人衛(wèi)版 生理學(xué) 第二章 細(xì)胞的基本功能.ppt

1、生理學(xué),大慶醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校 蘇莉芬,生理學(xué),第二章 細(xì)胞的基本功能,第二章 細(xì)胞的基本功能,細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu),基架：液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層 中間：鑲嵌許多結(jié)構(gòu)和功能不同的蛋白質(zhì),液態(tài)鑲嵌模型,單純擴(kuò)散 易化擴(kuò)散 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 膜泡運(yùn)輸,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式,一、單純擴(kuò)散（simple diffusion）,1.概念： 脂溶性物質(zhì)由膜高濃度一側(cè)向低濃度 一側(cè)的轉(zhuǎn)運(yùn)（如：O2，CO2）。,2.決定因素：,濃度差 膜的通透性,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,二.易化擴(kuò)散（facilitated diffusion）,1. 概念：,非脂溶性物質(zhì)在膜蛋白質(zhì)的協(xié)助下，由膜高濃度一側(cè)向低

2、濃度一側(cè)的擴(kuò)散。,2. 類型,經(jīng)載體 經(jīng)通道,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,（一）載體易化擴(kuò)散,小分子親水性物質(zhì)經(jīng)載體蛋白的介導(dǎo)，順濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,轉(zhuǎn)運(yùn)代謝物質(zhì):葡萄糖、氨基酸,1. 結(jié)構(gòu)特異性,3. 競(jìng)爭(zhēng)性抑制,2. 飽和現(xiàn)象,順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)載體完成,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,載體易化擴(kuò)散特點(diǎn),(二) 通道易化擴(kuò)散,轉(zhuǎn)運(yùn)帶電離子 (Na+、K+、Ca2+),第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,順濃度梯度轉(zhuǎn)運(yùn)通道蛋白完成,通道的功能狀態(tài),激活：開放，離子轉(zhuǎn)運(yùn) 失活：關(guān)閉,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,通道易化擴(kuò)散特點(diǎn),1.轉(zhuǎn)運(yùn)速度快,2.離子選擇性,

3、3.門控特性,三.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（active transport）,概念: 在膜蛋白的參與下，細(xì)胞通過本身的耗能過程，將物質(zhì)分子或離子逆濃度梯度或電位梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)過程。,特點(diǎn)： 逆濃度和電位梯度轉(zhuǎn)運(yùn) 消耗能量,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,泵,3Na+,2K+,ATP,細(xì)胞內(nèi),ADP,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,1. 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),鈉鉀泵（鈉泵）： Na+-K+-ATP酶 作用: 分解ATP供能， 逆濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)Na+、K+,直接利用ATP獲能,1）概念:指某些物質(zhì)間接利用分解ATP釋放的能量而實(shí)現(xiàn)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。,2. 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,3）類型 同向轉(zhuǎn)運(yùn)：

4、小腸葡萄糖的吸收 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)：Na+-H+交換,2）特點(diǎn) 間接耗能（鈉泵） 膜轉(zhuǎn)運(yùn)體（特殊蛋白質(zhì)）,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,泵,Na+,K+,ATP,ADP,轉(zhuǎn)運(yùn)體,Na+,Na+,細(xì)胞,G,H+,H+,同向轉(zhuǎn)運(yùn),逆向轉(zhuǎn)運(yùn),繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,概念 指大分子和顆粒物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過程。,四.膜泡運(yùn)輸,1.入胞（endocytosis）,形式,吞噬 吞飲,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,概念 大分子或團(tuán)塊物質(zhì)排出細(xì)胞的過程。,2.出胞（exocytosis）,第一節(jié) 細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,被動(dòng)與主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)方式的比較,被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),單純擴(kuò)散 易化擴(kuò)散,通道 載

5、體,原發(fā)性 繼發(fā)性,轉(zhuǎn)運(yùn)方向,高濃度低濃度,低濃度高濃度,膜蛋白,否,需,需,需,需,飽和現(xiàn)象,無,有,無,有,有,化學(xué)特異性,無,有,有,有,有,代謝能量 及來源,不消耗,直接消耗 ATP,間接消耗 離子濃度差,轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì),O2， CO2,Na+ K+ Ca+,葡萄糖 氨基酸,Na+、K+ Ca+、H+,葡萄糖 氨基酸,一、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),信號(hào):含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激。 機(jī)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。,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,各種能量形式的外界信號(hào)作用于靶細(xì)胞時(shí)，并不需要進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)直接影響細(xì)胞內(nèi)的過程。而是作用于細(xì)胞膜表面

6、，通過引起膜結(jié)構(gòu)中的一種或數(shù)種特殊蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號(hào)形式傳遞到膜內(nèi)，再引發(fā)被作用細(xì)胞相應(yīng)的功能改變， 這一過程稱為跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)：,二、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的途徑和方式 (一) G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) (二) 離子通道受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) (三) 酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo) 的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程：,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,(一) 由G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),第二信使主要有: cAMP(環(huán)-磷酸腺苷) IP3(三磷酸肌醇) DG(二酰甘油) cGMP(環(huán)-磷酸鳥苷) Ca2

7、+等.,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,(二) 離子通道受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 化學(xué)門控通道：（骨骼肌終板膜） 電壓門控通道：（心肌細(xì)胞L型鈣通道） 機(jī)械門控通道：（血管內(nèi)皮細(xì)胞）,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,1.化學(xué)門控通道,當(dāng)神經(jīng)末梢釋放的乙酰膽堿(Ach)與骨骼肌細(xì)胞終板膜上的膽堿能受體(AChR)結(jié)合后，受體構(gòu)型發(fā)生改變，通道開放，Na+、K+等離子跨膜移動(dòng)，由此引起終板電位的產(chǎn)生。,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,2.電壓門控通道,主要分布在神經(jīng)和肌肉細(xì)胞表面膜中的Na + 、 K + 、 Ca+ 等通道?？刂七@類通道的開放與否的因子是通道所在膜兩側(cè)的跨膜電位的改變。,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能

8、,3.機(jī)械門控通道,如內(nèi)耳毛細(xì)胞，其頂部有纖毛，受到切向力時(shí)，由于纖毛受力使其根部的膜變形（牽拉），直接激活了其附近膜中的機(jī)械門控通道而出現(xiàn)離子跨膜移動(dòng)。,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,（三）酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),大部分生長(zhǎng)因子,1.酪氨酸激酶受體,2.酪氨酸激酶結(jié)合型受體,各種細(xì)胞因子,第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,3. 鳥苷酸環(huán)化酶受體,心房鈉尿肽，NO等,GTP,（三）酶聯(lián)型受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),第二節(jié) 細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象, 靜息電位 動(dòng)作電位,0mV,一、靜息電位（Resting Potential,RP）,當(dāng)A、B電極都位于細(xì)胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位

9、差。,當(dāng)A電極位于細(xì)胞膜外， B電極插入膜內(nèi)時(shí)，有電位改變，證明膜內(nèi)、外間有電位差。,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,細(xì)胞處于生理靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)存在的電位差。,RP特點(diǎn),膜內(nèi)較膜外為負(fù) 為穩(wěn)定的直流電,RP數(shù)值,-10-100mV 如:神經(jīng)細(xì)胞-70mV,肌細(xì)胞-90mV,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,(一)靜息電位的概念,*電生理學(xué)名詞,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,+,神經(jīng)纖維,+,+,+,+,+,+,+,+,+,RP: -70mV,1.極化 Rp時(shí)，膜兩側(cè)保持的內(nèi)負(fù)外正狀態(tài) 2.去極化 RP減小,+,神經(jīng)纖維,+,+,+,+,+,+,+,+,+,RP: -70mV,1.極化 Rp時(shí)，膜兩側(cè)

10、保持的內(nèi)負(fù)外正狀態(tài) 2.去極化 RP減小,3.復(fù)極化 膜去極后，向RP方向恢復(fù)的過程 4.超極化 Rp增大,*電生理學(xué)名詞,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,細(xì)胞內(nèi)外離子分布不均 K+iK+o 39倍 靜息時(shí)，細(xì)胞膜對(duì)K+的通透性高 （即K+通道開放） K+的平衡電位,Nernst公式計(jì)算,RP的產(chǎn)生主要是K向膜外擴(kuò)散的結(jié)果。 RP=K+的平衡電位,結(jié)論,(二)RP產(chǎn)生機(jī)制,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,二、動(dòng)作電位 (Action Potential , AP),第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,1.概念：細(xì)胞受刺激時(shí)在RP 基礎(chǔ)上產(chǎn)生的快速可擴(kuò)布性的電位變化。,2.AP的波形,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,（一）

11、AP概念、波形及組成,下降支：復(fù)極相: K+外流形成（Na+通道關(guān)閉） Na+通道失活K+通透性升高 Na+內(nèi)流停止，K+外流膜內(nèi)電位由正向負(fù)值變化靜息電位 靜息期（復(fù)極后）:鈉泵活動(dòng),Na+、K+交換,（二） Ap產(chǎn)生的機(jī)制,泵出Na+ 泵入 K+,上升支：去極相（Na+的平衡電位） 細(xì)胞受有效刺激部分Na+通道開放少量Na+通道開放膜去極化閾電位大量Na+通道開放大量Na+內(nèi)流去極化、反極化,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象, “全或無”特性：同一細(xì)胞上的AP的大小不隨刺激強(qiáng)度改變的現(xiàn)象 不衰減式傳導(dǎo): 同一細(xì)胞上AP的大小與傳導(dǎo)距離無關(guān). 脈沖式,動(dòng)作電位的特征,動(dòng)作電位的意義,AP的產(chǎn)生是細(xì)胞

12、興奮的標(biāo)志。,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,1.閾電位(threshold potential）,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值小10 20mV 意義：是AP產(chǎn)生的條件,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,（三）AP的產(chǎn)生條件,2.局部興奮,概念 閾下刺激引起局部膜電位的較小去極化,產(chǎn)生機(jī)制,特點(diǎn),時(shí)間 空間, 幅度大小呈等級(jí)性 傳導(dǎo)呈衰減式 可以疊加（總和）,少量Na+內(nèi)流形成,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,局部反應(yīng)與AP的區(qū)別,區(qū)別 局部反應(yīng) AP 刺激強(qiáng)度 閾下刺激 閾或閾上刺激 鈉通道開放數(shù) 少 多 膜電位變化幅度 小 大 全或無特點(diǎn) 無 有 總和現(xiàn)象 有 無 傳播特點(diǎn)

13、 電緊張擴(kuò)布 不衰減擴(kuò)布,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,3.組織的興奮性及其周期性變化,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,動(dòng)作電位與興奮性變化的時(shí)間關(guān)系,ab. 鋒電位 絕對(duì)不應(yīng)期 bc. 負(fù)后電位的前部分 相對(duì)不應(yīng)期； cd. 負(fù)后電位的后部分 超常期； de. 正后電位 低常期,1.傳導(dǎo)機(jī)制 局部電流學(xué)說：無髓纖維，依次傳導(dǎo)，速度慢,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,- +,- +,- +,（四）動(dòng)作電位的傳導(dǎo),神經(jīng)纖維,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,有髓神經(jīng)纖維跳躍式傳導(dǎo)，速度快,2.影響傳導(dǎo)的因素,細(xì)胞直徑 髓鞘 溫度,第三節(jié) 細(xì)胞

14、的生物電現(xiàn)象,一、神經(jīng)-肌接頭處的興奮傳遞,（一）形態(tài)結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)終板,遞質(zhì)囊泡（Ach）,運(yùn)動(dòng)終板膜,接頭間隙,接頭前膜,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,（二）興奮傳遞過程,Ca2+進(jìn)入末梢,運(yùn)動(dòng)N興奮傳至N末梢,Ach量子式釋放,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）,總和,肌細(xì)胞膜AP,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,（三）興奮傳遞特征,1. 單向傳遞 2. 時(shí)間延擱 3. 易受內(nèi)環(huán)境因素影響,筒箭毒：競(jìng)爭(zhēng)受體,肉毒桿菌：阻止Ach釋放,有機(jī)磷中毒：抑制膽堿酯酶 肌痙攣,肌松弛,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,二、骨骼肌的興奮收縮偶聯(lián),（一）概念 將骨骼肌細(xì)胞的電興奮和機(jī)械收縮

15、聯(lián)系起來的中介過程。 （二）基本過程,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,1.肌細(xì)胞膜AP三聯(lián)管-終池釋放Ca2 -肌肉收縮 2.鈣泵激活 - Ca2回收-肌肉舒張,（三）關(guān)鍵部位及耦聯(lián)因子： 三聯(lián)管、Ca2,三、骨骼肌的收縮機(jī)制,（一）肌原纖維和肌小節(jié),第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,（肌肉收縮、舒張的最基本單位）,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,由肌球蛋白組成（收縮蛋白質(zhì)）,*橫橋的特性： 具有ATP酶活性，供能 與細(xì)肌絲可逆結(jié)合、向線擺動(dòng),（二）肌絲的組成 1. 粗肌絲,球狀部橫橋,長(zhǎng)桿狀主干,2.細(xì)肌絲,原肌球蛋白,肌動(dòng)蛋白,肌鈣蛋白,肌動(dòng)蛋白（actin） 原肌球蛋白（tropo

16、myosin） 肌鈣蛋白（troponin）,收縮蛋白質(zhì),調(diào)節(jié)蛋白質(zhì),第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,（三）肌肉收縮過程,肌漿Ca2+,肌鈣蛋白與Ca2+結(jié)合，構(gòu)象改變,原肌球蛋白移位，暴露位點(diǎn),橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合,橫橋向線擺動(dòng)，耗能,拖動(dòng)細(xì)肌絲滑向粗肌絲（反復(fù)進(jìn)行）,肌小節(jié)縮短（橫橋循環(huán)）,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,肌絲滑行學(xué)說,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,四、骨骼肌收縮效能及其影響因素,（一）骨骼肌的收縮效能,產(chǎn)生張力和縮短 的程度及速度,（二）骨骼肌的形式 1. 等長(zhǎng)收縮（ isometric contraction)： 長(zhǎng)度不變，張力增加 人體抵抗重力肌維持姿勢(shì) 2. 等張收縮(isotoni

17、c contraction)： 張力不變，長(zhǎng)度縮短 完成收縮動(dòng)作,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,3.單收縮（single twich） ： 指肌肉受到一次刺激引起的一次收縮和舒張,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,4.強(qiáng)直收縮（tetanus） 概念： 連續(xù)多個(gè)刺激引起肌肉收縮過程的總和 類型,不完全強(qiáng)直收縮（incomplete tetanus） 完全強(qiáng)直收縮*（complete tetanus）,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,(三) 影響骨骼肌收縮效能的因素, 前負(fù)荷肌張力 最適前負(fù)荷 （最適初長(zhǎng)度） 收縮張力最大 最適前負(fù)荷 肌張力,.前負(fù)荷（preload）,（1）前負(fù)荷概念,決定肌肉初長(zhǎng)度,長(zhǎng)度-張力曲線,（2）影響:,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能, 后負(fù)荷(最大張力) ,2.后負(fù)荷（ afte