人卫版生理学第二章细胞的基本功能.ppt

生理学,大庆医学高等专科学校 苏莉芬,生理学,第二章 细胞的基本功能,第二章 细胞的基本功能,细胞膜的结构,基架：液态的脂质双分子层 中间：镶嵌许多结构和功能不同的蛋白质,液态镶嵌模型,单纯扩散 易化扩散 主动转运 膜泡运输,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,物质的跨膜转运方式,一、单纯扩散（simple diffusion）,1.概念： 脂溶性物质由膜高浓度一侧向低浓度 一侧的转运（如：O2，CO2）。,2.决定因素：,浓度差 膜的通透性,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,二.易化扩散（facilitated diffusion）,1. 概念：,非脂溶性物质在膜蛋白质的协助下，由膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。,2. 类型,经载体 经通道,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,（一）载体易化扩散,小分子亲水性物质经载体蛋白的介导，顺浓度梯度的跨膜转运。,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,转运代谢物质:葡萄糖、氨基酸,1. 结构特异性,3. 竞争性抑制,2. 饱和现象,顺浓度梯度转运载体完成,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,载体易化扩散特点,(二) 通道易化扩散,转运带电离子 (Na+、K+、Ca2+),第一节 细胞的跨膜物质转运功能,顺浓度梯度转运通道蛋白完成,通道的功能状态,激活：开放，离子转运 失活：关闭,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,通道易化扩散特点,1.转运速度快,2.离子选择性,3.门控特性,三.主动转运（active transport）,概念: 在膜蛋白的参与下，细胞通过本身的耗能过程，将物质分子或离子逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运过程。,特点： 逆浓度和电位梯度转运 消耗能量,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,泵,3Na+,2K+,ATP,细胞内,ADP,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,1. 原发性主动转运,钠钾泵（钠泵）： Na+-K+-ATP酶 作用: 分解ATP供能， 逆浓度差转运Na+、K+,直接利用ATP获能,1）概念:指某些物质间接利用分解ATP释放的能量而实现的主动转运过程。,2. 继发性主动转运,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,3）类型 同向转运：小肠葡萄糖的吸收 逆向转运：Na+-H+交换,2）特点 间接耗能（钠泵） 膜转运体（特殊蛋白质）,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,泵,Na+,K+,ATP,ADP,转运体,Na+,Na+,细胞,G,H+,H+,同向转运,逆向转运,继发性主动转运,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,概念 指大分子和颗粒物质进入细胞的过程。,四.膜泡运输,1.入胞（endocytosis）,形式,吞噬 吞饮,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,概念 大分子或团块物质排出细胞的过程。,2.出胞（exocytosis）,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,被动与主动转运方式的比较,被动转运,主动转运,单纯扩散 易化扩散,通道 载体,原发性 继发性,转运方向,高浓度低浓度,低浓度高浓度,膜蛋白,否,需,需,需,需,饱和现象,无,有,无,有,有,化学特异性,无,有,有,有,有,代谢能量 及来源,不消耗,直接消耗 ATP,间接消耗 离子浓度差,转运物质,O2， CO2,Na+ K+ Ca+,葡萄糖 氨基酸,Na+、K+ Ca+、H+,葡萄糖 氨基酸,一、细胞跨膜信号转导,信号:含有信息内容的一种物质或刺激。 机体内的信号: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。,第二节 细胞的信号转导功能,各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响细胞内的过程。而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中的一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发被作用细胞相应的功能改变， 这一过程称为跨膜信号转导。,第二节 细胞的信号转导功能,细胞跨膜信号转导：,二、跨膜信号转导的途径和方式 (一) G蛋白耦联受体介导的信号转导 (二) 离子通道受体介导的信号转导 (三) 酶联型受体介导的信号转导,第二节 细胞的信号转导功能,G蛋白耦联受体介导 的信号转导过程：,第二节 细胞的信号转导功能,(一) 由G蛋白耦联受体介导的信号转导,第二信使主要有: cAMP(环-磷酸腺苷) IP3(三磷酸肌醇) DG(二酰甘油) cGMP(环-磷酸鸟苷) Ca2+等.,第二节 细胞的信号转导功能,(二) 离子通道受体介导的信号转导 化学门控通道：（骨骼肌终板膜） 电压门控通道：（心肌细胞L型钙通道） 机械门控通道：（血管内皮细胞）,第二节 细胞的信号转导功能,1.化学门控通道,当神经末梢释放的乙酰胆碱(Ach)与骨骼肌细胞终板膜上的胆碱能受体(AChR)结合后，受体构型发生改变，通道开放，Na+、K+等离子跨膜移动，由此引起终板电位的产生。,第二节 细胞的信号转导功能,2.电压门控通道,主要分布在神经和肌肉细胞表面膜中的Na + 、 K + 、 Ca+ 等通道。控制这类通道的开放与否的因子是通道所在膜两侧的跨膜电位的改变。,第二节 细胞的信号转导功能,3.机械门控通道,如内耳毛细胞，其顶部有纤毛，受到切向力时，由于纤毛受力使其根部的膜变形（牵拉），直接激活了其附近膜中的机械门控通道而出现离子跨膜移动。,第二节 细胞的信号转导功能,（三）酶联型受体介导的信号转导,大部分生长因子,1.酪氨酸激酶受体,2.酪氨酸激酶结合型受体,各种细胞因子,第二节 细胞的信号转导功能,3. 鸟苷酸环化酶受体,心房钠尿肽，NO等,GTP,（三）酶联型受体介导的信号转导,第二节 细胞的信号转导功能,第三节 细胞的生物电现象, 静息电位 动作电位,0mV,一、静息电位（Resting Potential,RP）,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。,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。,第三节 细胞的生物电现象,细胞处于生理静息状态时，细胞膜内外两侧存在的电位差。,RP特点,膜内较膜外为负 为稳定的直流电,RP数值,-10-100mV 如:神经细胞-70mV,肌细胞-90mV,第三节 细胞的生物电现象,(一)静息电位的概念,*电生理学名词,第三节 细胞的生物电现象,+,神经纤维,+,+,+,+,+,+,+,+,+,RP: -70mV,1.极化 Rp时，膜两侧保持的内负外正状态 2.去极化 RP减小,+,神经纤维,+,+,+,+,+,+,+,+,+,RP: -70mV,1.极化 Rp时，膜两侧保持的内负外正状态 2.去极化 RP减小,3.复极化 膜去极后，向RP方向恢复的过程 4.超极化 Rp增大,*电生理学名词,第三节 细胞的生物电现象,细胞内外离子分布不均 K+iK+o 39倍 静息时，细胞膜对K+的通透性高 （即K+通道开放） K+的平衡电位,Nernst公式计算,RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。 RP=K+的平衡电位,结论,(二)RP产生机制,第三节 细胞的生物电现象,二、动作电位 (Action Potential , AP),第三节 细胞的生物电现象,1.概念：细胞受刺激时在RP 基础上产生的快速可扩布性的电位变化。,2.AP的波形,第三节 细胞的生物电现象,（一）AP概念、波形及组成,下降支：复极相: K+外流形成（Na+通道关闭） Na+通道失活K+通透性升高 Na+内流停止，K+外流膜内电位由正向负值变化静息电位 静息期（复极后）:钠泵活动,Na+、K+交换,（二） Ap产生的机制,泵出Na+ 泵入 K+,上升支：去极相（Na+的平衡电位） 细胞受有效刺激部分Na+通道开放少量Na+通道开放膜去极化阈电位大量Na+通道开放大量Na+内流去极化、反极化,第三节 细胞的生物电现象, “全或无”特性：同一细胞上的AP的大小不随刺激强度改变的现象 不衰减式传导: 同一细胞上AP的大小与传导距离无关. 脉冲式,动作电位的特征,动作电位的意义,AP的产生是细胞兴奋的标志。,第三节 细胞的生物电现象,1.阈电位(threshold potential）,概念:能诱发AP（钠通道大量激活）的临界膜电位值 数值：比RP值小10 20mV 意义：是AP产生的条件,第三节 细胞的生物电现象,（三）AP的产生条件,2.局部兴奋,概念 阈下刺激引起局部膜电位的较小去极化,产生机制,特点,时间 空间, 幅度大小呈等级性 传导呈衰减式 可以叠加（总和）,少量Na+内流形成,第三节 细胞的生物电现象,局部反应与AP的区别,区别 局部反应 AP 刺激强度 阈下刺激 阈或阈上刺激 钠通道开放数 少 多 膜电位变化幅度 小 大 全或无特点 无 有 总和现象 有 无 传播特点 电紧张扩布 不衰减扩布,第三节 细胞的生物电现象,3.组织的兴奋性及其周期性变化,第三节 细胞的生物电现象,动作电位与兴奋性变化的时间关系,ab. 锋电位 绝对不应期 bc. 负后电位的前部分 相对不应期； cd. 负后电位的后部分 超常期； de. 正后电位 低常期,1.传导机制 局部电流学说：无髓纤维，依次传导，速度慢,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,+ -,- +,- +,- +,（四）动作电位的传导,神经纤维,第三节 细胞的生物电现象,有髓神经纤维跳跃式传导，速度快,2.影响传导的因素,细胞直径 髓鞘 温度,第三节 细胞的生物电现象,一、神经-肌接头处的兴奋传递,（一）形态结构运动终板,递质囊泡（Ach）,运动终板膜,接头间隙,接头前膜,第四节 肌细胞的收缩功能,（二）兴奋传递过程,Ca2+进入末梢,运动N兴奋传至N末梢,Ach量子式释放,Ach与后膜N2受体结合,Na+内流、K+外流,后膜去极化（终板电位）,总和,肌细胞膜AP,第四节 肌细胞的收缩功能,（三）兴奋传递特征,1. 单向传递 2. 时间延搁 3. 易受内环境因素影响,筒箭毒：竞争受体,肉毒杆菌：阻止Ach释放,有机磷中毒：抑制胆碱酯酶 肌痉挛,肌松弛,第四节 肌细胞的收缩功能,二、骨骼肌的兴奋收缩偶联,（一）概念 将骨骼肌细胞的电兴奋和机械收缩联系起来的中介过程。 （二）基本过程,第四节 肌细胞的收缩功能,1.肌细胞膜AP三联管-终池释放Ca2 -肌肉收缩 2.钙泵激活 - Ca2回收-肌肉舒张,（三）关键部位及耦联因子： 三联管、Ca2,三、骨骼肌的收缩机制,（一）肌原纤维和肌小节,第四节 肌细胞的收缩功能,（肌肉收缩、舒张的最基本单位）,第四节 肌细胞的收缩功能,第四节 肌细胞的收缩功能,由肌球蛋白组成（收缩蛋白质）,*横桥的特性： 具有ATP酶活性，供能 与细肌丝可逆结合、向线摆动,（二）肌丝的组成 1. 粗肌丝,球状部横桥,长杆状主干,2.细肌丝,原肌球蛋白,肌动蛋白,肌钙蛋白,肌动蛋白（actin） 原肌球蛋白（tropomyosin） 肌钙蛋白（troponin）,收缩蛋白质,调节蛋白质,第四节 肌细胞的收缩功能,（三）肌肉收缩过程,肌浆Ca2+,肌钙蛋白与Ca2+结合，构象改变,原肌球蛋白移位，暴露位点,横桥与肌动蛋白结合,横桥向线摆动，耗能,拖动细肌丝滑向粗肌丝（反复进行）,肌小节缩短（横桥循环）,第四节 肌细胞的收缩功能,肌丝滑行学说,第四节 肌细胞的收缩功能,四、骨骼肌收缩效能及其影响因素,（一）骨骼肌的收缩效能,产生张力和缩短 的程度及速度,（二）骨骼肌的形式 1. 等长收缩（ isometric contraction)： 长度不变，张力增加 人体抵抗重力肌维持姿势 2. 等张收缩(isotonic contraction)： 张力不变，长度缩短 完成收缩动作,第四节 肌细胞的收缩功能,3.单收缩（single twich） ： 指肌肉受到一次刺激引起的一次收缩和舒张,第四节 肌细胞的收缩功能,4.强直收缩（tetanus） 概念： 连续多个刺激引起肌肉收缩过程的总和 类型,不完全强直收缩（incomplete tetanus） 完全强直收缩*（complete tetanus）,第四节 肌细胞的收缩功能,(三) 影响骨骼肌收缩效能的因素, 前负荷肌张力 最适前负荷 （最适初长度） 收缩张力最大 最适前负荷 肌张力,.前负荷（preload）,（1）前负荷概念,决定肌肉初长度,长度-张力曲线,（2）影响:,第四节 肌细胞的收缩功能, 后负荷(最大张力) ,2.后负荷（ afte