动物生理学第一章细胞

第一章细胞的基本功能细胞生理是器官、系统生理学的基础细胞的基本功能——跨膜物质转运跨膜信号转导细胞生物电现象肌细胞的收缩活动第一节细胞膜的基本结构

和跨膜物质转运功能

一、细胞膜的基本结构蛋白质脂质亲水端脂质疏水端二、细胞膜化学组成及意义脂质双分子层：细胞膜的基本骨架、屏障作用保持细胞内容物的相对稳定细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶细胞内外物质、能量、信息交换。细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂作为膜蛋白受体识别部分

参与免疫反应三、细胞膜的跨膜物质转运被动转运

单纯扩散易化扩散主动转运原发性主动转运继发性主动转运Na+Cl-H2OH2OABNa+Cl-被动转运定义：当同种物质不同浓度的两种溶液相邻地放在一起时，溶质分子从高浓度向低浓度的净流动（顺化学梯度）特征：顺逆电化学梯度不耗能（一）单纯扩散(simplediffusion)定义：生物体中，物质的分子或离子顺电化学梯度通过细胞膜的方式。特点：顺化学梯度不耗能（分子热运动的扩散）影响因素：浓度梯度（电-化学梯度）膜通透性（二）易化扩散（facilitateddiffusion)定义：体内不溶或难溶于脂质的物质，在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮助下，从膜高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。特点：顺电化学梯度，不耗能膜蛋白对转运的物质具有选择性（膜蛋白分子本身有结构特异性）膜通透性可变类型：通道介导的易化扩散载体介导的易化扩散通道介导的易化扩散

离子通道(ionchannel)——

一类与离子易化扩散有关的膜蛋白质分子离子通道的特性

选择性

Na+通道，K+通道，Cl-通道,Ca+2通道门控性化学门控：膜外侧化学信号控制电压门控：膜两侧电位差控制机械门控：膜附近形变外力作用控制快速性开放和关闭的快速性、离子流的快速性载体介导的易化扩散载体（carrier)——

与葡萄糖和某些氨基酸等物质易化扩散有关的膜蛋白质，不具有离子通道那样的结构。载体介导的特点：

高度的结构特异性饱和现向竞争性抑制转运速度快通透性可变葡萄糖的易化扩散(三)主动转运(activetransport)

1.定义：细胞通过本身的某种耗能过程，将物质的分子或离子从膜的低浓度一侧向高浓度一侧移动的过程2.特征

逆电化学梯度耗能3.主动转运和被动转运的区别

转运的方向转运的能量转运的后果4.Na+-K+泵4.Na+-K+泵

(1)结构：膜蛋白质，具有ATP酶活性(2)功能：分解ATP，释放出能量，利用这一能量，不断地将Na+从胞内泵出胞外，将K+从胞外泵入胞内(3)作用：

消耗1个ATP分子，可将3个Na+移出膜外2个K+移入膜内(5)生理意义：

①建立一种势能贮备，为细胞其它物质进行继发性主动运转提供动力。

②产生和维持细胞内高K+

、细胞外高Na+的状态，是细胞产生生物电的基础③维持细胞形态和细胞内环境的稳定（四）继发性主动转运

（secondaryactivetransport)1.定义：是指某些物质逆浓度梯度的主动转运过程，所需能量间接来自ATP的分解，也称联合转运。2.类型同向转运（cotransport）溶质与Na+向同一方向转运反向转运=交换（体）

（antiport）溶质与Na+向相反方向的转运3.特点：

Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能量用于另一种物质的主动转运4.条件：

胞膜上存在转运体蛋白（五）出胞与入胞1.入胞：一些大分子物质或团块物质进入细胞的过程2.出胞：大分子物质或固态、液态物质从细胞内排出的过程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不相等是否用膜Pr不是是是是饱和现象无无有有有结构特异性无有有有有能量供给不需要不需要不需要ATP钠势能转运物质O2CO2离子极性分离子Gs、aa子:Gs

第二节

细胞膜的跨膜信号转导

一、细胞跨膜信号转导的概念1.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(弱电)形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变。2.信号:含有信息内容的一种物质或刺激3.人体内的信号:存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质或机械的、电的、电磁波等刺激4.跨膜信号转导过程

(transmembranetranduction)外界信号细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子构象改变新的信号进入胞内膜电位或其他功能变化

二、细胞跨膜信号转导的方式离子通道蛋白介导的跨膜信号转导G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导酶耦联受体介导的跨膜信号转导(略)（一）离子通道蛋白完成的跨膜信号转导信号胞膜上的通道蛋白离子通道打开或关闭离子跨膜流动膜电位变化（去极化、超极化）新的信号进入细胞内

运动神经末梢AchAch门控通道蛋白（a亚单位）通道开放大量Na+流入胞内胞膜去极化产生终板电位完成化学信号向生物电信号的转换

1.化学信号—化学门控离子通道分布：神经肌接头信息传递、神经细胞之间的突触传递2.电信号—电压门控离子通道刺激细胞膜电位的变化电压门控离子通道开放或关闭离子内流或外流新信号形如：、K+、Ca+通道3.机械信号-机械门控离子通道前庭和耳蜗毛细胞的静纤毛上机械信号（声）静纤毛偏曲机械门控离子通道开放离子内流膜电位变化（二）

G蛋白偶联受体介导的信号转导结构：受体—能与化学信号分子进行特异性结合的独立的蛋白质分子，分膜外较长的N端、7次穿过膜的α螺旋结构和膜内侧的C末端。G-蛋白—由αβγ三个亚基组成，其中α具催化作用，当它被激活时与GTP形成复合物，而β-γ与α分离形成新的复合物，两种复合物分别对膜中的效应器酶起作用。G蛋白效应器—能催化形成第二信使的酶和离子通道第二信使—细胞外信号分子作用于细胞膜产生的细胞内信号分子，可调节各种蛋白激酶和离子通道。受体—G蛋白—第二信使跨膜信号转导G蛋白耦联受体介导的信号转导过程第一信使G蛋白耦联受体G-蛋白变构形成β-γ与α-GTP复合物效应器离子通道开放细胞活动各种激酶第二信使细胞活动第三节细胞的兴奋性和生物电现象1.兴奋性(Excitability)—

活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力2.兴奋(Excitation)—

组织或细胞对外界刺激发生的反应

组织细胞受外界刺激产生动作电位的能力3.可兴奋组织细胞—

神经细胞、肌细胞、腺细胞.一、细胞的兴奋性和剌激引起兴奋的条件4.刺激(stimulus)：指细胞所处环境因素的变化。阈强度（阈值）(thresholdintensity)：一般在刺激的持续时间和刺激强度的时间变率恒定的情况下，刚能使细胞产生动作电位的最小刺激强度称为阈强度。阈强度越大，细胞的兴奋性越小，反之兴奋性则越大。阈下刺激，阈刺激,阈上刺激5.刺激引起兴奋的条件：一定的强度一定的作用持续时间一定的时间--强度变化率二、跨膜静息电位(restingpotential)1、定义：在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。

－90mV玻璃微电极电位仪神经纤维KCl神经细胞-70mV肌细胞-70mV~-90mV红细胞-20mV2、静息电位形成的机制

1.静息状态下，由于钠钾泵的存在，细胞膜内外Na+、K+分布不均衡细胞膜外细胞膜内Na+142mEq/l14mEq/l10:1K+4mEq/l140mEq/l1:35Na+向膜内扩散，K+向膜外扩散2.静息状态下细胞膜对不同离子的通透性不同

K

+的通透性大，

Na+的通透性极小3.这种离子分布的不均匀靠钠泵活动的维持K+++--

3、静息电位形成机理：

细胞膜上钠泵的活动，使细胞膜外钠离子浓度较高，而细胞内钾离子浓度较高。钠离子有内流的趋势，钾离子有外流的趋势。而静息时细胞膜主要对钾离子有通透性，所以钾离子顺浓度梯度向细胞外扩散。带负电的有机离子随钾离子的外流而向外移动，但不能通过细胞膜，只能聚集在膜的内侧，正负电荷相互吸引，钾离子只能聚集在膜的外侧。当促使钾离子内流的电化学梯度与促使其外流的浓度梯度达到平衡时，就形成了静息电位。也就是钾离子平衡电位。K+++--4、静息电位的变化极化安静时,膜两侧电位外正内负超极化膜两侧电位差加大,膜内负值增大去极化膜两侧电位差减小,膜内负值变小复极化去极化后，膜内电位差逐渐变大，恢复到静息电位状态反极化膜两侧电位发生倒转,膜外为负,膜内为正三、单一细胞的动作电位（一）动作电位（activepotential)

膜受一定强度的刺激（阈上剌激或阈剌激）后,在原有静息电位的基础上发生的一次迅速短暂的可向周围扩布的电位波动。动作电位的产生是细胞兴奋的标志。上升支下降支

去极化后电位(负后电位)超极化后电位(正后电位)锋电位后电位（二）动作电位组成（三）动作电位的特点和生理意义特点：

（1）“全或无”（all-or-none

）性质：锋电位不因刺激强度（只要达到阈电位）的改变而改变。（2）不衰减性传播：锋电位不因传播距离的远近不同而改变。（3）有不应期(绝对不应期和相对不应期)生理意义：为细胞兴奋的标志。动作电位=兴奋(四)动作电位的产生机制

1、离子的电化学驱动力2、动作电位过程中细胞膜通透性的改变：上升支：膜对Na+的通透性增加，超过对K+的通透性。当内移的Na+在膜内形成的正电位足以阻止Na+的净移入时，此时的膜两侧的电位差为Na+的平衡电位。下降支：膜对Na+的通透性突然减小，对K+的通透性逐渐增大。负后电位：复极时快速外流的K+蓄积在膜外侧暂时阻碍K+外流正后电位：生电性钠泵活动3.Na+通道特性(1)Na+通道的开放是电压门控性的静息电位关闭膜超极化关闭膜去极化开放(膜去极化达阈电位大量开放)(2)Na+通道的开放(激活)与关闭(失活)快速性(3)Na+通道的三种状态：备用、激活、失活4、动作电位的离子机制上升支下降支正后电位膜对Na+通透性增加Na+内流、膜去极化膜去极化达阈电位水平钠迅速内流，超射达Na+平衡电位

K+外流、复极化至静息电位水平快Na+通道失活、K+通透性增加Na+-K+泵活动、恢复离子分布阈刺激四、细胞发生动作电位时兴奋性的变化

绝对不应期（absoluterefractoryperiod）相对不应期（relativerefactoryperiod）超常期低常期动作电位的组成及其兴奋性周期的对应关系低常期锋电位负后电位正后电位五、动作电位的引起和传导（一）阈电位和锋电位的引起阈电位（thresholdmembranepotential)

膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。阈电位的特性：引起膜上电压门控性Na+通道大量开放。引起锋电位的条件：膜去极化达到阈电位。膜上电压门控Na+通道快速大量开放的原因Na+

再生性去极化(正反馈)

阈强度刺激

膜去极化达阈电位

一定数量Na+通道开放

Na+内流

膜进一步去极化

大量的Na+通道开放（Na+通道的激活）+（二）局部兴奋及其特性

1.局部兴奋（局部反应）：

阈下刺激引起膜上Na+通道少量开放，在受刺激膜的局部出现较小的去极化。2.局部兴奋的特性

(1)电紧