细胞基本功能

1、徐州医学院生理学教研室Cell P23细胞膜的基本结构及跨膜转运功能细胞膜的基本结构及跨膜转运功能1细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导细胞的生物电活动细胞的生物电活动骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩423345骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩形式形式返回首页返回首页脂质双脂质双分子层分子层球形蛋白质球形蛋白质纤维状蛋白质纤维状蛋白质亲水性基亲水性基 团团疏水性基团疏水性基团 1.细胞膜的分子结构液态镶嵌模型细胞膜的分子结构液态镶嵌模型返回首页返回首页构成构成：由双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层由双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层脂质双分子层细胞的基本骨架脂质双分子层细胞的基本骨架返回首页返回首页镶嵌在

2、细胞膜上的蛋白镶嵌在细胞膜上的蛋白:表面蛋白、整合蛋白表面蛋白、整合蛋白 转运物质转运物质 传递信息传递信息 免疫标志免疫标志 返回首页返回首页2. 细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运功能细细 胞胞O O2 2，能源物质，能源物质氨基酸，脂类氨基酸，脂类各种离子等各种离子等CO2CO2代谢产物代谢产物返回首页返回首页 (1)(1)单纯扩散单纯扩散影响因素：影响因素： 浓度差浓度差 通透性通透性返回首页返回首页 定义定义 在生物体系中，小分子物质或离子由膜的高浓度区一在生物体系中，小分子物质或离子由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧顺浓度差的跨细胞膜的转运称为侧向膜的低浓度区一侧顺浓度

3、差的跨细胞膜的转运称为单单纯扩散。纯扩散。返回首页返回首页 特点特点 顺浓度差顺浓度差 不需要膜蛋白帮助不需要膜蛋白帮助 不消耗能量不消耗能量 转运脂溶性物质转运脂溶性物质返回首页返回首页O O2 2、COCO2 2、N N2 2、NHNH3 3、乙醇、尿素、类固乙醇、尿素、类固醇激素醇激素 类型类型 载体介导的易化扩散（葡萄糖、氨基酸）载体介导的易化扩散（葡萄糖、氨基酸） 通道介导的易化扩散（通道介导的易化扩散（K K、NaNa、CaCa2+2+、ClCl- -）(2)(2)易化扩散易化扩散 定义定义物质在特殊蛋白的物质在特殊蛋白的“协助协助”下，顺电化学梯度下，顺电化学梯度的跨膜转运过程，

4、称为的跨膜转运过程，称为易化扩散易化扩散。返回首页返回首页 特点特点 顺浓度差或电位差顺浓度差或电位差 膜蛋白帮助膜蛋白帮助不消耗能量不消耗能量转运水溶性物质转运水溶性物质返回首页返回首页转运方式转运方式载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散返回首页返回首页 X物质的扩散通量物质的扩散通量 膜两侧膜两侧X物质的浓度差物质的浓度差 特点特点 结构特异性结构特异性 饱和现象饱和现象竞争性抑制竞争性抑制载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散返回首页返回首页通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散返回首页返回首页 特点特点 结构的相对特异性结构的相对特异性“闸门闸门”调控调控电压门控通道电压门控通道化学（配体

5、）门控通道化学（配体）门控通道机械门控通道机械门控通道返回首页返回首页转运物质：转运物质：Na+, K+, Cl, Ca2+等直径较小离子。等直径较小离子。 根据其结构特异性和转运离子的特异性命名： Na+通道、K+通道、 Cl通道、 Ca2+通道等。通道两种状态：开放、关闭通道两种状态：开放、关闭返回首页返回首页NaNa+ +通道的功能状态通道的功能状态：备用：关闭，受适当刺激可被激活和重新开放备用：关闭，受适当刺激可被激活和重新开放激活：开放激活：开放失活：关闭，受适当刺激也不能被激活或重新开放失活：关闭，受适当刺激也不能被激活或重新开放Na+ 通道阻断剂：通道阻断剂：河豚毒河豚毒 (te

6、trodotoxin, TTX) 利多卡因利多卡因K+ 通道阻断剂：通道阻断剂： 四乙胺四乙胺Ca2+通道阻断剂通道阻断剂：维拉帕米：维拉帕米 返回首页返回首页 细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程，称为逆浓度梯度或电位梯度转运的过程，称为主动转运。主动转运。 (3)(3)主动转运主动转运返回首页返回首页 特点特点:u膜蛋白（泵）帮助膜蛋白（泵）帮助u逆浓度差或电位差逆浓度差或电位差 u耗能耗能返回首页返回首页原发性主动转运原

7、发性主动转运 是指直接利用是指直接利用ATPATP的能量的能量逆浓度差和电位差对离逆浓度差和电位差对离子进行的主动转运过程。子进行的主动转运过程。 原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式，原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式，除钠泵外，还有除钠泵外，还有CaCa2+2+ 泵（或称泵（或称CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+依赖式依赖式ATPATP酶）、酶）、H H+ +泵（质子泵）和碘泵等。泵（质子泵）和碘泵等。返回首页返回首页Na+泵的主动转运泵的主动转运膜内膜内膜外膜外K+ Na+ 返回首页返回首页钠泵特点钠泵特点胞内胞内Na+或胞外或胞外K+可触发钠泵活动。可触发钠泵活动。Na+泵

8、出和泵出和K+泵入耦联。泵入耦联。生电性泵。生电性泵。钠泵钠泵(Na+-K+-ATP酶酶)钠泵活动的生理意义：钠泵活动的生理意义：由钠泵形成的细胞内高由钠泵形成的细胞内高K K+ +，是许多代谢反应进行的必需，是许多代谢反应进行的必需条件。条件。维持细胞正常的渗透压与形态。维持细胞正常的渗透压与形态。它能够建立起一种势能贮备它能够建立起一种势能贮备, ,是一些营养物质（如葡萄糖是一些营养物质（如葡萄糖、氨基酸）继发性主动转运的能量来源。、氨基酸）继发性主动转运的能量来源。返回首页返回首页继发性主动转运继发性主动转运 物质逆浓度梯度转运所需的能量物质逆浓度梯度转运所需的能量不是不是直接来自直接来

9、自ATPATP或其他供能物质分解，而是来自或其他供能物质分解，而是来自膜外膜外NaNa+ +的高势能。的高势能。 返回首页返回首页Sodium-glucose symporter返回首页返回首页葡萄糖的继发性主动转运葡萄糖的继发性主动转运 返回首页返回首页 (4) (4) 出胞和入胞出胞和入胞 1 1出胞作用出胞作用，又称为胞吐又称为胞吐 主要见于细胞的分泌活动、神经末梢的递质释放等。主要见于细胞的分泌活动、神经末梢的递质释放等。 2 2入胞作用入胞作用，又称为吞噬或吞饮又称为吞噬或吞饮 是指细胞外某些物质团块或液体进入细胞的过程。是指细胞外某些物质团块或液体进入细胞的过程。 返回首页返回首页

10、胞吐：运动神经末稍释放乙酰胆碱胞吐：运动神经末稍释放乙酰胆碱胞胞 吞吞 作作 用用返回首页返回首页细胞通讯和信号转导过程是高等动物生命活动的基细胞通讯和信号转导过程是高等动物生命活动的基本机制。本机制。 化学信息物质（如激素、递质、细胞因子等）通常不需要直化学信息物质（如激素、递质、细胞因子等）通常不需要直接进入靶细胞发挥作用，而是选择性地同靶细胞膜上特异性接进入靶细胞发挥作用，而是选择性地同靶细胞膜上特异性受体相结合，再通过跨膜信号传递或跨膜信号转导过程，最受体相结合，再通过跨膜信号传递或跨膜信号转导过程，最后才间接地引起靶细胞产生各种生物学效应后才间接地引起靶细胞产生各种生物学效应。（二）

11、细胞的跨膜信号转导（二）细胞的跨膜信号转导返回首页返回首页（1）参与）参与G-蛋白偶联受体跨膜信号转导的信号分子蛋白偶联受体跨膜信号转导的信号分子 G-G-蛋白偶联受体（蛋白偶联受体（G protein linked receptor）G-G-蛋白蛋白（G protein）G-G-蛋白效应器蛋白效应器: : AC、PLC、PLA2、GC、PDG 生成或分解第二信使生成或分解第二信使. .第二信使第二信使: cAMP、IP3、DC、cGMP、Ca2+ cAMP-PKA, cGMP-PKG, DG-PKC IP3-PKB Ca2+- Ca2+PK返回首页返回首页 G-蛋白偶联受体信号转导的主要途径

12、蛋白偶联受体信号转导的主要途径返回首页返回首页第二信使学说第二信使学说配体配体+受体受体G蛋白蛋白-GDPG蛋白蛋白-GTP效应器酶效应器酶第二信使第二信使第二信使前体第二信使前体蛋白激酶及其他蛋白激酶及其他细胞功能改变细胞功能改变返回首页返回首页（2）离子通道受体介导的信号转导）离子通道受体介导的信号转导 化学门控通道化学门控通道（chemically-gated ion channel）N2受体、受体、GABAGABAA A受体、甘氨酸受体、谷氨酸受体受体、甘氨酸受体、谷氨酸受体和和5-HT受体受体电压门控通道电压门控通道（voltage-gated ion channel) 如如Na+通

13、道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道等。通道等。机械门控通道机械门控通道(mechanically-gated ion channel)如内耳耳蜗毛细胞如内耳耳蜗毛细胞返回首页返回首页（3）酶偶联受酶偶联受体介导的信号转体介导的信号转导导酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 最终水解为三磷酸肌醇（最终水解为三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（）和二酰甘油（DG）的信号转导途径是：的信号转导途径是：A.受体-G蛋白-PLC途径B.受体-G蛋白-AC途径C.酪氨酸激酶受体途径D.鸟苷酸环化酶受体途径1.1.兴奋和可兴奋细胞兴奋和可兴奋细胞兴奋兴奋：细胞受刺激产生动作电位的过程：细胞受刺激产生动作电位的过程可

14、兴奋细胞可兴奋细胞：凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。：凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。包括：神经细胞、肌细胞、腺细胞。包括：神经细胞、肌细胞、腺细胞。（三）细胞的兴奋性和生物电现象（三）细胞的兴奋性和生物电现象 返回首页返回首页兴奋性：兴奋性：可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力可兴奋细胞受刺激后产生动作电位的能力阈刺激：阈刺激：相当于阈强度的刺激称为阈刺激。相当于阈强度的刺激称为阈刺激。组织的组织的阈刺激和兴奋性成反变关系阈刺激和兴奋性成反变关系2.2.兴奋性和阈刺激兴奋性和阈刺激返回首页返回首页 3.3.细胞的兴奋性影响因素细胞的兴奋性影响因素 静息电位的水平静息电位的水平 阈电位水平

15、阈电位水平 离子通道状态离子通道状态返回首页返回首页4.4.细胞兴奋及其恢复中的兴奋性的变化细胞兴奋及其恢复中的兴奋性的变化 绝对不应期绝对不应期 相对不应期相对不应期 超常期超常期 低常期低常期返回首页返回首页 5. 5. 细胞的生物电现象细胞的生物电现象 返回首页返回首页1. 静息电位（静息电位（resting potential，RP)细胞处于静息状态时，细胞膜两侧的电位差。细胞处于静息状态时，细胞膜两侧的电位差。返回首页返回首页静息电位形成机制静息电位形成机制条件条件细胞内外细胞内外K K的不均衡分布的不均衡分布安静状态下细胞膜主要对安静状态下细胞膜主要对K K有通透性有通透性动力动力

16、(浓度差浓度差)阻力阻力(电位差电位差)Inside cellOutside cell返回首页返回首页是膜受到有效刺激后，在是膜受到有效刺激后，在RPRP的基础上发生一的基础上发生一次膜电位的次膜电位的快速而短暂快速而短暂可可扩布扩布的电位变化。的电位变化。 2.2.动作电位动作电位(action potential，AP)返回首页返回首页( (一）细胞的动作电位是膜电位的快速一）细胞的动作电位是膜电位的快速 “ “去极化去极化- -反极化反极化- -复极化复极化”的过程。的过程。 反极化反极化超射超射神经纤维动作电位模式图神经纤维动作电位模式图ab:动作电位上升支；动作电位上升支；bc:动作

17、电位下降支；动作电位下降支；abc:锋电位；锋电位；cd:去极化后电位；去极化后电位；de:超极化后电位超极化后电位（二）（二） 动作电位波形的组成：锋电位和后电位动作电位波形的组成：锋电位和后电位 峰电位峰电位0mV-70+30 锋电位具有动作电位的主要特征锋电位具有动作电位的主要特征是动作电位的标志是动作电位的标志 APAP的上升支的上升支( (去极相去极相) ) APAP的下降支的下降支( (复极相复极相) ) 返回首页返回首页（三） AP的特征的特征 APAP产生是细胞兴奋的标志。产生是细胞兴奋的标志。 具有全或无现象具有全或无现象 刺激强度一旦达到或超过阈值，即可爆发刺激强度一旦达到

18、或超过阈值，即可爆发APAP，且其，且其 幅度不因刺激强度的增加而改变幅度不因刺激强度的增加而改变 不衰减扩布不衰减扩布 APAP不因传导距离的延长而衰减。不因传导距离的延长而衰减。 脉冲式发放脉冲式发放 因因APAP存在不应期，故存在不应期，故APAP不会融合。不会融合。返回首页返回首页动作电位产生机制：动作电位产生机制：动作电位上升支：动作电位上升支：NaNa+ +通道通透性的再生性循环过程通道通透性的再生性循环过程Na+通道开放通道开放Na+内流增加内流增加去极化去极化刺激刺激返回首页返回首页2. + +外流形成动作电位下降支外流形成动作电位下降支达达NaNa+ +平衡电位平衡电位通道失

19、活关闭通道失活关闭NaNa+ +内流停止内流停止K K+ +通道激活开放通道激活开放K K+ +快速外流快速外流膜内电位下降膜内电位下降细胞膜复极化细胞膜复极化下降支下降支返回首页返回首页超射值相当于超射值相当于NaNa+ +的平衡电位的平衡电位Na+通透性通透性K+通透性通透性动作电位动作电位NaNa+ +内流的再生性循环内流的再生性循环 正反馈正反馈返回首页返回首页 （五）（五）动作电位产生过程中钠通道的不同功能状态动作电位产生过程中钠通道的不同功能状态 返回首页返回首页m门 h门 NaNa+ +通道的两种闸门及三种状态通道的两种闸门及三种状态: : m m闸门闸门( (激活门激活门) )

20、关闭和关闭和h h闸门闸门( (失活门失活门) ) 开放为备用状态开放为备用状态; ; m m和和h h闸门均开放为激活状态闸门均开放为激活状态; ; h h闸门关闭为失活状态。闸门关闭为失活状态。 K K+ +通道是由通道是由n n闸门控制的。闸门控制的。返回首页返回首页（六）动作电位产生的条件（六）动作电位产生的条件刺激：刺激：细胞所处环境因素的变化细胞所处环境因素的变化刺激种类：刺激种类： 化学、机械、温度、光、声和电等化学、机械、温度、光、声和电等刺激参数：刺激参数： 刺激强度刺激强度 刺激的持续时间刺激的持续时间 刺激强度对时间的变化率刺激强度对时间的变化率返回首页返回首页可兴奋组织

21、的强度可兴奋组织的强度- -时间曲线时间曲线 刺激参数与组织兴奋的关系刺激参数与组织兴奋的关系: :返回首页返回首页 通常，把刺激的持续时间固定，把能引起组织兴奋的最通常，把刺激的持续时间固定，把能引起组织兴奋的最小刺激强度称为小刺激强度称为阈强阈强度度(Threshold Intensity)，相当于阈强度的，相当于阈强度的刺激称为阈刺激。刺激称为阈刺激。 阈强度或阈刺激阈强度或阈刺激也可作为衡量组织兴奋性的指标。也可作为衡量组织兴奋性的指标。阈阈 刺刺 激激 threshold stimulation阈下刺激阈下刺激 subthreshold stimulation阈上刺激阈上刺激 sup

22、erthreshold stimulation 返回首页返回首页 在外加的有效刺激作用下，膜内负电位去极化到某一在外加的有效刺激作用下，膜内负电位去极化到某一临界值时，引发一次动作电位，这个临界值即为临界值时，引发一次动作电位，这个临界值即为阈电位阈电位。引起细胞兴奋的关键：引起细胞兴奋的关键： 阈电位水平阈电位水平返回首页返回首页( (七七) )阈下刺激和局部反应阈下刺激和局部反应 概念概念 细胞膜的轻度去极化细胞膜的轻度去极化, ,如：如：终板电位终板电位 特点特点 不是不是“全或无全或无”的；的； 在局部形成电紧张传播；在局部形成电紧张传播； 无不应期；无不应期； 时间性总和与空间性总和

23、时间性总和与空间性总和 实质实质 NaNa+ +通道少量被激活通道少量被激活 返回首页返回首页返回首页返回首页局部电流局部电流5. 兴奋在同一细胞上的传导兴奋在同一细胞上的传导 1 1）无髓神经纤维上兴奋传导的机制）无髓神经纤维上兴奋传导的机制局部电流学说局部电流学说 外加刺激引起细胞兴奋的叙述，不正确的是：外加刺激引起细胞兴奋的叙述，不正确的是：A.任何能量形式的理化因素的改变都可能构成对细胞的刺激B.阈强度一般可作为衡量细胞兴奋性的指标C.阈刺激增大表示细胞兴奋性下降D.局部兴奋必须发生总和2）有髓神经纤维上兴奋传导的机制：）有髓神经纤维上兴奋传导的机制： 特点：特点： 传导速度快传导速度

24、快 节能节能 跳跃式传导跳跃式传导返回首页返回首页动作电位在有髓及无髓神经纤维上的传导：动作电位在有髓及无髓神经纤维上的传导：返回首页返回首页（四）（四） 骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩 返回首页返回首页1. 1. 神经神经- -肌接头的结构肌接头的结构 结构结构 接头前膜接头前膜接头间隙接头间隙接头后膜接头后膜( (终板膜终板膜) )返回首页返回首页神神经经肌肌接接头头兴兴奋奋传传递递过过程程返回首页返回首页2. 2. 神经神经- -肌接头处的兴奋传递过程肌接头处的兴奋传递过程 APAP到达运动神经末梢到达运动神经末梢 电压门控电压门控CaCa2+2+通道打开，通道打开，CaCa2+2+内流内流

25、神经末梢释放大量神经末梢释放大量AChACh 经接头间隙弥散经接头间隙弥散 AChACh与终板膜上的与终板膜上的N-ACh-R N-ACh-R 结合结合离子通道打开离子通道打开 NaNa+ +内流（和内流（和K K+ +外流）外流） 终板膜产生终板膜产生终板电位终板电位(EPP)(EPP)（局部去极化的电位，约（局部去极化的电位，约60mV60mV） 肌细胞膜去极化达阈电位，肌细胞膜去极化达阈电位， 电压门控通道打开，产生电压门控通道打开，产生APAP乙酰胆碱的释放乙酰胆碱的释放终板电位的形成终板电位的形成乙酰胆碱的降解乙酰胆碱的降解返回首页返回首页受体本身也是通道，受体本身也是通道，允许允许

26、NaNa+ +，K K+ +同时通过。同时通过。终板电位终板电位: :局部电位局部电位兴奋传递兴奋传递:1:1对对1 1的的量子式释放量子式释放返回首页返回首页 EPP是一种是一种局部电位局部电位 特点：特点： 具有等级性反应，具有等级性反应，电位幅度与电位幅度与AChACh释放释放 量成正比量成正比；不具有；不具有“全或无全或无”现象；现象； 以以电紧张性扩布电紧张性扩布； 无不应期；无不应期； 可以可以总和总和。返回首页返回首页 3. 神经神经- -肌接头传递的肌接头传递的特征特征： 单向传递；单向传递； 时间延搁；时间延搁； 易受环境因素和药物的影响。易受环境因素和药物的影响。返回首页返

27、回首页 影响神经影响神经- -肌接头兴奋传递的因素肌接头兴奋传递的因素 1.1.影响乙酰胆碱释放的因素影响乙酰胆碱释放的因素 动作电位；动作电位； 细胞外液中细胞外液中CaCa、MgMg的浓度。的浓度。 2.2.影响乙酰胆碱与受体结合的因素影响乙酰胆碱与受体结合的因素 筒箭毒、三碘季铵酚筒箭毒、三碘季铵酚 3.3.影响胆碱酯酶活性影响胆碱酯酶活性的因素的因素 有机磷农药、新斯的明有机磷农药、新斯的明返回首页返回首页三骨骼肌细胞（肌纤维）的结构特点三骨骼肌细胞（肌纤维）的结构特点（一）肌小节是肌细胞收缩和舒张的基本单位（一）肌小节是肌细胞收缩和舒张的基本单位：返回首页返回首页 Z线之间的区域线之间的区域1. 肌小节的组成肌小节的组成收缩和舒张的收缩和舒张的基本单位基本单位中间的暗带和两侧各中间的暗带和两侧各12的明带的明带 (二二)肌管系统肌管系统横管系统横管系统 纵管系统纵管系统 三联体三联体