APbiology第一章--细胞的基本功能牟秋香

1、细胞是动物和其他生物体的基本结构和功能单位。 第一章第一章 细胞的基本功能细胞的基本功能 Function of cell2022-2-21第一章 细胞的基本功能一、细胞膜的基本结构细胞膜主要由蛋白质和磷脂构成。磷脂是一种两性分子，亲水的极性基团都朝向膜的两表面，疏水的非极性基团都朝向膜的中央，形成脂质双层结构。第一节第一节 细胞膜的基本结构和细胞膜的基本结构和 跨膜物质转运功能跨膜物质转运功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能液体镶嵌模型（Fluid mosaic model ）膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着蛋白质分子。另外还有少量糖类，以糖脂或糖蛋白形式存在。2022-2-

2、21第一章 细胞的基本功能1、脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；2、镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂浮移位；浮移位；3、膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换；转运和转换；4、糖链是蛋白质和细胞的特异性的糖链是蛋白质和细胞的特异性的“标志标志”，能特异，能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。小小 结结2022-2-21第一章 细胞的基本功能二、细胞膜的跨膜物质转运功能 跨膜转运跨膜转

3、运 transmembrane transport: 体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。 转运方式转运方式: 单纯扩散单纯扩散 被动转运被动转运 易化扩散易化扩散 原发性主动转运原发性主动转运 主动转运主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 出胞和入胞作用出胞和入胞作用膜膜蛋蛋白白介介导导2022-2-21第一章 细胞的基本功能(一)被动转运指物质顺电位或化学梯度的转运过程 1、单纯扩散(simple diffusion)概念：指一些小的脂溶性物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式。2022-2-21第一章 细胞的基本功能条条 件件 （1 1）

4、细胞膜两侧存在物质的）细胞膜两侧存在物质的浓度差或电位差；浓度差或电位差；（2）细胞膜对该物质有）细胞膜对该物质有通透性。通透性。 影响因素：影响因素：转运的物质：转运的物质：O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇激素等少数几种。注：膜对H2O具高度通透性，H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运2022-2-21第一章 细胞的基本功能单纯扩散的特点： 扩散速率高无饱和性不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关2022-2-21第一章 细胞的基本功能2、易化扩散（facilitated diffusion）概念 ：指一些非脂溶性或

5、脂溶性很低的小分子物质或离子（如葡萄糖、氨基酸、 Na+、K+、Ca2+等无机离子）在细胞膜一些特殊蛋白质的“帮助”下，由膜的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一侧扩散或转运的过程。2022-2-21第一章 细胞的基本功能易化扩散的特点易化扩散的特点: : 由高到低由高到低顺浓度差顺浓度差扩散扩散( (离子扩散还与电位差离子扩散还与电位差有关有关) )转运蛋白与转运物质间有转运蛋白与转运物质间有选择性选择性需要膜蛋白的帮助需要膜蛋白的帮助转运蛋白的功能受环境因素的影响转运蛋白的功能受环境因素的影响2022-2-21第一章 细胞的基本功能易化扩散的分类易化扩散的分类: 1）通道介导的易化扩散

6、通道介导的易化扩散 -离子通道离子通道2）载体介导的易化扩散）载体介导的易化扩散-载体蛋白载体蛋白2022-2-21第一章 细胞的基本功能1）经通道的易化扩散经通道的易化扩散Facilitated diffusion via channel：K+i K+o 转运的物质:各种带电离子如Na+、K+ 、 Ca2+通道蛋白受电、化学因素剌激而变构产生水相孔道(通道), 带电离子经通道顺浓度差移动。2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能转运速率比载体快离子选择性，Na+通道，K+通道，Ca+2通道通道有不同的功能状态（静息、激活、失活）门控性，通过 “闸门”进

7、行调控 化学门控通道：受膜两侧化学信号控制，N-Ach受体 电压门控通道：受膜两侧电位差变化控制，Na+通道机械门控通道：受膜两侧的机械力学因素变化控制，内耳毛细胞经通道的易化扩散的特点：经通道的易化扩散的特点：2）经载体的易化扩散）经载体的易化扩散Facilitated diffusion via carrier如葡萄糖、氨基酸都不溶解于脂质，但在载体的“帮助”下,也能进行被动地跨膜转运。物质可与载体蛋白的位点结合物质可与载体蛋白的位点结合,引起后者变构将物质移向另侧。引起后者变构将物质移向另侧。小分子物质小分子物质,如如GS、AA、核苷酸、核苷酸2022-2-21第一章 细胞的基本功能经载

8、体的易化扩散的特点：经载体的易化扩散的特点： A.高度的结构特异性 如对GS转运,只转运右旋GS,因为载体是D-GS carrier或称glucose transporter; B.饱和现象saturation; C.竞争性抑制competitive inhibitioncompetitive inhibition; ;2022-2-21第一章 细胞的基本功能（二）主动转运（二）主动转运（active transport）1、概念：、概念：指细胞通过本身的某种耗能过程，借助细指细胞通过本身的某种耗能过程，借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质的分胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质的分子或

9、离子逆电化学梯度差进行的转运。子或离子逆电化学梯度差进行的转运。2022-2-21第一章 细胞的基本功能2、主动转运的特点：、主动转运的特点：需要消耗能量，能量由分解ATP来提供依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”逆电-化学梯度进行的原发性主动转运（简称：泵转运）如：Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等继发性主动转运（简称：联合转运） 2022-2-21第一章 细胞的基本功能 1 1）原发性主动转运）原发性主动转运Primary active transport直接利用直接利用ATPATP能量的主动转运过程能量的主动转运过程离子泵离子泵( (ionpump) )是镶嵌在膜的脂质双分

10、子层中的具有ATP酶活性的特殊蛋白质。它可被Na+、K+和Mg2+等离子所激活，通过分解ATP为物质主动转运提供能量。如：如：钠钠- -钾泵钾泵 sodium-potassium pump简称钠泵简称钠泵sodium pump, ,又称又称Na+-K+-ATP酶酶( (Na+-K+-ATPase) )2022-2-21第一章 细胞的基本功能NaNa+ +-K-K+ +泵泵 钠泵抑制剂钠泵抑制剂: :哇巴因哇巴因ouabainouabain2022-2-21第一章 细胞的基本功能Na+、K+ 在细胞内外的分布在细胞内外的分布K+ K+ K+ K+ K+ Na+ K+K+ Na+ K+ K+ K+

11、 Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+Na+Na+2022-2-21第一章 细胞的基本功能钠泵活动的生理意义钠泵活动的生理意义： 细胞内高K+； 膜内外K+、Na+浓度差RP、AP产生前提； 维持胞内低Na+，防止胞浆渗透压过高而导致细胞肿胀 ； 生电性活动影响RP数值； 胞外高Na+： GS、AA继发性主动转运； Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定； Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定；2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能 H+泵(H+-ATP酶；H+-K+-ATP酶): 分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关 Ca2+泵(

12、Ca2+-ATP酶)：主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收缩有关 其它泵其它泵：2022-2-21第一章 细胞的基本功能2）继发性主动转运(又简称联合转运) secondary active transport 细胞膜间接利用钠泵分解ATP 释放的能量完成的主动转运。即细胞膜利用钠泵分解 ATP释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差的势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学梯差的跨膜转运。介导继发主动转运的是特殊的转运蛋白转运体 transporter 。2022-2-21第一章 细胞的基本功能载体蛋白必须与Na+和待转运物质的分子同时结合，才能顺着Na+浓度梯度的方向将它们的

13、分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的Na+ 泵活动，不断将Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低Na+状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。小肠粘膜和肾小管上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸小肠粘膜和肾小管上皮细胞对葡萄糖和氨基酸的吸收收2022-2-21第一章 细胞的基本功能分类：分类： 同向转运 逆向转运 2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能请在此输入您的标题请在此输入您的标题l典型的继发性主动转运：l GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收；l GS和AA在肾小管上皮的重吸收；l神经递

14、质在突触间隙被神经末梢所重摄取；l甲状腺上皮细胞的聚碘过程；l Na+-H+交换,Na+-Ca2+交换；（四）出胞（四）出胞（exocytosis）和入胞（）和入胞（endocytosis）大分子物质进出细胞的方式大分子物质进出细胞的方式入胞：指细胞外某些大分子物质或团块（例如侵入动物体内的细菌、病毒或大分子蛋白质等）被整批转入细胞的过程。例如例如白细胞吞噬细菌、异物等白细胞吞噬细菌、异物等如进入的是固体物质，便称为吞噬（phagocytosis）如进入的是液体物质，则称为吞饮（pinocytosis）。2022-2-21第一章 细胞的基本功能入胞: (如图：)2022-2-21第一章 细胞的

15、基本功能（四）出胞和入胞（四）出胞和入胞 出胞：出胞：指某些大分子物指某些大分子物质或团块由细胞排出的质或团块由细胞排出的过程。例如，腺细胞分过程。例如，腺细胞分泌某些酶和粘液，内分泌某些酶和粘液，内分泌腺分泌激素以及神经泌腺分泌激素以及神经末稍释放递质等都属于末稍释放递质等都属于出胞作用。出胞作用。2022-2-21第一章 细胞的基本功能出胞: (如图：) 转移到 信号 2022-2-21第一章 细胞的基本功能 小小 结结2022-2-21第一章 细胞的基本功能跨膜物质转运方式的比较跨膜物质转运方式的比较2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能双语词汇

16、：液体镶嵌模型（fluid mosaic model）单纯扩散（simple diffusion） 易化扩散（facilitated diffusion）化学门控通道（chemiscally-gated channel）电压门控通道（voltage-gated channel）载体（carrier）主动转运（active transport）被动转运（passive transport）继发性主动转运（second active transport）钠-钾泵（Na+-K+ pump）出胞（exocytosis） 入胞（endocytosis）2022-2-21第一章 细胞的基本功能第二节第二节

17、 细胞的跨膜信息传递功能细胞的跨膜信息传递功能l一、跨膜信息传递的概念l信号:含有信息内容的一种物质或刺激l各种能量形式的外界信号（化学分子、光、声音等）作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程，而是作用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中一种或多种特殊蛋白质构型改变，将外界环境变化的信息以新的信号（弱电变化）形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变。跨膜信号转导跨膜信号转导(transmembrane tranduction)外界信号外界信号 细胞膜表面细胞膜表面 一种或几一种或几种膜蛋白分子构象改变种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入新的信号进入胞内胞内 膜电位或其他功能变化膜电位或

18、其他功能变化2022-2-21第一章 细胞的基本功能二、跨膜信息传递的主要方式 根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将信号转导根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将信号转导系统分为以下三大类：系统分为以下三大类：1.离子通道偶联受体介导的信号转导2.G蛋白偶联受体介导的信号转导3.酶偶联受体介导的信号转导2022-2-21第一章 细胞的基本功能（一）离子通道偶联受体介导的信号转导 刺激信号膜通道蛋白开放离子跨膜流动膜电位变化（去极化）新的信号进入细胞内细胞功能改变离子通道大体有： 化学、电压、机械性门控通道细胞间通道：即缝隙连接2022-2-21第一章 细胞的基本功能电压门控通道1.主要分布在神经

19、和肌肉细胞膜的表面膜中。2.通道开闭取决于膜两侧的跨膜电位改变。Na+通道、K+通道、Ca2+等通道机械门控通道机械门控通道1.1.体内许多细胞的表面膜上存在感受机械性刺激体内许多细胞的表面膜上存在感受机械性刺激的通道样结构。的通道样结构。内耳毛细胞顶部的听毛，肌梭内耳毛细胞顶部的听毛，肌梭 化学门控通道1.主要分布在肌细胞终板膜和神经细胞突触后膜。通道开闭取决于膜两侧特定的化学信号N2型ACh受体通道。 2022-2-21第一章 细胞的基本功能 举例：举例：神经兴奋引起肌收缩神经兴奋引起肌收缩终板膜终板膜N-型型Ach门控通道门控通道神经冲动神经冲动神经末梢神经末梢释放递质释放递质ACh膜去

20、极化产生完成化学信号向完成化学信号向生物电信号的转换生物电信号的转换2022-2-21第一章 细胞的基本功能（二）（二）G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导2022-2-21第一章 细胞的基本功能（二）（二）G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导1、受体（receptor）：指细胞中存在能专一性结合激素、递质和其它生物活性物质，并能引起特定生物学效应的特殊结构。能与配体特异性结合的蛋白质能与配体特异性结合的蛋白质特性：（1）特异性 （2）饱和性 （3）可逆性2022-2-21第一章 细胞的基本功能2、G蛋白耦联受体 受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的独

21、立的蛋白质分子，包括和 肾上腺素能受体,Ach受体,多数肽类激素,5-羟色氨受体,嗅觉受体,视紫红质受体等。3、G-蛋白：鸟苷酸结合蛋白分类：分类：兴奋型和抑制型可分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细胞内第二信使物质增加或减少。2022-2-21第一章 细胞的基本功能受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧G蛋白，G-蛋白通常由、3个亚基组成，其中亚单位起催化作用。 无活性的G蛋白（抑制性G蛋白）与1分子GDP结合；已激活的G蛋白（兴奋性G蛋白）其亚单位与GDP和其它2个亚单位分离，而与1分子GTP结合，并对膜的效应器酶起催化作用，后者的激活可引起胞浆中第二信使生成增加或减少（图）。G蛋白的无活性

22、状态：G蛋白-GDPG蛋白的活性状态：G蛋白-GTP 2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能请在此输入您的标题请在此输入您的标题4、 G蛋白效应器酶l1）能催化第二信使生成的酶：位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）；依赖于cGMP的磷酸二酯酶(PDE)及磷脂酶A2。它们能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使物质增加。2）离子通道5、信使：信息的载体或携带者 (1)第一信使：神经递质、激素、细胞因子等(2)第二信使：是指激素、递质、细胞因子等信号分子（

23、第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，它们可把细胞外信号分子携带的信息转入细胞内，在第一信使的作用下改变其活性或含量，影响细胞内的一系列功能。 含氮类激素的第二信使为cAMP，甾体类激素的第二信使为细胞内的激素-受体复合物。此外，Ca2+ 、 cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作为第二信使。2022-2-21第一章 细胞的基本功能受体受体-G蛋白蛋白-AC信号转导途径信号转导途径2022-2-21第一章 细胞的基本功能受体受体-G蛋白蛋白-PLC信号转导途径信号转导途径2022-2-21第一章 细胞的基本功能（三）（三）酶耦联受体介导的跨膜信号转导如胰岛素和

24、细胞生长因子等的跨膜信息传递过程，其特点：1. 无G蛋白参与2. 无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活3. 该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化的位点是底物蛋白中的酪氨酸残基，并由此实现细胞外信息对细胞功能的调节。2022-2-21第一章 细胞的基本功能信号 接合膜酪氨酸激酶外侧端 激活内侧酪氨酸蛋白激酶活性 受体本身酪氨酸残基磷酸化和胞内其它蛋白残基磷酸化细胞功能的变化过程过程2022-2-21第一章 细胞的基本功能酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 肽类激素和有关细胞因子肽类激素和有关细胞因子 酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体(胰岛素、神经生长因子胰岛素、神经生长因子)胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性

25、胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化生理效应生理效应 直接直接激活激活2022-2-21第一章 细胞的基本功能鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 胞内的胞内的GTP环化，生成环化，生成 cGMP蛋白激酶蛋白激酶G生理效应生理效应 激活激活配体（如心房钠尿肽等肽类激素）配体（如心房钠尿肽等肽类激素）鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶激活激活能与受体发生特异能与受体发生特异性结合的活性物质性结合的活性物质2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能第三节第三节 细胞的兴奋性和生物电现细胞的兴奋性和生物电现象象 动物体各

26、种器官之间的功能协调以及整体统一性的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的信息传递来完成的。第三节第三节 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象当动物生活的环境发生变化时引起体内代谢过程及其外表活动的改变，称为反应。反应有两种表现形式：兴奋(excitation)： 由相对静止变为显著的运动状态，或原有的活动由弱变强。抑制(inhibition)： 由运动转为相对静止，或活动由强变弱。实际上抑制是兴奋的另一种表现形式。能被动物体所感受，并引起动物体发生反应的环境变化称为刺激。2022-2-21第一章 细胞的基本功能第三节第三节 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象

27、一、细胞的兴奋性一、细胞的兴奋性（一）兴奋性和兴奋的含义（一）兴奋性和兴奋的含义兴奋性（excitability）：活组织或细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力或特性，称为兴奋性。兴奋（excitation）：指产生动作电位的过程或是动作电位的同意语。活组织或细胞受刺激后产生了动作电位即产生了兴奋。受到刺激能产生动作电位的组织（细胞）称为可兴奋组织（细胞）2022-2-21第一章 细胞的基本功能（二）刺激引起兴奋的条件： 刺激强度 刺激时间 刺激强度对于时间的变化率上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。阈刺激：产生动作电位所需的最小刺激强度。 阈上刺激：大于阈

28、刺激的刺激强度。阈下刺激：小于阈刺激的刺激强度。阈值是兴奋性高低的指标;兴奋性与阈值呈反比。2022-2-21第一章 细胞的基本功能刺激强度时 值基强度刺激作用的时间强强 度度 时时 间间 曲曲 线线2022-2-21第一章 细胞的基本功能（三）组织（细胞）兴奋时兴奋性的变化（三）组织（细胞）兴奋时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2022-2-21第一章 细胞的基本功能绝对不应期（absolute refractory period） ：在神经接受前一个刺激而兴奋时的一个短暂时期内，神经的兴奋性下降至零。此时无论多强的刺激也不能再次兴奋相对不应

29、期（relative refractory period）：在绝对不应期之后，神经的兴奋性有所恢复，但要引起组织的再次兴奋，所用的刺激强度必须大于该神经的阈强度。 超常期（supranormal period）：继相对不应期之后，兴奋性继续上升并超过正常水平。用低于正常阈强度的检测刺激就可引起神经第二次兴奋的时期。 低常期（subnormal period）：继超常期之后神经的兴奋性又下降到低于正常水平的时期。2022-2-21第一章 细胞的基本功能生物电现象：细胞在静息或活动状态下所伴随的各种电现象（离子电流、溶液导电、静息电位、动作电位等）总称为生物电现象。二、细胞的生物电现象及其产生机制

30、二、细胞的生物电现象及其产生机制2022-2-21第一章 细胞的基本功能细胞未受刺激时细胞未受刺激时(处于相对安静状态处于相对安静状态)，存在于膜内，存在于膜内外两侧的电位差。表现为膜内较膜外为负。外两侧的电位差。表现为膜内较膜外为负。 （一）静息电位（一）静息电位（resting potential）RPNernst 公式： Ek=RTZFlnK+K+i实实验验现现象象2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能证明证明RP的实验：的实验： 2022-2-21第一章 细胞的基本功能RP值描述: RP膜内负电位(-70-90mV)=超极化RP膜内负电位(-7

31、0-50mV)=去极化 2022-2-21第一章 细胞的基本功能1. 动作电位的概念动作电位的概念当神经或肌肉细胞受一次短促的阈刺激或阈上刺激当神经或肌肉细胞受一次短促的阈刺激或阈上刺激而发生兴奋时，细胞膜在静息电位的基础上会发生而发生兴奋时，细胞膜在静息电位的基础上会发生一次迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动一次迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动。（二）动作电位（二）动作电位(action potential AP)实验现象：实验现象：2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能2.与与AP相关的概念：相关的概念：极 化： 膜静息时，外正内负的状态去极

32、化：膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程超极化：膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程复极化：去极化后再向极化状态恢复的过程反极化：细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程阈电位：引发AP的临界膜电位数值后电位：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，一种 时间较长、波动较小的电位变化过程包括：负后电位=去极化后电位；正后电位=超极化后电位3. 动作电位的组成锋电位：构成动作电位主要部分的一次短促而尖锐的脉冲样变化，是细胞兴奋的标志。后电位：继锋电位后所出现的电位波动，可分为负后电位（去极化后电位）和正后电位（超极化后电位）。它代表细胞兴奋后兴奋性的恢复过程。2022-2-21第

33、一章 细胞的基本功能4.动作电位的进程与细胞兴奋性变化的关系2022-2-21第一章 细胞的基本功能动作电位的进程与细胞兴奋性变化的关系：2022-2-21第一章 细胞的基本功能(三三)生物电现象产生的机制生物电现象产生的机制2022-2-21第一章 细胞的基本功能 静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜对离子的通透具有选择性:K+Cl-Na+A- 1.RP产生机制的膜学说结论：RP的产生主要是K向膜外扩散的结果 RP=K+的平衡电位阻断剂：阻断剂：四乙基胺、四乙基胺、四氨基吡啶四氨基吡啶2022-2-21第一章 细胞的基本功能2.AP的的产产生生机机制制2022-2-21第一章 细胞的基本

34、功能结论： AP的上升支由Na内流形成，下降支是K外流形成的，后电位是NaK泵活动引起的AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（NaK泵的活动）AP=Na的平衡电位证明： Nernst公式的计算AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值应用Na通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（AP消失） 2022-2-21第一章 细胞的基本功能 动作电位的特点：动作电位的特点：a a“全或无全或无”现象：现象：动作电位一旦产生就达到最动作电位一旦产生就达到最大大值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。也就是值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。也就是说动作电位可因刺激过弱而不产生（

35、无），而一旦说动作电位可因刺激过弱而不产生（无），而一旦产生幅值就达到最大（全）。产生幅值就达到最大（全）。 b b不衰减传导，不衰减传导，动作电位在细胞膜的某处产生动作电位在细胞膜的某处产生后，可沿细胞膜传导，无论传导距离多远，其幅度后，可沿细胞膜传导，无论传导距离多远，其幅度和形状均不改变。和形状均不改变。 c c动作电位一经产生将传遍整个细胞。动作电位一经产生将传遍整个细胞。d d不同细胞，不同细胞，APAP的幅度和持续时间不同的幅度和持续时间不同2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能（四）动作电位的引起和它在同（四）动作电位的引起和它在同一个细

36、胞上的传导一个细胞上的传导 阈电位及动作电位的引起当刺激使膜内去极化达到某一临界值时可以在已经去极化的基础上诱发产生动作电位，该临界电位值称为阈电位(threshold potential;TP)一般比正常静息电位大约低1015 mV。RP和TP的差值大，细胞兴奋性低；差值小，兴奋性高。阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小刺激强度2. 局部兴奋与局部电位 阈下刺激虽不能引起膜去极化达到阈电位水平，但也可引起少量Na+通道开放，有少量Na+内流引起的去极化迭加在一起，在受刺激部位出现的一个较小去极化，称为局部反应或局部兴奋。这种去极化电位称为局部的去极化电位（简称局部电位)局部电位有以下特点：电

37、紧张性扩布,影响邻近膜的兴奋性；不具有“全和无”特性，随剌激强度加大而增大； 可产生总和 (时间和空间总和)而使膜除极达阈电位而兴奋。2022-2-21第一章 细胞的基本功能(1)传导机制局部电流学说传导：兴奋在同一细胞上传播的过程。局部电流：已兴奋处与未兴奋与未兴奋处因电位差而引起的电荷移动。3. 动作电位在同一个细胞上的传导动作电位在同一个细胞上的传导2022-2-21第一章 细胞的基本功能“局部电流学说局部电流学说” 细胞膜上任何一个部位受细胞膜上任何一个部位受刺激后所产生的动作电位，都刺激后所产生的动作电位，都可以沿着细胞膜向周围扩布，可以沿着细胞膜向周围扩布，使兴奋部位与未兴奋部位之

38、间使兴奋部位与未兴奋部位之间形成局部电流，导致整个细胞形成局部电流，导致整个细胞膜都经历一次跨膜离子移动，膜都经历一次跨膜离子移动，实现动作电位在膜上的传导。实现动作电位在膜上的传导。2022-2-21第一章 细胞的基本功能(2)传导方式：无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流有髓鞘N纤维为远距离局部电流(跳跃式，传导传导速度快，节能速度快，节能)局部电流只能出现在与之相邻的朗飞氏结之间，兴奋就以跳跃的方式从一个朗飞氏结传到另一个朗飞氏结，不断向前传导。2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能请在此输入您的标题请在此输入您的标题l特点：双向传导l不衰减传

39、导l绝缘性l相对不疲劳性2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一章 细胞的基本功能请在此输入您的标题请在此输入您的标题l（五）.兴奋在细胞间的传递(自学)一、横纹肌一、横纹肌 （一）骨骼肌（一）骨骼肌神经神经-肌肉接头处的兴奋传递肌肉接头处的兴奋传递 1神经肌肉接头处的结构神经肌肉接头处的结构 （图）（图） 接头前膜接头前膜 接头后膜接头后膜 即终板膜即终板膜 接头间隙接头间隙 2神经肌肉接头处兴奋的传递过程神经肌肉接头处兴奋的传递过程 AP接头前膜接头前膜Ca2+通道开放通道开放Ca2+内流内流囊泡移动、融合囊泡移动、融合出胞作用出胞作用Ach释放释放ACh与后膜与后膜

40、N型型ACh受体结合，通受体结合，通道开放道开放Na+内流内流终板电位终板电位肌膜肌膜Na+通道开放通道开放AP2022-2-21第一章 细胞的基本功能终板电位及微终板电位终板电位及微终板电位Ach的释放：量子式释放的释放：量子式释放Ach的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑制）的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑制）N型受体阻断剂：箭毒、型受体阻断剂：箭毒、银环蛇毒银环蛇毒3、神经肌肉接头处兴奋传递的特征、神经肌肉接头处兴奋传递的特征a、单向传递、单向传递b、时间延阁、时间延阁c、易受环境因素变化的影响、易受环境因素变化的影响d、是、是1对对1的传递的传递2022-2-21第一章 细胞的基本功能(二二)

41、横纹肌细胞的微细结构横纹肌细胞的微细结构 1 肌原纤维和肌小节（图）肌原纤维和肌小节（图）（1）肌原纤维）肌原纤维 明带：长度可变，其正中的暗线为明带：长度可变，其正中的暗线为Z线线暗带：长度固定，正中相对透明区为暗带：长度固定，正中相对透明区为H带带 H带中央的暗线称为带中央的暗线称为M线。线。（2）肌小节）肌小节 ：两条：两条Z线间的区域线间的区域长度长度=1/2明带明带 + 暗带暗带 （1.5-3.5m ）2022-2-21第一章 细胞的基本功能2肌管系统肌管系统（图）（图） （1）横管：由胞膜向内凹入形成）横管：由胞膜向内凹入形成 （2）纵管（肌浆网）：）纵管（肌浆网）： 三联管：由每

42、一横管和来自两侧肌小节的三联管：由每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成纵管终末池构成 作用：把横管传来的信息和终池作用：把横管传来的信息和终池Ca2+释放释放联系起来联系起来2022-2-21第一章 细胞的基本功能 （三）（三）横纹肌的收缩机制横纹肌的收缩机制肌丝滑行学说肌丝滑行学说 肌丝滑行学说：肌丝滑行学说： 肌细胞收缩时肌原纤维缩短，是细肌丝向粗肌丝滑肌细胞收缩时肌原纤维缩短，是细肌丝向粗肌丝滑行的结果行的结果 1肌丝的分子结构肌丝的分子结构 （1）粗肌丝：）粗肌丝： 由肌凝蛋白构成（图）由肌凝蛋白构成（图）横桥的作用：横桥的作用：a. 具有与细肌丝结合的位点具有与细肌丝结合的位点b

43、. 具有具有ATP酶的活性酶的活性2022-2-21第一章 细胞的基本功能 (2) 细肌丝细肌丝 （图）（图）a.肌动蛋白肌动蛋白，又称肌纤蛋白，又称肌纤蛋白具有与横桥结合的位点具有与横桥结合的位点 b.原肌凝蛋白原肌凝蛋白：覆盖结合位点：覆盖结合位点c.肌钙蛋白肌钙蛋白与与Ca2+结合结合原肌凝蛋白构象改变原肌凝蛋白构象改变暴露结合位点暴露结合位点收缩蛋白：肌凝蛋白与肌动蛋白收缩蛋白：肌凝蛋白与肌动蛋白调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白2022-2-21第一章 细胞的基本功能2、肌丝滑行的基本过程、肌丝滑行的基本过程（图）（图）肌浆中肌浆中Ca2+升高升高 Ca2+

44、与肌钙蛋白结合后与肌钙蛋白结合后构象改变构象改变原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转肌纤蛋白的横桥结合位点暴露肌纤蛋白的横桥结合位点暴露横桥和肌纤横桥和肌纤蛋白结合，横桥扭动、脱离、再结合、再扭动蛋白结合，横桥扭动、脱离、再结合、再扭动（横桥循环、横桥周期）（横桥循环、横桥周期）细肌丝向细肌丝向M线方线方移动。移动。 ATP的作用：的作用：提供能量提供能量使横桥脱离使横桥脱离2022-2-21第一章 细胞的基本功能 （四）骨骼（四）骨骼肌细胞的兴奋肌细胞的兴奋-收缩耦联收缩耦联把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的中介过程把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的中介过程 三个步骤：（三个

45、步骤：（图）图） 1肌膜动作电位经横管传向肌细胞的深处肌膜动作电位经横管传向肌细胞的深处甘油高渗任氏液可破坏横管系统甘油高渗任氏液可破坏横管系统 2三联体处的兴奋传递三联体处的兴奋传递横管膜兴奋横管膜兴奋终末池终末池Ca2+通道开放通道开放Ca2+进入肌浆进入肌浆Ca2+与肌钙蛋白结合与肌钙蛋白结合肌丝滑行肌丝滑行肌收缩肌收缩 3肌浆网对肌浆网对Ca2+的释放和回收的释放和回收释放：释放：AP使终池膜使终池膜Ca2+通道开放通道开放回收：钙泵作用回收：钙泵作用2022-2-21第一章 细胞的基本功能骨骼肌收缩的外部表现和力学分析骨骼肌收缩的外部表现和力学分析 外部表现：肌肉缩短、产生张力、作功

46、外部表现：肌肉缩短、产生张力、作功肌肉的收缩形式肌肉的收缩形式1、等长收缩与等张收缩等长收缩与等张收缩（图）（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。加而无长度的缩短。 等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。肌张力的变化。 2、单收缩与单收缩的复合、单收缩与单收缩的复合图图2022-2-21第一章 细胞的基本功能（五）影响横纹肌收缩效能的因素（五）影响横纹肌收缩效能的因素1、前负荷对骨骼肌收缩的影响：前负荷对骨骼肌收缩的影响：长度长度-张力曲线（图）张力曲线（图） 前负荷前负荷：肌肉在收缩前就作用于肌

47、肉的负：肌肉在收缩前就作用于肌肉的负 荷，将肌肉拉长于某一状态。荷，将肌肉拉长于某一状态。最适初长度：最适初长度：使肌肉收缩时产生最大张力的使肌肉收缩时产生最大张力的 初长度。初长度。最适前负荷：最适前负荷：产生最适初长度的前负荷。产生最适初长度的前负荷。在最适初长度和前负荷时，肌张力最大，收缩速度最快在最适初长度和前负荷时，肌张力最大，收缩速度最快，缩短的长度最大，横桥与细肌丝结合最多，作功效率最高。，缩短的长度最大，横桥与细肌丝结合最多，作功效率最高。（图）（图）2022-2-21第一章 细胞的基本功能2、后负荷对骨骼肌收缩的影响：后负荷对骨骼肌收缩的影响：张力张力-速度曲线（图）速度曲线

48、（图）后负荷：后负荷：肌肉开始收缩时遇到的负荷肌肉开始收缩时遇到的负荷后负荷愈大，产生张力愈大，肌肉缩后负荷愈大，产生张力愈大，肌肉缩短的速度及缩短的长度愈小短的速度及缩短的长度愈小适度的后负荷（百分之三十最大张力处）才能获得肌肉作适度的后负荷（百分之三十最大张力处）才能获得肌肉作功的最佳效率。功的最佳效率。3、肌肉收缩能力、肌肉收缩能力 指与前、后负荷无关的肌肉本身的收缩能力，即肌肉内部指与前、后负荷无关的肌肉本身的收缩能力，即肌肉内部的功能状态。的功能状态。2022-2-21第一章 细胞的基本功能 4、收缩的总和、收缩的总和 运动单位：一个脊髓运动神经元及其轴突分支所支配的全部运动单位：一

49、个脊髓运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维。肌纤维。 总和：运动单位的数量总和：运动单位的数量 频率效应频率效应肌肉的收缩形式肌肉的收缩形式1、等长收缩与等张收缩等长收缩与等张收缩（图）（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。加而无长度的缩短。 等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。肌张力的变化。2022-2-21第一章 细胞的基本功能 2、单收缩与单收缩的复合、单收缩与单收缩的复合图图 单收缩：单收缩：当骨骼肌受到一次短促刺激时，可产生一次动作电当骨骼肌受到一次短促刺激时，可产生一次动作电位，

50、随后出现一次收缩和舒张的收缩形式。位，随后出现一次收缩和舒张的收缩形式。 复合收缩（强直收缩）：复合收缩（强直收缩）：当骨骼肌受到频率较高的连续刺激当骨骼肌受到频率较高的连续刺激时，出现总和的收缩过程。时，出现总和的收缩过程。 不完全强直收缩不完全强直收缩 完全强直收缩完全强直收缩 生理情况下支配骨骼肌的运动神经发出的是连续冲动，故产生理情况下支配骨骼肌的运动神经发出的是连续冲动，故产生的是强直收缩；静息时微弱而持续的收缩称为肌紧张。生的是强直收缩；静息时微弱而持续的收缩称为肌紧张。2022-2-21第一章 细胞的基本功能二、平二、平 滑滑 肌肌 （一）平滑肌的微细结构（一）平滑肌的微细结构

51、平滑肌细胞的结构特点平滑肌细胞的结构特点（图）（图） 致密体致密体 致密区致密区 中间丝中间丝 平滑肌细胞的功能特点：平滑肌细胞的功能特点： 1、肌浆网不发达，收缩时需要外、肌浆网不发达，收缩时需要外Ca2+ 2、收缩缓慢而持久，不易疲劳、收缩缓慢而持久，不易疲劳 3、对牵拉刺激敏感、对牵拉刺激敏感 4、具有自律性、具有自律性 5、受自主神经支配，对各种体液因素敏感、受自主神经支配，对各种体液因素敏感2022-2-21第一章 细胞的基本功能 （二）（二）平滑肌的收缩机制平滑肌的收缩机制AP外外Ca2+内流内流肌浆网的肌浆网的Ca2+释放释放胞浆中胞浆中Ca2+增加增加Ca2+与钙调蛋白结合与钙调蛋白结合激活肌凝蛋白激酶激活肌凝蛋白激酶ATP分解分解横桥摆横桥摆动动细肌丝滑行细肌丝滑行肌细胞收缩。肌细胞收缩。与骨骼肌不同之处：与骨骼肌不同之处：需要外需要外Ca2+与钙调蛋白结合与钙调蛋白结合2022-2-21第一章 细胞的基本功能2022-2-21第一