第二章 細(xì)胞的基本功能(生理學(xué))

第二章細(xì)胞的基本功能細(xì)胞生理是器官、系統(tǒng)生理學(xué)的基礎(chǔ)細(xì)胞的基本功能——跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞生物電現(xiàn)象肌細(xì)胞的收縮活動(dòng)第一節(jié)細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)

和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

一、細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)二、細(xì)胞膜化學(xué)組成及意義脂質(zhì)雙分子層：屏障作用保持細(xì)胞內(nèi)容物的相對(duì)穩(wěn)定細(xì)胞膜蛋白質(zhì)：膜通道蛋白，載體蛋白，酶細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息交換。細(xì)胞膜糖類(lèi)：糖蛋白，糖脂作為膜蛋白受體識(shí)別部分

參與免疫反應(yīng)三、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

單純擴(kuò)散易化擴(kuò)散主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)Na+Cl-H2OH2OABNa+Cl-（一）單純擴(kuò)散(simplediffusion)

擴(kuò)散：溶質(zhì)分子從高濃度向低濃度的凈移動(dòng)（順化學(xué)梯度）

單純擴(kuò)散：脂溶性物質(zhì)從膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程。1.單純擴(kuò)散的特點(diǎn)順化學(xué)梯度不耗能（分子熱運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散）2.單純擴(kuò)散的條件

(1)濃度梯度（電-化學(xué)梯度）(2)膜通透性(3)脂溶性物質(zhì)O2CO2N2

(4)

酒精（二）易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion)1.

定義：體內(nèi)不溶或難溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，在細(xì)胞膜上某些特殊蛋白質(zhì)的幫助下，從膜高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程。2.特點(diǎn)(1)順電化學(xué)梯度，不耗能(2)膜蛋白對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)具有選擇性（膜蛋白分子本身有結(jié)構(gòu)特異性）(3)膜通透性可變3.類(lèi)型(1)通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散(2)載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散

離子通道(ionchannel)——

一類(lèi)與離子易化擴(kuò)散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)分子離子通道的特性

(1)選擇性

Na+通道，K+通道，Cl-通道,Ca+2通道(2)門(mén)控性化學(xué)門(mén)控：膜外側(cè)化學(xué)信號(hào)控制電壓門(mén)控：膜兩側(cè)電位差控制(3)開(kāi)放和關(guān)閉的快速性(4)離子流的快速性載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散載體（carrier)——

與葡萄糖和某些氨基酸等物質(zhì)易化擴(kuò)散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)，不具有離子通道那樣的結(jié)構(gòu)。葡萄糖的易化擴(kuò)散(三)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)

1.定義：細(xì)胞通過(guò)本身的某種耗能過(guò)程，將物質(zhì)的分子或離子從膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)移動(dòng)的過(guò)程2.特征

逆電化學(xué)梯度耗能3.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別

轉(zhuǎn)運(yùn)的方向轉(zhuǎn)運(yùn)的能量轉(zhuǎn)運(yùn)的后果4.Na+-K+泵4.Na+-K+泵

(1)結(jié)構(gòu)：膜蛋白質(zhì)，具有ATP酶活性(2)功能：分解ATP，釋放出能量，利用這一能量，不斷地將Na+從胞內(nèi)泵出胞外，將K+從胞外泵入胞內(nèi)(3)特性：

3個(gè)Na+移出膜外2個(gè)K+移入膜內(nèi)(5)生理意義：

①建立一種勢(shì)能貯備，供細(xì)胞其他耗能過(guò)程利用②產(chǎn)生和維持細(xì)胞內(nèi)高K+

、細(xì)胞外高Na+的狀態(tài)，是細(xì)胞產(chǎn)生生物電的基礎(chǔ)③是人體最重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)形式（四）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

（secondaryactivetransport)（四）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

（secondaryactivetransport)1.定義：是指某些物質(zhì)逆濃度梯度的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，所需能量間接來(lái)自ATP的分解，也稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)。2.特點(diǎn)：

Na+從胞外被動(dòng)擴(kuò)散至胞內(nèi)釋放的能量用于另一種物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)3.條件：

胞膜上存在轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白（五）出胞與入胞1.入胞：一些大分子物質(zhì)或團(tuán)塊物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過(guò)程2.出胞：大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)排出的過(guò)程

小結(jié)第二節(jié)

細(xì)胞膜的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念1.信號(hào):含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激2.人體內(nèi)的信號(hào):存在于細(xì)胞外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì),或機(jī)械的、電的、電磁波等刺激3.信號(hào)的類(lèi)型

化學(xué)信號(hào)激素,遞質(zhì),細(xì)胞因子機(jī)械信號(hào)聲音電磁信號(hào)光電信號(hào)電流4.跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

(transmembranetranduction)外界信號(hào)細(xì)胞膜表面一種或幾種膜蛋白分子構(gòu)象改變新的信號(hào)進(jìn)入胞內(nèi)膜電位或其他功能變化

二、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式膜通道蛋白完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)受體—G蛋白—第二信使跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

（一）膜通道蛋白完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)胞膜上的通道蛋白離子通道打開(kāi)或關(guān)閉離子跨膜流動(dòng)膜電位變化（去極化、超極化）新的信號(hào)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)

1.化學(xué)信號(hào)—化學(xué)門(mén)控離子通道

神經(jīng)突觸谷氨酸，門(mén)冬氨酸，甘氨酸神經(jīng)肌肉接頭乙酰膽鹼運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢AchAch門(mén)控通道蛋白（a亞單位）通道開(kāi)放大量Na+流入胞內(nèi)胞膜去極化產(chǎn)生終板電位完成化學(xué)信號(hào)向生物電信號(hào)的轉(zhuǎn)換

(1)特點(diǎn)：

化學(xué)門(mén)控通道具有受體功能，可稱為通道型受體，它們被激活時(shí)能引起跨膜離子流動(dòng)，也稱為促離子型受體(2)分布：神經(jīng)肌接頭信息傳遞神經(jīng)細(xì)胞之間的突觸傳遞2.電信號(hào)—電壓門(mén)控離子通道

刺激細(xì)胞膜電位的變化電壓門(mén)控離子通道開(kāi)放或關(guān)閉離子內(nèi)流或外流新信號(hào)形成

(1)Na+通道電信號(hào)膜內(nèi)負(fù)電荷消失Na+通道突然開(kāi)放胞外Na+涌入胞內(nèi)膜電位變化(2)K+通道膜內(nèi)形成正電荷

K+通道開(kāi)放胞內(nèi)K+流出胞外

膜電位變化3.機(jī)械信號(hào)-機(jī)械門(mén)控離子通道前庭和耳蝸的毛細(xì)胞的靜纖毛上機(jī)械信號(hào)（聲）靜纖毛偏曲機(jī)械門(mén)控離子通道開(kāi)放離子內(nèi)流膜電位變化（二）作用于膜受體蛋白、G蛋白和效應(yīng)器酶系統(tǒng)

光刺激（視網(wǎng)膜的感光細(xì)胞）多數(shù)的肽類(lèi)激素多數(shù)的神經(jīng)遞質(zhì)（神經(jīng)突觸后膜）受體—G蛋白—第二信使跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)1.G蛋白耦聯(lián)受體（促代謝型受體）2.膜內(nèi)側(cè)G-蛋白被激活3.膜內(nèi)側(cè)的腺苷酸環(huán)化酶被激活胞漿中第二信使增多第二信使定義

外來(lái)刺激通過(guò)膜受體蛋白、G蛋白和效應(yīng)器酶系統(tǒng)使胞漿內(nèi)一種含有第一信使信息內(nèi)容的一種化學(xué)物質(zhì)增多或減少種類(lèi)

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、環(huán)磷酸鳥(niǎo)苷(cGMP)

三磷酸肌醇（IP3）

二酰甘油(DG)（三）酪氨酸激酶受體完成的

跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生長(zhǎng)因子，胰島素為信號(hào)信號(hào)

接合膜酪氨酸激酶外側(cè)端

激活內(nèi)側(cè)酪氨酸蛋白激酶活性

受體本身酪氨酸殘基磷酸化和胞內(nèi)其它蛋白殘基磷酸化

細(xì)胞功能的變化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過(guò)程第三節(jié)細(xì)胞的跨膜電變化1.興奮性(Excitability)—

活組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力2.興奮(Excitation)—

組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)3.可興奮細(xì)胞—

神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞、腺細(xì)胞一、單一細(xì)胞的跨膜靜息電位（一）靜息電位(restingpotential)—在靜息狀態(tài)下，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正）。

1.

神經(jīng)纖維細(xì)胞-70mV2.肌細(xì)胞-70mV~-90mV3.紅細(xì)胞-20mV（二）靜息電位形成的機(jī)制

1.靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外Na+、K+分布不均衡

細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)Na+142mEq/l14mEq/l10:1K+4mEq/l140mEq/l1:35Na+有從膜外向膜內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì)

K+有從膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散的趨勢(shì)2、靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)K+的選擇性通透

K

+的通透性大

Na+的通透性極小

K+++--3.達(dá)到K+

的平衡電位

（Nernst公式）Ek=RT/ZF

ln[K+]o/[K+]i

(三)靜息電位的變化極化安靜時(shí),膜兩側(cè)電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)超極化膜兩側(cè)電位差加大,膜內(nèi)負(fù)值增大去極化膜兩側(cè)電位差減小,膜內(nèi)負(fù)值變小復(fù)極化去極化后，膜內(nèi)電位向逐漸變大，恢復(fù)到靜息電位狀態(tài)反極化膜兩側(cè)電位發(fā)生倒轉(zhuǎn),膜外為負(fù),膜內(nèi)為正二、單一細(xì)胞的動(dòng)作電位（一）動(dòng)作電位（activepotential)

膜受一定強(qiáng)度的刺激后,在原有靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速倒轉(zhuǎn)和復(fù)原，即膜快速去極化

后又復(fù)極化。（二）動(dòng)作電位組成

上升支下降支去極化后電位(負(fù)后電位)超極化后電位(正后電位)鋒電位后電位（三）動(dòng)作電位形成機(jī)制

1.鋒電位和Na+平衡電位膜去極化達(dá)到一定數(shù)值膜對(duì)Na+通透性突然增大Na+內(nèi)流至平衡為止鋒電位=Na+平衡電位2.Na+通道的失活和膜電位的復(fù)極(1)

Na+通道失活:在去極化開(kāi)始后的幾個(gè)毫秒內(nèi)開(kāi)放（激活）,隨后就失活。(2)

K+通道的開(kāi)放:膜去極化時(shí)被激活,在Na+通道失活時(shí)開(kāi)放，K+外流，膜電位復(fù)極(3)

Na+通道的失活和膜電位的復(fù)極構(gòu)成鋒電位的下降支3.Na+通道特性(1)Na+通道的開(kāi)放是電壓門(mén)控性的靜息電位關(guān)閉膜超極化關(guān)閉膜去極化開(kāi)放(膜去極化達(dá)閾電位大量開(kāi)放)(2)Na+通道的開(kāi)放(激活)與關(guān)閉(失活)快速性(3)Na+通道的三種狀態(tài)：備用、激活、失活動(dòng)作電位產(chǎn)生機(jī)制上升支：Na+

內(nèi)流（Na+

的平衡電位）下降支：K+

外流負(fù)后電位:K+

外流暫時(shí)性減弱正后電位：Na+-K+泵的活動(dòng)（四）動(dòng)作電位的特點(diǎn)

1、不衰減性傳導(dǎo)2、“全或無(wú)”現(xiàn)象3、存在不應(yīng)期（絕對(duì)不應(yīng)期和相對(duì)不應(yīng)期）二、動(dòng)作電位的引起和傳導(dǎo)（一）閾電位和鋒電位的引起閾電位（thresholdmembranepotential)

膜去極化到達(dá)爆發(fā)動(dòng)作電位的臨界膜電位。閾電位的特性：引起膜上電壓門(mén)控性Na+通道大量開(kāi)放。引起鋒電位的條件：膜去極化達(dá)到閾電位。膜上電壓門(mén)控Na+通道快速大量開(kāi)放的原因Na+

再生性循環(huán)(正反饋)

閾強(qiáng)度刺激

膜去極化達(dá)閾電位

一定數(shù)量Na+通道開(kāi)放