生理学：第02章 细胞的基本功能

1、第二章 细胞的基本功能,学习目标：,1掌握细胞膜的物质转运形式，静息电位和动作电位的概念及产生机制，阈电位的概念，骨骼肌兴奋-收缩耦联的概念及耦联因子。 2熟悉受体的概念及功能，骨骼肌兴奋-收缩耦联的过程，动作电位的传导。 3了解细胞的跨膜信号转导功能，局部电位的特点，骨骼肌的收缩原理，骨骼肌的收缩形式及影响因素。 4能运用本章所学基本知识，解释相关临床应用及原理（如心电图、脑电图、细胞水肿），并能进行相关的健康教育及健康指导。 5具有救死扶伤的责任感，刻苦钻研，深刻理解细胞活动的过程和机制。,第一节 细胞膜的物质转运功能,一、小分子物质和离子的跨膜转运 (一)被动转运 1单纯扩散 2易化扩散

2、 （1）经载体易化扩散 （2）经通道易化扩散 (二)主动转运 1. 原发性主动转运 2. 继发性主动转运,二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运 (一) 入胞 1. 吞噬 2. 吞饮 3. 受体介导式入胞 (二) 出胞,(一)被动转运,概念：是指物质从高浓度一侧向低浓度一侧（顺浓度差）的跨膜转运形式，转运过程不需要细胞代谢提供能量，其动力为细胞膜两侧存在的浓度差(或电位差)。,根据其跨膜转运过程中是否需要细胞膜中特殊蛋白质的帮助，被动转运可分为两类： 1单纯扩散 2易化扩散,1单纯扩散,概念：是指脂溶性小分子物质从高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程，是一种简单的物理扩散。 方向：高浓度低浓度 动力：

3、浓度差 转运的物质： O2、CO2、 N2等。,O2,O2,膜外,膜内,2易化扩散,概念：是指非脂溶性小分子物质或离子，在细胞膜中一些特殊蛋白质的协助下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。 方向：高浓度低浓度 据膜蛋白质的功能不同，可分为： 1)以载体为中介的易化扩散 2)以通道为中介的易化扩散,1)以载体为中介的易化扩散,蛋白质类型:载体-与被转运物质结合,发生构象改变 转运物质举例: 葡萄糖 、氨基酸和中间代谢产物的进出细胞 特征： 高度的特异性 饱和现象 竞争性抑制,2)以通道为中介的易化扩散,蛋白质类型:通道-带有闸门装置的一条管道，开放时具有转运功能，具有离子选择性。 转运物质

4、举例: 带电离子，如Na+、 K+、 Ca2+、Cl-等。 根据引起闸门开闭的原因不同，通道分成不同的类型： 化学门控通道 电压门控通道 机械门控通道,(二)主动转运,概念：是指细胞膜通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子从细胞膜的低浓度一侧向高浓度一侧转运的过程。,根据是否直接利用分解ATP的能量，可分为： 1原发性主动转运 2继发性主动转运,1原发性主动转运,概念：细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度差和（或）电位差进行跨膜转运的过程。 方向：低高 介导蛋白质：离子泵 举例：钠泵、质子泵、钙泵等。,N+-K+依赖式-ATP酶,过程： 当Na+i/ K+o被激活 ATP分解能量 2

5、K+i;3 Na+o,生理意义： 造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必需条件； 造成的膜内外K+、Na+的浓度差，是神经、肌肉等可兴奋细胞产生电活动，维持细胞兴奋性的基础； 形成的Na+势能贮备，也是其它物质继发性主动转运的动力。,胞外,胞内,Na+-K+依赖式-ATP酶,2. 继发性主动转运,概念：间接利用ATP能量的主动转运过程称为继发性主动转运。 方向：低高 介导蛋白质：转运蛋白 分类：同向转运 逆向转运,(一) 入胞,概念：是指细胞外的大分子物质或颗粒物质转运到细胞内的过程。 如白细胞吞噬细菌等 1. 吞噬 2. 吞饮,1. 吞噬 颗粒物质或团块进入细胞的过程。如单核细胞、巨噬细胞

6、和中性粒细胞等，防御微生物的入侵，清除衰老和死亡的细胞。 2. 吞饮 大分子液态物质进入细胞的过程。几乎出现于所有的细胞。 受体介导式入胞 通过被转运物质与细胞膜表面的特殊受体蛋白质相互作用而引起的入胞现象。胰岛素、某些细菌毒素等进入细胞。,(一) 入胞,(二) 出胞,大分子物质或颗粒物质通过细胞膜的运动从细胞内排到细胞外的过程称为出胞。 见于激素分泌、神经递质释放等。,来源于医学教学素材库,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、离子通道型受体介导的信号转导 二、G蛋白耦联受体介导的信号转导 三、酶联型受体介导的信号转导 基本概念： 信号分子 能在细胞间传递信息的物质。 受体（receptor）

7、是指能与信号分子做特异性结合而发挥信号转导作用的特殊蛋白质。 配体（ligand） 与受体发生特异性结合的信号分子。,一、离子通道型受体介导的信号转导,配体+受体 离子通道打开或关闭 化学信号的跨膜转导,二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导,cAMP信号通路：,三、酶耦联受体介导的信号转导,第三节 细胞的生物电活动,一、静息电位 (一)静息电位的概念 (二)静息电位的产生机制 二、动作电位 (一)动作电位的概念 (二)动作电位的产生机制 (三)动作电位的特点 (四)动作电位的引起与传导 三、局部电位,一、静息电位,(一)静息电位的概念 （resting potential，RP）是指细胞处于生理

8、静息状态时存在于细胞膜两侧的电位差。 静息状态的标志：极化-安静状态下膜外为正、膜内为负的状态。 -70mV-90mV 超极化 -70mV-50mV 去极化 -70mV0mV+30mV 反极化 +30mV/-50mV -70mV 复极化,0mV,(二)静息电位的产生机制,1. 前提条件： 1)细胞内外的离子分布不均匀 Na+iNa+o112, K+iK+o301 Cl-iCl-o114, A-iA-o 41 2)细胞膜在不同情况下，对不同离子的通透性不同,2. 静息电位产生过程,1)Ki顺浓度差向膜外扩散/A-i不能向膜外扩散 2)膜外带正电,膜内带负电 3)膜外正电变为流动阻力 4)当动力(

9、浓度差)=阻力(电位差)跨膜流动停止 5)达到 K+的电化学平衡电位,静息状态下细胞膜对K+的通透性最大,3. 静息电位小结,1) K+外流是静息电位形成的主要原因，静息电位就是K+的电化学平衡电位。 2) 静息状态时细胞膜对Na+也有一定的通透性，理论计算值略高于实测值。 3)静息电位=极化状态，但是是一个现象的的两种表达方式。 4)静息电位的大小主要受细胞内外K+浓度的影响，细胞代谢障碍也可影响静息电位。,二、动作电位,(一)动作电位的概念 （action potential ，AP） 是指细胞受刺激而兴奋时，在静息电位基础上发生的迅速的可扩布性电位变化。,(二)动作电位的产生机制,产生机

10、制：,细胞受刺激时，细胞膜对Na+的通透性增大 细胞膜上少量Na+通道激活而开放 Na+顺浓度差少量内流，引起膜轻度去极化 当膜电位达到阈电位时，Na通道大量开放 顺着浓度差和电位差，膜外Na+大量、迅速内流 至电位膜内膜外内正外负的反极化（上升支） Na+通道关Na+内流停,同时K+通道激活而开放 顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流 膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（下降支） Na+i、K+O激活Na+K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,动作电位的去极化时相是由于Na+的大量、快速内流形成； 复极化时相是K+快速外流的结果； 动作电位是Na+的电化学平衡电位，该平衡电

11、位接近超射值； 上升支和下降支构成锋电位； 峰电位是动作电位的标志。,(三)动作电位的特点,全或无现象 脉冲式 不衰减性传导 (四)动作电位的引起与传导 1动作电位的引起 1)能使膜上Na+通道突然开放，触发动作电位的临界膜电位值称为阈电位（threshold potential，TP）。静息电位去极化达到阈电位是产生动作电位的必要条件。,1动作电位的引起,2)细胞兴奋性的高低与细胞的静息电位和阈电位的差值呈反变关系。 2动作电位的传导 1)在受刺激的局部细胞膜产生的动作电位（即兴奋），将沿细胞膜自动向邻近未兴奋的部位传导。动作电位传导的机制用局部电流学说来解释。,2动作电位的传导,2)动作电

12、位在无髓神经纤维的传导是从兴奋点依次传遍整个细胞的，因此传导速度较慢。在有髓神经纤维，呈现一种跳跃式的传导。,无髓神经纤维,有髓神经纤维,三、局部电位,1. 局部的去极化电位则称之为局部电位（local potential），也称局部兴奋。 2.局部电位的特点： 电位幅度小，且呈衰减性传导； 没有全或无的现象； 总和效应。 3. 动作电位可以由一次阈刺激或阈上刺激引起，也可以由多个阈下刺激产生的局部电位的总和而引发。,局部电位,第四节 肌细胞的收缩功能,一、骨骼肌的收缩原理 骨骼肌的微细结构 骨骼肌的收缩原理 二、骨骼肌的兴奋-收缩耦联 三、骨骼肌的收缩形式及影响因素 骨骼肌的收缩形式 影响骨

13、骼肌收缩的主要因素,一、骨骼肌的收缩原理,骨骼肌的微细结构 1肌原纤维和肌节 肌节是肌肉收缩和舒张的最基本单位。,（一）骨骼肌的微细结构,2肌丝的分子组成 1)粗肌丝由肌凝蛋白组成 杆部粗肌丝的主干 头部横桥（一是具有ATP酶的活性；二是在一定的条件下，横桥可以和细肌丝相应的位点进行可逆性结合，并连续摆动）,（一）骨骼肌的微细结构,2)细肌丝 肌纤蛋白-细肌丝的主干,具有横桥结合的位点 原肌球蛋白-静息时掩盖横桥结合位点 肌钙蛋白- C亚单位 Ca2+的受体；T亚单位 肌钙蛋白的固定点； I亚单位传递信息。,3肌管系统 横管系统：T管 肌膜凹陷处 纵管系统：L管 肌质网 三联管：T管+两侧终池

14、 兴奋收缩耦联的关键结构,（一）骨骼肌的微细结构,（二）骨骼肌的收缩原理,1肌丝滑行学说 肌肉收缩时虽然在外观上可以看到整个肌肉或肌纤维的缩短，但在肌细胞内并无肌丝或它们所含的分子结构的缩短或卷曲，只是在每一个肌节内细肌丝向粗肌丝之间滑行，结果各相邻的Z线都互相靠近，肌节长度变短，造成整个肌原纤维、肌细胞乃至整条肌肉长度的缩短。,2肌丝滑行的过程 在肌肉的收缩和舒张过程中Ca2+发挥着非常重要的作用。,（二）骨骼肌的收缩原理,二、骨骼肌的兴奋-收缩耦联,1. 概念：把肌细胞膜的兴奋和肌细胞的收缩衔接起来的中介过程称为兴奋收缩耦联（excitation-contraction coupling）

15、。 2.主要步骤： 肌细胞膜的兴奋经横管系统传到三联管； 三联管处信息的传递； 终池对Ca2+的释放与回收。 3. 三联管是兴奋收缩耦联的关键结构；Ca2+为耦联因子。,兴奋-收缩耦联,三、骨骼肌的收缩形式,骨骼肌的收缩形式 1. 等长收缩和等张收缩 只表现为张力增加而无长度的缩短，这种收缩形式称为等长收缩（isometric contraction）。 肌肉收缩时只有长度的缩短而无张力的变化称为等张收缩(isotonic contraction)。 正常人体内骨骼肌的收缩大多是混合式的，而且总是张力增加在先，长度缩短在后。,（一）骨骼肌的收缩形式,2. 单收缩和强直收缩,（二）影响骨骼肌收缩

16、的主要因素,1. 前负荷 是指肌肉收缩前所承受的负荷。 前负荷使肌肉收缩前处于初长度。此时肌肉收缩张力最大、速度最快、缩短的程度也最大，收缩效果最佳。 在一定限度内，肌肉的前负荷增加，肌肉初长度随之增加，肌肉收缩产生的张力也随之增大。 但当前负荷增加到超过某一定限度时，再增加前负荷，反而使肌张力变小。,2.后负荷 是指肌肉开始缩短后所遇到的负荷或阻力。 后负荷越大，肌肉在缩短前产生的张力越大，肌肉长度缩短出现的越晚，缩短的程度越小。,（二）影响骨骼肌收缩的主要因素,3肌肉收缩能力 是与前负荷和后负荷无关的肌肉内在的收缩特性。 肌缩能力肌缩速度、幅度和张力； 肌缩能力肌缩速度、幅度和张力。 决定肌缩效应的内在特性主要是： .兴奋-收缩耦联期间胞浆内Ca2+的水平； .肌球蛋白的ATP酶活性。 调节和影响肌缩效应内在特性的因素： 许多神经递质、体液物质、病理因素和药物。,（二）影响骨骼肌收缩的主要因素,第二章 小结,细胞的跨膜物质转运形式：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出饱和入胞 静息电位：指细胞处于生理静息状态时存在于细胞膜两侧的电位差。 静息的标志：极化-安静状态下膜外为正、膜内为负的状态。 静息电位产生机制：K+ 外流,动作电位：是指细胞受刺