性第十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日

EK=59.5logK+平衡電位可由Nernst

公式計算

[K+]o[K+]i（mV）第十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日2.靜息電位的產(chǎn)生機制（1）膜內(nèi)、外的離子分布不均膜外：Na+和Cl–濃度高膜內(nèi)：K+和A–濃度高由于存在離子的濃度梯度（濃度差），因此離子有順濃度梯度，向膜內(nèi)外擴散的趨勢。

Na+Cl-K+A-K+第十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日Na+Cl-（2）細胞膜的通透性：安靜時對Na+和Cl–通透性小對A–幾乎不通透對K+的通透性較大（K+通道開放）K+外流內(nèi)負(fù)外正電位差=K+的濃度差K+凈通量為0靜息電位=K+的平衡電位K+A-K+第十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日+K+K+K+外流形成K+平衡電位神經(jīng)纖維電勢能30K+1K+

+

+++++++++A-濃差勢能第二十頁，共九十四頁，2022年，8月28日

EK=59.5logK+平衡電位可由Nernst

公式計算

決定RP的因素：K＋的外流RP實測值略＜計算值。[K+]o[K+]i（mV）why？1）跨膜K+濃度差：2）膜對K+的通透性[K+]o↑→RP↓↑→RP↑第二十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日*閾電位(thresholdpotential）概念

能誘發(fā)AP（鈉通道大量激活）的臨界膜電位值數(shù)值：比RP的絕對值小10~20mV意義：是AP產(chǎn)生的條件3.動作電位的產(chǎn)生（1）動作電位的引起第二十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日-70-55-85膜電位（mV）AP閾電位水平局部興奮Rp水平刺激閾電位的產(chǎn)生記錄刺激第二十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日陰極刺激原則興奮總是發(fā)生在陰極電極下方，陽極下方甚至出現(xiàn)超級化–刺激器第二十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日

去極化：Na+內(nèi)流++++++------閾電位（高10～20mv）Na+通道開放去極化Na+的平衡電位=超射值正反饋或自生性增加去極化電位（2）動作電位鋒電位的形成第二十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日第二十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日

復(fù)極化：K+外流

動作電位后：Na+－K+交換過度去極化Na+通道失活電壓門控K+通道開放K+外流細胞內(nèi)Na+細胞外K+Na+－K+泵恢復(fù)離子分布第二十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日（3）膜電導(dǎo)的分子基礎(chǔ)a.Na+通道的結(jié)構(gòu)模式：雙門控制靜息態(tài)激活態(tài)失活態(tài)第二十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日b.K+通道的結(jié)構(gòu)模式：單門控制激活態(tài)失活態(tài)第二十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日

第三十頁，共九十四頁，2022年，8月28日--------+Na+Na+++++++-----++++++細胞外細胞內(nèi)1NaClNa+

濃度差12NaClRP①刺激AP產(chǎn)生的機制：1）去極相RP第三十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日K+K+細胞外1NaCl12NaCl-+細胞內(nèi)Na+K+-+泵①②③3）靜息期2）復(fù)極相第三十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日4.局部反應(yīng)或局部興奮1.局部興奮（局部反應(yīng)）:2.局部興奮的特征：閾下刺激Na+通道少量開放少量Na+內(nèi)流局部去極化無不應(yīng)期疊加時間總和空間總和

沒有“全”或“無”現(xiàn)象

向周圍電緊張性擴布

可以總合衰減性的幅度速度例如：終板電位、突觸后電位第三十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日Experiments:-90-70-110-90-70-110閾下刺激電緊張擴布空間時間RS第三十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日局部興奮與AP的區(qū)別:不衰減擴布電緊張擴布⑥傳播特點無有⑤總和現(xiàn)象有無④‘全或無’特點大?、勰る娢蛔兓榷嗌佗阝c通道開放數(shù)閾或閾上刺激閾下刺激①刺激強度AP局部興奮區(qū)別第三十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日（三）動作電位的傳導(dǎo)1．動作電位在同一細胞的傳導(dǎo)

A.

無髓神經(jīng)纖維局部電流未興奮段去極化興奮沿神經(jīng)纖維傳導(dǎo)神經(jīng)沖動（1）傳導(dǎo)機制局部電流

第三十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日神經(jīng)纖維傳導(dǎo)機制模式圖第三十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日傳導(dǎo)機制——局部電流+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+--+-+-+神經(jīng)纖維無髓神經(jīng)纖維第三十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日B.有髓神經(jīng)纖維：跳躍式傳導(dǎo)++++++------+++-++---+--AB髓鞘不導(dǎo)電，不允許離子通過局部電流在郎飛結(jié)間形成跳躍式傳導(dǎo)第三十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日有髓神經(jīng)纖維——跳躍式傳導(dǎo)（2）影響興奮傳導(dǎo)的因素1）C直徑

2）髓鞘

3）去極化的幅度+-+--+刺激第四十頁，共九十四頁，2022年，8月28日（3）動作電位傳導(dǎo)的特征完整性：結(jié)構(gòu)和生理功能的完整雙向性：向相反的兩個反向傳導(dǎo)絕緣性：使神經(jīng)的調(diào)節(jié)更為精確相對不疲勞：耗能較少第四十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2.動作電位在不同細胞之間的傳遞心肌和平滑肌的細胞間存在縫隙連接。由6個稱為連接子的單體蛋白形成同源六聚體。（1）動作電位通過縫隙連接的傳遞（2）動作電位通過神經(jīng)突觸或神經(jīng)－肌接頭的傳遞（化學(xué)性傳遞）第四十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日二、細胞的興奮和興奮性(一)細胞的興奮和可興奮細胞

傳統(tǒng)生理學(xué)將細胞或組織對刺激發(fā)生的反應(yīng)稱為興奮（excitation）。在現(xiàn)代生理學(xué)中，興奮被看作是動作電位的同義語或動作電位產(chǎn)生的過程。凡是受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細胞，稱為可興奮細胞。神經(jīng)細胞、肌細胞和腺細胞都屬于可興奮細胞。第四十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日(二)細胞產(chǎn)生興奮的條件

1.興奮性（excitability）可興奮細胞或組織對刺激發(fā)生反應(yīng)的能力稱興奮性。從生物電的角度看，可興奮細胞受到刺激產(chǎn)生動作電位的能力，稱為興奮性。2.反應(yīng)：刺激作用下，機體作出的應(yīng)答。反應(yīng)的形式機體由相對靜止轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒訝顟B(tài)或由活動弱轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒訌姷臓顟B(tài)（動作電位）興奮：抑制：機體由活動轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄬o止?fàn)顟B(tài)或由活動強轉(zhuǎn)變?yōu)榛顒尤醯臓顟B(tài)（超極化）第四十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日有反應(yīng)的刺激3、刺激：內(nèi)、外環(huán)境變化有效刺激：無效刺激刺激的三個條件：一定的強度，一定的持續(xù)時間和一定的強度對時間的變化率。方波刺激時間強度強度對時間的變化率不變強度時間強度－時間曲線第四十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日4.閾強度（thresholdintensity）強度－時間變化率固定，刺激持續(xù)時間恒定和足夠時，能引起組織或細胞發(fā)生興奮或產(chǎn)生動作電位的最小刺激強度，又稱閾值。意義：反映組織興奮性的高低。閾強度低，興奮性高。概念：第四十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日0mV-70-9020絕對不應(yīng)期相對不應(yīng)期超常期0100興奮性低常期（三）細胞一次興奮后興奮性的周期性變化第四十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日動作電位的組成與興奮性周期的對應(yīng)關(guān)系第四十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日分期刺激強度興奮性可能機制對應(yīng)的Ap時程絕對不應(yīng)期無限大無Na+通道處于失活狀態(tài)鋒電位相對不應(yīng)期閾上刺激閾刺激有（低于正常）Na+通道逐漸恢復(fù)負(fù)后電位超常期閾下刺激有（高于正常）Na+通道恢復(fù)至備用狀態(tài)，電位水平距閾電位近低常期閾上刺激有（低于正常電位水平距閾電位遠正后電位絕對不應(yīng)期的意義：其長短決定細胞興奮的最高頻率例：絕對不應(yīng)期＝2ms興奮的最高頻率＝1000/2使Ap不會重合第四十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日

第四節(jié)骨胳肌的收縮功能

運動單位：一個運動神經(jīng)元和所支配的所有肌纖維。第五十頁，共九十四頁，2022年，8月28日一、神經(jīng)-肌接頭的興奮傳遞

神經(jīng)肌接頭：神經(jīng)末梢膜與肌膜相接觸的部位。接頭前膜：接頭后膜（終板膜）：接頭間隙：囊泡（Ach)突觸小泡小皺褶，N2型Ach受體；膽堿脂酶50nm（一）神經(jīng)-肌接頭的結(jié)構(gòu)第五十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日遞質(zhì)囊泡（Ach）神經(jīng)—肌肉接頭③運動終板膜肌小節(jié)②接頭間隙①接頭前膜第五十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日神經(jīng)肌接頭的結(jié)構(gòu)第五十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日第五十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日Ca2+進入末梢運動N興奮沖動傳至N末梢，Ca2＋通道開放Ach釋放到間隙Ach與后膜N2受體結(jié)合Na+內(nèi)流*、K+外流后膜去極化(終板電位,局部興奮)總和肌C膜AP降低軸漿粘滯性囊泡的可移動性中和負(fù)電荷囊泡易與前膜融合（二）神經(jīng)肌接頭處的興奮傳遞第五十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日（三）神經(jīng)-肌接頭興奮傳遞的特征及影響因素

單向傳遞：接頭前膜終板膜時間延擱易受藥物和其他環(huán)境因素的影響1．神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞的特征第五十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日2.某些藥物對神經(jīng)肌接頭興奮傳遞的影響密膽堿：膽堿的類似物干擾膽堿轉(zhuǎn)運進而影響乙酰膽堿的合成肉毒桿菌毒素：阻斷乙酰膽堿的釋放箭毒類藥物：作用于N受體與Ach競爭N受體，無活性，稱受體阻斷劑。有機磷農(nóng)藥：抑制膽堿酯酶不可逆抑制膽堿酯酶，為神經(jīng)毒劑。新斯的明：膽堿脂酶抑制劑延長乙酰膽堿的作用時間，治療重癥肌無力第五十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日骨骼肌纖維肌膜肌漿細胞核肌原纖維肌管系統(tǒng)肌纖維膜肌細胞核終末池肌原纖維線粒體三聯(lián)管T小管肌質(zhì)網(wǎng)細胞液二、骨骼肌的機械收縮活動第五十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日第五十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日1.肌原纖維粗肌絲細肌絲肌節(jié)：＝1/2明帶+暗帶+1/2明帶相鄰Z線間的一段肌原纖維。暗帶（A帶）H帶明帶（I帶）M線Z線（一）骨骼肌細胞超微結(jié)構(gòu)及分子組成第六十頁，共九十四頁，2022年，8月28日肌原纖維超微結(jié)構(gòu)模式圖第六十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日肌絲的結(jié)構(gòu)第六十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日肌肉收縮時肌細胞內(nèi)肌絲并沒縮短，只是細肌絲向粗肌絲之間的滑行，，造成相鄰Z線相互靠近，肌小節(jié)長度變短（暗帶長度不變，明帶長度縮短，H帶也變短），從而導(dǎo)致肌原纖維以致整個肌細胞和整塊肌肉的收縮第六十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日P26第六十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日（1）粗肌絲

分子組成：肌凝（球）蛋白

桿狀部球狀頭200～300個

主干橫橋球狀部—橫橋長桿狀主干第六十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日粗肌絲中肌凝蛋白分子的排列示意圖

每個肌凝蛋白分子的桿狀部向M線集合成束，構(gòu)成粗肌絲的主干，球狀的頭由粗肌絲的主干向四周伸出，形成橫橋長桿狀主干球狀頭—橫橋第六十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日

橫橋的特點：具有ATP酶活性，可水解ATP供能B.A.與細肌絲中的肌纖蛋白可逆性地結(jié)合。結(jié)合一個位點頭向M線方向扭動，拖拉細肌絲分離再結(jié)合下一個位點第六十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日橫橋扭動與細肌絲滑行圖解第六十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日原肌凝蛋白（tropomyosin）肌纖蛋白（actin）肌鈣蛋白（troponin）①肌纖蛋白：每一個單體上有一個與肌凝蛋白的結(jié)合位點②原肌凝蛋白：安靜時，覆蓋肌纖蛋白上各結(jié)合位點③肌鈣蛋白：與Ca2＋結(jié)合后，導(dǎo)致肌纖蛋白結(jié)合位點暴露（2）細肌絲第六十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日

肌鈣蛋白TCIT：把整個肌鈣蛋白結(jié)合至原肌凝蛋白C：與肌漿中的Ca2+親和力強I：當(dāng)C亞單位與Ca2+結(jié)合時，將信息傳遞給原肌凝蛋白，使后者分子構(gòu)型發(fā)生改變，導(dǎo)致肌纖蛋白上結(jié)合位點暴露，以利于肌纖蛋白與肌凝蛋白的結(jié)合。

收縮蛋白：肌凝蛋白肌纖蛋白

非收縮蛋白（調(diào)節(jié)蛋白）：原肌凝蛋白肌鈣蛋白第七十頁，共九十四頁，2022年，8月28日

細肌絲的分子組成（肌動蛋白）（原肌凝蛋白）肌鈣蛋白第七十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日2.肌管系統(tǒng)橫管系統(tǒng)縱管系統(tǒng)凹入細胞內(nèi)的肌膜肌質(zhì)網(wǎng)

（SR）T管SR管終池三聯(lián)管（T管）（L管）傳導(dǎo)動作電位、信息Ca2+泵Ryanodine受體儲Ca2+釋放Ca2+L型Ca2+通道第七十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日第七十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日第七十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日三聯(lián)管第七十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日P22第七十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日（二）骨骼肌收縮的機制1.肌漿中Ca2+濃度增加到閾值，肌鈣蛋白和原肌凝蛋白發(fā)生構(gòu)型改變，肌纖蛋白上結(jié)合位點暴露。2.橫橋頭部與結(jié)合位點接觸并結(jié)合橫橋周期3.頭向M線扭動，細肌絲隨之拖向M線方向。4.解離恢復(fù)與新位點結(jié)合扭動肌小節(jié)5.肌漿中Ca2+濃度降低到另一閾值，肌鈣蛋白與Ca2+分離，結(jié)合位點被覆蓋，細肌絲退回原位。Ca2+與肌鈣蛋白的結(jié)合和分離是觸發(fā)和終止肌絲滑行的關(guān)鍵因素。第七十七頁，共九十四頁，2022年，8月28日肌漿Ca2+濃度增加導(dǎo)致肌纖蛋白上的結(jié)合點暴露圖解第七十八頁，共九十四頁，2022年，8月28日第七十九頁，共九十四頁，2022年，8月28日

第八十頁，共九十四頁，2022年，8月28日第八十一頁，共九十四頁，2022年，8月28日（三）骨骼肌的興奮－收縮耦聯(lián)

概念：興奮（動作電位）與收縮過程間的中介過程。

結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：

三聯(lián)管T管SR管終池三聯(lián)管第八十二頁，共九十四頁，2022年，8月28日第八十三頁，共九十四頁，2022年，8月28日第八十四頁，共九十四頁，2022年，8月28日骨骼肌興奮Ap沿T管傳向肌C內(nèi)部JRS膜Ca2+通道開放肌漿中Ca2＋濃度肌絲滑行，肌肉收縮骨骼肌興奮后肌漿中Ca2＋肌漿中Ca2＋濃度終末池Ca2＋與肌鈣蛋白解離鈣泵肌肉舒張Ca2＋與肌鈣蛋白結(jié)合T管膜的L型Ca2+通道的分子構(gòu)象變化第八十五頁，共九十四頁，2022年，8月28日鈣泵橫橋循環(huán)第八十六頁，共九十四頁，2022年，8月28日Ca2+Ca2+泵Ca2+Ca2+Ca2+

JSRA：骨骼