生理学课件：02 细胞的基本功能

1、1第二章 细胞的基本功能2细胞的基本功能细胞膜物质转运功能信号转导功能：细胞膜受体；配体生物电活动（神经细胞）静息电位动作电位肌细胞的收缩（骨骼肌）细胞膜（cell membrane）的分子结构（复习）化学组成：脂质；蛋白质；糖液态镶嵌模型3第一节 细胞膜的物质转运功能4二 跨细胞膜的物质转运跨膜物质转运的动力（决定转运方向）势能（电-化学驱动力）：浓度势能；电荷势能化学能：ATP化学能势能跨膜物质转运的方式细胞膜的通透性决定物质通过细胞膜的难易程度5二 跨细胞膜的物质转运脂溶性物质；少数不带电荷的极性小分子（气体、水）单纯扩散（simple diffusion）动力：势能非脂溶性的小分子物质

2、或带电离子细胞膜蛋白质辅助易化扩散（facilitated diffusion）：势能主动转运（active transport）：化学能大分子和颗粒物质膜泡运输：出胞/入胞（吞噬；吞饮）6易化扩散（facilitated diffussion）在膜蛋白的帮助（或介导）下，非脂溶性的小分子物质或带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运动力：势能膜蛋白通道：经通道（channel）易化扩散载体：经载体（carrier）易化扩散7经通道易化扩散转运物质: 各种带电离子基本特征离子选择性门控特性电压门控通道化学门控通道机械门控通道8经载体易化扩散转运物质：水溶性小分子物质；离子特点结构特异性

3、饱和现象竞争性抑制某些物质在膜蛋白的帮助下，有细胞代谢供能而进行的逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运膜蛋白：载体（ATP酶，泵）动力：化学能（ATP）直接利用（原发性主动转运）间接利用（继发性主动转运）化学能（泵） 势能（同向/反向转运体）葡萄糖在小肠的吸收和肾小管的重吸收甲状腺聚碘心肌细胞Na+-Ca2+交换肾小管分泌H+9主动转运同向转运体反向转运体10继发性主动转运举例11钠-钾泵（钠-钾依赖式ATP酶）每分解一分子ATP，将3个Na+移出胞外，将2个K+移入胞内维持钠和钾的跨膜梯度细胞内高钾维持代谢反应维持细胞内渗透压和细胞容积细胞发生电活动的基础生电效应细胞外高钠提供势能储备抑制剂:

4、 哇巴因12病例遗传性球形红细胞增多症患者女性，22岁。临床表现为贫血、黄疸，有十多年的贫血病史。该患者有明显的脾大。实验室检查表明该患者的红细胞大部分是小的球形红细胞，而且这种红细胞的渗透脆性较高。将患者的红细胞体外孵育时， 溶血较正常人严重。 如果加入糖和ATP可明显抑制溶血的发生。 查该患者红细胞内钠和钾浓度正常， 但细胞膜对钠和钾的通透性是正常的3倍，并且细胞膜上的钠-钾泵水平也是正常的3倍。第三节 细胞的电活动13细胞电活动的记录方法细胞外记录细胞外两点之间电位差心电图脑电图肌电图细胞内记录细胞膜两侧电位差枪乌贼神经玻璃微电极14细胞电活动的记录方法电压钳通过插入细胞内的一根微电极向

5、胞内补充电流，补充的电流量正好等于跨膜流出的反向离子流，这样即使膜通透性发生改变时，也能控制膜电位数值不变15细胞电活动的记录方法膜片钳又称单通道电流记录技术，用特制的玻璃微吸管吸附于细胞表面，使之形成密封。被孤立的小膜片内中仅有少数离子通道，然后对该膜片实行电压钳位，可测量单个离子通道开放产生电流。16一、静息电位（resting potential）安静情况下细胞膜两侧存在的外正内负且相对平稳的电位差以神经细胞为例：-70 mV17静息电位极化（polarization）超极化（hyperpolarization）去极化（depolarization）超射（overshoot）复极化（re

6、polarization）18静息电位的产生机制离子的跨膜转运/流动电-化学驱动力（electrochemical driving force）浓度差钠泵细胞膜的选择通透性离子通道19平衡电位驱动力：浓度差；电荷差平衡电位：电驱动力 = -化学驱动力Nernst公式Ex = ln = 60 log （mV）EK = -102 mVENa = +56 mVECl = -76 mVEca = +123 mV20RTZFXoXiXoXi静息电位的产生机制K+平衡电位细胞内外K+浓度差K+外流细胞膜对Na+的通透性Na+内流去极化钠泵活动水平超极化21病例原发性高血钾周期性麻痹患者男性，10岁。患有肌

7、肉麻痹症，肌肉周期性挛缩并伴有疼痛，随后反应迟缓，肌肉发生瘫痪。体格检查：血钾 6.8 mmol/L（正常4.5 mmol/L），细胞内钾离子明显降低，症状发生时，骨骼肌细胞膜静息电位幅度降低。同时使用胰岛素和沙丁胺醇（2受体激动剂），症状得到明显缓解。22二、动作电位动作电位（action potential）的概念细胞在静息电位基础上接受有效刺激后产生的一个迅速的可向远处传播的膜电位波动峰电位（spike potential）去极相复极相后电位（after-potential）后去极化电位后超极化电位23动作电位动作电位的特点“全或无”现象不衰减传播脉冲式发放动作电位的产生机制：离子的跨膜

8、流动电-化学驱动力及其变化细胞膜通透性的变化24动作电位的产生机制25钠通道双“闸门”激活门（m门）：去极化开放；复极化关闭失活门（h门）：复极化开放；去极化关闭三种状态静息态激活态失活态静息态（去极化）激活态失活态（复极化）静息态26再生性循环（正反馈）：使钠通道在短时间内大量开放阻断剂河豚毒钠通道27钾通道单“闸门”激活门（n门）去极化开放；复极化关闭开放速度慢（延迟激活）两种状态静息态（去极化）激活态（复极化）静息态阻断剂四乙铵28动作电位的产生机制29动作电位的产生机制离子跨膜流动电化学驱动力离子通道去极相Na+内流（ Na+平衡电位）钠通道复极相K+外流钾通道30动作电位的触发有效刺

9、激（阈刺激、阈上刺激）刺激的参数强度持续时间强度-时间变化率阈强度：能使细胞产生动作电位的最小刺激强度阈刺激：相当于阈强度的刺激阈上刺激；阈下刺激31动作电位的触发阈电位（threshold potential）能触发动作电位（钠通道大量开放）的膜电位临界值能触发膜去极化与钠通道开放形成正反馈的膜电位水平32动作电位的传播动作电位在同一细胞上的传播细胞膜依次产生动作电位机制：局部电流学说33跳跃式传导（saltatory conduction）有髓神经纤维只有在郎飞结处能产生动作电位郎飞结处轴突膜上存在密集的钠通道34兴奋性及其变化兴奋性（excitability）机体的组织或细胞接受刺激后发

10、生反应的能力或特性可兴奋细胞（共同反应：动作电位）神经细胞神经冲动肌细胞收缩腺细胞分泌衡量指标：阈强度（与兴奋性成负相关）35细胞兴奋后兴奋性的变化绝对不应期相对不应期超常期低常期36三、电紧张电位和局部电位电紧张电位由膜的被动电学特性决定其空间分布和时间变化的膜电位37局部电位由少量钠通道激活而产生的去极化膜电位波动特点等级性电位衰减性传导没有不应期：可叠加总和空间总和时间总和38第四节 肌细胞的收缩39一、横纹肌（骨骼肌）骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递骨骼肌神经-肌接头的结构特征40一、横纹肌（骨骼肌）骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递接头前膜Ca2+通道：去极化激活突触囊泡（乙酰胆碱）接头间

11、隙接头后膜（终板膜）N2型乙酰胆碱受体化学门控通道阳离子通道乙酰胆碱酯酶41神经-肌接头处兴奋的传递过程电-化学-电神经末梢动作电位（电）乙酰胆碱释放（化学）钙通道开放（去极化）细胞内Ca2+突触囊泡释放乙酰胆碱：出泡（量子式释放）乙酰胆碱（化学）骨骼肌细胞动作电位（电）乙酰胆碱受体开放Na+内流终板膜去极化终板电位（局部电位）骨骼肌细胞动作电位微终板电位：单个囊泡释放的乙酰胆碱引起的终板膜电位微小的去极化乙酰胆碱酯酶分解乙酰胆碱42病例细胞膜Ca2+通道的抗原和抗体反应患者男性，43岁，自诉双下肢无力，上楼困难。检查发现肌肉牵张反射减弱，剧烈运动后肌力有短暂的增加。将该患者体内提取的IgG注

12、射到小鼠体内，小鼠也出现和该患者类似的症状。用该患者的IgG处理牛的肾上腺嗜铬细胞，整个细胞去极化时的Ca2+电流迅速下降。治疗方案：血浆置换；免疫抑制剂；4-氨基吡啶（阻断电压依赖的K+通道）。43病例重症肌无力患者女性，30岁，近三个月来感觉浑身乏力和易疲劳。近一周，上述症状明显加重，梳头困难并伴有眼睑下垂，休息后可缓解。体格检查：血清中胆碱能受体抗体增多。使用新斯的明治疗后症状减轻。44横纹肌细胞的结构特征（复习）肌原纤维和肌节（sarcomere）45横纹肌细胞的结构特征（复习）肌管系统三联管46横纹肌细胞的收缩机制肌丝滑行理论（myofilament sliding theory）4

13、7肌丝的分子组成粗肌丝肌球蛋白（myosin）横桥（cross-bridge）ATP酶活性与细肌丝结合向M线方向扭动48肌丝的分子组成细肌丝肌动蛋白（actin）构成细肌丝主干横桥结合位点原肌球蛋白（tropomyosin）掩盖横桥结合位点肌钙蛋白（troponin）T亚单位：与原肌球蛋白相连I亚单位：与肌动蛋白相连C亚单位：能够与Ca2+结合49肌丝滑行的过程50化学能机械能横桥周期（cross bridge cycling）横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联三联管T管肌质网L型钙通道ryanodine受体（钙释放通道）钙泵（钙回收）51横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联52影响横纹肌收缩效能的因素收缩效能

14、（performance of contraction）张力大小缩短程度产生张力或缩短速度收缩形式等长收缩（isometric contraction）等张收缩（isotonic contraction）53影响横纹肌收缩效能的因素前负荷（preload）肌肉在收缩前所承受的负荷初长度（initial length）最适初长度（optimal initial length）54影响横纹肌收缩效能的因素后负荷（afterload）肌肉在收缩后所承受的负荷肌肉收缩能力（contractility）影响肌肉收缩效能的肌肉内在特性横桥摆动的数量肌原纤维肥大细胞内Ca2+浓度横桥摆动的质量ATP酶活性5

15、5影响横纹肌收缩效能的因素收缩的总和多纤维总和：大小原则频率总和：单收缩；不完全强直收缩；完全强直收缩56病例进行性肥大性营养不良骨骼肌纤维逐渐坏死，通常死于呼吸衰竭，死亡平均年龄为16岁。通常是在25岁时被发现，12岁后通常在轮椅中生活。在疾病的早期阶段可由纤维细胞再生平衡 ，再生纤维类似胎儿的肌肉。其后纤维逐渐死亡由脂肪和结缔组织取代。DNA分析显示，该疾病由X染色体基因缺陷引起。5758小结知识点四：物质的跨膜转运1、单纯扩散：转运物质、转运动力2、易化扩散：概念、 转运动力、方式、特点3、主动转运：概念、转运动力、转运方式4、膜泡运输：转运物质、转运形式：出胞；入胞5、影响因素：动力、通透性6、举例：小分子气体、葡萄糖、Na+知识点五：钠-钾泵1、作用机制；2、生理作用；3、抑制剂59小结知识点6：静息电位1、概念；2、跨膜电位的变化3、离子跨膜流动的影响因素：驱动力、细胞膜的通透性4、产生机制：三种电流及其对膜电位的影响知识点7：动作电位1、概念；2、组成；3、特点4、产生机制：去极相；复极相离子流动；电-化学驱动力；通道（闸门、状态、阻断剂）5、触发：阈刺激、阈强度、阈电位的概念6、在同一细胞上的传播：局部电流学说；跳跃式传导小结知识点8：兴奋性及其变化1、概念；2、可