人体生理学课件：第二章 细胞的基本功能

第一节细胞膜的物质转运功能

一、细胞膜的结构第二章细胞的基本功能（一）脂质双分子层液态的脂质双分子层（二）细胞膜蛋白质

镶嵌或贯穿于脂质双分子层中（三）细胞膜糖类

多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原决定族=免疫信息（血型）；有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激递质等结合。二、小分子物质和离子的跨膜转运（一）被动转运

1.单纯扩散

2.易化扩散（二）主动转运

1、原发性主动转运

2、继发性主动转运三、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运（一）入胞作用（二）出胞作用

（一）.单纯扩散(simplediffusion)(1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。

(2)特点:A、扩散速率高B、无饱和性C、不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”D、不需另外消耗能量E、转运的物质：O2、CO2等少数几种。

（二）.易化扩散概念:一些非脂溶性或脂溶性很低的小分子物质或离子借助特殊膜蛋白质的“帮助”,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧跨膜转运的方式。

1、经载体的易化扩散转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质特点:①需依靠特殊膜蛋白质②不需另外消耗能量③选择性④饱和性⑤竟争性⑥浓度和电压依从性2、经通道的易化扩散转运的物质:各种带电离子（1）、化学门控通道——由化学物质控制通道的开关如图示Ca2+Ca2+ActionpotentialFusingvesicleAchAchIonchannelreceptoraadgbNa+（2）电压门控通道——由膜电位改变控制通道的开关电压依从性钠通道1800个氨基酸形成4个结构相同的a-螺旋结构域(domain)，每个结构域中有6个片段(S1~S6)。由4个S2围成了通道亲水性通路；由带精氨酸和赖氨酸等阳离子的S4形成了电压依从性门控机制。3、原发性主动转运(activetransport)

指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；③是逆电-化学梯度进行的。如:Na+-K+泵、H+-K+泵等

泵转运——Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）通道转运与钠-钾泵转运模式图

维持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均匀分布状态2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外分解ATP产生能量当[Na+]i↑/[K+]o↑激活钠-钾泵:由α、β二个亚单位构成，α亚单位由1022个氨基酸残基构成，10次跨膜；β亚单位由302个氨基酸残基构成，1次跨膜。4、继发性主动转运概念：即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。（三）入胞和出胞出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。

入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。出胞：入胞:第二节细胞的跨膜信号转导功能

跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。跨膜信号转导方式主要有以下两类：①由特异性通道完成的跨膜信号转导例如：ACH－骨骼肌细胞终板膜上N2型乙酰胆碱受体－钠通道开放－终板膜电位—相邻肌膜的电压门控通道（如Na+,K+）的开放—动作电位—细胞收缩

②由受体完成的跨膜信号转导

概述恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（bioelectricity）。

细胞的生物电现象“一、静息电位及其产生机制（一）细胞的静息电位(restingpotentialRP)1.概念：细胞处于安静状态时存在于细胞膜两侧的电位差。2.RP实验现象：3.证明RP的实验：（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。

4.与RP相关的概念：

静息电位:细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。RP值描述:

细胞所保持的内负外正的状态，称为极化

RP的绝对值

(-70→-90mV)超极化

RP的绝对值↓(-70→-50mV)去极化(1)细胞膜内、外离子分布不匀

[Na+]i＞[Na+]o≈1∶12,[K+]i＞[K+]o≈39∶1[Cl-]i＞[Cl-]o≈1∶31,[A-]i＞[A-]o≈4∶1（二）静息电位产生的机制1.静息电位的产生条件膜内：膜外细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位表2-2（哺乳动物骨骼肌）离子膜内(mmol/L)膜外(mmol/L)膜内外浓度比（mV）扩散趋势膜对离子的通透性Na+121451：12内流很小K+155439：1外流大Cl－3.81201：30

内流很小有机负离子155少外流无(2)细胞膜对离子的通透性不同

通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-RP产生机制的膜学说:[K＋]i顺浓度差向膜外扩散[A-]i不能向膜外扩散[K+]i↓、[A-]i↑→膜内电位↓(负电场)[K+]o↑→膜外电位↑(正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP结论:RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果。

∴RP=K+的平衡电位静息电位的影响因素：.细胞内外K+浓度的大小细胞代谢障碍（细胞缺血、缺氧、或H+增多）－－ATP生成减少－－钠泵功能障碍三、动作电位(actionpotentialAP)及其产生机制

1.概念：2.AP实验现象：去极化上升支下降支（一）细胞的动作电位刺激局部电位阈电位去极化零电位反极化（超射）复极化（负、正）后电位1.AP产生的基本条件:①膜内外存在[Na+]差:

[Na+]i＞[Na+]O≈1∶12；②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+、K+通道激活而开放。（二）动作电位的产生机制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＋顺浓度差和膜外负电位的吸引→K＋迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）∵[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平→后电位2.AP的产生机制:结论：1、AP的上升支由Na＋内流形成，下降支是K＋外流形成的，后电位是Na＋－K＋泵活动引起的2、AP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）。3、AP=Na＋的平衡电位。4、动作电位的特点（1）全或无（2）不衰减性传导（3）脉冲式（三）、动作电位的引起与传导1.动作电位的引起阈刺激—Na+通道突然大量开发，Na大量内流—动作电位2.局部电位：（1）只限于局部（2）不具有“全或无”特性（3）可以总和3.动作电位的传导：局部电流

（二）传导方式：无髓鞘N纤维为近距离局部电流有髓鞘N纤维为远距离(跳跃式)局部电流（三）传导特点

1、不衰减性传导

2、“全或无”现象

3、双向传导肌细胞的收缩功能

一、神经—骨骼肌接头处的兴奋传递1、N-M接头结构接头前膜接头间隙接头后膜终板膜。接头间隙2.N-M接头处的兴奋传递过程当神经冲动传到轴突末膜Ca2＋通道开放，膜外Ca2＋向膜内流动接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中ACh释放(量子释放)ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变终板膜对Na＋、K＋(尤其是Na＋)通透性↑终板膜去极化→终板电位（EPP）EPP电紧张性扩布至肌膜去极化达到阈电位爆发肌细胞膜动作电位二、骨骼肌的微细结构和收缩原理1.肌原纤维和肌小节：粗肌丝:由肌球（肌凝蛋白）组成，其头部有一膨大部——横桥细肌丝:肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；

原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点；

肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。肌小节:

是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。

肌管系统：横管系统：T管纵管系统：L管三联管

1.兴奋-收缩耦联2.肌丝滑行（二）骨骼肌的收缩原理（四）骨骼肌的兴奋-收缩耦联

（三个主要步骤）

①肌膜电兴奋的传导②三联管处的信息传递③肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放按任意键飞入横桥摆动动画肌节缩短=肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2+进入肌浆肌丝滑行骨骼肌舒张机制兴奋-收缩耦联后肌膜电位复极化终池膜对Ca2+通透性↓肌浆网膜Ca2+泵激活肌浆网膜[Ca2+]↓Ca2+与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点骨骼肌舒张运动神经冲动传至末梢↓N末梢对Ca2+通透性增加Ca2+内流入N末梢内↓接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂↓ACh释放入接头间隙↓

ACh与终板膜受体结合↓受体构型改变↓终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓产生终板电位(EPP)↓EPP引起肌膜AP↓肌膜AP沿横管膜传至三联管↓终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆↓Ca2+与肌钙蛋白结合引起肌钙蛋白的构型改变↓原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点↓横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP↓横桥摆动↓牵拉细肌丝朝肌节中央滑行↓肌节缩短=肌细胞收缩小结：骨骼肌收缩全过程1.兴奋传递2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联四、骨骼肌收缩的形式（一）、等长收缩和等张收缩

(二)、单收缩与强直收缩

(五)影响骨骼肌收缩的主要因素

1.前负荷：

∵前负荷→肌节初长度→粗细肌丝的重叠程度→肌张力。

肌节最适初长（2.0-2.2m）时，粗细肌丝重叠佳，肌缩速度、幅度和张力最大；∴前负荷↑或↓→肌节最适初长↑或↓