生理学教学课件：第二章 细胞的基本功能

第二章细胞的基本功能

生理学教研室主要内容细胞膜的结构和物质转运功能细胞的信号转导功能细胞的生物电活动肌细胞的收缩细胞膜的基本结构组成：脂质:磷脂、胆固醇、糖脂双嗜性分子，形成脂质双分子层蛋白质：表面蛋白（20%-30%）整合蛋白（70%-80%）：载体、通道等糖：糖蛋白、糖脂。具有受体、抗原的功能结构：液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）：细胞膜的基本骨架是液态的脂质双分子层，其中镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质（1）单纯扩散

脂溶性小分子物质（2）膜蛋白介导的跨膜转运

水溶性小分子物质（3）膜泡运输

大分子物质或物质颗粒物质的跨膜转运定义：脂溶性的或少数水溶性小分子物质经细胞膜由高浓度一侧向低浓度一侧的扩散过程转运物质：O2、CO2、Ｎ2、尿素、甘油、乙醇等影响因素：膜两侧的浓度差膜对该物质的通透性（脂溶性、分子量、带电状况

）特点：顺浓度差转运，不耗能，无需膜蛋白（一）单纯扩散（simplediffusion）（二）膜蛋白介导的跨膜转运(1)经通道介导的跨膜转运（经通道易化扩散）

通道蛋白(2)经载体介导的跨膜转运经载体易化扩散主动转运易化扩散：非脂溶性或脂溶性小分子物质，在膜蛋白帮助下，顺浓度差和（或）电位差的跨膜转运。

载体蛋白(1)经通道易化扩散:(facilitateddiffusionviaionchannel)转运物质：离子特征：离子选择性；门控性(2)经载体易化扩散(facilitateddiffusionviacarrier)：转运物质：葡萄糖、氨基酸等特征：结构特异性；饱和现象；竟争性抑制（3）主动转运(activetransport):概念：在膜蛋白质的参与下，细胞依靠耗能过程，将某种物质从膜的低浓度（低电位）的一侧向

高浓度（高电位）的一侧的转运过程。分类：原发性主动转运(primaryactivetransport)

继发性主动转运(secondaryactivetransport)原发性主动转运(primaryactivetransport)定义：靠直接消耗细胞代谢所产生的能量而

实现的主动转运。载体蛋白：钠泵，钙泵和负离子泵等。钠泵的主要功能①造成细胞内高K+是胞内许多代谢反应的必需条件②维持胞质渗透压和细胞容积③是细胞生物电活动产生的前提条件④可影响膜电位，使膜内电位的负值增大⑤为物质继发性主动转运提供势能储备继发性主动转运(secondaryactivetransport)定义：靠间接消耗细胞代谢所产生的能量而

实现的主动转运。实质：原发性主动转运和经载体易化扩散结合（三）膜泡运输

出胞(exocytosis):指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式从细胞排出的过程。

激素的分泌；神经递质的释放入胞(endocytosis):指大分子物质或某些团块物质借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。

细胞碎片、细菌、病毒、异物等

出胞入胞一、单纯扩散二、膜蛋白介导的跨膜转运

1、经通道易化扩散

2、载体介导的跨膜转运（1）经载体易化扩散（2）主动转运

①原发性的主动转运②继发性的主动转运三、出胞和入胞物质的跨膜转运被动转运主动转运细胞的信号转导

(signaltransduction)离子通道型受体介导的信号转导G蛋白耦联受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导神经递质离子通道型受体离子通道打开离子跨膜流动细胞膜电位改变G蛋白耦联受体G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导配体受体-配体G蛋白激活型G蛋白G蛋白效应器（酶或通道）腺苷酸环化酶磷脂酶C磷酸二酯酶Ca2+或K+通道激活的G蛋白效应器第二信使第二信使浓度↑或↓cAMP,IP3,Ca2+,DG,cGMP依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制+（1）G蛋白耦联受体（2）G蛋白效应器酶或离子通道（3）G蛋白效应器腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C(PLC)、磷酸二酯酶(PDE)、Ca2+或K+通道（4）第二信使环-磷酸腺苷（cAMP）、环-磷酸鸟苷（cGMP）、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG）、Ca2+G蛋白耦联受体信号转导途径（1）受体-G蛋白-AC途径配体+受体GsGi+ACATP→cAMP↑ATP→cAMP↓-PKA底物蛋白磷酸化++（2）受体-G蛋白-PLC途径酶联型受体介导的信号转导酪氨酸激酶受体配体：生长因子：表皮生长因子、胰岛素等酪氨酸激酶结合型受体配体：细胞因子：干扰素、催乳素等生物学效应：细胞的生长、代谢、增殖分化等。鸟苷酸环化酶受体配体：心房钠尿肽（ANP）、脑钠尿肽（BNP）、NO细胞的生物电现象

细胞在未受到刺激而处于安静状态时存在于细胞膜内、外两侧的电位差。

静息电位（restingpotential，RP）极化（polarization）安静状态下细胞膜电位内负外正的状态超极化(hyperpolarization)静息电位增大的过程或状态去极化(depolarization)静息电位减小的过程或状态反极化(reversepolarization)去极化到零电位后膜电位变为正值超射(overshoot)膜电位高于零电位的部分复极化(repolarization)细胞膜去极后再向静息电位恢复的过程静息电位产生的机制原因：离子跨膜扩散机制①静息时膜内外各种离子分布不均②静息时膜对K+的通透性较大③钠泵的活动实质：K+的平衡电位影响静息电位的因素：①膜内外K+浓度差：浓度差↑,静息电位增大②膜对K+和Na+的相对通透性对K+通透性↑,静息电位增大对Na+通透性↑,静息电位减小③Na+泵的活动水平：Na+泵活动↑,静息电位增大

定义：在静息电位的基础上，可兴奋细胞受到一个适当刺激时，膜电位产生一个迅速的、可逆的和可传导的电位变化特点：“全或无”特性；ab：锋电位上升支bc：锋电位下降支cd：负后电位de：正后电位动作电位（actionpotential，AP）不衰减性传播动作电位产生的机制原因：离子的跨膜扩散电化学驱动力；膜对离子的通透性参与的离子：

上升支（去极相）：Na+内流（内向电流）

下降支（复极相）：K+外流（外向电流）

负后电位：K+蓄积暂时阻碍了K+外流

正后电位：

前半部分：过多的K+扩散到细胞外后半部分：Na+泵活动动作电位产生的过程阈刺激Na+通道开放阈电位Na+内流≧K+外流膜去极化电压门控性Na+通道开放↑Na+的平衡电位膜对Na+的通透性降低对K+的通透性开始增强K+快速外流膜快速复极化再生性循环

动作电位的实质：Na+的平衡电位↑Na+通道状态动作电位的传导机制：局部电流定义：阈下刺激引起少量Na+通道开放，少量Na+内流，在受刺激的局部产生一个较小的去极化反应。特点：①非“全或无”式（与刺激强度有关）②电紧张扩布③总和效应

局部电位(localpotential)可兴奋细胞及其兴奋性兴奋(excitation)：可兴奋细胞受到刺激产生动作电位的过程。

兴奋=动作电位可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞。

腺细胞、肌细胞、神经细胞刺激：细胞所处环境因素的变化。刺激量的3个参数：刺激强度刺激持续的时间强度对时间的变化率兴奋性(excitability)可兴奋细胞受到刺激产生动作电位的能力阈强度(thresholdintensity)引起细胞产生兴奋的最小刺激强度阈刺激(thresholdstimulus)等于阈强度的刺激衡量兴奋性的指标：阈强度或阈刺激与兴奋性呈反变关系影响细胞兴奋性的因素静息电位：静息电位↓，兴奋性↑

前提：阈电位保持不变阈电位：阈电位上移，兴奋性↓

取决于：Na+通道的密度Na+通道的功能状态（关闭:失活）细胞外Ca2+浓度：Ca2+浓度↑，兴奋性↓细胞兴奋后兴奋性的变化ab:绝对不应期bc:相对不应期cd:超常期de:低常期

肌细胞的收缩一、横纹肌(骨骼肌)神经-骨骼肌接头处兴奋传递横纹肌的收缩机制横纹肌的兴奋-收缩耦联影响横纹肌收缩的因素二、平滑肌的收缩机制神经-骨骼肌接头处兴奋传递结构筒箭毒、α-银环蛇毒；肌松药；重症肌无力肉毒杆菌肌无力综合症兴奋传递过程（电-化学-电）神经末梢兴奋（接头前膜）发生去极化电压门控Ca2+通道开放Ca2+内流神经末梢释放递质AChACh扩散到接头后膜（终板膜）并与N2型受体结合终板膜对Na+通透性增高,Na+内流终板电位总和达阈电位肌细胞产生动作电位ACh被胆碱酯酶分解兴奋传递的特点①单向传递②时间延搁③易受环境因素和某些药物的影响骨骼肌的收缩机制骨骼肌细胞的微细结构肌原纤维肌球蛋白肌动蛋白肌钙蛋白原肌球蛋白粗肌丝：肌球蛋白/肌凝蛋白（myosin）①横桥有与细肌丝的结合位点，拉动细肌丝向M线方向滑行；②横桥具有ATP酶活性细肌丝肌动蛋白/肌纤蛋白(actin)：构成细肌丝的主干，有与横桥的结合位点原肌球蛋白/原肌凝蛋白(tropomyosin)：

遮盖肌动蛋白与横桥结合的位点肌钙蛋白(troponin)：TnT、TnI和TnC肌动蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白细肌丝横断面分子结构A：肌动蛋白M：肌球蛋白A-M：肌动蛋白与肌球蛋白结合物骨骼肌细胞的收缩过程肌管系统横管：将肌膜兴奋传向肌细胞内部纵管：引发肌小节的收缩和舒张

三联管：将兴奋与收缩耦联

骨骼肌兴奋-收缩耦联过程肌细胞产生的动作电位三联管

横管Ca2+释放

肌细胞收缩Ca2+被转运回JSR或细胞外

肌细胞舒张兴奋收缩耦的关键结构：三联管，关键物质：Ca2+激活L型Ca2+通道分子构象改变通道打开，Ca2+内流激活Ca2+释放通道（JSR）影响横纹肌收缩效能的因素

肌肉收缩效能：肌肉缩短的程度及速度产生张力的大小及速度肌肉收缩形式：等长收缩:产热，维持姿势等张收缩:肢体屈、伸运动影响因素：前负荷后负荷肌肉收缩能力收缩的总和定义：肌肉收缩前所承受的负荷,用初长度表示。张力：取决于与细肌丝结合的横桥数目前负荷（preload）

肌肉等长收缩张力装置肌肉长度-张力曲线肌节长度-张力曲线定义：肌肉开始缩短后所遇到的负荷速度：取决于横桥周期（横桥ATP酶；后负荷）后负荷（afterload）

肌肉等张收缩张力装置肌肉张力-速度曲线后负荷对横桥周期的影响定义：与负荷无关的、决定肌肉收缩效能的内在特性决定因素①活化横桥的数目胞浆中Ca2+的浓度和肌钙蛋白对Ca2+的亲和力

肾上腺素、钙增敏剂、酸中毒②肌球蛋白头部ATP酶的活性

甲状腺激素、体育锻炼、老年人、低氧肌肉收缩能力收缩的总和

①单收缩：肌肉或单个肌细胞受到一次有效的刺激，可以发生一次动作电位，随后出现一次收缩和舒张的形式。

②强直收缩：不完全强直收缩：后一刺激落在前一收缩的舒张期内。完全强直收缩：后一刺激落在前一收缩的收缩期内。

不完全强直收缩完全强直收缩单收缩平滑肌收缩机制平滑肌的微细结构（与骨骼肌比较）①无肌原纤维和肌小节，有粗细肌丝；②无Z线和M线，有致密斑和致密体；③不形成横管结构，形成袋状凹入。胞质内Ca2+浓度的调控胞浆内Ca2+浓度升高（1）药物-机械耦联途径化学物质→G蛋白耦联受体-PLC途径→

IP3

→SR上的IP3受体→

Ca2+的释放→胞浆内Ca2+浓度↑（2）电-机械耦联途径动作电位→兴奋-收缩耦联途径→Ca2+通道打开→

Ca2+的释放→胞浆内Ca2+浓度↑胞浆内Ca2+浓度降低SR的钙泵；肌膜的Na+-Ca2+交换体；钙泵平滑肌收缩机制（肌丝滑行）胞浆内Ca2+浓度↑

Ca2++钙调蛋白（CaM）4Ca2+·CaM肌球蛋白轻链激酶（MLCK）肌球蛋白轻链磷酸化横桥ATP酶的活性升高平滑肌收缩Ca2+浓度↓

肌球蛋白轻链磷酸酶（MLCP）脱磷酸平滑肌舒张失活1、神经细胞在兴奋过程中，Na+内流和K+外流的量取决于（）（08研）

A.各自平衡电位B.细胞的阈电位C.钠泵活动程度D.所给刺激强度2、能使骨骼肌发生完全强直收缩的刺激条件是（）（08研）

A.足够强度的单个阈刺激B.足够持续时间的单个阈刺激

C.间隔小于收缩期的一串阈刺激D.间隔大于收缩期的一串阈刺激练习3、神经细胞膜上的钠泵活动受抑制时，可导致的变化是（）（09研）A.静息电位绝对值减小，动作电位幅度增大B.静息电位绝对值增大，动作电位幅度减小C.静息电位绝对值和动作电位幅度均减小D.静息电位绝对值和动作电位均增大4、在神经--骨骼肌接头完成信息传递后，能消除接头处神经递质的酶是（）（09研）A.Na+-K+-ATP酶B.乙酰胆碱酯酶C.腺苷酸环化酶D.磷酸二酯酶5、外加刺激引起细胞兴奋的必要条件是（）（10研）

A.刺激达到一定的强度B.刺激达到一定的持续时间C.去极化达到阈电位D.局部兴奋必须发生总和6、与Nerms公式计算，静息电位值（）（11研）

A、恰等于K+平衡电位B、恰等于Na+平衡电位

C、多近于Na+平衡电位D、接近于K+平衡电位