生理細(xì)胞的基本功能課件

第二章細(xì)胞的基本功能

1親水基團(tuán)疏水基團(tuán)蛋白質(zhì)第一節(jié)細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能一、細(xì)胞膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)2二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能（一）被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（Passivetransport）

順濃度差或電位差進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，其能量是來源于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的濃度差和電位差所釋放出的勢(shì)能，而不需要額外供能。

3C1C2

脂溶性或脂溶性較高的物質(zhì)，通過擴(kuò)散，由高濃度向低濃度方向的跨膜運(yùn)動(dòng)，稱單純擴(kuò)散。

5

2.易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion）

體內(nèi)許多非脂溶性或脂溶性很低的物質(zhì)，在膜蛋白質(zhì)幫助下，順濃度梯度和/或電位梯度進(jìn)行的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)，稱易化擴(kuò)散。需通道蛋白或載體蛋白的參與

6（1）以載體(carrier)為中介的易化擴(kuò)散7（2）以通道(channel)為中介的易化擴(kuò)散9特點(diǎn)：1）特異性：孔道的大小及帶電情況。2）失活現(xiàn)象：多數(shù)通道開放短暫，有“門控”機(jī)制調(diào)節(jié)通道的活動(dòng)。（電壓門控通道及化學(xué)門控通道等）3）競(jìng)爭(zhēng)性抑制4）轉(zhuǎn)運(yùn)速度快于載體10（二）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(Activetransport)

細(xì)胞通過本身的耗能活動(dòng)將某種物質(zhì)逆濃度梯度和電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)形式為主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。

11（三）入胞和出胞作用

細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊進(jìn)入細(xì)胞的過程稱為

入胞（endocytosis）

進(jìn)入的物質(zhì)為固體——吞噬進(jìn)入的物質(zhì)為液體——吞飲物質(zhì)由細(xì)胞排出的過程稱出胞（exocytosis）13三、細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能

外界信號(hào)→膜？？？→細(xì)胞內(nèi)功能變化——跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)Transmembranesignalingtransduction（一）經(jīng)通道完成的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)

1.化學(xué)門控通道由化學(xué)物質(zhì)控制通道的開關(guān)14AchAchIonchannelreceptoraadgbNa+Ca2+Ca2+ActionpotentialFusingvesicle153.機(jī)械門控通道

機(jī)械運(yùn)動(dòng)改變控制通道開關(guān)

內(nèi)耳毛細(xì)胞頂部的聽毛彎曲時(shí)，引起其根部所在的膜變形，直接激活通道，改變其活動(dòng)狀態(tài)。17

（二）經(jīng)膜受體蛋白、G-蛋白和膜效應(yīng)器酶完成的信息轉(zhuǎn)導(dǎo)

當(dāng)細(xì)胞外的第一信使（如某些激素及神經(jīng)遞質(zhì)）與細(xì)胞膜上受體特異性結(jié)合后，激活細(xì)胞膜上的另一種蛋白質(zhì)（G蛋白），

激活的G蛋白再激活一種或多種效應(yīng)蛋白（離子通道或酶），從而改變胞漿內(nèi)第二信使物質(zhì)的濃度，調(diào)節(jié)細(xì)胞多種生理活動(dòng)。181.受體：

是一類位于細(xì)胞膜表面的具有特異性識(shí)別和結(jié)合功能的蛋白質(zhì)，目前已確定有300多種。

2.G-蛋白：

鳥苷酸結(jié)合蛋白，存在于膜上，已知有20余種。主要功能：1）改變膜效應(yīng)器酶的活性2）也能直接影響通道

19RsGsbgaGTPGDPATPcAMPbgaGTPACProteinPKAATPADPPiPhysiologicalactivitiesmembraneplasma21第二節(jié)細(xì)胞的興奮性與生物電現(xiàn)象

一、興奮性和刺激引起興奮的條件

（一）興奮和興奮性

1.興奮（excitation）：

活組織或細(xì)胞接受刺激發(fā)生的反應(yīng)

2.興奮性（excitability）：

活組織或細(xì)胞接受刺激發(fā)生反應(yīng)的能力22

3.可興奮組織或細(xì)胞：肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞、腺細(xì)胞的興奮性較高盡管各種可興奮細(xì)胞興奮時(shí)的外部表現(xiàn)不同，但它們共同的最先出現(xiàn)的反應(yīng)一般都是在受刺激局部膜兩側(cè)出現(xiàn)特殊形式的電變化–––動(dòng)作電位興奮性可被理解為細(xì)胞在受刺激時(shí)產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力。興奮也可被理解為動(dòng)作電位的同義語(yǔ)232.閾值（閾強(qiáng)度thresholdintensity）：在刺激作用時(shí)間和強(qiáng)度-時(shí)間的變化率固定不變的情況下，能引起組織或細(xì)胞產(chǎn)生興奮的最小刺激強(qiáng)度。

25閾下刺激（subthresholdstimulus）：

低于閾值的刺激。閾上刺激（suprathresholdstimulus）：

強(qiáng)于閾值的刺激閾值是衡量組織興奮性的指標(biāo)，二者呈反變關(guān)系26（二）動(dòng)作電位(Actionpotential,AP)

膜受刺激后在原有靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速而可逆的倒轉(zhuǎn)和復(fù)原。290mV-90mV插入細(xì)胞給予刺激去極相超射overshoot復(fù)極相鋒電位spikepotential后電位afterpotential

負(fù)后電位（去極化后電位）正后電位（超極化后電位）

細(xì)胞內(nèi)記錄0-+刺激器30細(xì)胞外記錄刺激器0-+刺激器0-+刺激器0-+0mV單相動(dòng)作電位0-+0mV刺激器刺激器0-+雙相動(dòng)作電位31（三）生物電現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)制膜學(xué)說：離子在細(xì)胞膜內(nèi)外的不均衡分布以及細(xì)胞膜在不同狀態(tài)下對(duì)離子的通透性不同是生物電現(xiàn)象產(chǎn)生的基礎(chǔ)。1.靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制32細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)外側(cè)[Na+]i/[Na+]o=10/130[Cl-]i/[Cl-]o=4/120

A-A-A-A-A-膜內(nèi)有大量的氨基酸負(fù)離子K+K+K+K+K+[K+]i/[K+]o=140/52）細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性（P）不同

靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)PK+比對(duì)PNa+大50~100倍，對(duì)氨基酸基本不通透。K+K+A-A-（1）兩個(gè)條件1）細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均：33（2）形成過程K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+K+K+K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0Ek+A-K+K+K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+A-K+K+細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)外側(cè)K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+A-K+靜息膜電位接近于鉀離子的平衡電位34

鉀離子的平衡電位可以用Nernst公式計(jì)算：

RT[K+]oEk=——ln——nF[K+]iR氣體常數(shù)T絕對(duì)溫度n離子價(jià)數(shù)F法拉第常數(shù)實(shí)測(cè)值小于計(jì)算值，原因可能是：膜在靜息時(shí)對(duì)鈉離子，氯離子也有一些通透性352.動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制（1）產(chǎn)生條件

膜兩側(cè)Na+、K+濃度差大膜對(duì)Na+、K+的通透性隨時(shí)間順序變化（2）產(chǎn)生過程36Na+Na+K+K+Na+K+Na+K+Na+K+ATPNa+K+復(fù)極化超射0mV時(shí)間膜電位30mV去極化K+Na+Na+K+Na+Na+K+K+Na+超射值接近于鈉離子的平衡電位——ENaK+K+Na+Na+靜息膜電位37（3）產(chǎn)生機(jī)制去極相：Na+內(nèi)流形成Na+平衡電位快速?gòu)?fù)極相：K+快速外流負(fù)后電位：K+外流減弱正后電位：Na+-K+泵活動(dòng)增強(qiáng)（泵出的Na+﹥泵入的K+——生電性）38（四）電壓鉗和膜片鉗實(shí)驗(yàn)

離子跨膜運(yùn)動(dòng)形成跨膜離子電流（I），膜對(duì)該離子的通透性（膜電導(dǎo)G）與I呈正變關(guān)系。I=VG當(dāng)V（膜兩側(cè)電位差）固定不變時(shí)，測(cè)定到的I可反映G的變化。人工固定膜電位不變的技術(shù)即電壓鉗技術(shù)39對(duì)照K電流Na電流TTX存在時(shí)-80mV-30mV1.電壓鉗(voltageclamp)FBAV膜電位監(jiān)視膜電位固定指令FBA:feedbackamplifier40

2.膜片鉗(patchclamp)細(xì)胞

Na通道

K通道41三、興奮的引起和傳導(dǎo)（一）閾電位和局部興奮1.閾電位（thresholdpotential）

是指可引發(fā)動(dòng)作電位的臨界膜電位值，或者是足以使膜上Na+通道突然大量開放的臨界膜電位值對(duì)神經(jīng)纖維和骨骼肌細(xì)胞只有去極化刺激才能引起AP.42

2.局部興奮（localexcitation）

閾下刺激引起受刺激膜局部出現(xiàn)的一個(gè)較小的去極化反應(yīng)稱為局部興奮。閾電位43鈉通道開放膜去極化（二）興奮的引起——電壓依從性鈉通道的再生性開放鈉通道開放刺激膜去極化局部電位（達(dá)閾電位）44（三）局部興奮的特點(diǎn)1.非“全或無”的2.電緊張性擴(kuò)布刺激X=01.0mm3.0mm2.0mm刺激45

3.無不應(yīng)期，可總和（1）時(shí)間性總和

同一部位的前后數(shù)次局部電位可以總和（2）空間性總和

相鄰部位產(chǎn)生的局部電位可以總和46（四）興奮在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)++++---++++++----+++-----1.傳導(dǎo)的機(jī)制——局部電流形成472.傳導(dǎo)的特征（1）雙向傳導(dǎo)（2）安全（3）不衰減3.影響傳導(dǎo)的因素（1）細(xì)胞直徑的粗細(xì)（2）是否有髓鞘（N.f而言）48四、動(dòng)作電位時(shí)細(xì)胞膜興奮性的變化失活激活復(fù)活關(guān)閉激活失活49（一）絕對(duì)不應(yīng)期absoluterefractoryperiod

組織細(xì)胞在接受刺激而興奮后的一個(gè)較短時(shí)期內(nèi)，它無論再受到一個(gè)多么強(qiáng)大的刺激，都不能再次產(chǎn)生興奮，即興奮性為零。鈉通道失活50（二）相對(duì)不應(yīng)期relativerefractoryperiod在絕對(duì)不應(yīng)期后的一段時(shí)間內(nèi)，組織可接受大于閾值的刺激而發(fā)生興奮，即興奮性低于正常。鈉通道部分復(fù)活51（三）超常期（supernormalperiod）

組織興奮性輕度增高，組織可接受小于閾值的刺激而發(fā)生興奮。膜電位接近閾電位（四）低常期（subnormalperiod）

組織興奮性低于正常的時(shí)期.膜電位遠(yuǎn)離閾電位5253五、動(dòng)作電位的特點(diǎn)

1.全或無2.傳導(dǎo)性3.不應(yīng)期54第三節(jié)肌細(xì)胞的收縮功能一、骨骼肌細(xì)胞收縮的機(jī)制（一）有關(guān)結(jié)構(gòu)復(fù)習(xí)5556終池橫管三聯(lián)體縱管肌小節(jié)橫管（T管）終池（鈣池）三聯(lián)體（管）肌小節(jié)

兩個(gè)相鄰的Z線之間的節(jié)段。是肌收縮的最基本單位。粗肌絲細(xì)肌絲Z線57（二）肌絲的結(jié)構(gòu)和功能粗肌絲細(xì)肌絲Z線Z線581.粗肌絲（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

肌凝蛋白（收縮蛋白）構(gòu)成，分頭部和桿部。桿部朝向Ｍ線呈束狀排列。頭部規(guī)律地分部在粗肌絲表面，為橫橋。59（2）橫橋的功能1）與細(xì)肌絲的肌動(dòng)蛋白結(jié)合2）具ATP酶的作用，可分解ATP供能3）有供能時(shí)，可做擺動(dòng)將細(xì)肌絲拉向M線，使肌小節(jié)縮短。60（1）肌動(dòng)蛋白

是收縮蛋白的一部分。（2）原肌凝蛋白

肌動(dòng)蛋白與橫橋之間，妨礙兩者的結(jié)合。2.細(xì)肌絲肌動(dòng)蛋白原肌凝蛋白肌鈣蛋白61（3）肌鈣蛋白

1）C亞單位：與Ca2+結(jié)合

2）T亞單位：將肌鈣蛋白連接在原肌凝蛋白上

3）I亞單位：傳遞信息，使原肌凝蛋白構(gòu)形和位置改變，將肌動(dòng)蛋白與橫橋的結(jié)合位點(diǎn)暴露出來，促進(jìn)兩者的結(jié)合。6263（三）肌細(xì)胞收縮的機(jī)制——滑行學(xué)說（slidingtheory）

胞漿〔Ca2+〕↑→Ca2+與肌鈣蛋白Ｃ亞單位結(jié)合→原肌凝蛋白變構(gòu)→肌動(dòng)蛋白與橫橋的結(jié)合位點(diǎn)暴露→橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合→（能量）→橫橋發(fā)生擺動(dòng)，拉動(dòng)細(xì)肌絲向Ｍ線滑動(dòng)→肌小節(jié)的縮短64

興奮結(jié)束時(shí)，肌漿網(wǎng)（鈣泵）將細(xì)胞漿中的鈣離子攝回鈣池中儲(chǔ)存。肌肉由收縮轉(zhuǎn)為舒張。65二、興奮-收縮藕聯(lián)excitation-contractioncoupling（一）概念

以膜的電變化為特征的興奮過程和以肌絲滑行為基礎(chǔ)的收縮過程之間，存在著某種中介性過程把二者聯(lián)系起來，這一中介過程就叫興奮—收縮藕聯(lián)。

66（二）基本過程1.電興奮通過橫管系統(tǒng)傳向肌細(xì)胞深處2.三聯(lián)管處的信息傳遞3.肌漿網(wǎng)對(duì)Ca+的釋放和再聚集6768三、神經(jīng)-肌接頭處的興奮傳遞69神經(jīng)纖維上的AP.（一）神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞過程→鈣通道開放，鈣離子內(nèi)流→囊泡與前膜融合→量子式釋放遞質(zhì)ACh入間隙→與終板膜上N2受體結(jié)合→化學(xué)門控通道開