生理学 细胞的基本功能课件

第二章细胞的基本功能

CHAPTER2THEBISICFUNCTIONSOFCELL

邱春復主讲医学生理学教研室第一节细胞膜的结构和物质转运功能

细胞：构成机体的最基本的结构和功能单位。一、细胞膜的基本结构

液态镶嵌模型(图)

组成：脂质、蛋白质、糖类（图）1．脂质双分子层：细胞膜的基本骨架含：磷脂、胆固醇、鞘脂。磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇二、细胞膜的跨膜物质转运功能（一）单纯扩散1．定义扩散：

单纯扩散：脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度跨膜移动的过程。2．扩散通量：Mmol/s.cm2

影响因素：膜内外物质浓度差、电压差膜的通透性3．转运的物质：O2，CO2

4．特点：①

高浓度→低浓度②

不耗能（二）膜蛋白介导的跨膜转运易化扩散1．定义非脂溶性小分子物质，在特殊膜蛋白质帮助下，由高浓度向低浓度一侧转运的过程。

2．特点①高浓度→低浓度②不需耗能③具有选择性④通透性可改变3．通道介导的易化扩散--离子通道①转运的物质：离子：Na+、K+等②特点：a．通道蛋白功能状态可以改变图激活(开放)

失活（关闭）备用（静息）b．通过“闸门”进行调控c．有选择性③转运结果：电化学势能平衡分类：化学门控通道：N-Ach受体电压门控通道：Na+通道机械门控通道：内耳毛细胞4．经载体介导的易化扩散（图）转运的物质：GS、AA进入一般细胞

共同特点：①结构特异性②饱和现象③竞争性抑制

生理作用：形成细胞外高Na+、细胞内高K+a．离子势能贮备是生物电产生的基础；促进某些物质的逆浓度差的跨膜转运。如GSb．细胞内高K+是某些生化反应必需c.防止细胞水肿3．分类

原发性主动转运继发性主动转运：（图）

各种跨膜转运机制的特征小结1.膜的化学组成和分子结构。2.细胞膜的跨膜物质转运功能：单纯扩散，易化扩散，主动转运，继发性主动转运，出胞,入胞作业：

1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说明之。2．比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3．Na+-K+泵活动有何生理意义?

第二节

细胞的跨膜信号传递功能◆

跨膜信号转导概念

指外界信号（化学分子、光、声音等）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形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变。◆几种主要的跨膜信号转导方式由离子通道完成的跨膜信号传递刺激信号→膜通道蛋白开放→离子移动→膜电位变化→膜内信息→细胞功能改变1．化学门控通道（配体门控通道）举例：N-型乙酰胆碱受体又称：通道型受体促离子型受体2．电压门控通道在跨膜电位改变时，通道开放。如：、K+、Ca+通道3．机械门控通道：内耳毛细胞中4．细胞间通道：即缝隙连接（图）举例：神经兴奋引起肌收缩神经冲动→神经末梢→释放ACh→终板膜化学门控通道开放→终板电位→电压门控Na+通道→肌膜AP→胞浆Ca2+升高→肌收缩由受体、G-蛋白、膜效应器酶完成的跨膜信号传递1．受体

概念：指能与配体特异性结合的蛋白质

特性：（1）特异性（2）饱和性（3）可逆性由激酶受体完成的跨膜信号转导受体结构与功能（图）１．膜外段：能与配体相结合。２．跨膜：α－螺旋。３．膜内段：自身酪氨酸残基磷酸化受体激活蛋白磷酸化底物酪氨酸残基磷酸化◆跨膜信号转导和原癌基因

原癌基因：与致癌病毒ＤＮＡ碱基排列顺序相一致，存在于正常细胞，其正常表达为生命必需。表达产物与跨膜信号转导有关

即刻早期基因：又称快速基因、即早基因、第三信使一、细胞膜的被动电学特征（一）膜电容和膜电阻（二）电紧张电位生物电记录方法（图）二、静息电位

RP概念：指细胞在静息状态时，细胞膜两侧的电位差。（图）极性：内负外正，大小用负值表示大小：神经元：－90mv几个概念：极化：静息时，膜两侧的内负外正状态超极化：膜内电位向负值变大的方向变化去极化：膜内电位向负值减小的方向变化复极化：由去极化或超极化向RP值恢复

反极化：膜内为正，膜外为负的状态

三、动作电位AP

（一）细胞的动作电位概念：AP是膜两侧电位在RP基础上发生的一次可扩布的快速而可逆的倒转和复原。图

去极相去极化超射锋电位

复极相：复极化初期

后电位复极化后期（负后电位）后超极化（正后电位）

（二）动作电位的产生机制1、电化学驱动力；2、动作电位期间膜电导的变化；3、膜电导与离子通道（膜片钳技术）锋电位

上升支：去极相由Na+内流形成，是Na+的平衡电位有效刺激→部分Na+通道开放→少量Na+→膜去极化→阈电位→大量Na+通道开放→大量Na+内流→膜内负电位消失，出现正电位

下降支：复极相Na+通道失活→K+通透性升高→Na+内流停止，K+外流→膜内电位由正向负值变化→静息电位

AP的产生实质上是受刺激后Na+、

K+通道状态改变导致膜对Na+、

K+通透性（电导）改变的结果。

（图）

K+通道：是电压依赖式离子通道，有开、关两种状态

阻断剂：四乙基胺、四氨基吡啶

Na+通道:是电压及时间依赖式离子通道，有开、关、失活三种状态（图）

阻断剂：

河豚毒素、局麻药

后电位后去极化：快速K+外流堆积，复极化减慢后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流4、动作电位的引起和阈电位阈电位和锋电位的引起

刺激阈电位AP1、阈电位TP：

是一种膜电位的临界值，能触发AP，是引起钠通道大量开放的膜电位值，即钠内流形成正反馈的膜电位值。RP和TP的差值大，细胞兴奋性低；差值小，兴奋性高。2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小刺激强度局部兴奋（图）特点（图）（1）电位幅度小，呈衰减性传导（2）等级性，非“全或无”式（3）可以总和：时间总和空间总和（三）动作电位的传导：局部电流学说

AP在同一细胞上是以局部电流的形式传导的局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在电位差，而发生的电荷移动。

神经纤维AP的传导：神经冲动（1）无髓神经纤维AP的传导（图）（2）有髓神经纤维AP的传导在两个相邻的郎飞结间呈跳跃式传导传导速度快，节能。

影响传导速度的因素：轴突直径是否有髓鞘

特点：双向传导不衰减传导绝缘性相对不疲劳性◆复合AP----神经干AP细胞外记录法：双向或单向复合AP（图）

复合AP在一定范围之内可随刺激强度的增大而增大

（四）缝隙连接（电突触）电阻小（传导速度快）、双向传导四、组织的兴奋和兴奋性（一）兴奋和可兴奋细胞概念：兴奋：细胞对兴奋发生反应的过程。可兴奋细胞：凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。

（二）组织的兴奋性和阈刺激刺激：细胞所处环境因素的变化。4.反应及两种形式（兴奋和抑制）

5.阈强度：固定刺激时间及强度时间变率，刚能引起组织产生反应的刺激强度。简称阈值。阈值大则兴奋性低，反之亦然

阈上刺激阈下刺激阈刺激

（三）细胞兴奋后兴奋性的周期性变化

绝对不应期相对不应期超常期低常期正常

（图）第四节

肌细胞的收缩一、横纹肌

（一）骨骼肌神经-肌肉接头处的兴奋传递1．神经肌肉接头处的结构

（图）接头前膜接头后膜即终板膜接头间隙

2．神经肌肉接头处兴奋的传递过程AP→接头前膜Ca2+通道开放→Ca2+内流→囊泡移动、融合→出胞作用→Ach释放→ACh与后膜N－型ACh受体结合，通道开放→Na+内流→终板电位→肌膜Na+通道开放→AP

终板电位及微终板电位Ach的释放：量子式释放Ach的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑制）N－型受体阻断剂：箭毒、α－银环蛇毒3、神经肌肉接头处兴奋传递的特征

a、单向传递b、时间延阁c、易受环境因素变化的影响d、是1对1的传递(二)横纹肌细胞的微细结构

1．

肌原纤维和肌小节（图）（1）肌原纤维明带：长度可变，其正中的暗线为Z线暗带：长度固定，正中相对透明区为H带H带中央的暗线称为M线。（2）肌小节：两条Z线间的区域长度=1/2明带+暗带（1.5--3.5μm）2．肌管系统（图）（1）横管：由胞膜向内凹入形成（2）纵管（肌浆网）：三联管：由每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成作用：把横管传来的信息和终池Ca2+释放联系起来

（三）横纹肌的收缩机制—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行的结果1．肌丝的分子结构（1）粗肌丝：由肌凝蛋白构成（图）

横桥的作用：a.具有与细肌丝结合的位点b.具有ATP酶的活性(2)细肌丝

（图）

a.肌动蛋白，又称肌纤蛋白具有与横桥结合的位点b.原肌凝蛋白：覆盖结合位点

c.肌钙蛋白与Ca2+结合→原肌凝蛋白构象改变→暴露结合位点收缩蛋白：肌凝蛋白与肌动蛋白调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白2、肌丝滑行的基本过程（图）肌浆中Ca2+升高→Ca2+与肌钙蛋白结合后构象改变→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→横桥和肌纤蛋白结合，横桥扭动、脱离、再结合、再扭动（横桥循环、横桥周期）→细肌丝向M线方移动。

ATP的作用：提供能量使横桥脱离（四）骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联

把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的中介过程

三个步骤：（图）

1．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

2．三联体处的兴奋传递横管膜兴奋→终末池Ca2+通道开放→Ca2+进入肌浆→Ca2+与肌钙蛋白结合→肌丝滑行→肌收缩

3．肌浆网对Ca2+的释放和回收释放：AP使终池膜Ca2+通道开放回收：钙泵作用◆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、作功肌肉的收缩形式

1、等长收缩与等张收缩

（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。

2、单收缩与单收缩的复合

图（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：长度-张力曲线（图）前负荷：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。

最适初长度：使肌肉收缩时产生最大张力的初长度。最适前负荷：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，缩短的长度最大，横桥与细肌丝结合最多，作功效率最高。（图）2、后负荷对骨骼肌收缩的影响：张力-速度曲线（图）后负荷：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）才能获得肌肉作功的最佳效率。3、肌肉收缩能力指与前、后负荷无关的肌肉本身的收缩能力，即肌肉内部的功能状态。

4、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肌纤维。总和：运动单位的数量频率效应肌肉的收缩形式

1、等长收缩与等张收缩（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。

2、单收缩与单收缩的复合

图

单收缩：当骨骼肌受到一次短促刺激时，可产生一次动作电位，随后出现一次收缩和舒张的收缩形式。

复合收缩（强直收缩）：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。不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，故产生的是强直收缩；静息时微弱而持续的收缩称为肌紧张。二、平滑肌

（一）平滑肌的微细结构平滑肌细胞的结构特点（图）致密体致密区中间丝

平滑肌细胞的功能特点：1、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3、对牵拉刺激敏感4、具有自律性5、受自主神经支配，对各种体液因素敏感（二）平滑肌的收缩机制

AP→外Ca2+内流→肌浆网的Ca2+释放→胞浆中Ca2+增加→Ca2+与钙调蛋白结合→激活肌凝蛋白激酶→ATP分解→横桥摆动→细肌丝滑行→肌细胞收缩。与骨骼肌不同之处：

需要外Ca2+与钙调蛋白结合思考题

1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说明之。2.比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3.Na+-K+泵活动有何生理意义?4.简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。5.衡量组织兴奋性的指标有哪些?6.神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化?机制何在?7.局部兴奋有何特点和意义?8.比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位传导的异同点?9.简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。10.简述骨骼肌的兴奋—收缩耦联过程。11.比较电压门控通道和化学门控通道的异同点?12.骨骼肌的收缩有哪些外部表现?13.以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成部分及其产生机制14.试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作电位有何区别?并分析其原因。15.试述神经—骨骼肌接头处兴奋传递和突触处兴奋传递有何异同点?细胞膜的结构示意图受体介导的入胞过程由G－蛋白介导的跨膜信号转导图胰岛素受体示波器工作原理RP与AP的实验模式图AP的产生与钠、钾通透性的关系局部兴奋

动作电位的传导神经肌肉接头肌原纤维、肌管系统、肌小节肌小节中粗、细肌丝的分布粗肌丝分子排列示意图细肌丝的结构示意图肌丝滑行原理不同频率的刺激对骨骼肌收缩型式的影响长度－张力曲线肌小节长度与产生张力的关系张力－速度曲线平滑肌细胞内部结构模式图表2-1细胞外液与细胞内液主要成分成分细胞外液浓度细胞内液浓度（mmol/L）（mmol/L）Na+15015K+5.5150Ca2+11.5(游离0.0001)Mg2+1.512Cl-1259AA28Gs5.61Pr0.24ATP04表2－2各种跨膜转运机制的特征单纯离子载体原发性主继发性扩散通道介导动转运主动转运净移动方向高低高低高低低高低高膜两侧浓度相等相等相等不相等