生理学细胞生理

生理学细胞生理第1页/共68页第二章细胞的基本功能第一节细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述

1.细胞膜的功能

*

保护作用

*物质交换

*通透屏障

*参与细胞的细胞的信息传递、细胞分裂分化、免疫等过程。

第2页/共68页2.流体镶嵌模型Fluidmosaicmodel:

脂质、蛋白质、糖类由液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着结构和功能不同的蛋白质。1972年singer和nicolson提出第3页/共68页（一）脂质双分子层（GorterGrendel）化学组成：磷脂（70%）、胆固醇（30%）、少量糖脂.

所有的膜脂质都是双嗜性分子一端是磷酸、碱基等亲水性极性基团，另一端的长烃链是疏水性非极性基团。第4页/共68页（二）细胞膜蛋白质膜蛋白质的存在方式表面蛋白整合蛋白载体（转运体）、通道和泵受体和抗原标志蛋白酶类第5页/共68页（三）细胞膜糖类主要是寡糖和多糖链，与膜脂质或膜蛋白质结合。可作为细胞或蛋白质的标志，也可作为膜受体的“可识别”部分。第6页/共68页

（一）单纯扩散Simplediffusion

：一些脂溶性物质顺浓度差或电位差的跨膜物质转运。

P高P低浓度差和通透性

eg:O2，CO2、胆固醇、酒精、类固醇激素渗透作用：溶剂受溶质的吸引由低浓度向高浓度的运动过程

H2O进出细胞的方式，

P渗低P渗高

二.物质的跨膜转运第7页/共68页（二）膜蛋白介导的跨膜转运

易化扩散

Facilitateddiffusion

非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质(通道、载体)帮助顺电化学梯度的跨膜转运。特点:①由高到低顺浓度差扩散(离子扩散还与电位差有关)②转运蛋白与转运物质间有选择性③转运蛋白的功能受环境因素的影响第8页/共68页

1.经通道(Channel)易化扩散:

离子通道：一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。

主要是Na+K+Ca2+Cl-等离子通道对离子的选择性，决定于通道开放时水相孔道的大小、孔道的化学结构和带电情况及环境因素。第9页/共68页特点：1)高到低,速度较快(106-108个离子/秒)2)相对结构特异性

3)特异性阻断剂

Na+

河豚毒K+

四乙胺Ca2+

异搏定

4）有不同的功能状态

通道的开关受某些理化因素影响

Na+通道具有静息、激活和失活状态

K+通道具有激活和去激活状态第10页/共68页（2）化学门控通道Chemically-gatedchannel

配体门控通道ligand-gatedchannel

乙酰胆碱受体阳离子通道（1）电压门控通道Valtage-gatedchannel第11页/共68页（3）机械门控通道

mechanically-gatedionhannel

受机械刺激而开闭的通道。如：内耳的毛细胞的听毛在受声波作用发生弯曲时，会导致听毛根部的膜变形，直接激活了膜附近的机械门控通道，毛细胞可出现短暂的电位变化。（4）非门控通道持续开放钾漏通道，缝隙连接等第12页/共68页通道的调控化学门控通道电位门控通道机械门控通道

定义由化学信息决定通道机能状态的通道由电位大小决定通道机能状态的通道由机械刺激决定通道机能状态的通道

分布胞-树突触后膜视网膜感光细胞终板膜(N型Ach通道)神经细胞肌肉细胞腺细胞Na通道内耳毛细胞

开放结果局部电位动作电位感受器电位第13页/共68页2、载体介导的跨膜转运经载体易化扩散载体（Carrier)：贯穿脂质双层的整合蛋白。

葡萄糖、某些氨基酸、核苷酸等小分子亲水物质。特点：1）高到低且快速

2)高度结构特异性

3）饱和性

4）竞争性第14页/共68页

3.原发性主动转运

primaryActiveTransport：

物质在膜蛋白参与下，逆浓度差或电位差转运的过程。

逆电化学梯度，耗能（动力）

eg：钠钾泵Sodium-potassiumpump

（Na-K泵、Na-K依赖式ATP酶）构成特性：双亚基，α亚基的三位点结合性，β亚基的变构性。

激活：内外Na+、K+的不平衡

第15页/共68页作用：排3Na+摄2K+

有ATP酶活性，分解ATP供能Na+、K+泵活动的意义：

1）建立势能储备，供其它耗能过程利用；

2）维持细胞内外离子分布，保证细胞正常功能（维持细胞内渗透压和细胞容积的相对稳定）

3）与细胞生物电有关（可兴奋细胞兴奋性和生物电基础）

4）细胞内高K+

是细胞内许多代谢反应的必需条件。

第16页/共68页4.继发性主动转运secondary

ActiveTransport

指某种物质的逆浓度梯度的转运是依赖于另一物质的浓度差造成的势能而实现的。

eg：G，AA

同向转运同向转运体逆向转运逆向转运体第17页/共68页典型的继发性主动转运：①GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收；②GS和AA在肾小管上皮的重吸收；③神经递质在突触间隙被神经末梢所重摄取；④甲状腺上皮细胞的聚碘过程；⑤Na+-H+交换,Na+-Ca2+交换。第18页/共68页（三）出胞和入胞

1．出胞Exocytosis：腺细胞分泌，神经末梢分泌递质形式：持续和间断第19页/共68页62．入胞Endocytosis：吞噬phagocytosis（固体）吞饮pinocytosis（液体）液相入胞fluid-phaseendocytosis

受体介导式入胞receptor-mediated

endocytosis

如：低密度脂蛋白的入胞

（遗传性高胆固醇血症）结合Fe2+的运铁蛋白第20页/共68页

单纯扩散：CO2、O2

等被动转运

（高→低）易化扩散：通道、载体

Na＋-K＋依赖式ATP酶(钠泵)

原发性主动转运Ca2＋-Mg2＋依赖式ATP酶(钙泵)

H＋-K＋依赖式ATP酶(氢离子泵)

葡萄糖／Na＋同向转运

氨基酸／Na＋主动转运继发性主动转运

碘泵

（低→高）

Na＋-K＋交换逆向转运Na＋-Ｈ＋交换

Na＋-Ｃa2＋交换出胞和入胞方式物质转运方式第21页/共68页第三节细胞的电活动

一、膜的被动电学特性和电紧张电位

二、静息电位及其产生机制三、动作电位及其产生机制四、局部电位五、可兴奋细胞及其兴奋性第22页/共68页静息时枪乌贼大神经膜内外各离子的浓度离子膜内浓度膜外浓度平衡电位（mmol/L）（mmol/L）(mv)K+40020-75Na+50440+55Cl-52560-60A-385----第23页/共68页静息时哺乳动物骨骼肌膜内外各离子的浓度离子膜内浓度膜外浓度平衡电位（mmol/L）（mmol/L）(mv)K+1554-98Na+12145+67Cl-4120-90A-155----第24页/共68页二.静息电位及其产生机制（一）静息电位的记录和数值第25页/共68页1．静息电位restpotentialRp

：安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差骨骼肌、神经纤维：-90mv

胃肠平滑肌：-60mv

范围:-10mV～-100mV(随细胞种类而不同);2．特点：外正内负、相对恒定第26页/共68页)

3、几个概念

去极化反极化

depolarizationreversepolarization

100mv—

–90mv(Rp)—

–80mv—0mv—+30mv

复极化repolarization超极化

极化

polarizationhyperpolarization第27页/共68页(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀

[Na+]i＞[Na+]o≈1∶10,[K+]i＞[K+]o≈30∶1[Cl-]i＞[Cl-]o≈1∶14,[A-]i＞[A-]o≈4∶1静息电位的产生条件（二）静息电位产生的机制(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性

通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-第28页/共68页证明：①Nernst公式的计算

EK=RT/ZF•ln[K+]O/[K+]i=59.5log[K+]O/[K+]i②Hodgkin和Katz的实验枪贼巨大神经纤维测得RP值为-77mv,与Nernst公式的计算值（-87mv）基本符合。③人工改变[K+]O/[K+]i，RP也发生相应改变，如：轴突管内置换等张NaCl,RP消失（即[K+]i↓→RP↓）。④四乙胺阻断K+通道第29页/共68页影响RP因素：①胞内、外的[K+]差:∵[K+]o与[K+]i的差值决定EK，∴[K+]o↑→EK↓②膜对K+、Na+通透性:K+的通透性↑,则RP↑,更趋向于EK

Na+的通透性↑,则RP↓,更趋向于ENa③Na+-K+泵的活动水平第30页/共68页三.动作电位及其产生机制（一）细胞的动作电位ActionpotentialAp

可兴奋细胞受刺激后，膜两侧出现迅速而可逆的连续电位变化。

Ap分期（以神经细胞为例）锋电位去极化（-90—0）反极化（0—+30)

复极化（+30—0—-80）后电位：锋电位后持续时间较长，波动较小的电位变化第31页/共68页

负后电位negativeafter-potential

（去极化后电位）：峰电位的下降支到达静息电位之前所经历的微小而缓慢的电位波动。正后电位positiveafter-potential

（超极化后电位）：峰电位的下降支到达静息电位之后所经历的微小而缓慢的电位波动。第32页/共68页AP产生的基本条件:①膜内外存在[Na+]差:[Na+]i＞[Na+]O≈1∶10②膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性Na+通道激活而开放。第33页/共68页

（二）Ap产生机制1、Ap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）膜内外Na+浓度浓度差比约110(动力)

（动力）

Na+内流Na+平衡电位

受刺激时Na+电位差

通道开放（-90-0动力

(通透性)0-+30阻力）即Ap去极化至+30mv时第34页/共68页2）复极化：细胞去极化至一定程度

Na+通道关闭，电压门控K+通道开放，在细胞内外K+

浓度差的作用下K+外流，形成复极化3）负后电位(后去极化):

复极时外流的K+蓄积在膜外,阻碍了K+外流4）正后电位(后超极化):

生电性钠泵作用的结果第35页/共68页结论：①AP的上升支由Na＋内流形成，下降支是K+外流形成的，负后电位:复极时外流的K+蓄积在膜外,阻碍了K+外流；正后电位:生电性钠泵作用的结果②AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（Na＋－K＋泵的活动）。

③AP产生的实质是受刺激后Na+、K+通道状态改变导致膜对Na+、K+通透性（电导）改变的结果。第36页/共68页证明：①Nernst公式的计算

AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值。②应用Na＋通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（AP消失）。③人工改变[Na＋]O/[Na＋]i，AP也发生相应改变，

葡萄糖溶液替代细胞外液?第37页/共68页动作电位的特点：1．“全或无”现象"Allornone"

：同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。

2．不衰减性传导(可传播性)3．脉冲式产生(有不应期)：因绝对不应期的存在，动作电位不可能融合神经和肌肉细胞

兴奋刺激可兴奋细胞动作电位反应抑制

前提本质表现

外在表现第38页/共68页胞外胞内K+↑K+↓Na+↑Na+↓Ｋ+↑Ｋ+↓Na+↑Na+↓[ΔＫ+]Ｋ+内－Ｋ+外↓↑不变不变↑↓不变不变RP幅度↓↑不变不变↑↓不变不变[ΔNa+]Na+外－Na+内不变不变↑↓不变不变↓↑AP幅度↓↑↑↓↑↓↓↑钠-钾离子对AP幅值的影响第39页/共68页（三）动作电位的传导局部电流流动学说（细胞膜依次产生Ap的结果）传导机制：局部电流无髓神经纤维:扩布式传导

有髓神经纤维：跳跃式传导saltatoryconduction第40页/共68页（四）缝隙连接GapJunction

一种细胞间兴奋传递方式（低电阻，几乎无潜伏期，双向传导,传导速度快）。有利于实现细胞群反应的同步化，也是以局部电流形式传递的。存在于神经系统、心肌组织、肝组织和晶状体上皮细胞。神经细胞间的缝隙连接又称电突触。心肌细胞间的缝隙连接又称闰盘第41页/共68页四、局部电位1.局部电位Localpotential（局部兴奋、局部反应）阈下刺激少量Na+内流产生低于阈电位的去极化局部兴奋

（终板电位、感受器电位、突触后电位）2.阈电位Thresholdpotential：刚能引起膜去极化，Na+通道爆发性开放产生Ap的临界膜电位一般比静息电位小10-20mV

第42页/共68页3、局部电位的特点1）无“全或无”现象：其大小随刺激强度的变化而变化2）递减式传播（电紧张性扩布）：传播很小的距离就消失（指数衰减）3）总和：时间总和temporalsummation

空间总和Spatialsummation

4）没有不应期第43页/共68页脉冲式不衰减扩布电紧张扩布⑥传播特点无有⑤总和现象有无④‘全或无’特点大小③膜电位变化幅度多少②钠通道开放数阈或阈上刺激阈下刺激①刺激强度动作电位局部兴奋区别局部兴奋与动作电位的区别:⑦不应期有无第44页/共68页五、可兴奋细胞及其兴奋性（一）兴奋和可兴奋细胞：兴奋:细胞对刺激发生反应的过程。反应：接受刺激后，细胞发生活动状态的改变。可兴奋细胞：受刺激后能产生兴奋(AP)的细胞。神经、肌肉、腺体的细胞。（二）组织的兴奋性和阈刺激兴奋性：细胞受刺激产生兴奋(AP)的能力。

细胞兴奋的本质表现。第45页/共68页刺激stimulation1）刺激三要素：刺激强度、时间、强度-时间变化率2）分类性质：机械性、化学性、生物性、精神性等强度：阈刺激、阈下刺激、阈上刺激3）阈上刺激、阈刺激Ap反应阈下刺激局部反应第46页/共68页

不需任何刺激

Rp(可兴奋细胞)———

阈电位————Ap

阈刺激、阈上刺激阈刺激thresholdstimulus:

刚能引起组织产生兴奋(AP)的最小刺激

阈强度thresholdintensity

(阈值Threshold）刚能引起组织产生兴奋(AP)的最小刺激强度为衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋性成反比第47页/共68页（三）细胞兴奋后兴奋性的变化

绝对不应期的意义：决定两次兴奋的最小间隔时间分期对应于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）部分复活低于正常超常期负后电位（后）复活高于正常低常期正后电位备用状态低于正常第48页/共68页第四节肌细胞的收缩一、横纹肌（一）骨骼肌神经-肌肉接头处兴奋的传递

1、N-M接头（neuromuscularjunction）结构

接头前膜：突触小泡（含乙酰胆碱Ach）膜上有Ca2+通道接头间隙：50nm，细胞外液接头后膜（终板膜endplatemembrane

）：有N2型ACh受体、AChE等第49页/共68页2、传递过程：神经纤维上动作电位至前膜而去极化

前膜Ca2+通道开放，Ca2+内流

大量（量子式）Ach释放至间隙Ach扩散至后膜，与后膜上Ach受体阳离子通道（Ach-N2受体）结合终板膜上Ach受体阳离子通道开放

Na+内流为主终板电位（局部电流）

总和相近肌膜产生动作电位。

Ach被胆碱酯酶分解为胆碱和乙酸第50页/共68页3、传递特点

1）电—化学—电传递

2）单向传递：只能从神经肌肉

3）时间延搁：因为是化学传递，而非电传递

4）易受环境因素影响第51页/共68页（二）横纹肌细胞的微细结构

1．肌原纤维和肌节暗带（粗肌丝）：

M线连接，中间较明的为H区明带（细肌丝）：

Z线连接肌节：结构和功能单位包括：1个暗带+2个1/2的明带一般1.5-3.5μm，安静时2.0-2.2μm第52页/共68页2．肌管系统横管（T管）：肌膜延续，内为细胞外液传递电信号至三联管，T管膜或肌膜上有L型钙通道

甘油高渗任氏液可破坏横管系统纵管（L管、肌质网）：纵行肌质网Ca2+泵连接肌质网终池（钙池）贮存、释放Ca2+

钙释放通道(Ryanodine

受体

RYR）

RYR:一种对生物碱ryanodine有亲和力的Ca2+释放通道。第53页/共68页（三）横纹肌的收缩机制

肌丝滑行学说：肌细胞的收缩是通过细肌丝向粗肌丝内滑动实现的，肌细胞无论收缩还是舒张，肌丝的长度保持不变。1、肌丝的分子组成（1）粗肌丝：肌球蛋白（肌凝蛋白）(Myosin)

杆状部+头状部（横桥Crossbridge)第54页/共68页横桥的空间分布：1）同一水平周径上只有两个相隔180的横桥伸出2）与此周径相隔14.3nm处有一对横桥出现。横桥间有60夹角3）每一粗肌丝分别与6条细肌丝相对应。横桥的作用:1）可与肌纤蛋白可逆结合，通过横桥棘齿作用，牵拉细肌丝向暗带中央滑行。2）具有ATP酶的作用。第55页/共68页（2）细肌丝：由三种蛋白组成1）肌动蛋白（肌纤蛋白）Actin：球形单体可与横桥可逆结合，被拖动滑行2）原肌球蛋白（原肌凝蛋白）Tropomyosin

：长度约肌动蛋白的7个球形单体的总长度阻碍横桥与肌动蛋白的结合3）肌钙蛋白Troponin

：Ｃ（钙受体）Ｔ（连接）Ｉ亚基（传递）

收缩蛋白、调节蛋白第56页/共68页2、肌肉收缩的过程

横桥发挥ATP酶活性分解ATP为ADP和无机磷酸并处于高势能状态，对肌动蛋白有高亲和力肌浆中Ca2+

Ca2+与Ｃ亚基结合Ｉ亚基传递信息原肌凝蛋白变构暴露横桥与肌动蛋白结合位点横桥与肌动蛋白结合拖动细肌丝滑行肌肉收缩

（肌小节、明带、H区变短暗带长度不变）第57页/共68页（四）横纹肌的兴奋-收缩耦联将肌细胞兴奋与肌纤维收缩联系起来的中介机制1、横纹肌细胞的电活动2、基本过程：肌膜Ap激活T管膜和肌膜的L型钙通道激活终池膜ryanodine受体（RYR或称钙释放通道）Ca2+通道开放Ca2+由终池释放入肌浆肌浆中Ca2+

（关键物质）肌丝滑行肌肉收缩。胞质内Ca2+

浓度升高激活LSR膜上钙泵Ca2+泵入肌质网肌浆Ca2+浓度降低肌肉舒张第58页/共68页Ap在神经纤维上传导

N-M接头处兴奋传递

Ap在骨骼肌细胞上传导

骨骼肌的兴奋-收缩耦联

骨骼肌肌丝滑行收缩

骨骼肌细胞兴奋、收缩过程：局部电流流动传导电—