生理学绪论+第二章第三章前半部分

1、生生 理理 学学 主讲：邢德刚主讲：邢德刚大学城基础学院生理学教研室4室 Tell. 39352198 Email.第一章第一章 绪论绪论第一节第一节 生理学概述生理学概述 一、生理学及其任务一、生理学及其任务生理学生理学(physiology)(physiology)是生物科学的是生物科学的一个分支一个分支, ,是研究生物体及其组成部分正常功是研究生物体及其组成部分正常功能活动规律的一门科学能活动规律的一门科学人体生理学（人体生理学（human hysiology）解剖学解剖学（Anatomy) 正常形态学正常形态学组织学组织学(Histology)着重研究正常机体

2、的结构和形态；着重研究正常机体的结构和形态；病理学（病理学（Pathology)着重研究病态机体的结着重研究病态机体的结构和形态。构和形态。生理学则着重研究正常机体功能活生理学则着重研究正常机体功能活动的规律，如血液循环、呼吸、消动的规律，如血液循环、呼吸、消化、泌尿等。化、泌尿等。任务：任务：阐明机体及其各组成部分所表阐明机体及其各组成部分所表现的各种正常生命现象、活动规现的各种正常生命现象、活动规律及其产生机制；律及其产生机制；阐明环境变化对这些功能活动阐明环境变化对这些功能活动的影响和机体所进行的相应调节；的影响和机体所进行的相应调节；揭示各种生理功能在整体生命揭示各种生理功能在整体生命

3、活动中的意义。活动中的意义。二生理学和医学的关系二生理学和医学的关系祖国医学对人体功能的认识有两千多祖国医学对人体功能的认识有两千多年的历史；年的历史；古希腊、古巴比仑、古印度的古籍中古希腊、古巴比仑、古印度的古籍中也有许多关于人体功能的记载。也有许多关于人体功能的记载。Physiology真正成为实验科学开始于十真正成为实验科学开始于十七世纪初。英国医生七世纪初。英国医生William Harvey进行动物的活体解剖和详细观察，于进行动物的活体解剖和详细观察，于1628年出版了年出版了心与血的运动心与血的运动，标，标志着实验生理学的诞生。志着实验生理学的诞生。William Harvey通过

4、动物的活体解剖和通过动物的活体解剖和详细观察，首次证明：血液由心脏射详细观察，首次证明：血液由心脏射入动脉，再由静脉流入心脏，终生不入动脉，再由静脉流入心脏，终生不停，反复循环。停，反复循环。由于当时对毛细血管缺乏认识，由于当时对毛细血管缺乏认识，Harvey无法正确解释动无法正确解释动-静脉间的微循静脉间的微循环过程。十九世纪有显微镜后，这一环过程。十九世纪有显微镜后，这一问题才搞清楚。问题才搞清楚。毕竟，毕竟， Harvey是实验生理学的鼻祖是实验生理学的鼻祖。生理学是现代医药学的基础生理学是现代医药学的基础三、生理学的研究方法三、生理学的研究方法急性实验(acute experiment

5、)在体在体(in vivo)实验实验 离体离体(in vitro)实验实验如：去大脑僵直如：去大脑僵直 如：骨骼肌实验装置图如：骨骼肌实验装置图慢性实验慢性实验(chronic experiment)在体与离体实验在体与离体实验 如研究动物的胃液分泌，采用假饲的如研究动物的胃液分泌，采用假饲的实验方法实验方法一器官和系统水平一器官和系统水平从器官从器官/ /系统水平上研究系统水平上研究器官生理学器官生理学- 循环生理学循环生理学 消化生理学消化生理学 肾脏生理学肾脏生理学四、生理学研究的不同水平四、生理学研究的不同水平二二.细胞和分子水平细胞和分子水平:深入到细胞内部环境的稳态及其调节机制、细

6、胞跨膜信息传递的机制、基因水平的功能调控机制等。 如：肌肉收缩如：肌肉收缩 生理特性生理特性 生物大分子理化特性生物大分子理化特性 基因表达基因表达三.整体水平的研究 以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种环境条件和生理情况不同的器官、系统间的相互联系，相互协调，以及完整机体对环境变化发生各种反应的规律。各系统互相联系、互相作用各系统互相联系、互相作用环境环境(environment)(environment) 1.1.外环境外环境: :机体整体直接接触和生活的环机体整体直接接触和生活的环境。境。 ( (外界、大气环境外界、大气环境) )2.2.内环境内环境: :细胞直接接触和生活的环境。细

7、胞直接接触和生活的环境。 内环境内环境（internal environmentinternal environment） 法国生理学家法国生理学家 克劳伯特克劳伯特（Claude Claude Bernard Bernard ； 1813181318781878） 把细胞外液称把细胞外液称 为为内环境内环境。细胞外液细胞外液=组织液（组织液（3/4）+血浆（血浆（1/4）内环境的作用：内环境的作用：1 为细胞提供物质为细胞提供物质2 接受细胞排出物接受细胞排出物3 为细胞活动提供条件为细胞活动提供条件 （稳态）（稳态）二内环境的稳态二内环境的稳态稳态的概念稳态的概念19291929年美国生理

8、学家瓦尔特坎农（年美国生理学家瓦尔特坎农（Walter Walter CannonCannon；1887188719451945）首次提出了）首次提出了稳态稳态（homeostasishomeostasis）这一概念，专门用来描述内环境）这一概念，专门用来描述内环境的各项物理、化学因素保持在相对稳定的状态。的各项物理、化学因素保持在相对稳定的状态。内环境稳态，是指在正常生理情况下内环境的各种理内环境稳态，是指在正常生理情况下内环境的各种理化指标只在很小的范围内发生变动，但并非是静止不化指标只在很小的范围内发生变动，但并非是静止不变的。变的。稳态的维持和生理意义稳态的维持和生理意义内环境稳态的维

9、护和保持是机体内各器官内环境稳态的维护和保持是机体内各器官和系统共同参与和相互协调的结果。和系统共同参与和相互协调的结果。内环境稳态是机体正常生命活动的必要条内环境稳态是机体正常生命活动的必要条件。件。稳态概念的扩展稳态概念的扩展第三节第三节 机体生理功能的调节机体生理功能的调节 正常情况下，机体内环境保持相对正常情况下，机体内环境保持相对稳定是由于各组织器官的功能，能稳定是由于各组织器官的功能，能随内、外环境的变化做相应而及时随内、外环境的变化做相应而及时的调节。当内、外环境发生改变时，的调节。当内、外环境发生改变时，机体各种功能活动发生相应变化的机体各种功能活动发生相应变化的过程叫生理功能

10、的调节过程叫生理功能的调节(regulation)。它包括：。它包括：神经调节，体液调节，自身调节神经调节，体液调节，自身调节 1、神经调节神经调节 神经系统活动基本过神经系统活动基本过程是反射程是反射 踩钉踩钉 缩腿缩腿一、生理功能的调节方式一、生理功能的调节方式 反射结构基础：反射弧反射结构基础：反射弧 感受器感受器 效应器效应器 传出神经特点：较迅速、精确特点：较迅速、精确反射：反射：在中枢神经系统参与下，机体对内在中枢神经系统参与下，机体对内外环境变化产生规律性应答。外环境变化产生规律性应答。传入神经2、体液调节、体液调节概念：概念：通过体液中化学物质实现的调节功通过体液中化学物质实现

11、的调节功 能活动的方式能活动的方式。 激素激素 受体受体 靶细胞靶细胞类型：类型：1 全身性体液调节全身性体液调节 2 局部性体液调节局部性体液调节 （神经（神经-体液调节）体液调节）特点：缓慢、持久、弥散特点：缓慢、持久、弥散3、自身调节、自身调节概念：环境变化时，器官、组织、细胞概念：环境变化时，器官、组织、细胞 不依赖神经或体液调节而产生的不依赖神经或体液调节而产生的 适应性反应。适应性反应。特点：调节幅度小，不灵敏，局限特点：调节幅度小，不灵敏，局限二二 体内的控制系统体内的控制系统非自动控制系统非自动控制系统 开环系统开环系统控制部分不受受控部分的影响控制部分不受受控部分的影响 单向

12、控制单向控制刺激刺激 控制部分控制部分 受控部分受控部分 反应反应 1、反馈控制系统、反馈控制系统 闭环系统闭环系统控制部分受受控部分的影响控制部分受受控部分的影响 双双向控制向控制 控制部分控制部分 受控部分受控部分负反馈负反馈: 反馈信息减弱控制部分活动的过程。反馈信息减弱控制部分活动的过程。 意义在于维持稳态意义在于维持稳态 例：血压、体温调节，肌肉运动及激素分泌调节等正反馈正反馈: 反馈信息增强控制部分活动的过程，反馈信息增强控制部分活动的过程， 意义在于加强活动。意义在于加强活动。 例：排尿，排便，血液凝固，分娩活动，细胞膜去极化时的钠内流等。2、前馈控制系统、前馈控制系统食物外观食

13、物外观 唾液分泌唾液分泌寒冷预报寒冷预报 散热减少散热减少第二章细胞的基本功能第二章细胞的基本功能第一节第一节 细胞膜的物质转动功能细胞膜的物质转动功能细胞膜细胞膜通常把细胞最外层的结构称为通常把细胞最外层的结构称为细胞膜细胞膜（cellcellmembranemembrane），又称质膜（），又称质膜（plasma membraneplasma membrane）。）。由于细胞膜对物质具有选择性通透作用或半通由于细胞膜对物质具有选择性通透作用或半通透作用，细胞膜又称半透膜。透作用，细胞膜又称半透膜。 一、细胞膜的分子结构一、细胞膜的分子结构液态镶嵌模型学说：细胞膜是以液态脂质双分液态镶嵌模型

14、学说：细胞膜是以液态脂质双分子层为基架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其子层为基架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其中，糖类分子与脂质、蛋白结合后附在膜的表中，糖类分子与脂质、蛋白结合后附在膜的表面。面。脂质双分子层脂质双分子层 胆固醇胆固醇 70% 亲水的磷酸和碱基朝向亲水的磷酸和碱基朝向C内外。内外。 疏水的烃基朝向膜中间。疏水的烃基朝向膜中间。细胞膜的蛋白质细胞膜的蛋白质根据其功能分类根据其功能分类1.1.酶蛋白酶蛋白2.2.转运蛋白：包括通道、载体、离子泵转运蛋白：包括通道、载体、离子泵3.3.受体蛋白受体蛋白根据其在膜上的存在形式分类根据其在膜上的存在形式分类1.1.表面蛋白：位于膜表面表面

15、蛋白：位于膜表面2.2.整合蛋白：以其肽链一次或反复多次穿越膜的整合蛋白：以其肽链一次或反复多次穿越膜的脂质双层脂质双层整整合合蛋蛋白白质质表面蛋白质表面蛋白质细细 胞胞 膜膜 蛋蛋 白白 质质细胞膜上的糖类物质细胞膜上的糖类物质细胞膜上的糖类与膜蛋白和膜脂结合，细胞膜上的糖类与膜蛋白和膜脂结合，分别生成糖蛋白或糖脂。分别生成糖蛋白或糖脂。结合于糖蛋白或糖脂上的糖链仅存在于结合于糖蛋白或糖脂上的糖链仅存在于细胞膜上的外侧，通常具有受体或抗原细胞膜上的外侧，通常具有受体或抗原的功能。的功能。糖糖类类细胞膜化学组成及意义细胞膜化学组成及意义v脂质双分子层：屏障作用脂质双分子层：屏障作用 保持细胞内

16、容物的相对稳定保持细胞内容物的相对稳定v细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶 细胞内外物质、能量、信息交换。细胞内外物质、能量、信息交换。v细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂 作为膜蛋白受体识别部分作为膜蛋白受体识别部分 参与免疫反应参与免疫反应细胞膜的功能：细胞膜的功能：、保护：屏障作用。、保护：屏障作用。、转运：载体、通道、离子泵。、转运：载体、通道、离子泵。、识别：膜外侧的糖链。、识别：膜外侧的糖链。、信息传递：、信息传递： 受体受体 化学信息。化学信息。 通道通道 生物电信息。生物电信息。二细胞膜物质的转运功能二细胞膜物质的转运功能

17、细胞的跨膜物质转运功能细胞的跨膜物质转运功能细胞具有的通过细胞膜使物质进出细胞细胞具有的通过细胞膜使物质进出细胞内外的功能，称为细胞的跨膜物质转运内外的功能，称为细胞的跨膜物质转运功能。功能。细胞的跨膜物质转运功能是细胞的基本细胞的跨膜物质转运功能是细胞的基本功能之一，对于进行细胞的新陈代谢，功能之一，对于进行细胞的新陈代谢，对于完成细胞其它的各种正常功能是必对于完成细胞其它的各种正常功能是必不可少的。不可少的。细胞膜转运的物质细胞膜转运的物质 1 1）小分子物质：小分子物质：H2O无机盐无机盐：Na+、K+、Cl-、Ca2+等等 有机物有机物：G、aa等等气体气体：CO2、O2 2 2）大分

18、子物质：如酶、激素、吞噬的细菌等。大分子物质：如酶、激素、吞噬的细菌等。 1.1.单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion) (1) (1)概念概念: :指物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子指物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。 单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion)2.2. 单纯扩散的条件单纯扩散的条件 (1) (1) 浓度梯度浓度梯度 （电（电-化学梯度）化学梯度） (2)(2) 膜通透性膜通透性 (3)(3)脂溶性物质脂溶性物质 O

19、2 CO2 N2 NH3 乙醇尿素乙醇尿素 单纯扩散的特点单纯扩散的特点 (1)(1)不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助” (2)(2)顺顺浓度梯度浓度梯度 （电（电-化学梯度）化学梯度） (3)(3)物质转运方向是由高到低物质转运方向是由高到低 (4)(4) 结果是物质在膜两侧浓度平衡结果是物质在膜两侧浓度平衡（2 2）. .易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion) 概念概念: : 在膜蛋白的帮助下，一些非脂溶性的小分在膜蛋白的帮助下，一些非脂溶性的小分子物质或带电离子子物质或带电离子, , 顺浓度梯度或电位

20、梯度进行的顺浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运的过程。跨膜转运的过程。 特点特点(1) (1) 顺电化学梯度，不耗能顺电化学梯度，不耗能(2) (2) 膜蛋白对转运的物质具有选择性（膜膜蛋白对转运的物质具有选择性（膜 蛋蛋白分子本身有结构特异性）白分子本身有结构特异性）(3) (3) 膜通透性可变膜通透性可变类型类型 (1)(1)经经通道易化扩散通道易化扩散 (2)(2)经经载体易化扩散载体易化扩散1.经通道的易化扩散经通道的易化扩散v 离子通道离子通道 (ion channel) 为一类镶嵌与膜上的蛋白质，其中间有孔为一类镶嵌与膜上的蛋白质，其中间有孔允许相应的水化离子通过。有静息、激允许相应

21、的水化离子通过。有静息、激活和失活三种状态。活和失活三种状态。 主要转运离子，如主要转运离子，如K+、Na+ 等。等。经通道的易化扩散经通道的易化扩散转运的物质转运的物质: :各种带电离子各种带电离子离子通道的特性离子通道的特性 (1) (1) 离子的选择性：即每种通道只允许一种或几种离子通过，离子的选择性：即每种通道只允许一种或几种离子通过，而其他离子则不易通过或完全不能通过而其他离子则不易通过或完全不能通过 Na Na+ +通道，通道，K K+ +通道，通道，ClCl- -通道通道, Ca, Ca+2+2通道通道 (2) (2) 门控性：即通道的开放或关闭由通道结构中的一个或两个门控性：即

22、通道的开放或关闭由通道结构中的一个或两个闸门控制，由闸门控制通道开或关的过程称过门控闸门控制，由闸门控制通道开或关的过程称过门控 化学门控：膜外侧化学信号控制化学门控：膜外侧化学信号控制 电压门控：膜两侧电位差控制电压门控：膜两侧电位差控制机械门控：机械变化控制机械门控：机械变化控制 ： A . 化学化学门控通道门控通道 B . 电压电压门控通道门控通道 C . 机械门机械门控通道控通道 2经载体易化扩散经载体易化扩散载体载体 （carrier) 与葡萄糖和某些氨基酸等物质与葡萄糖和某些氨基酸等物质易化扩散有关的膜蛋白质，不具有易化扩散有关的膜蛋白质，不具有离子通道那样的结构。离子通道那样的结

23、构。1 1经载体的易化扩散经载体的易化扩散转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 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 顺浓度差的转运顺浓度差的转运 单纯扩散与易化扩散转运物质时，动力来自膜两侧的浓度差或电位差所含的势能，不需要细胞代谢提供能量，故称为被动转运。膜两侧的浓度差与电位差合称为电-化学梯度，被动转运是顺电电-化学梯度进行的。 主动转运：主动转运：某些物质在细胞膜特异载体蛋白的携带下，某些物质在细胞膜特异载体蛋白的携带下，逆浓度或电化学梯度所进行的转运逆浓度或电化学梯度所进行的转运原发性主动转运原发

24、性主动转运 离子泵利用分解离子泵利用分解ATPATP产生的能量将离子逆浓度产生的能量将离子逆浓度梯度和梯度和/ /或电位梯度进行跨膜转运的过程，称为或电位梯度进行跨膜转运的过程，称为原发性主动转运原发性主动转运(primary active transport(primary active transport） 。离子泵离子泵(ion pump)(ion pump) 离子泵因具有离子泵因具有ATPATP酶活性酶活性, ,可将可将ATPATP为水解为水解ADP,ADP,释放的能量释放的能量用于离子逆浓度和用于离子逆浓度和/ /或电位梯度转运，故称或电位梯度转运，故称离子泵，离子泵，又称又称ATP

25、ATP酶。酶。 体内主要的离子泵种类体内主要的离子泵种类: :1.1.钠钠- -钾泵钾泵(Na(Na+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶酶) )2.2.钙泵钙泵(Ca(Ca2+2+-ATP-ATP酶酶) )3.3.氢氢- -钾泵钾泵(H(H+ +,K,K+ +-ATP-ATP酶酶) )、氢泵、氢泵(H(H+ +-ATP-ATP酶酶) )钠钠- -钾泵钾泵（sodium-potassium pumpsodium-potassium pump）钠钠- -钾泵是哺乳动物细胞膜上普遍存在的钾泵是哺乳动物细胞膜上普遍存在的一种离子泵，简称一种离子泵，简称钠泵钠泵。每分解一分子每分解一分子ATPATP可

26、将可将3 3个个NaNa移出胞外，移出胞外，同时将同时将2 2个个K K移入胞内。移入胞内。作用作用是维持细胞内外是维持细胞内外NaNa+ +、K K+ +的正常浓度的正常浓度分布，从而保证细胞的正常生理功能。分布，从而保证细胞的正常生理功能。抑制剂为哇巴因（抑制剂为哇巴因（ouabainouabain） 维持维持NaNa+ + o o高高、KK+ + i i高高原先的不均匀分布状态原先的不均匀分布状态2K2K+ +泵至细胞内泵至细胞内;3Na;3Na+ +泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATPATP产生能量产生能量当当NaNa+ + i i/K/K+ + o o激活激活钠钠- -钾泵钾泵: :通

27、道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图继发性主动转运继发性主动转运驱动力并不直接来自驱动力并不直接来自ATPATP的分解，而来自的分解，而来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯度和而进行的物质逆浓度梯度和/ /或电位梯度或电位梯度的跨膜转运方式，称为的跨膜转运方式，称为继发性主动转运继发性主动转运（secondary active transport) secondary active transport) 。继发性主动转运在体内广泛存在继发性主动转运在体内广泛存在同向转运反向转运同向转运反向转运四四. .膜泡运输膜泡运输 出

28、胞出胞: :指细胞把成块的内容物由细胞内指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。排出的过程。 入胞入胞: :指细胞外的大分子物质或团块进指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被= =分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物出胞出胞：囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分囊泡的膜成为细胞膜的组成部分出胞：出胞：细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体

29、对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合= =复合物复合物复合物向膜表面的复合物向膜表面的“有被小窝有被小窝”移动移动“有被小窝有被小窝”处的膜凹陷处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离= =吞食泡吞食泡吞食泡吞食泡与与胞内体胞内体的膜性结构相融合的膜性结构相融合入胞入胞: :入胞入胞: : 小小 结结物质跨膜转运方式分类物质跨膜转运方式分类一、单纯扩散一、单纯扩散二、膜蛋白介导的跨膜转运二、膜蛋白介导的跨膜转运 1.1.通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运 （经通道易化扩散）（经通道易化扩散） 被动转运被动转运 2.2.载体介导的跨膜转运载体介导的跨膜转运 易化扩散易化扩散

30、经载体易化扩散经载体易化扩散 小分子物质转运小分子物质转运 原发性主动转运原发性主动转运 主动转运主动转运 继发性主动转动继发性主动转动三、出胞和入胞三、出胞和入胞 大分子物质或大分子物质或 物质团块转运物质团块转运第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导 了解了解 来自细胞外的信号作用于靶细胞的来自细胞外的信号作用于靶细胞的受体，在细胞内引起一系列的生物化学受体，在细胞内引起一系列的生物化学或生物物理学过程或生物物理学过程, ,最终导致靶细胞相应最终导致靶细胞相应的生物学功能的变化，这一过程称为的生物学功能的变化，这一过程称为信信号转导号转导（signal transduction )si

31、gnal transduction )或跨膜或跨膜信号转导（信号转导（transmembrane signal transmembrane signal transduction )transduction )。几种主要的跨膜信号转导方式几种主要的跨膜信号转导方式离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导过程离子通道型受体介导的信号转导过程 神经递质、电信号、机械信号神经递质、电信号、机械信号 离子通道型离子通道型受体受体 通道蛋白激活（通道开放）

32、通道蛋白激活（通道开放） 相应离子易化扩散相应离子易化扩散 跨膜电位的变化跨膜电位的变化 细胞生物学功能改变细胞生物学功能改变 G G蛋白耦联受体介导的信号转导过程蛋白耦联受体介导的信号转导过程 肽类激素和神经递质（第一信使）肽类激素和神经递质（第一信使） G G蛋白耦蛋白耦联受体联受体 激活激活G G蛋白蛋白 激活激活G G蛋白效应器蛋白效应器 改变第二信使浓度改变第二信使浓度 依赖第二信使的酶或通道依赖第二信使的酶或通道被激活或被抑制被激活或被抑制 细胞生物学功能改变细胞生物学功能改变酶联型受体介导的信号转导过程酶联型受体介导的信号转导过程生长因子、细胞因子、某些肽类激素、心房生长因子、细

33、胞因子、某些肽类激素、心房钠尿肽、钠尿肽、NO NO 酶联型受体酶联型受体 细胞细胞生物学功能改变生物学功能改变第三章第三章 人体的基本生理功能人体的基本生理功能 概概 述述 恩格斯在恩格斯在100100多年前就指出：多年前就指出：“地球上地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动时都存在电活动, ,组织细胞在安静或者活动时组织细胞在安静或者活动时膜 两 侧 具 有 的 电 变 化 称 为膜 两 侧 具 有 的 电 变 化 称 为 生 物 电 现 象生 物 电 现 象

34、（bioelectricitybioelectricity）。）。包括静息电位和动作电位。包括静息电位和动作电位。第三节第三节 细胞的活动细胞的活动（一）（一） 、 细胞的静息电位及其产生机细胞的静息电位及其产生机制制1 1静息电位静息电位(resting (resting potential)potential) 在静息状态下，存在于细胞在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。膜外为正）。 1.1. 神经纤维细胞神经纤维细胞 -70 mV 2.2. 骨骼肌细胞骨骼肌细胞 -90mV3.3. 红细胞红细胞 -10mV4 平滑肌细胞平滑肌细

35、胞- 55mV RPRP实验现象：实验现象： 与与RPRP相关的概念相关的概念： 膜电位膜电位: :因电位差存在于膜的两侧所以又称为因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位（膜电位（membrane potentialmembrane potential）。）。 极极 化化 安静时安静时, 膜两侧电位外正内负膜两侧电位外正内负超极化超极化 膜两侧电位差加大膜两侧电位差加大,膜膜 内负值增大内负值增大去极化去极化 膜两侧电位差减小膜两侧电位差减小, 膜内负值变小膜内负值变小复极化复极化 去极化去极化 后，膜内电位向负值逐渐变后，膜内电位向负值逐渐变大，恢复到静息电位状态大，恢复到静息电位状态反极化

36、反极化 膜两侧电位发生倒转膜两侧电位发生倒转, 膜外为负膜外为负, 膜膜内为正内为正RP的产生需满足二个条件：的产生需满足二个条件： 安静时安静时C内外离子分布不均：内外离子分布不均：C内内K+、P-多，多， C外外Na+、Ca+、Cl-多。多。 安静时安静时C膜对膜对K+的通透性的通透性,膜内带负电的蛋白膜内带负电的蛋白质有随质有随K+外流的倾向，但外流的倾向，但 不能出膜，形成与不能出膜，形成与K+隔膜相吸的极化状态。隔膜相吸的极化状态。2.静息电位形成的机制静息电位形成的机制(2)(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：通透性：K

37、K+ + ClCl- - NaNa+ + A A- - 膜内外膜内外K K浓度比约浓度比约 3030 1 (1 (动力动力) 安静时安静时K K通道开放通道开放 ( 通透性通透性) 膜内带负电的蛋白膜内带负电的蛋白质有随质有随K+外流的倾向，但不外流的倾向，但不能出膜，形成与能出膜，形成与K+隔膜相吸隔膜相吸的极化状态。的极化状态。 K K+ + 外外流流 电位差（阻力）电位差（阻力） K+ 平衡电位平衡电位 = 浓度差（动力）浓度差（动力） 静息电位静息电位（二）细胞的动作电位（二）细胞的动作电位在静息电位基础上在静息电位基础上, ,给细胞施加刺激时给细胞施加刺激时, ,发现受发现受刺激处细

38、胞膜内电位迅速升高刺激处细胞膜内电位迅速升高, ,超过零直到达超过零直到达到到+30mV,+30mV,尔后膜电位又迅速下降尔后膜电位又迅速下降, ,恢复到静电恢复到静电位水平位水平. .动作电位动作电位(action potential AP)(action potential AP). .概概 念念：在可兴奋性细胞在静息电位基础上受：在可兴奋性细胞在静息电位基础上受到刺激时，出现快速、可逆、可传播的细胞膜到刺激时，出现快速、可逆、可传播的细胞膜两侧的电位变化，两侧的电位变化，即膜快速去极化即膜快速去极化 后又复极后又复极化化 称为动作电位。称为动作电位。1.AP1.AP实验现象：实验现象：（

39、二）动作电位组成（二）动作电位组成 上升支上升支 下降支下降支 去极化后电位去极化后电位 (负后电位负后电位) 超极化后电位超极化后电位 (正后电位正后电位)锋电位锋电位后电位后电位+350-55-70时间（ms）超射阈电位去极化后电位超极化后电位AP模式图mv1.AP产生的产生的基本条件基本条件: :膜内外存在膜内外存在NaNa+ + 差差: :NaNa+ + i iNaNa+ + O O 101 101；膜在受到膜在受到阈刺激阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性即电压门控性NaNa+ +、K K+ +通道激活而开放通道激活而开放。动作电位的产生离

40、子机制动作电位的产生离子机制 膜内外膜内外Na+浓度比浓度比 约约 1 1 12( 12( 动力动力 ) 受刺激时受刺激时Na+通道通道 开放开放 ( 通透性通透性 ) 电位差（阻力）电位差（阻力） = （二）动作电位的（二）动作电位的产生机制产生机制 1 1、电化学驱动力（、电化学驱动力（去极化）：去极化）：细胞受刺激时细胞受刺激时 NaNa+ +通道开放，通道开放，NaNa+ +快快 速内流（速内流（内正外负）。内正外负）。NaNa+ +内内流流 浓度差（动力）浓度差（动力）Na +平衡电位平衡电位动作电位动作电位2 2）复极化：）复极化：细胞去极化至一定程度细胞去极化至一定程度 Na+通

41、道通道 关闭，关闭，K+ +通道开放，在细胞内外通道开放，在细胞内外【K+】 的的作用下作用下K+外流，形成复极化。外流，形成复极化。3 3）后电位：钠泵后电位：钠泵 排钠摄钾排钠摄钾 形成微小的电形成微小的电 位波动位波动 。 NF受刺激受刺激膜去极化膜去极化部分电压门控部分电压门控Na+通道开通道开放（激活）放（激活）Na+顺电化学梯度入顺电化学梯度入C膜进一步膜进一步去极化（阈电位）去极化（阈电位）大量大量Na+通道开放通道开放形成形成AP上上升支（去极相）升支（去极相）达到达到Na+平衡电位，膜电位内正平衡电位，膜电位内正外负（动力：电位差，浓度差；阻力：电位差）外负（动力：电位差，浓

42、度差；阻力：电位差）Na+通道失活通道失活膜对膜对K+通道开放通道开放膜内膜内K+顺电顺电化学梯度向外扩散化学梯度向外扩散膜内电位变负膜内电位变负AP下降支（复下降支（复极期）极期）K+平衡电位平衡电位Na+通道恢复（复活）。通道恢复（复活）。膜上电压门控膜上电压门控Na+通道快速大量开放的原因通道快速大量开放的原因Na+ 再生性循环(正反馈) 阈强度刺激 膜去极化达阈电位 一定数量Na+通道开放 Na+内流 膜进一步去极化 大量的Na+通道开放（ Na+通道的激活）结论：结论：APAP的上升支由的上升支由NaNa内流形成，下降支是内流形成，下降支是K K外流形成的，后电位是外流形成的，后电位

43、是NaNaK K泵活动引起的。泵活动引起的。 APAP的产生是不消耗能量的，的产生是不消耗能量的，APAP的恢复是的恢复是消耗能量的（消耗能量的（NaNaK K泵的活动）。泵的活动）。 AP=AP=NaNa的平衡电位。的平衡电位。动作电位的特征：动作电位的特征： 具有具有“全或无全或无”的现象的现象 是不衰减式传导的电位是不衰减式传导的电位 具有不应期具有不应期: :和离子通道功能状态有关和离子通道功能状态有关 ( (备用备用- -激活激活- -失活失活) )NaNa+ +通道特性通道特性(1) Na(1) Na+ +通道的开放是电压门控性的通道的开放是电压门控性的 静息电位静息电位 关闭关闭

44、 膜超极化膜超极化 关闭关闭 膜去极化膜去极化 开放开放 ( (膜去极化达阈电位大量开放膜去极化达阈电位大量开放) ) (2) Na(2) Na+ +通道的开放通道的开放( (激活激活) )与关闭与关闭( (失活失活) )快快速性速性(3) Na(3) Na+ +通道的三种状态：备用、激活、失通道的三种状态：备用、激活、失活活细胞发生动作电位期间兴奋性的周期性变化绝对不应期 在兴奋发生的最初阶段，给任何强度的刺激，均不能引起再次兴奋。兴奋性为零 相对不应期 在绝对不应期后，给予阈上刺激才能引起兴奋。兴奋性低于正常 超常期 在相对不应期后，刺激强度低于阈值就能引起兴奋。兴奋性高于正常低常期 在超

45、常期后兴奋性低于正常兴奋在同一细胞上的传导兴奋在同一细胞上的传导传导机制：传导机制：局部电流局部电流电流电流 兴奋在神经纤维传导方式神经纤维传导方式：无髓鞘无髓鞘N N纤维为近距离局部电流纤维为近距离局部电流有髓鞘有髓鞘N N纤维为远距离纤维为远距离( (跳跃式跳跃式) )局部电流局部电流阈电位阈电位（threshold membrane potential) 膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。阈电位的特性：阈电位的特性： 引起膜上电压门控性Na+通道大量开放。引起锋电位的条件：引起锋电位的条件： 膜去极化达到阈电位。 （1 1）阈刺激是产生阈刺激是产生ApAp的必须条件的必须条件 可兴奋

46、组织（可兴奋组织（RpRp） 阈电位阈电位 Ap Ap 阈刺激、阈上刺激阈刺激、阈上刺激 不需任何刺激不需任何刺激 （2 2）阈强度为衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋阈强度为衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋 性大小成反比。性大小成反比。 动作电位产生机制动作电位产生机制阈电位比静息电位小阈电位比静息电位小10mV20 mV细胞兴奋的高低与二者差值呈反细胞兴奋的高低与二者差值呈反变关系：差值大，兴奋性低。变关系：差值大，兴奋性低。 细胞的局部电位细胞的局部电位概念概念：细胞受剌激细胞受剌激后在细胞膜后在细胞膜局部出现的局部出现的较小的去极较小的去极化电位变化，化电位变化，称为局部电称为局部电位位

47、特点：特点： 电位幅度小且电位幅度小且呈衰减性扩布。呈衰减性扩布。 非全或无式。非全或无式。 总和效应：时总和效应：时间 性 和 空 间 性 总间 性 和 空 间 性 总和和。 兴奋和兴奋性兴奋和兴奋性近代生理学术语中，近代生理学术语中，兴奋兴奋（excitationexcitation）是指细）是指细胞受剌激后产生动作电位的过程。胞受剌激后产生动作电位的过程。兴奋性兴奋性（excitabilityexcitability）是指细胞受剌激后产生）是指细胞受剌激后产生动作电位的能力。动作电位的能力。兴奋性是生命活动的基本特征之一。兴奋性是生命活动的基本特征之一。可兴奋细胞可兴奋细胞神经细胞神经细

48、胞肌细胞肌细胞腺细胞腺细胞刺激的定义刺激的定义刺激刺激（stimulationstimulation）是指细胞所处的内、外环）是指细胞所处的内、外环境发生的变化。后者包括任何能量形式的理化因境发生的变化。后者包括任何能量形式的理化因素的改变。素的改变。反映刺激量的三个参数（反映刺激量的三个参数（刺激三要素刺激三要素）：强度、）：强度、时间、强度对时间变化率时间、强度对时间变化率在电生理学实验中，通常以电刺激作为刺激的条在电生理学实验中，通常以电刺激作为刺激的条件。件。阈强度、阈剌激与阈下剌激阈强度、阈剌激与阈下剌激能引起细胞发生兴奋的最小剌激强度，称为能引起细胞发生兴奋的最小剌激强度，称为阈阈

49、强度强度（threshold intensitythreshold intensity），或称剌激的），或称剌激的阈值（阈值（ threshold threshold ）。）。相当于阈强度的剌激，称为相当于阈强度的剌激，称为阈剌激阈剌激（threshold stimulus threshold stimulus ）。）。 低于阈强度的剌激称为低于阈强度的剌激称为阈下剌激阈下剌激；高于阈强度；高于阈强度的剌激称为阈上剌激。的剌激称为阈上剌激。阈阈下下刺刺激激阈阈刺刺激激兴奋性与刺激强度的关系兴奋性与刺激强度的关系 1 兴奋性兴奋性 = 阈强度阈强度第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能

50、1 . 1 . 神经冲动如何引起肌细胞的兴奋？神经冲动如何引起肌细胞的兴奋？2 .2 .肌细胞的兴奋如何引起肌肉肌细胞的兴奋如何引起肌肉 收缩？收缩？一一 、神经神经- -肌肉接头处的兴奋传递肌肉接头处的兴奋传递 （一）（一） 神经神经-肌肉接头的基本结构肌肉接头的基本结构 神经未梢 囊泡 接头间隙 细胞外液 终板 N-型Ach受体(Ach门控性通道)N-MN-M接头结接头结构构 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。接头间隙接头间隙结构特征结构特征: 1 1 在轴突未梢的轴浆中在轴突未梢的轴浆中, ,有丰富的线粒体和内有丰富的线粒体和内含乙酰胆碱的囊胞含乙酰胆碱

51、的囊胞2 2 终板膜形成很多皱褶，前后膜接触面积增终板膜形成很多皱褶，前后膜接触面积增加加终板膜上有终板膜上有型胆碱能受体型胆碱能受体终板膜上有胆碱脂酶，可水解终板膜上有胆碱脂酶，可水解h h2.N-M2.N-M接头处的兴奋传递过程接头处的兴奋传递过程当神经冲动传到轴突末当神经冲动传到轴突末膜膜CaCa2 2通道开放，膜外通道开放，膜外CaCa2 2向膜内流动向膜内流动接头前膜内囊泡中接头前膜内囊泡中AChACh释放释放AChACh与终板膜上的受体结合与终板膜上的受体结合终板膜对终板膜对NaNa、K K ( (尤其是尤其是NaNa) )通透性通透性终板膜去极化终板膜去极化终板电位（终板电位（E

52、PPEPP）EPPEPP电紧张性扩布至肌膜电紧张性扩布至肌膜去极化达到阈电位去极化达到阈电位爆发肌细胞膜动作电位爆发肌细胞膜动作电位（二）骨骼肌的收缩活动（二）骨骼肌的收缩活动肌节肌节暗带和明带中央各有一条横向的线，分别称为暗带和明带中央各有一条横向的线，分别称为M M线和线和Z Z线。线。肌原纤维内两个相邻肌原纤维内两个相邻Z Z线之间的区域称为线之间的区域称为肌节肌节。肌节为肌肉收缩与舒张的基本单位。肌节为肌肉收缩与舒张的基本单位。 1 肌丝的分子组成肌丝的分子组成（1 1）粗肌丝粗肌丝（myosin）：直径：直径10-15nm,长约长约1.5um,主要成分是肌球蛋白主要成分是肌球蛋白,一

53、条粗肌丝约由一条粗肌丝约由200-300个肌球蛋白分子组成个肌球蛋白分子组成.肌凝蛋白组成肌凝蛋白组成 杆杆 + 头（横桥头（横桥cross bridge)， 呈豆呈豆芽形与杆垂直伸出杆外芽形与杆垂直伸出杆外，各横桥间夹角，各横桥间夹角 60，间距，间距14.3nm，每一平面一周，每一平面一周上只有二个横桥（相隔上只有二个横桥（相隔180）。每条粗肌丝周围有）。每条粗肌丝周围有六条细肌丝可与横桥接触。六条细肌丝可与横桥接触。横桥特点横桥特点: 与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向M线滑行线滑行 具具ATP酶活性，分解酶活性，分解ATP供能供能 2 2细肌丝的分子结构细肌

54、丝的分子结构 (1) (1) 肌纤蛋白（肌动蛋白）：肌纤蛋白（肌动蛋白）：细肌丝的主 干,存在与粗肌丝结合的位点 (2) (2) 原肌凝蛋白：原肌凝蛋白：阻挡和遮盖结合位点 (3)(3) 肌钙蛋白：肌钙蛋白：与Ca 2 +结合 2 骨骼肌细胞的收缩机制骨骼肌细胞的收缩机制（）（） 细胞内细胞内Ca离子增加离子增加（）原肌球蛋白分子构象变化（）原肌球蛋白分子构象变化（）横桥与肌纤蛋白结合、扭动、解离及再结合，如此反复（）横桥与肌纤蛋白结合、扭动、解离及再结合，如此反复细肌丝向暗带中央移动细肌丝向暗带中央移动肌肌小节缩短小节缩短肌肉收缩。肌肉收缩。（）肌浆中（）肌浆中Ca离子增加，激活钙泵，肌质网

55、把离子增加，激活钙泵，肌质网把Ca+泵回网腔泵回网腔 肌浆内肌浆内Ca+Ca+与肌与肌钙蛋白解离钙蛋白解离原肌凝蛋白恢复原先构型原肌凝蛋白恢复原先构型肌纤蛋白上的结合点被掩盖肌纤蛋白上的结合点被掩盖横桥不能扭动横桥不能扭动细肌细肌丝恢复原状丝恢复原状肌肉舒张。肌肉舒张。按任意键飞入横桥摆动动画运动神经冲动传至末梢运动神经冲动传至末梢N N末梢对末梢对CaCa2+2+通透性增加通透性增加 CaCa2+2+内流入内流入N N末梢内末梢内接头前膜内囊泡接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合与终板膜受体结合受体构

56、型改变受体构型改变终板膜对终板膜对NaNa+ +、K K+ +( (尤其尤其NaNa+ +) )的通透性增加的通透性增加产生终板电位产生终板电位(EPP)(EPP)EPPEPP引起肌膜引起肌膜APAP肌膜肌膜APAP沿横管膜传至三联管沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池膜上的钙通道开放终池内终池内CaCa2+2+进入肌浆进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合横桥与结合位点结合激活激活ATPATP酶作用酶作用, ,分解分解

57、ATPATP横桥摆动横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短肌节缩短= =肌细胞收缩肌细胞收缩小结：小结：骨骼肌收缩全过程骨骼肌收缩全过程1.1.兴奋传递兴奋传递 2.2.兴奋兴奋- -收缩（肌丝滑行）耦联收缩（肌丝滑行）耦联（三）骨骼肌的兴奋（三）骨骼肌的兴奋- -收缩耦连收缩耦连 兴奋兴奋收缩耦联收缩耦联（excitation-contraction coupling） 以肌膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑以肌膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过程称行为基础的收缩过程之间的中介过程称。兴奋兴奋- -收缩耦联收缩耦联 三个主要步骤三个主要步骤：横管系横管系统将动作电位传至肌细胞的深部终末池（肌浆网）中统将动作电位传至肌细胞的深部终末池（肌浆网）中的的Ca2+ Ca2+ 释放入胞浆胞浆释放入胞浆胞浆Ca2+ i Ca2+ i Ca2+Ca2+和肌钙蛋白结合，触发肌丝滑行和