教学参考--物质运输和兴奋的传导

1、第二章细胞的基本功能第二章细胞的基本功能细胞的基本结构：细胞的基本结构：细胞膜的物质转运功能：细胞膜的物质转运功能：细胞的信号转导功能：细胞的信号转导功能：细胞的生物电现象：细胞的生物电现象： 骨骼肌细胞收缩功能：骨骼肌细胞收缩功能：本章要求本章要求掌掌 握握1.1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；2.2.原发性主动转运的概念和转运机制；原发性主动转运的概念和转运机制；3.3.静息电位、动作电位的概念及产生机制；静息电位、动作电位的概念及产生机制；4.4.动作电位、局部反应的特点；动作电位、局部反应的特点；5.5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；兴

2、奋在同一细胞上传导的形式及特点；6.6.兴奋兴奋- -收缩耦联的概念及其耦联物质收缩耦联的概念及其耦联物质。第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。糖类物质。 液态镶嵌模型（液态镶嵌模型（fluid mosaic modelfluid mosaic model）的基本内容是：的基本内容是：膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。子结构和生理功

3、能的蛋白质。细胞膜的液态镶嵌模型细胞膜的液态镶嵌模型二、细胞膜物质转运功能二、细胞膜物质转运功能细胞外细胞外细胞内细胞内转运方式：转运方式：1 1、单纯扩散：单纯扩散： 2 2、易化扩散：易化扩散：载体方式：载体方式：通道方式：通道方式：3 3、主动转运：主动转运：4 4、团块物质：团块物质：出胞：出胞：入胞：入胞：( (一）一）、单纯扩散单纯扩散概念概念: :是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机制参与。制参与。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。举例举例：O2O2、CO2 CO2 、NH3NH3特点：特点： 顺浓

4、度差顺浓度差 不消耗能量不消耗能量影响扩散因素：影响扩散因素： 膜两侧的浓度差膜两侧的浓度差 膜对物质的膜对物质的 通透性通透性 （二）（二）、易化扩散易化扩散概念：概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白 帮助下帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程。顺浓度差通过细胞膜的过程。类型类型： 载体运输载体运输 通道运输通道运输 电压门控电压门控 化学门控化学门控1 1、载体介导的易化扩散、载体介导的易化扩散 2 2、通道通道介导的易化扩散示意图介导的易化扩散示意图门控离子通道分为三类：门控离子通道分为三类：1. 1. 电压门控通道：电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，

5、如在膜去极化到一定电位时开放，如神经元上的神经元上的NaNa+ + 通道；通道；2. 2. 化学门控通道：化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而受膜环境中某些化学物质的影响而开放开放, ,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激素、递质等激素、递质等；3. 3. 机械门控通道：机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。易化扩散的易化扩散的影响因素影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道

6、开放的数量膜上载体的数量或通道开放的数量易化扩散特点：易化扩散特点： 特异性特异性 （载体）（载体） 、 （通道）（通道） 饱和现象饱和现象 竞争性抑制竞争性抑制（三）主动转动（三）主动转动概念概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。侧的过程。分类分类：原发性主动转运、继发性主动转运原发性主动转运、继发性主动转运二者区别二者区别：原发性主动转运：直接利用原发性主动转运：直接利用ATPATP能量能量继发性主动转运：间接利用继发性主动转运：间接利用ATPATP能量能

7、量特点：特点： 耗能并逆电耗能并逆电- -化学差进行化学差进行原发性主动转运示意图继发性主动转运继发性主动转运钠钾泵（钠钾泵（SODIUMSODIUM- -POTASSIUMPOTASSIUM PUMPPUMP） 简称简称钠泵钠泵，也称，也称Na+-K+Na+-K+依依赖式。赖式。作用作用：在消耗代谢能的情况在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的下逆浓浓度差将细胞内的3 3个个NaNa+ +移出膜外，同时把细胞外移出膜外，同时把细胞外的的2 2个个K K+ +移入膜内，因而保持移入膜内，因而保持了膜内高了膜内高K K+ +和膜外高和膜外高NaNa+ +的不的不均衡离子分布均衡离子分布 。意义

8、：意义：钠泵活动造成的细胞内高钠泵活动造成的细胞内高K K+ +是许多代谢过程的必需条件；是许多代谢过程的必需条件；钠泵将钠泵将NaNa+ +排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；胞的正常体积有一定意义；钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外NaNa+ +和和K K+ +等等顺着浓度差和电位差移动的能量来源顺着浓度差和电位差移动的能量来源。主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转

9、运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小（四）入（四）入 胞胞 和和 出出 胞胞第二节细胞的跨膜信号转导功能第二节细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导方式分为三类：跨膜信号转导方式分为三类： 离子通道介导的信号转导。离子通道介导的信号转导。 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； 酶耦联受体介导的信号转导；酶耦联受体介导的信号转导；每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。每类都通过各自不同的细胞信号分子

10、完成信号转导。( (一一) )由离子通道完成的跨膜信号传递由离子通道完成的跨膜信号传递、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的开关：开关： ( (递质、递质、 激素等激素等) ) 例：例：终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道2 2、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。例：钠通道例：钠通道, , 跨膜电位控制跨膜电位控制3 3、机械门控通道：机械门控通道：例：例：听觉毛细胞听觉毛细胞第二信使学说第二信使学说 G G蛋白蛋白-GDP-GDP第一信使第一信使+R +R G G蛋白蛋白-GTP -

11、GTP 效应器酶效应器酶 蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使及其他及其他 第二信使前体第二信使前体细胞功能改变细胞功能改变1 1 第一信使：激素、递质等第一信使：激素、递质等2 2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C C等等3 3 第二信使：第二信使：cAMPcAMP、IP3IP3、DGDG受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC途径：途径： cAMPcAMP 受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径：途径： IP3 IP3、DGDG由受体完成的跨膜信号传递由受体完成的跨膜信号传递受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合

12、，引发细胞特异生物学效应的特殊结构。特异生物学效应的特殊结构。受体本质：蛋白质或酶受体本质：蛋白质或酶受体特征：受体特征： 特异性特异性 饱和性饱和性 可逆性可逆性第二信使学说：激素第二信使学说：激素+ +受体受体第二信使第二信使酶激活酶激活激素的作用机制：激素的作用机制：1 1、通过膜受体传递调控信息：通过膜受体传递调控信息：第二信使学说第二信使学说2 2、通过胞内受体传递调控信息：通过胞内受体传递调控信息：基因表达学说基因表达学说基因表达学说基因表达学说第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象生物电生物电（bioc-lectricitybioc-lectricity） ：是指一切活细

13、胞无论处于静是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在息状态还是活动状态都存在的电现象。的电现象。静息电位（静息电位（RPRP）：）：动作电位（动作电位（APAP）：）：局部电位（局部电位（LPLP）：）：跨膜电位跨膜电位及分类及分类: :跨跨膜膜电电位位产产生生机机制制（一）静（一）静 息息 电电 位位静息电位静息电位（resting potentialresting potential，RPRP）是指是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差位差。意义意义：是动作电位产生的基础。：是动作电位产生的基础。产生条件产生条件主要有两个：主要有两个：

14、细胞内外各种离子的浓度分布不均，细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差；即存在浓度差； 在不同状态下，细胞膜对各种离子的在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。通透性不同。 静息电位产生机制静息电位产生机制 1 1细胞内钾浓细胞内钾浓度高于细胞度高于细胞外外 安静时膜对安静时膜对钾的通透性钾的通透性较大较大钾外流聚于钾外流聚于膜外，带负膜外，带负电的蛋白不电的蛋白不能外流而滞能外流而滞于膜内于膜内使膜外带正使膜外带正电，膜内带电，膜内带负电负电静息电位产生机制静息电位产生机制 2 2当促使钾当促使钾外流的钾外流的钾浓度势能浓度势能差差阻碍钾外阻碍钾外流的电势流的电势能差能差钾跨膜净移

15、动钾跨膜净移动量为零，量为零，处于处于钾平衡电位，钾平衡电位，即相当于即相当于RPRP（二）动（二）动 作作 电电 位位概念：动作电位概念：动作电位(action (action potential,APpotential,AP) )是指细胞受刺激是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。 意义：是细胞处于兴奋状态的标志。意义：是细胞处于兴奋状态的标志。阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小比正常静息电位的绝对值小101020mV 20mV 。动作电位的产

16、生条件动作电位的产生条件：静息电位去极化达到阈电位水平。静息电位去极化达到阈电位水平。 神经纤维神经纤维AP心肌细胞心肌细胞AP动动 作作 电电 位位 的的 特特 点点 动作电位呈动作电位呈“全或无全或无”现象现象：动作电位一旦产生动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大；强而增大；不衰减性传导不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩

17、布到整个细胞膜；到整个细胞膜；脉冲式脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形成脉冲式图形。兴奋在同一细胞上的传导兴奋在同一细胞上的传导 A静息时B发生兴奋后C传导过程中动作电位形成机制动作电位形成机制 1 1 局部去极化达阈电位局部去极化达阈电位，钠通道大量开放钠通道大量开放钠在膜外高钠、膜内钠在膜外高钠、膜内负电负电/ /膜外正电的作用膜外正电的作用下内流下内流，引起上升支引起上升支内移的钠在膜内形成内移的钠在膜内形成的正电位的正电位，阻阻碍碍钠的钠的内流内流足够大时钠足够大时钠净移入净移入为