生理學(xué)課件：第二章-細(xì)胞基本功能

2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系1第二章細(xì)胞基本功能細(xì)胞Cell——basicstructuralandfunctionalunitMorethan200differentcelltypes——carryoutdifferentfunctionsGeneralfunctionofcell——共性（本章主要內(nèi)容）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系2細(xì)胞的基本結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜(cellmembrane)：提供相對獨(dú)立環(huán)境，完成正常功能胞漿(cytoplasm)：細(xì)胞器(organelle)線粒體(mitochondria)、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)(endoplasmicreticulum)、溶酶體(lysosome)細(xì)胞核(nucleus)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系3膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)Components:脂質(zhì)(lipid)+蛋白質(zhì)(protein)（4:1-1:4)+糖70年代，液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）骨架——脂質(zhì)雙分子層(Lipidbilayer)(phospholipid+cholesterol)

雙嗜分子膜蛋白：表面(peripheralprotein)、鑲嵌(integralprotein)細(xì)胞膜糖類——特異性標(biāo)志(glycoproteinandglycolipid)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系4跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)——膜功能之一防止內(nèi)容物流出，化學(xué)成分相對穩(wěn)定，維持正常功能物質(zhì)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)(transmembranetransport)外界獲得氧(oxygen)和營養(yǎng)物質(zhì)(nutrients)排除代謝產(chǎn)物(metabolites)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系5跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式：交換物質(zhì)多樣——多樣性單純擴(kuò)散(simplediffusion)易化擴(kuò)散(facilitateddiffusion)經(jīng)通道易化擴(kuò)散(facilitateddiffusionviaionchannel)經(jīng)載體易化擴(kuò)散(facilitateddiffusionviacarrier)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondaryactivetransport)膜泡運(yùn)輸：出胞(exosytosis)和入胞(endosytosis)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系6單純擴(kuò)散(simplediffusion)分子熱運(yùn)動(dòng)：高濃度到低濃度(concentrationgradientacrossmembrane)膜屏障存在：脂溶性，小分子物質(zhì)(O2、CO2、甾體激素steroidhormone)水通透性(permeability)：2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系7易化擴(kuò)散(facilitateddiffusion)高濃度——低濃度不消耗ATP特殊蛋白介導(dǎo)載體(carrier)：也稱轉(zhuǎn)運(yùn)體(transporter)通道(channel)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系8經(jīng)載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散葡萄糖(glucose)、氨基酸(aminoacid)等特點(diǎn)：高度特異(specificity)

飽和現(xiàn)象(saturation)

競爭抑制(competition)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系9經(jīng)通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散鈉、鉀、鈣、氯等無機(jī)離子特點(diǎn)（與載體比較）：轉(zhuǎn)運(yùn)速度快開放時(shí)間短選擇性較差受理化因素精細(xì)調(diào)節(jié)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系10通道分類化學(xué)門控通道(chemically-gatedionchannel)電壓門控通道(voltage-gatedionchannel)機(jī)械門控通道(mechanically-gatedionchannel）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系11化學(xué)門控通道(chemically-gatedionchannel)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系12電壓門控通道(voltage-gatedionchannel)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系13機(jī)械門控通道（mechanically-gatedionchannel）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系14原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)低濃度到高濃度耗能借助蛋白的作用典型：離子泵（ionpump）Na+-K+-ATP酶(sodium-potassiumpump)Calciumpump(鈣泵)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系15Sodium-potassiumpump存在于所有細(xì)胞1分子ATP轉(zhuǎn)運(yùn)3個(gè)鈉和2個(gè)鉀離子維持細(xì)胞內(nèi)高鉀，外高鈉激活：細(xì)胞內(nèi)鈉升高或外鉀升高阻斷劑:哇巴因（ouabain）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系16繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(Secondaryactivetransport)腸道、腎小管：葡萄糖，氨基酸沒有直接利用ATP伴有鈉同向進(jìn)入細(xì)胞必須條件鈉：高濃度到低濃度葡萄糖：低濃度到高濃度2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系17Secondaryactivetransport分類：同向轉(zhuǎn)運(yùn)(symport)鈉-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體逆向轉(zhuǎn)運(yùn)(antiport)（交換exchange）鈉－鈣交換體2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系18出胞(exocytosis)與入胞(endocytosis)出胞：細(xì)胞分泌入胞：吞噬：單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、中性粒細(xì)胞吞飲：所有細(xì)胞液相入胞受體介導(dǎo)入胞2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系19體內(nèi)細(xì)胞間的信息傳遞外環(huán)境變化——多樣性體內(nèi)：信號在細(xì)胞間傳遞——化學(xué)、電信號從細(xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)——跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系20跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(transmembranesignaltransduction)60年代以前，幾乎一無所知特點(diǎn)：外界信號不進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)通過幾種類似途徑實(shí)現(xiàn)——符合生物學(xué)經(jīng)濟(jì)原則2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系21跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式G蛋白耦聯(lián)受體酶耦聯(lián)受體離子通道胞內(nèi)受體：核受體招募型受體2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系22細(xì)胞的生物電(bioelectricity)現(xiàn)象生物電現(xiàn)象——普遍存在心電圖(electrocardiogram)腦電圖(electroencephalogram)肌電圖(electromyogram)基礎(chǔ)－細(xì)胞生物電2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系23跨膜電位的測量膜電位(transmembranepotential)Squidaxon2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系24細(xì)胞靜息電位(restingpotential)-90mv去極化depolarization超極化hyperpolarization復(fù)極化repolarization0mv極化(polarization)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系25Restingpotential產(chǎn)生機(jī)制1902年，Bernstein:膜只對鉀高度通透性(permeablity)——鉀平衡電位(K+equilibriumpotential)Nernstformula：膜電導(dǎo)(membraneconductance)：鉀遠(yuǎn)大于鈉（少量鈉內(nèi)流）鈉-鉀泵的生電作用：5mV2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系26動(dòng)作電位(actionpotential)的波形SpikepotentialAfterpotential2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系27動(dòng)作電位(actionpotential)的特點(diǎn)刺激達(dá)到一定強(qiáng)度“全或無”特性(All-or-none)可擴(kuò)播性(propagable)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系28動(dòng)作電位(actionpotential)產(chǎn)生機(jī)制去極化——內(nèi)向電流(inwardcurrent)？Na＋內(nèi)流葡萄糖代替NaCl溶液（Hodgkin,Huxley）電壓鉗(voltageclamp)——測定膜電導(dǎo)(membraneconductance)改變膜片鉗(patchclamp)——離子通道的活動(dòng)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系29跨膜電流的離子成分——電壓鉗2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系30膜片鉗(patchclamp)技術(shù)總和2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系31動(dòng)作電位的發(fā)生去極化刺激——部分鈉通道激活——局部反應(yīng)(localresponse)（局部興奮）去極化刺激——鈉內(nèi)流足以超過鉀外流——進(jìn)一步去極化——正反饋——鈉平衡電位（動(dòng)作電位）全或無——?jiǎng)幼麟娢惶匦灾?023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系32動(dòng)作電位的發(fā)生——復(fù)極化2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系33動(dòng)作電位的發(fā)生閾電位(thresholdpotential)——引起正反饋的臨界電位(firinglevel)閾刺激(thresholdstimulus)——達(dá)到閾電位的最小刺激2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系34局部反應(yīng)(localresponse)及特點(diǎn)閾下刺激——局部反應(yīng)(localresponse)不是“全或無”電緊張擴(kuò)播(electrotonicpropagation)沒有不應(yīng)期(后面講)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系35局部反應(yīng)(localresponse)及特點(diǎn)可以疊加（總和summation）時(shí)間總和(temporalsummation)空間總和(spatialsummation)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系36動(dòng)作電位的傳導(dǎo)(conductance)——局部電流(localcurrent)學(xué)說2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系37動(dòng)作電位的傳導(dǎo)有髓神經(jīng)纖維(myelinatedfiber)郎飛結(jié)處跳躍式傳導(dǎo)(saltatoryconduction)生物進(jìn)化的結(jié)果特點(diǎn)：快，節(jié)能2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系38影響動(dòng)作電位傳導(dǎo)的因素膜的被動(dòng)電學(xué)特性：直徑(diameter)去極化的速度(velocity)和幅度(altitude)鈉通道功能狀態(tài)鈉內(nèi)流的驅(qū)動(dòng)力2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系39縫隙連接(gapjunction)Connexonchannelconnexin2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系40興奮性(excitability)和興奮(excitation)興奮性：環(huán)境改變——相應(yīng)反應(yīng)生命的基本特征之一興奮(excitation)：活動(dòng)少——多抑制(inhibition)：活動(dòng)多——少2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系41關(guān)于興奮性(excitability)不一定要完整生物體才具有興奮性神經(jīng)、肌肉、腺細(xì)胞——可興奮細(xì)胞(excitablecell)（可興奮組織）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系42興奮的本質(zhì)外在表現(xiàn)不同電生理研究：有細(xì)胞膜兩側(cè)的電位變化——?jiǎng)幼麟娢慌d奮——產(chǎn)生動(dòng)作電位興奮性——能產(chǎn)生動(dòng)作電位興奮性高低——閾刺激衡量2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系43刺激(stimulus)定義：能引起機(jī)體或組織反應(yīng)的環(huán)境變化三要素：強(qiáng)度(intensity)持續(xù)時(shí)間(duration)強(qiáng)度時(shí)間變化率(changeratioofintensity/time)三者相互關(guān)聯(lián)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系44細(xì)胞興奮時(shí)的興奮性變化AB:絕對不應(yīng)期BC:相對不應(yīng)期CD:超常期DE:低常期2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系45影響細(xì)胞興奮性的因素——靜息電位減小——興奮性升高過小——降低（閾電位上移）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系46影響細(xì)胞興奮性的因素——閾電位上移——興奮性降低決定閾電位水平的因素鈉通道密度鈉通道功能狀態(tài)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系47影響興奮性的因素ABCD2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系48影響細(xì)胞興奮性的因素－胞外鈣胞外鈣離子濃度(concentrationofextracellularcalcium)細(xì)胞外鈣濃度升高——興奮性降低原因：膜蛋白等電點(diǎn)為酸性2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系49肌細(xì)胞的收縮肌肉組織：分類：功能：骨骼肌(skeletalmuscle)、心肌(cardiacmuscle)、平滑肌(smoothmuscle)形態(tài)學(xué)特點(diǎn)：橫紋肌(striatedmuscle)、平滑肌神經(jīng)支配：隨意肌(voluntarymuscle)（軀體神經(jīng)）、非隨意肌(involuntarymuscle)（自律神經(jīng)）2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系50骨骼肌神經(jīng)-骨骼肌接頭(neuromuscularjunction)處興奮傳遞細(xì)胞的細(xì)微結(jié)構(gòu)收縮過程興奮-收縮耦聯(lián)(excitation-contractioncoupling)影響收縮效能的因素2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系51神經(jīng)-骨骼肌接頭結(jié)構(gòu)和興奮傳遞過程接頭前膜(prejunctionalmembran)終板膜（接頭后膜）(endplatemembrane)接頭間隙(junctionalcleft)突觸小泡(synapticvesicle)神經(jīng)遞質(zhì)（acetylcholineACh）終板電位(endplatepotential)量子釋放(quantalrelease)微終板電位(miniatureendplatepotential)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系52神經(jīng)-骨骼肌接頭重癥肌無力——自身免疫，破壞ACh受體肌無力綜合癥——自身免疫，破壞突觸末梢鈣通道肉毒梭菌——毒素阻礙ACh釋放筒箭毒——阻礙ACh受體有機(jī)磷——抑制膽堿脂酶2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系53骨骼肌結(jié)構(gòu)肌原纖維(myofibril)和肌節(jié)(sarcomere)肌原纖維明帶（lightband），暗帶(darkband)H帶，M線，Z線肌節(jié)肌絲（filament）:粗肌絲，細(xì)肌絲細(xì)胞骨架橫向：M線，Z線縱向：肌聯(lián)蛋白，伴肌動(dòng)蛋白2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系54骨骼肌的細(xì)微結(jié)構(gòu)肌管系統(tǒng)(sarcotubularsystem)橫管（T管）縱管（肌漿網(wǎng)sarcoplasmicreticulum）縱行肌漿網(wǎng)——RYR連接肌漿網(wǎng)（終末池）——L－型鈣通道三聯(lián)管2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系55（三）橫紋肌收縮機(jī)制1954年，肌絲滑行理論(myofilamentslidingtheory)：內(nèi)容：肌絲長度不變粗細(xì)肌絲相互滑動(dòng)，證據(jù)：肌小節(jié)縮短明帶縮短，暗帶不變，同時(shí)H帶變窄2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系56肌絲的分子結(jié)構(gòu)粗肌絲(Thickfilament)肌球蛋白（myosin）橫橋（300-400個(gè)）細(xì)肌絲(thinfilament)肌動(dòng)蛋白（actin）調(diào)節(jié)蛋白原肌球蛋白(tropomyosin)肌鈣蛋白(troponin)肌鈣蛋白T——原肌球蛋白肌鈣蛋白I——肌動(dòng)蛋白肌鈣蛋白C——鈣離子2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系57骨骼肌收縮過程橫橋的作用：當(dāng)胞內(nèi)鈣離子濃度升高橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合橫橋周期(crossbridgecycling)肌球蛋白肌動(dòng)蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系58橫紋肌的興奮-收縮耦聯(lián)(excitation-contractioncoupling)定義：中介電興奮和機(jī)械收縮的過程基本過程：動(dòng)作電位進(jìn)入T管激活L型鈣通道激活ryanodine受體胞內(nèi)鈣升高和回收SR釋放鈣的機(jī)制：鈣觸發(fā)鈣釋放心肌和骨骼肌不同2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系59影響橫紋肌收縮的因素根據(jù)外在表現(xiàn)：等張收縮(isotoniccontraction)等長收縮(isometriccontraction)影響因素：前負(fù)荷(preload)后負(fù)荷(afterload)肌肉收縮能力(contractility)S1S22023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系60前負(fù)荷對肌肉收縮的影響前負(fù)荷——肌肉初長(initiallength)被動(dòng)張力(passivetension)主動(dòng)張力(activetension)最適初長(optimalinitiallength)2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系61最適初長產(chǎn)生的原因最適初長(optimalinitiallength)——最適肌小節(jié)長度（2.0-2.2微米）——有效橫橋數(shù)最多2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系62后負(fù)荷對骨骼肌收縮的影響——張力-速度關(guān)系曲線后負(fù)荷為0——最大收縮速度后負(fù)荷無窮大——最大收縮張力后負(fù)荷約為1/3最大收縮張力——輸出功率最大2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系63肌肉收縮能力(contractility)與前后負(fù)荷無關(guān)神經(jīng)遞質(zhì)、體液因素、病理因素、藥物NE:增加鈣通道開發(fā)時(shí)間、幾率H＋:競爭鈣鈣增敏劑2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系64單收縮和強(qiáng)直收縮單收縮(twitch)總和（融合）(tetanus)不完全強(qiáng)直收縮完全強(qiáng)直收縮融合——肌張力增加體內(nèi)——完全強(qiáng)直收縮最低融合頻率2023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系652023/11/2復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理學(xué)系66（一）G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體G