二细胞的基本功能

二细胞的基本功能第1页/共93页2023/3/52

第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能细胞膜的主要功能：１、保护：屏障作用。２、物质转运：载体、通道、离子泵。第2页/共93页2023/3/53一.细胞膜的结构和化学组成

组成：电镜下三层：内外侧致密带、中间透明带各2.5nm。由脂质、蛋白质、少量糖组成。结构：1972年singer等提出“液态镶嵌模型”（fluidmosaicmodel），即：细胞膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质。第3页/共93页2023/3/54（一）脂质双分子层

胆固醇<30%

脂质磷脂>70%

亲水的磷酸和碱基朝向细胞内外。

疏水的烃基朝向膜中间。(下图)第4页/共93页2023/3/55脂质双分子层第5页/共93页2023/3/56（二）细胞膜的蛋白质１、整合（嵌入）蛋白质（integratedprotein）：贯穿脂质双分子层，亲水肽段于膜两侧。２、表面（周围）蛋白质（peripheralprotein）：亲水肽段附着于双分子层的内或外表面。第6页/共93页2023/3/57整合蛋白质表面蛋白质细胞膜蛋白质第7页/共93页2023/3/58膜蛋白质的作用：（1）参与物质跨膜转运：载体、通道或离子泵。（2）参与信息传递：细胞膜的受体。（3）与能量转换有关第8页/共93页2023/3/59（三）细胞膜的糖类量少（2％～10％），有寡糖、多糖。与膜脂质及蛋白质结合，作为细胞“标记”膜受体的“识别”部分，与激素结合。若作为抗原部分，表示免疫信息。第9页/共93页2023/3/510细胞膜的糖类糖类第10页/共93页2023/3/511二、物质跨膜转运功能

物质转运的条件：

1）细胞膜对物质有通透性

2）转运动力：如浓度差、电位差、渗透压差

第11页/共93页2023/3/512细胞膜转运的物质1）小分子物质：H2O无机盐：Na+、K+、Cl-、Ca2+等有机物：G、aa等气体：CO2、O2

2）大分子物质：如酶、激素、吞噬的细菌等。第12页/共93页2023/3/513细胞膜的物质转运第13页/共93页2023/3/514（一）被动转运(passivetransport)——扩散

扩散：物质顺电位或化学梯度的转运过程。扩散的条件：

1）浓度差或电位差

2）温度

3）膜的通透性

分类：①单纯扩散②易化扩散第14页/共93页2023/3/5151.单纯扩散：单纯扩散（simplediffusion）：在生物体中一些物质（脂溶性）顺电位差或浓度差的跨细胞膜转运。如：气体（O2，CO2），乙醇，尿素，水等。

P高P低。第15页/共93页2023/3/516顺浓度差的转运第16页/共93页2023/3/5172.易化扩散（facilitateddiffusion）：水溶性物质借助细胞膜上特殊蛋白质，从高浓度侧到低浓度侧的扩散。第17页/共93页2023/3/518（1）通道（channel）介导的易化扩散为一类镶嵌在膜上的蛋白质，其中间有孔允许相应的水化离子通过。有静息、激活和失活三种状态。（图）主要转运离子，如K+、Na+等。第18页/共93页2023/3/519第19页/共93页2023/3/520第20页/共93页2023/3/521根据通道“闸门”打开的因素不同，分为：Ⅰ、电压门控（voltage–gatedionchannel）通道该类通道的开放取决于膜两侧的电位差。Ⅱ、化学门控（chemical–gatedionchannel）通道该类通道的开放取决于某种化学物质是否作用于膜受体。Ⅲ、机械门控（mechanically-gatedionchannel）通道

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载体特点：

a、结构特异性高

b、饱和现象

c、竞争性抑制（2）载体（carrier）介导的易化扩散主要转运小分子有机物，如G、aa。（图）第22页/共93页2023/3/523第23页/共93页2023/3/524（3）渗透作用：H2O进出细胞的方式（单纯扩散）

P低渗P高渗（二）主动转运（activetransport）指细胞通过本身耗能过程，逆浓度差或电位差进行跨膜转运的过程。如：钠—钾泵。第24页/共93页2023/3/525第25页/共93页2023/3/526钠泵（sodium-potassiumpump）：糖蛋白，分子量25万，属细胞膜上的整合蛋白。

α亚单位：转运Na+、K+，分解ATP。

β亚单位：功能不详。第26页/共93页2023/3/527其活性：

因细胞内Na+↑、细胞外K+↑而激活。因细胞内Na+↓、细胞外K+↓而失活。其每分解一个ATP可泵出3个Na+，同时泵入2个K+，使膜内维持负电位，膜外维持正电位——生电性钠泵。

（图）第27页/共93页2023/3/528第28页/共93页2023/3/529神经细胞和肌细胞正常时：

K+浓度膜内>

外30～50倍。

Na+浓度膜内<

外12倍。

这种不均衡的离子分布靠钠泵等的作用。第29页/共93页2023/3/530钠泵活动重要的生理意义：a、造成的细胞内高钾环境是细胞代谢必须的。b、维持细胞正常的体积与形态。c、形成和保持细胞内外Na+、K+不均匀分布是生物电产生的前提。。第30页/共93页2023/3/531继发性主动转运（secondaryactivetrnsport）钠泵建立的Na+浓度势能贮备是营养物质（G、aa）跨膜主动转运的能量来源。包括：同向、逆向转运。（图）第31页/共93页2023/3/532同向转运第32页/共93页2023/3/533（三）出胞和入胞

1、出胞（exocytosis）：指物质由细胞排出的过程。如：神经末梢分泌递质，腺体分泌激素。

2、入胞（endocytosis）：指细胞外大分子物质进入细胞的过程。（图）

吞噬（deglutition）：固体物。单核C、巨噬C、中性粒C.

吞饮（pinocytosis）：液体。液相和受体介导入胞。第33页/共93页2023/3/534第34页/共93页2023/3/535

第三节细胞的生物电现象第三节细胞生物电兴奋性：机体对刺激所能产生反应的能力。刺激：环境条件的变化称之。反应：当机体所处的环境条件发生变化时，机体内部的代谢活动及其外部表现会随着环境的变化发生相应的改变，把机体发生的这种改变称之为反应。第35页/共93页2023/3/536一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象

活的细胞或组织不论在安静还是活动时，都具有电的变化，称为生物电现象。（一）生物电现象的观察和记录方法

人们发现细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式，就是在安静时保持的静息电位（restingpotential）和受到刺激时产生的动作电位(actionpotential)。

第36页/共93页2023/3/537生物电产生基础有通透性：离子通道的开放1．机制：带电离子（Na+和K+）经离子通道产生跨膜转运。2．离子跨膜转运的二个必备条件：

有动力：膜内外离子分布差异大，具很高的浓度差（内K+、外Na+高）（F）

第37页/共93页2023/3/538离子跨膜转运第38页/共93页2023/3/539（二）细胞的跨膜静息电位和动作电位1、细胞的静息电位静息电位（restingpotential,RP）：指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。极化(polarization)：外正内负的状态。膜两侧电位差等于RP。不同细胞其值不同，若膜外为零，则蛙肌细胞膜内：

-50~-70mv，高等动物神经细胞：-70~-90mv。第39页/共93页2023/3/5402.细胞的动作电位

概念：细胞受刺激后在RP基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电位(ActionPotential,AP)

描述膜两侧电荷分布状态的术语：去极化、反极化、复极化、超极化、去极相、复极相、峰电位、后电位（正后电位、负后电位）

AP是细胞兴奋的标志动作电位的特征：①具有“全或无”的现象；②不衰减式传导的电位。第40页/共93页2023/3/541（三）生物电现象的产生机制

1.细胞膜内外两侧的离子分布及膜对离子的通透性：

（1）细胞在安静状态时，细胞内液的K+浓度比膜外高20～40倍，而细胞外液的Na+浓度比细胞内液的高约7～12倍，细胞外液的负离子主要是Cl－，细胞内的负离子主要是一些有机负离子。膜内处各种离子的分布不均衡成为离子被动跨膜移动势能贮备。（2）细胞在安静状态时，细胞膜主要对K+有通透性，而对Na+几乎没有通透性，有机负离子更不能通过细胞膜；而细胞在兴奋时，膜对Na+的通透性突然增大。

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膜内外K+浓度差

(动力)

安静时K+通道开放

(通透性)

膜内带负电的蛋白质有随K+外流的倾向，但不能出膜，形成与K+隔膜相吸的极化状态。

K+

外流

电位差（阻力）

K+

平衡电位

=

2、静息电位与K+平衡电位：→浓度差（动力）

静息电位第42页/共93页2023/3/543即：RP为K+的平衡电位（Ek）：静息时K+的跨膜化学驱动力和电场驱动力大小相等方向相反，膜两则的电位差稳定于某一数值第43页/共93页2023/3/5443、动作电位与Na+平衡电位

动作电位（actionpotential）：指可兴奋细胞受到有效刺激时，在细胞膜两侧所产生的快速、可逆并可扩布的膜电位倒转。第44页/共93页2023/3/545Ap（以神经细胞为例）（F）

锋电位去极相（-70—0—+30）复极相（+30—0—-60）

后电位：锋电位后一种时间较长，波动较小的电位变化

第45页/共93页2023/3/5461）去极相：膜受刺激后原来的膜内负值消失变为正值（反极化），构成AP的上升支。膜电位由0~+30mv称超射。第46页/共93页2023/3/5472）复极相：去极相的膜电位倒转短暂，很快出现RP的恢复，构成AP的下降支。持续时间较长，有微小的电位波动称后电位：正后电位（超极化后电位）负后电位（去极化后电位）（图）第47页/共93页2023/3/548正后电位负后电位第48页/共93页2023/3/549

膜内外Na+浓度差、电位差(动力)

受刺激时Na+通道开放(通透性)

电位差（阻力）=

动作电位的产生机制

①去极化：细胞受刺激时

Na+通道开放，Na+快速内流（内正外负）。Na+内流

浓度差（动力）Na+平衡电位动作电位第49页/共93页2023/3/550②复极化：细胞去极化至一定程度

Na+通道关闭，K+通道开放，在细胞内外△【K+】的作用下K+外流，形成复极化。③正后电位：钠泵排钠摄钾形成微小的电位波动。第50页/共93页2023/3/551当细胞受到刺激细胞膜上少量Na+通道激活而开放Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓→局部电位当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引→再生式内流∵[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵AP的产生机制膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放K＋顺浓度差和膜内正电位的吸引→K＋迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）Na+泵出、K+泵回，∴离子恢复到兴奋前水平→后电位第51页/共93页2023/3/552二、兴奋的引起

（一）刺激引起兴奋的条件兴奋（excitation）：细胞受刺激后产生生物电反应的过程。可兴奋细胞

：对刺激反应显著的细胞。

兴奋性（excitability）

：可兴奋细胞或组织受刺激后产生反应或Ap的能力。第52页/共93页2023/3/5531）刺激（stimulation）：细胞所处环境因素的变化。三要素：刺激强度时间强度-时间变化率

2）分类按强度分：阈刺激、阈下刺激、阈上刺激

按性质分：机械性、化学性、生物性、精神性等

第53页/共93页2023/3/554衡量组织兴奋性大小的指标：阈强度（threshold）：在刺激时间、强度-时间变化率固定时，刚能引起组织兴奋即产生动作电位的最小刺激强度，叫～。第54页/共93页2023/3/555

（1）阈刺激是产生Ap的必须条件

可兴奋组织（Rp）———

阈电位————Ap阈刺激、阈上刺激

不需任何刺激

（2）阈强度为衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋性大小成反比。

（二）阈电位：

膜去极化到一临界值，Na+

通道爆发性开放产生Ap，此膜电位称~。（图）第55页/共93页2023/3/556阈下刺激第56页/共93页2023/3/557阈刺激第57页/共93页2023/3/558（三）局部电位及其特性

阈下刺激虽不能引起AP，但可引起膜电位有所变化。阈下刺激少量Na+内流产生低于阈电位的去极化局部反应.局部反应（电位）：阈下电流刺激时产生的局部去极化。第58页/共93页2023/3/559特性：

a、其去极化幅度大小与阈下刺激大小呈正比——非“全或无”现象。

b、衰减性：其去极化幅度随传布距离↑而↓叫电紧张性扩布（electrotonicpropagation）

c、总和现象⑴空间（spatialsummation）：在同一细胞的不同部位阈下刺激引起的局部电位可叠加在一起。⑵时间（temporalsummation）：在同一C上先后刺激引起的局部电位也可叠加在一起。第59页/共93页2023/3/560（四）细胞兴奋后兴奋性的变化不同组织兴奋性不同，同一组织在不同的生理、病理情况下兴奋性的大小也不同。一次兴奋过程中，细胞的兴奋性经历一系列有次序的变化，然后恢复正常。第60页/共93页2023/3/5611、绝对不应期（absoluterefractoryperiod）：细胞在接受一次有效刺激后的很短时间内，任何强大的刺激都不能使其再次兴奋，这段时间叫~。2、相对不应期(relativerefractoryperiod)：绝对不应期后的一段时间内，大于阈强度的刺激才能引起细胞产生兴奋，这一时期叫~。第61页/共93页2023/3/5623、超常期（supranormalperiod）：在相对不应期之后的一般时间内，小于阈强度的刺激就可引起细胞兴奋，这一时期叫~。4、低常期（subnormalperiod）：在超常期之后的较长时间内，需用大于阈强度的刺激才能引起细胞兴奋，这一时期叫~。第62页/共93页2023/3/563分期对应于ApNa通道兴奋性绝对不应期

锋电位失活0相对不应期

负后电位(前)开始复活阈上Ap小超常期负后电位(后)逐渐复活阈下Ap大低常期正后电位备用状态阈上Ap小第63页/共93页2023/3/564无髓神经纤维有髓神经纤维（五）动作电位的传导第64页/共93页2023/3/565第65页/共93页2023/3/566

有髓NF的AP传播——跳跃式传导（saltatoryconduction）

有髓NF传导速度>>无髓NF。第66页/共93页2023/3/567一、骨骼肌细胞的微细结构

1、肌原纤维和肌小节

肌纤维

暗带，中央M线（粗、细肌丝）肌原纤维明带，中央Z线

第四节肌肉的收缩功能

第67页/共93页2023/3/568

中央透明H带，中央M线

（粗肌丝，长度可变，缩→窄舒→宽）

暗带两侧较暗

（粗、细肌丝重叠，缩→宽舒→窄）肌小节=1/2明带+暗带+1/2明带实际其长2.0-2.2μm说明粗细肌丝有重叠。

第68页/共93页2023/3/569第69页/共93页2023/3/5702、肌管系统⑴横管系统（transversetabularsystem,T

管）：肌C膜从表面（Z线水平）横向伸入，穿行在肌原纤维之间的膜小管系统。

作用：肌膜AP通过其传到C内部。第70页/共93页2023/3/571⑵纵管系统（longitudinaltubularsystem,

L管）：

C内肌质网包绕每条肌原纤维，相互沟通，与肌小节平行，在靠近横管处膨大成终末池。

（肌质网内Ca++>>肌浆内，膜上有钙泵）

作用：通过对Ca++贮存，释放、回收，触发肌小节收缩、舒张。第71页/共93页2023/3/572三联管（triad）：由每个横管与两侧的终末池构成。作用：它是把肌C膜的电变化和C内的收缩过程衔接或耦联起来的关键部位。（F）

第72页/共93页2023/3/573二、骨骼肌的兴奋-收缩耦连

1、兴奋—收缩耦联（excitation-contractioncoupling）

以肌膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间的中介过程称~。第73页/共93页2023/3/5742、兴奋-收缩耦联过程肌膜Ap

至横管膜三联体（关键部位）终末池Ca++通道开放

Ca++内流肌浆中Ca++（关键耦联物）肌丝滑行收缩.第74页/共93页2023/3/5753、包括三个步骤：⑴电兴奋通过横管系统传向肌C深处。肌C膜

AP→横管膜AP。⑵三联管处的信息传递：横管膜AP引起终末池及肌质网上Ca++通道开放→Ca++入肌浆→肌丝滑行。第75页/共93页2023/3/576⑶肌质网对Ca++有贮存，释放和再聚集的作用。当肌浆中Ca++↑时，肌质网膜上钙泵被激活，将Ca++从肌浆中泵回肌质网→肌浆中Ca++↓→肌肉舒张。第76页/共93页2023/3/577

三、骨骼肌收缩的分子机制1.肌丝的分子组成（1）粗肌丝（myosin）：由肌凝蛋白组成

杆+头（横桥crossbridge)，呈豆芽形与杆垂直伸出杆外，各横桥间夹角60º，间距14.3nm，每一平面一周上只有二个横桥（相隔180º）。每条粗肌丝周围有六条细肌丝可与横桥接触。第77页/共93页2023/3/578第78页/共93页2023/3/579横桥特点:

与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向M线滑行具ATP酶活性，分解ATP供能第79页/共93页2023/3/580（2）细肌丝：由三种蛋白组成（F）

a..肌纤（动）蛋白（actin）：双螺旋状，单体为球形其上有与横桥结合的位点，可与横桥可逆结合。b.原肌凝蛋白（troponin）：呈双螺旋状，位于肌纤蛋白的螺旋沟中。安静时，阻障肌纤蛋白与横桥的结合。第80页/共93页2023/3/581c.

肌钙蛋白（troponin）：球形，含三个亚单位：C：与Ca++结合。T：使肌钙蛋白结合于原肌凝蛋白上。

I：在C亚单位与Ca++结合后，把信息传给原肌凝蛋白→构象变化→肌纤蛋白上与横桥结合