細胞的基本功能生理學(xué)

關(guān)于細胞的基本功能生理學(xué)細胞生理是器官、系統(tǒng)生理學(xué)的基礎(chǔ)細胞的基本功能——跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細胞生物電現(xiàn)象肌細胞的收縮活動第2頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第一節(jié)細胞膜的基本結(jié)構(gòu)

和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能

第3頁,共104頁，2024年2月25日，星期天一、細胞膜的基本結(jié)構(gòu)第4頁,共104頁，2024年2月25日，星期天二、細胞膜化學(xué)組成及意義脂質(zhì)雙分子層：屏障作用保持細胞內(nèi)容物的相對穩(wěn)定細胞膜蛋白質(zhì)：膜通道蛋白，載體蛋白，酶細胞內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息交換。細胞膜糖類：糖蛋白，糖脂作為膜蛋白受體識別部分

參與免疫反應(yīng)第5頁,共104頁，2024年2月25日，星期天三、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運

單純擴散易化擴散主動轉(zhuǎn)運第6頁,共104頁，2024年2月25日，星期天Na+Cl-H2OH2OABNa+Cl-第7頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（一）單純擴散(simplediffusion)

擴散：溶質(zhì)分子從高濃度向低濃度的凈移動（順化學(xué)梯度）單純擴散：脂溶性物質(zhì)從膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程。第8頁,共104頁，2024年2月25日，星期天1.單純擴散的特點順化學(xué)梯度不耗能（分子熱運動的擴散）第9頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.單純擴散的條件

(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)

酒精第10頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（二）易化擴散（facilitateddiffusion)1.

定義：體內(nèi)不溶或難溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，在細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)運的過程。第11頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.特點(1)順電化學(xué)梯度，不耗能(2)膜蛋白對轉(zhuǎn)運的物質(zhì)具有選擇性（膜蛋白分子本身有結(jié)構(gòu)特異性）(3)膜通透性可變第12頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.類型(1)通道介導(dǎo)的易化擴散(2)載體介導(dǎo)的易化擴散第13頁,共104頁，2024年2月25日，星期天通道介導(dǎo)的易化擴散

離子通道(ionchannel)——一類與離子易化擴散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)分子第14頁,共104頁，2024年2月25日，星期天離子通道的特性

(1)選擇性

Na+通道，K+通道，Cl-通道,Ca+2通道(2)門控性化學(xué)門控：膜外側(cè)化學(xué)信號控制電壓門控：膜兩側(cè)電位差控制(3)開放和關(guān)閉的快速性(4)離子流的快速性第15頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第16頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第17頁,共104頁，2024年2月25日，星期天載體介導(dǎo)的易化擴散載體（carrier)——

與葡萄糖和某些氨基酸等物質(zhì)易化擴散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)，不具有離子通道那樣的結(jié)構(gòu)。第18頁,共104頁，2024年2月25日，星期天葡萄糖的易化擴散第19頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(三)主動轉(zhuǎn)運(activetransport)

1.定義：細胞通過本身的某種耗能過程，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)移動的過程2.特征

逆電化學(xué)梯度耗能第20頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.主動轉(zhuǎn)運和被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別

轉(zhuǎn)運的方向轉(zhuǎn)運的能量轉(zhuǎn)運的后果第21頁,共104頁，2024年2月25日，星期天4.Na+-K+泵第22頁,共104頁，2024年2月25日，星期天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Na+移出膜外2個K+移入膜內(nèi)第23頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(5)生理意義：

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

、細胞外高Na+的狀態(tài)，是細胞產(chǎn)生生物電的基礎(chǔ)③是人體最重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式第24頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（四）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運

（secondaryactivetransport)第25頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（四）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運

（secondaryactivetransport)1.定義：是指某些物質(zhì)逆濃度梯度的主動轉(zhuǎn)運過程，所需能量間接來自ATP的分解，也稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運。第26頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.特點：

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

胞膜上存在轉(zhuǎn)運體蛋白第27頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（五）出胞與入胞1.入胞：一些大分子物質(zhì)或團塊物質(zhì)進入細胞的過程2.出胞：大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)從細胞內(nèi)排出的過程第28頁,共104頁，2024年2月25日，星期天

小結(jié)第29頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)

細胞膜的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

第30頁,共104頁，2024年2月25日，星期天一、細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念1.信號:含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激2.人體內(nèi)的信號:存在于細胞外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì),或機械的、電的、電磁波等刺激第31頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.信號的類型

化學(xué)信號激素,遞質(zhì),細胞因子機械信號聲音電磁信號光電信號電流第32頁,共104頁，2024年2月25日，星期天4.跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

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

第33頁,共104頁，2024年2月25日，星期天二、細胞跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式膜通道蛋白完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體—G蛋白—第二信使跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

第34頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（一）膜通道蛋白完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)信號胞膜上的通道蛋白離子通道打開或關(guān)閉離子跨膜流動膜電位變化（去極化、超極化）新的信號進入細胞內(nèi)

第35頁,共104頁，2024年2月25日，星期天1.化學(xué)信號—化學(xué)門控離子通道

神經(jīng)突觸谷氨酸，門冬氨酸，甘氨酸神經(jīng)肌肉接頭乙酰膽鹼第36頁,共104頁，2024年2月25日，星期天運動神經(jīng)末梢AchAch門控通道蛋白（a亞單位）通道開放大量Na+流入胞內(nèi)胞膜去極化產(chǎn)生終板電位完成化學(xué)信號向生物電信號的轉(zhuǎn)換

第37頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(1)特點：

化學(xué)門控通道具有受體功能，可稱為通道型受體，它們被激活時能引起跨膜離子流動，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)細胞之間的突觸傳遞第38頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.電信號—電壓門控離子通道

刺激細胞膜電位的變化電壓門控離子通道開放或關(guān)閉離子內(nèi)流或外流新信號形成

第39頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第40頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(1)Na+通道電信號膜內(nèi)負電荷消失Na+通道突然開放胞外Na+涌入胞內(nèi)膜電位變化第41頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(2)K+通道膜內(nèi)形成正電荷

K+通道開放胞內(nèi)K+流出胞外

膜電位變化第42頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.機械信號-機械門控離子通道前庭和耳蝸的毛細胞的靜纖毛上機械信號（聲）靜纖毛偏曲機械門控離子通道開放離子內(nèi)流膜電位變化第43頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（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)膜的感光細胞）多數(shù)的肽類激素多數(shù)的神經(jīng)遞質(zhì)（神經(jīng)突觸后膜）第44頁,共104頁，2024年2月25日，星期天受體—G蛋白—第二信使跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第45頁,共104頁，2024年2月25日，星期天1.G蛋白耦聯(lián)受體（促代謝型受體）第46頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.膜內(nèi)側(cè)G-蛋白被激活第47頁,共104頁，2024年2月25日，星期天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48頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第二信使定義

外來刺激通過膜受體蛋白、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

環(huán)磷酸腺苷(cAMP)、環(huán)磷酸鳥苷(cGMP)三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油(DG)第49頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（三）酪氨酸激酶受體完成的

跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)生長因子，胰島素為信號第50頁,共104頁，2024年2月25日，星期天信號

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

細胞功能的變化信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程第51頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)細胞的跨膜電變化第52頁,共104頁，2024年2月25日，星期天1.興奮性(Excitability)—

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

組織或細胞對外界刺激發(fā)生反應(yīng)3.可興奮細胞—

神經(jīng)細胞、肌細胞、腺細胞第53頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第54頁,共104頁，2024年2月25日，星期天一、單一細胞的跨膜靜息電位（一）靜息電位(restingpotential)—在靜息狀態(tài)下，存在于細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（膜內(nèi)為負，膜外為正）。

第55頁,共104頁，2024年2月25日，星期天1.

神經(jīng)纖維細胞-70mV2.肌細胞-70mV~-90mV3.紅細胞-20mV第56頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（二）靜息電位形成的機制

1.靜息狀態(tài)下細胞膜內(nèi)外Na+、K+分布不均衡

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

K+有從膜內(nèi)向膜外擴散的趨勢第57頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2、靜息狀態(tài)下細胞膜對K+的選擇性通透

K

+的通透性大

Na+的通透性極小

第58頁,共104頁，2024年2月25日，星期天K+++--第59頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.達到K+

的平衡電位

（Nernst公式）Ek=RT/ZF

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

第60頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(三)靜息電位的變化極化安靜時,膜兩側(cè)電位外正內(nèi)負的狀態(tài)超極化膜兩側(cè)電位差加大,膜內(nèi)負值增大去極化膜兩側(cè)電位差減小,膜內(nèi)負值變小復(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,膜內(nèi)為正第61頁,共104頁，2024年2月25日，星期天二、單一細胞的動作電位（一）動作電位（activepotential)

膜受一定強度的刺激后,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。第62頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第63頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（二）動作電位組成

上升支下降支去極化后電位(負后電位)超極化后電位(正后電位)鋒電位后電位第64頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第65頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（三）動作電位形成機制

1.鋒電位和Na+平衡電位膜去極化達到一定數(shù)值膜對Na+通透性突然增大Na+內(nèi)流至平衡為止鋒電位=Na+平衡電位第66頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.Na+通道的失活和膜電位的復(fù)極(1)

Na+通道失活:在去極化開始后的幾個毫秒內(nèi)開放（激活）,隨后就失活。(2)

K+通道的開放:膜去極化時被激活,在Na+通道失活時開放，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)成鋒電位的下降支第67頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.Na+通道特性(1)Na+通道的開放是電壓門控性的靜息電位關(guān)閉膜超極化關(guān)閉膜去極化開放(膜去極化達閾電位大量開放)(2)Na+通道的開放(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、失活第68頁,共104頁，2024年2月25日，星期天動作電位產(chǎn)生機制上升支：Na+內(nèi)流（Na+的平衡電位）下降支：K+外流負后電位:K+外流暫時性減弱正后電位：Na+-K+泵的活動第69頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（四）動作電位的特點

1、不衰減性傳導(dǎo)2、“全或無”現(xiàn)象3、存在不應(yīng)期（絕對不應(yīng)期和相對不應(yīng)期）第70頁,共104頁，2024年2月25日，星期天二、動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)

膜去極化到達爆發(fā)動作電位的臨界膜電位。閾電位的特性：引起膜上電壓門控性Na+通道大量開放。引起鋒電位的條件：膜去極化達到閾電位。第71頁,共104頁，2024年2月25日，星期天膜上電壓門控Na+通道快速大量開放的原因Na+

再生性循環(huán)(正反饋)

閾強度刺激

膜去極化達閾電位

一定數(shù)量Na+通道開放

Na+內(nèi)流

膜進一步去極化

大量的Na+通道開放（Na+通道的激活）+第72頁,共104頁，2024年2月25日，星期天閾強度（thresholdintensity)—

能使膜去極化達到閾電位的外加刺激的強度閾刺激：具有閾強度的刺激閾下刺激：比閾強度弱的刺激第73頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（二）局部興奮及其特性

1.局部興奮（局部反應(yīng)）：

閾下刺激引起膜上Na+通道少量開放，在受刺激膜的局部出現(xiàn)較小的去極化。第74頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第75頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.局部興奮的特性

(1)電緊張性擴布(2)無“全或無”現(xiàn)象(3)

可疊加第76頁,共104頁，2024年2月25日，星期天3.動作電位在同一細胞上的傳導(dǎo)

無髓神經(jīng)有髓神經(jīng)第77頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第78頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第79頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)

肌細胞的收縮功能第80頁,共104頁，2024年2月25日，星期天

1.神經(jīng)沖動如何引起肌細胞的興奮？2.肌細胞的興奮如何引起肌肉收縮？第81頁,共104頁，2024年2月25日，星期天一、神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞

（一）神經(jīng)-肌肉接頭的基本結(jié)構(gòu)

神經(jīng)未梢囊泡接頭間隙細胞外液終板N-型Ach受體(Ach門控性通道)第82頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第83頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(二）神經(jīng)未梢乙酰膽堿的釋放

動作電位

神經(jīng)未梢質(zhì)膜去極化電壓門控Ca2+通道開放Ca2+內(nèi)流

囊泡遷移囊泡膜與軸突膜融合囊泡破裂Ach傾囊釋放(量子式釋放)

Ach進入接頭間隙第84頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(三)終板電位和動作電位的形成

Ach分子與終板膜Ach門控性通道結(jié)合

終板膜離子通道開放Na+內(nèi)流為主，少量K+外流第85頁,共104頁，2024年2月25日，星期天終板膜去極化，產(chǎn)生終板電位終板電位以電緊張性擴布肌細胞膜去極化達到閾電位肌細胞膜產(chǎn)生動作電位第86頁,共104頁，2024年2月25日，星期天(四）乙酰膽堿的滅活

膽堿酯酶(五)神經(jīng)肌接頭處興奮傳遞的特點

化學(xué)傳遞保持1對1的關(guān)系易受藥物影響

第87頁,共104頁，2024年2月25日，星期天二、骨胳肌的收縮機制

（一）骨骼肌細胞的微細結(jié)構(gòu)

1、肌原纖維和肌小節(jié)

2、肌管系統(tǒng)

橫管系統(tǒng)（T管）

縱管系統(tǒng)（L管）終末池

三聯(lián)管結(jié)構(gòu)：橫管+兩側(cè)終末池

第88頁,共104頁，2024年2月25日，星期天第89頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（二）骨骼肌細胞的興奮-收縮耦聯(lián)興奮-收縮耦聯(lián)（excitation-contractioncoupling)）——1.定義

以膜電變化為特征的興奮過程和以肌肉收縮過程通過某種中介性過程把兩者聯(lián)系起來，這一過程稱為興奮-收縮耦聯(lián)第90頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2.興奮-收縮耦聯(lián)過程橫管系統(tǒng)將動作電位傳至肌細胞的深部終末池（肌漿網(wǎng)）中的Ca2+

釋放入胞漿胞漿[Ca2+]iCa2+和肌鈣蛋白結(jié)合，觸發(fā)肌絲滑行,肌肉收縮第91頁,共104頁，2024年2月25日，星期天肌漿網(wǎng)膜上Ca2+

泵,將Ca2+重新攝回胞漿[Ca2+]I，Ca2+和肌鈣蛋白解離，肌肉舒張第92頁,共104頁，2024年2月25日，星期天（三）肌肉收縮的分子機制

1.滑行學(xué)說：

肌肉收縮時，在每一肌小節(jié)內(nèi)發(fā)生了細肌絲向粗肌絲之間滑行，相鄰的Z線互相靠近，肌小節(jié)長度變短第93頁,共104頁，2024年2月25日，星期天2、粗細