生理学课件2细胞6

1、1第二章 细胞的基本功能第一节 细胞膜的物质转运功能第三节 细胞的电活动第四节 肌细胞的收缩第二节 细胞的信号转导2第一节 细胞膜的物质转运功能 一、细胞膜的分子结构液态镶嵌模式342、特点1）脂质双分子层在热力学上的稳定性 （膜中脂质呈双分子层形式存在） 磷脂和胆固醇都是双嗜性分子2）具有一定的流动性5二、物质的跨膜转运6二、物质的跨膜转运离子或小分子物质大分子或物质团块单纯扩散易化扩散 主动转运经载体易化扩散原发性主动转运继发性主动转运被动转运出胞入胞经通道易化扩散71、概念:脂溶性和少数分子很小的水溶性物质 由浓度高浓度低一侧的转运过程。如O2，水等（一）单纯扩散(simple diff

2、usion)82、影响因素1）膜两侧该物质的浓度梯度：2）膜对该物质的通透性：正变关系该物质通过膜的难易程度，如物质脂溶性的大小。9 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。3、转运的物质：脂溶性高的小分子物质 如: O2、CO2、NH3 、N2 尿素、乙醚、乙醇、 类固醇类激素 等少数几种。少数水溶性的小分子物质10 概念: 在膜蛋白的帮助下，非脂溶性的小分子物质或带电离子顺电化学梯度进行的跨膜物质转运。 经通道的易化扩散facilitated diffusion via channel 经载体的易化扩散facilitated diffusion via c

3、arrier（二）易化扩散 分类:111. 经通道易化扩散（facilitated diffusion via channel)1）概念： 各种带电离子依靠膜上的通道蛋白，顺电化学梯度的跨膜扩散。122)转运机制:通道是一类贯穿脂质双分子层,中央带有水性孔道的跨膜蛋白.转运速度很快.133)特点:离子选择性离子转运速度快 (大于载体的转运速度)离子通道的门控14离子选择性 对于不同的离子的转运，膜上都有结构特异的通道蛋白质参与，可分别称为Na+通道、K+通道、Ca+通道等 15通道的功能状态受不同因素调控-“门控”通道分类: 1、化学门控通道-由化学物质控制-如终板膜上通道 2、电压门控通道-

4、由膜电位控制-如钠通道 3、机械门控通道-由机械运动控制-如听毛细胞16终板膜17转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质2. 经载体易化扩散（facilitated diffusion via carrier)概念小分子物质依靠膜上的载体蛋白,顺浓度梯度的跨膜扩散 如:葡萄糖等 (例：血液中的葡萄糖经膜转运进入红细胞内)1819特点: 结构特异性饱和性竞争性20结构特异性有特定的位点与特定的物质结合. 如浓度相同,右旋葡萄糖进入细胞量左旋葡萄糖(分子量相同,旋光性不同)21饱和性膜结构中载体数目或载体上结合的位点的数目有限 22竞争抑制 如果某一载体对结构类似的A、B两种物质都有转运能力，

5、当膜对物质转运加强, 则它对物质的转运能力减弱.23比较 载体蛋白 与通道蛋白 的不同点转运速度 归纳易化扩散的特点（相同点）：非脂溶性，顺电或化学梯度，不耗能、需特殊蛋白106-108200-500024二、物质的跨膜转运离子或小分子物质大分子或物质团块单纯扩散易化扩散 主动转运经载体易化扩散原发性主动转运继发性主动转运被动转运出胞入胞经通道易化扩散25概念细胞通过耗能将物质逆浓度或电位梯度的转运过程特点需要耗能（能量由分解ATP来提供）依靠特殊膜蛋白质（泵）的“帮助”逆电-化学梯度进行分类原发性主动转运 如:Na+-K+泵、H+-K+泵等继发性主动转运 如：肠对葡萄糖吸收主动转运(acti

6、ve transport)261.原发性主动转运 primary active transport介导这一过程的膜蛋白叫离子泵 如：钠-钾泵膜外高钠膜内高钾Cl-Pr-27通道转运与钠-钾泵转运模式图28钠泵的特性：1）钠泵是镶嵌在膜的脂质双分子层中的一种特殊蛋白质是一种钠-钾依赖性ATP酶的蛋白质292）具有ATP酶活性3）其活性由膜内外两侧Na+,K+浓度差来决定的。30维持Na+o高、K+i高，原先的不均匀分布状态2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外膜两侧Na+,K+浓度差当Na+i/K+o钠-钾泵活动过程:钠泵活动生电性泵Na+内流，K+外流神经纤维或骨骼肌细胞反复兴奋31钠泵转运具体

7、过程32钠泵生理意义：维持膜两侧 Na+, K+浓度差（）由钠泵活动造成的细胞内高K+: 是许多代谢反应进行的必需条件 （）维持细胞正常的渗透压和形态: 如无钠泵活动,细胞外Na+不断漏入膜内， 由于渗透压的关系，必然会 导致过多水分了进入膜内，这将引起细胞的肿胀，进而破坏细胞的结构。33钠泵生理意义：（4）由钠泵活动形成的跨膜离子浓度梯度是 细胞发生电活动的前提条件（5）钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位， 使膜内电位的负值增大（）建立Na+的跨膜浓度梯度-生理性势能储备:这种势能储备是构成 继发性主动转运 的能量来源 钠泵造成的细胞内外Na+-K+不均匀分布是产生生物电的前提34来自原发

8、性主动转运所形成的离子浓度梯度进行的物质逆浓度梯度和（或）逆电位梯度的跨膜转运方式，动力来自膜两侧Na+差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。2 继发性主动转运(secondary active transport)介导这过程的膜蛋白叫转运体P12,14调整35钠-葡萄糖同向转运体 例：小肠上皮细胞吸收葡萄糖，肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖36概念:胞质内大分子物质或物质团块由细胞排出的过程如递质，激素，酶的分泌(四)入胞和出胞1、出胞37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2、入胞38小结：细胞膜的物质转运功能小分子物质大分子物质 主动转运 被动转运脂溶性

9、小分子物质转运方式：离子转运方式：葡萄糖转运方式：水转运方式：大分子和颗粒物质转运方式：39被动转运主动转运ATP40 恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变 化发生而不同时显示出电的变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象第三节 细胞的生物电现象41心电图，脑电图，肌电图生物电有何作用？具体表现？如何产生？在两种状态下的细胞膜的电活动？安静状态？ 静息电位受到刺激状态？ 电紧张电位 动作电位42(二)电生理学的有关概念1、刺激(stimulus) ：能引起机体反应的内外环境变化。 反应(response) ：机体应答刺激所产生的变化。【刺激的

10、三参数】并不是所有的刺激都能引起机体的反应，刺激要引起反应通常必须具备三个条件，即刺激的三要素【种类】：刺激的种类很多，但常见的是电刺激43固定刺激时间和强度时间变化率44由于机体组织在发生反应之前都会产生动作电位的变化（1）兴奋：组织细胞接受刺激后产生动作电位的现象。兴奋标志是动作电位的产生（2）兴奋性：组织细胞接受刺激后产生动作电位的能力。2、可兴奋组织或细胞：接受刺激后能产生动作电位的组织细胞 如神经，肌肉，腺体。3、兴奋和兴奋性：454、阈强度或阈值： 固定刺激持续时间和强度-时间变化率的情况下，能引起活组织细胞产生反应的最小刺激强度不同的组织细胞对同样刺激的反应不同两者呈反变关系 衡

11、量兴奋性的指标-阈值阈值小，兴奋性高；阈值大，兴奋性低。 1兴奋性 阈值46机体组织在接受刺激产生反应时，其表现可以有两种形式 兴奋(excitation)：是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)：是由运动转为相对静止，或活动由强变弱47枪乌贼神经纤维（细胞内记录法）482、细胞内记录法： 将生理电测量仪器的两个探测电极一个放置在体表或组织表面一个放在膜内以测量膜内外两点之间兴奋前及兴奋时的电位变化过程。49膜片钳技术50第三节 细胞的生物电一、静息电位二、动作电位三、局部电位51一、静息电位及其产生机制（一）静息电位的记录和数值1、概念2、测定

12、方法3、特点4、生理学术语（二）静息电位的产生机制1、静息电位的产生条件 （膜学说：离子分布不均匀，通透性）2、静息电位的产生机制(电化学驱动力,Ek)3、EkRP的实验依据4、影响静息电位的因素52 1.概 念：细胞在静息未受到刺激时存在于膜两侧的电位差。 即细胞膜内外存在的电位差。 （一）静息电位(resting potential RP)532、静息电位特点：膜内电位比膜外低： 习惯上规定膜外电位为0（电极接地），以膜内电位数值 表示静息电位。所以静息电位一般为负值为稳定的直流电位（自律细胞除外）54实验：（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于

13、细胞膜外， B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。555657极 化反极化(超射)复极化去极化超极化动作电位阈电位静息电位58静息电位(resting potential RP)产生机制59膜学说基本要点(1)静息时膜两侧离子的不平衡分布(2)静息时膜对离子通透性的不同60(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不均匀 Na+i:Na+o110, K+i:K+o301 Cl-i:Cl-o114, A-i:A-o 41（二）静息电位的产生机制1.静息电位的产生条件61电化学驱动力通透性（电导G）62(2)静息状态下细胞膜

14、对离子的通透性具有选择性 通透性：K+ Cl- Na+ A-63 K+iK+o膜在安静时对K+通透性大K+i、A-i膜内电位(负电场) K+o膜外电位(正电场)动力(浓度差)=阻力(电场力) K+外流 (通道易化扩散) 形成K+平衡电位EK(K+外流达到平衡后在膜两侧形成的电位差)EKRP2.RP产生机制: 处于开放状态的非门控钾通道643、EKRP的实验依据（1）实测值计算值实测值：细胞内记录法测静息电位值计算值：Nernst公式（室温=29.2） EK = 60K+o /K+iRPK外流)经再生性循环，使膜的Na+电导（顺电化学差和膜内负电位的吸引大量钠内流）膜内电位迅速升高，形成动作电位

15、去极相2.AP的产生机制:(1)去极相(上升支)产生机制82再生性循环(正反馈)钠通道开放Na+通透性增大Na+内流增加去极化Na+电导83Na+通道关Na+内流停 + 同时K+通道激活而开放膜内正电位的吸引K迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支） Na+i、K+O激活Na+K+泵Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位2)复极相(下降支)产生机制84结论：AP的上升支由Na内流形成，下降支是K外流形成的AP=Na的平衡电位85（1）阈刺激（或最适刺激）： 引起最大反应的最小刺激。细胞产生兴奋（2）阈上刺激：刺激强度大于阈值的刺激。细胞产生兴奋（3）阈下刺激：刺激强度低

16、于阈值的刺激。 细胞产生局部反应4.动作电位的触发86阈强度或阈值： 固定刺激持续时间和强度-时间变化率的情况下，能引起活组织细胞产生反应的最小刺激强度不同的组织细胞对同样刺激的反应不同两者呈反变关系 衡量兴奋性的指标-阈值阈值小，兴奋性高；阈值大，兴奋性低。 1兴奋性 阈值874.动作电位的触发阈刺激阈电位:触发可兴奋细胞产生AP的临界膜电位值（电压门控通道开放）88膜除极是阈电位水平能使电压门控钠通道或者钙通道再生性循环899091921、传导机制：局部电流（三）动作电位的传导93无髓神经纤维为近距离局部电流9495有髓鞘神经纤维为跳跃式传导（局部电流）9697生 物 电二、静息电位及其产

17、生机制三、动作电位及其产生机制四、局部电位98(一)局部电位的引起1、电紧张电位的刺激所致2、神经递质等化学因素诱发99(二)概念1、局部电位： 刺激使局部细胞膜离子通道活动功能发生改变，产生低于阈电位水平。 （去极化？超极化？）2、局部兴奋： 去极化型的局部电位100(三)产生机制1、去极化： 激活少量钠通道2、复极化： 钾 外流 另：感官，神经(四)意义：改变膜的兴奋性101刺激依赖性102衰减式传导103时间性总和空间性总和104(五)局部兴奋的特点1.刺激依赖性2.衰减性传导 （电紧张传播）3.无不应期4.有总和现象105五、可兴奋细胞和兴奋性兴奋性和可兴奋组织细胞兴奋过程兴奋性的变化

18、106小结107108109110第四节 肌细胞的收缩功能根据形态学特点，将肌肉分为横纹肌平滑肌骨骼肌心肌111112113（一）神经肌接头处的兴奋传递1、神经-肌接头结构一、骨骼肌的兴奋和收缩机制接头前膜接头间隙接头后膜(终板膜)1141)接头前膜ACH囊泡:每个约有104分子量子释放:以囊泡为单位的倾囊释放电压门控式 Ca2+通道2)接头间隙 充满细胞外液和成分不明基质1153)接头后膜：终板膜(3)N2型ACh受体阳离子通道: 化学门控通道（1）终板皱摺: 增加接头后膜面积（2）缺乏电兴奋性: 不能产生AP,只产生终板电位, 没有电压门控通道 终板皱褶116（4）胆碱酯酶在接头间隙和接头

19、后膜上,将ACh分解为胆碱和乙酸117118神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程 p.36当神经冲动传到轴突末梢前膜Ca2通道开放 Ca2内流接头前膜内囊泡中 ACh释放(量子释放)ACh与N2受体结合终板膜对Na、K通透性 (Na内流 K外流)终板膜去极化 产生终板电位（EPP）119肌细胞产生 动作电位 EPP电紧张性扩布 至邻近肌膜邻近肌膜去极化 达到阈电位肌纤维收缩兴奋-收缩耦联120电-化学-电的过程121122(2)具1对1的关系3.N-M接头处的兴奋传递特征:(1)是电-化学-电的过程： N末梢APACh受体EPP肌膜AP1)释放的ACh足够使肌膜去极化达到阈电位一次神经冲动使Ach

20、释放107分子,它使终板膜去极化约50mv肌膜只需去极化约20mv就可达到阈电位2)胆碱酯酶对Ach水解,使Ach作用被及时终止123影响N-M接头处兴奋传递的因素：(1)ACh受体阻断剂：美洲箭毒和银环蛇毒，肌松剂(驰肌碘)与ACh竞争性结合终板膜上的结合位点阻断神经肌接头兴奋传递肌肉不能收缩(肌肉松弛)(2)胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药，新斯的明。ACh在接头间隙堆积ACh作用持续,出现中毒症状(肌束颤动,全身肌肉抽搐)抑制胆碱酯酶活性,ACh不能被及时水解(3)接头间隙高钙或低镁：ACh释放减少124（二）骨骼肌的微细结构1251.肌原纤维和肌小节:肌原纤维和肌小节的是肌细胞收缩的基本结构

21、和功能单位M线1.6um1.0um1261271281291302.肌管系统：(1)横管系统：T管(2)纵管系统：L管(3)三联管: 兴奋收缩耦联 结构基础131钙泵雷诺丁受体纵管系统纵行肌质网 LSR：钙泵连接肌质网 JSR（终池） ：Ryanodine受体(RYR)钙释放钙通道132 3.肌原纤维： 粗肌丝: 由肌球（肌凝蛋白）组成 其头部有一膨大部横桥 (具有ATP酶活性) 细肌丝:肌动(纤)蛋白:表面有与横桥结合位点 静息时被原肌球蛋白掩盖原肌球蛋白: 静息时掩盖横桥结合位点肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球 蛋白位移，暴露出结合位点。1331.肌丝滑行学说: 粗细肌丝的相对位置

22、改变（三）骨骼肌收缩机制134肌小节缩短=肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥头部向桥臂方向摆动45横桥与肌动蛋白结合原肌球蛋白位移，暴露 细肌丝上的横桥结合位点肌质中Ca2+ 2.骨骼肌收缩具体过程 Ca2+与肌钙蛋白结合横桥与ATP结合,与肌动蛋白解离横桥头部迅速分解ATP, 并可与下一个肌动蛋白结合横桥反复与肌动蛋白结合-扭动 -解离-复位-再结合(横桥周期)横桥与细肌丝结合横桥牵引细肌丝摆动结合ATP横桥与细肌丝解离横桥与细肌丝 再结合135136肌肉收缩过程1373、骨骼肌舒张肌质中Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白覆盖 横桥结合位点肌肉舒张细肌丝从暗带中央滑出138肌膜电

23、兴奋的传导（横管肌细胞深部）三联管处的信息传递肌浆网中Ca2+的释放和再聚集（四）骨骼肌兴奋-收缩耦联1、概念：在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝的 滑行为基础的收缩过程耦联起来的中介过程2、过程-3个步骤1393、兴奋-收缩耦联具体过程肌膜上的AP传至横管膜激活横管膜上的L型Ca2+通道L型Ca2+通道变构激活终池膜上的ryanodine受体SR内的Ca2+释放入胞质胞质内的Ca2+胞质内的Ca2+回入SR触发肌肉收缩 并激活SR膜上的钙泵肌肉舒张胞质内的Ca2+ 140兴奋-收缩耦联全过程：Ca2+是兴奋-收缩耦联的耦联物141实验：描述这个生理过程给坐骨神经刺激腓肠肌收缩142 (一

24、)收缩形式、等长收缩与等张收缩 等长收缩:肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩。 等张收缩:肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩。 二、骨骼肌收缩的形式和影响骨骼肌收缩的因素143144（二）骨骼肌收缩的影响因素肌肉收缩过程受到很多因素影响，主要是三个1、前负荷初长度、后负荷、肌肉收缩能力1451、前负荷初长度1）概念： 肌肉在收缩前具有的负荷由于前负荷存在肌肉收缩前具有的特定长度-初长度前负荷初长度后负荷固定在无限大（肌肉只做等长收缩），观察不同前负荷对肌肉收缩的影响1462）实验结果：曲线1：被动张力 改变初长度肌肉受到张力曲线2：总张力（主动+被动） 电刺激肌肉产生的张力曲线3：

25、主动张力 曲线2 - 曲线11473）前负荷对收缩影响在最适前负荷之前： 前负荷（初长度）肌张力最适前负荷（初长度）： 能产生最大收缩张力所对应的前负荷 或初长度。在最适前负荷之后： 前负荷（初长度）肌张力1484）机制:与粗细肌丝重叠程度有关肌小节长度2.0-2.2um:为最适初长度.所有横桥都与细肌丝接触,横桥的利用率最高.肌小节长度2.2um:粗细肌丝重合程度小,横桥的利用率低.肌小节长度2.0um:细肌丝可能穿过M线或两侧细肌丝相互重合不利于横桥活动肌小节长度2.0-2.2um:为最适初长度149150(二)后负荷1）概念： 肌肉在开始收缩后遇到的负荷影响着肌肉缩短速度 和产生张力大小1512）实验结果：张力