生理学--细胞的基本功能.ppt

1、细胞的基本功能,第二章 细胞膜的结构特征和物质转运功能,细胞（cell） -机体的基本结构和功能单位。 英国物理学家 Robter Hooke， 16351703,屏障及保护、物质转运、信号转导、生物电（兴奋及其传递）（通信）等。 肌细胞的收缩功能,细胞的基本功能,第一节 细胞膜的结构特征,一、基本结构与物质组成 20世纪30s, 膜结构假说: 小孔刚性膜结构 20世纪中期，电镜技术发现，膜的三层结构型式,液态镶嵌模型,70年代,细胞膜： 脂肪+蛋白质+糖类,重量：蛋白质与脂质之比为 4114 线粒体膜31，神经髓鞘膜为14 数量：脂质多于蛋白质100倍以上,二、液态镶嵌模型及其分子组成,液态

2、镶嵌模型（liquid mosaic model; Singer 同下）,2） DG-PKC信号通路（R-Gq-PLC-） 、DG + 磷脂酰丝氨酸/膜磷脂+ PKC（protein kinase C）底物蛋白磷酸化生物效应,MLCK; NOS,3. G蛋白-离子通道信号通路 （1）G蛋白直接调节离子通道. 如心肌细胞： ACh+M2型ACh受体+Gi生成-GTP复合物和-二聚体+ACh门控K+通道（KACh）K+外流膜复极化,2）通过第二信使影响离子通道. 如神经细胞或平滑肌细胞，、胞内Ca2+Ca2+激活的K+通道（KCa）K+外流膜复极化或超极化,三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路 激

3、动剂：一些肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如多种GF、白细胞介素等,受体： 酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、GC受体、MAPK受体等,特点： 除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体 本身具有酶活性； 不需要G蛋白和第二信使参与； 催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸 化，从而影响细胞功能,一）酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导 1. 受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine kinase)介导的信号通路（或丝裂原激活的蛋白激酶mitogen-activated protein kinase,MAPK通路. 其可被G蛋白及第二信使激活,介导多种GF：包含EGF、NGF、PDGF、HGF、FG

4、F、 白细胞介素、胰岛素等,2. 结合酪氨酸激酶的受体(receptor-associated tyrosine kinase)介导的信号转导通路. 受体：EPO受体、GH受体、PRL受体、多种细胞因子受体、干扰素受体等,二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的跨膜 信号转导 （receptor serine/threonine kinase, RSTK,转化生长因子（TGF-）+RSTK+RSTK RSTK磷酸化、(c-Myc)、细胞周期,三）受体鸟苷酸环化酶（receptor guanylyl cyclase, GC）介导的跨膜信号转导通路,配体，如心房钠尿肽（atrial natriuretic

5、 peptide）,+R-GC+GC GTPcGMP +PKG靶蛋白磷酸化细胞功能效应；如肾排钠、水，血管舒张等,summary 1. 跨膜信号转导的概念 2. 主要的信号分子：5类/GPCR介导的信号途径 3. 三类信号转导途径 （1）离子通道介导的信号转导途径 （3条通路） （2）Gp耦联受体、 （3、） （3）酶、 （3,第四章 细胞的生物电现象,概 述 1. 生物电的发现 早期发现：电鲶,电鳗,电鳐, 有生电器官。 18世纪末, 1790-1791, Dr.Galvani in Italy, 金属蛙腿M M收缩; N,M发电内在电流 Volta, 认为是金属电流，非生物电流 科学竞争,

6、Volta创立金属接触电动势理论, 发明Volta电池. Galvani, 1794,设计不用任何金属的同体损伤实 验，确认N.M放电现象,1842, Carlo Matleuci, 异体损伤实验，证明: N,M 有电,可传播. 1920s, 阴极射线示波器电生理学研究. 1940s, 微电极技术,可在细胞水平研究生物电,2. 意义: 生命现象之一、通讯、调控、触发作用、 3. 生物电的应用,第一节 静息电位(RP,细胞的跨膜电位（transmembrane potential, TMP，MP）：指存在于细胞膜两侧的电位差） MP： 静息电位（resting potential, RP） 动作

7、电位（action potential, AP） 一、RP的记录及概念,RP的纪录,RP,RP的概念： 安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位差,RP范围：10100mV. 骨骼肌细胞:90mV， 神经细胞:70mV， 平滑肌细胞:55mV， RBC:10mV,MP的状态,极化 （polarization） 去极化 （depolarization） 反极化 （reverse polarization） 复极化 （repolarization） 超级化 （hyperpolarization,二、RP形成的机制,离子学说(Bernstein,1902,1. 膜两侧的离子浓度差 Na+O 是膜内的12

8、倍，K+i 是膜外的30倍,一）离子跨膜扩散的两个条件,2. 膜对离子的通透性 安静时，膜主要对K+通透,二）RP形成的离子机制,RP形成的机制,在上述条件下，K+顺浓度差从膜内向膜外扩散（负电物质不能外移，极少Na+内移）膜外侧形成一层正电荷（正电位）、膜内侧为一层负电荷（负电位）膜外侧的正电场力与K+差的动力达到平衡时，K+的净通量为零，此时的MP即RP，相当于K+的平衡电位（EK,三）证明,1. 用Nernst公式计算的EK理论值与实测的 RP非常接近,Nernst公式：Ex= RT/ZFlogexo/ xi 在温度为29.2，离子价位单价时，上式简 化为Ex = 60logxo/ xi

9、 则 EK = 60logK+o/ K+i (mV,偏差解释： 有少量Na+内漏(极少; Cl-)； 钠泵生电作用的影响（2-16mV,1939, Hodgkin 1/Rm）表示. 轴向电阻（Ri），取决于胞质液及细胞D， Ri=1/D,二、电紧张电位（electrotonic potential） 1.定义：指由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位。（物理因素造成的MP变化,2. 电紧张电位的空间和时间依赖性 （1）空间常数： 指从刺激原点至膜电紧张电位衰减至最大值的37%处的空间距离。 反映电紧张电位达到稳态值的空间分布。 计算：= Rm/Ri 一般为0.11.0 mm,2）时间常数：指

10、电紧张电位上升或下降达稳态值的63%所需的时间。 反映电紧张电位达到稳态的速度。 计算： = RmRiCm 约12.0 ms,二者对AP传导速度（V)的影响： ，V （AP波前电紧张电位及AP发生加快）；反之减慢。 二者都增大时，无显著影响,3. 电紧张电位的特征 （1）其幅度与St.i 相关，无“全或无”特征； （2）呈衰减性扩布，有一定的空间常数,共有此特性的电位： LRP、EPP、PSP、RP等,3）无不应期，可发生空间总和时间总和,第四节 离子通道与细胞电活动,一、离子通道的功能状态 H-H模型（Hodgkin St）： 指细胞所处环境因素的变化。 刺激的构成：三个参数（或三要素）：

11、强度、持续时间、强度变化率（随t) 方脉冲刺激,1.阈强度（threshold intensity） 指固定时间（和变化率）、改变强度，刚能引起细胞兴奋即产生AP的最小刺激强度。 其与兴奋性成反比。 简单，最常用,2.时值（chronaxie ；） （L.Lapicque，1909） 基强度（rheobase；Rb ） 时值：2倍Rb时的时间阈值,4.标准电量（a，我校侯宗濂教授提出,3.强度-时间曲线（i-t曲线,阈刺激、阈下与阈上（及最大）刺激,二）组织兴奋后兴奋性的规律性变化,研究方法：条件-试验刺激实验（双次刺激法,一次兴奋及其恢复过程中兴奋性的周期性变化： 以Nf为例,1. 绝对不应

12、期（absolute refractory period,2. 相对不应期（relative refractory period,3. 超长期（supranormal period,4. 低常期（subnormal period,生理意义：-绝对不应期的意义 决定细胞发放SP的最大频率； 使SP不相融合,第五章 肌细胞的收缩,横纹肌：骨骼肌(skeletal muscle)、心肌 平滑肌,第一节 骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递,一、神经-肌接头处的功能解剖,接头前(N末梢)膜内，递质囊泡，含ACh 、间隙，胞外液 、后膜（终板膜），受体、胆碱酯酶,N-M接头,二、N-M接头处的兴奋传递过程,三

13、、神经递质释放与终板电位的产生,一）终板电位（endplate potential, EPP） 1. EPP的记录,少量箭毒,箭毒剂量,EPP的引起与肌膜AP 自发、或阈St或阈上St.Nf递质释放EPP（50mV）/MEPP肌膜TP肌膜AP,2. 以EPP为指标的实验研究： （1）递质以囊泡为单位的量子性释放，其ACh释放量与突前Ca2+内流量成正相关。证据： 形态学研究：冰冻劈裂技术； 突触前微电泳Ca2+观察,突触前微注射ACh,微终板电位（miniature endplate potential, MEPP）： 神经递质随机释放（1个量子10000 Ach分子） MEPP( 0.4mV

14、,2）EPP可被箭毒抑制、被胆碱酯酶抑制剂增强； （3）EPP可随扩布距离而减小,EPP的特性（或特征,MEPP的整倍数变化,神经递质的量子性释放特征,神经递质的释放 有赖于Ca2+ ，即 Ca2+触发其释放,二）A2型ACh受体阳离子通道 化学门控离子通道,3. N-M接头兴奋传递的特点 1)同突触传递的特点: 单向性； 时间延搁； 总和； 易疲劳； 易受内环境改变及药物的影响,2) 1:1的传递 Why ,N元一次兴奋 大量递质释放 及时被消除,4.影响N-M接头兴奋传递的因素 1)Ca2+或/和Mg2+ 递质释放,2)筒箭毒碱（tubocurarine）或银环蛇毒 阻断受体功能,3)有机

15、磷,或新斯的明抑制胆碱脂酶的活性,第二节 横纹肌的收缩和舒张,一、横纹肌的微细结构 （一）肌节（sarcomere ） 肌肉的基本结构和功能单位 初长度：2.02.2 m,肌肉的基本结构： 肌肉块肌束肌纤维(肌细胞)肌原纤维和肌小节,肌 节 的 微 细 结 构,二）肌管系统 1. 横管（T管，transverse tubule, T tubule） 功能：传入兴奋（AP,2. 纵管（L管，longitudinal tubule, L tubule）或肌质网（sarcoplasmic reticulum, SR） 分LSR和JSR（终池，terminal cisterna） 功能：储存、释放、再

16、摄取Ca2,LSR膜上有钙泵； JSR膜上有钙释放通道或ryannidine受体(RYR)，胞内有钙扣押素（calsequestrin; Ca2+结合蛋白,三联管（triad）结构：T管+2JSR 是肌细胞兴奋-收缩偶联的关键部位； 偶联因子是Ca2,三）肌丝及其分子构成 1.粗肌丝： 肌球（凝）蛋白（myosin） 横桥的功能： 具有ATP酶的活性，可分解ATP获能； 能与细肌丝上的肌动蛋白可逆结合，拖动其向肌节中央滑动或产生张力,2. 细肌丝，由3种蛋白构成；（7：1：1） 肌动蛋白（actin） 原肌球(凝)蛋白（tropomyosin） 肌钙蛋白（troponin；3个亚单位：TnT,

17、 TnI, TnC,Thick filaments,The myosin molecules are bundled together to form the thick filaments. 粗肌丝由大量肌凝蛋白分子有序排列而成,Thin filaments,TROPONIN,ACTIN,TROPOMYOSIN,Thin filaments are composed of three molecules: actin,tropomyosin,and troponin. 组成细肌丝三种分子分别是：肌纤蛋白、原肌凝蛋白 、肌钙蛋白,MOLECULAR PARTICIPANT （参与肌丝滑行的分子

18、和离子,Myosin肌凝蛋白,Actin 肌纤蛋白,Tropomyosin原肌凝蛋白,Troponin肌钙蛋白,Calcium ions 钙离子,ATP 三磷酸腺苷,二、肌肉收缩和舒张机制,1.肌丝滑行理论 （myofilament sliding theory） Huxley, 1954,二、肌肉收缩和舒张机制,肌丝滑行理论 2.横桥周期（cross-bridge cycling）： 指横桥激活、与肌动蛋白结合、耗能扭动、获能解离、复位及再结合的周期性活动过程。 20200ms,基本过程,舒张时，横桥结合并分解ATP而获能变构竖起横桥，高势能并与肌动蛋白呈高亲和力，但不能结合； 因AP传入至

19、三联管，触发Ca2+释放胞质 Ca2+Ca2+与肌钙蛋白TnC结合TnI、TnT位移原肌凝蛋白移位，暴露位点肌凝蛋白横桥与肌动蛋白结合，耗能变构（脱磷酸化），拖动细肌丝向M线滑动肌肉缩短，或张力,因钙泵被激活转运Ca2+至SR及胞外胞质Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白TnC解离与上相反变化，横桥再结合ATP、磷酸化、与肌动蛋白解离，细肌丝反向滑行 肌肉舒张,钙瞬变（calcium transent） 指先于肌肉收缩或舒张而发生的胞质 Ca2+的快速波动。是决定肌肉收缩、舒张的重要因素,三、肌细胞的兴奋-收缩偶联,一） 基 本 过 程,一）肌肉兴奋-收缩偶联(excitation-contracti

20、on coupling,肌膜AP沿T管传播三联管，激活L型钙通道/ T管膜分子变构及Ca2+激活RYR/JSR膜Ca2+释放胞质Ca2+（10-100倍）（钙瞬变） Ca2+与肌钙蛋白TnC结合、肌肉收缩,同时激活肌膜和JSR膜上的钙泵耗能，将Ca2+泵回至SR和排出至胞外胞质Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白TnC解离、肌肉舒张,关键结构及因子 从肌膜兴奋到肌肉收缩：3个环节 钙瞬变,兴奋-收缩偶联的概念： 指将肌膜的电兴奋和肌肉的机械收缩联系起来的中介机制,二）关键环节及概念,一）前负荷（preload,四、影响肌肉收缩效能的因素,前负荷 M初长度M张力； 最适前负荷最适初长度肌节2.02.2m

21、 最大主动张力或总张力,肌节 2.0m 或 2.2m，肌张力 肌节 1.6m 或 3.65m，M张力,stop,二）后负荷（afterload,Afterload,Afterload,后负荷 M张力、开始缩短时间、速度、 距离及做功 后负荷过大M张力可达最大、但不能缩短,四）运动单位的数量及发放频率 运动单位及“大小原则,三）收缩能力（contractility） 与负荷无关的决定M收缩效能的内在特性。 与M收缩力量成正比。 影响因素,五、骨骼肌收缩的形式,一）等长收缩与等张收缩： 1.等长收缩：M收缩时长度不变，张力增加。 2.等张收缩：M缩短过程，张力不变（负荷,二）单收缩、复合收缩与强直收缩： 1.单收缩