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二、细胞的基本功能西医综合考试大纲本章节部分:1.细胞的跨膜物质转运：单纯扩散、经载体和经通道易化扩散、原发性和继发性主动转运、出胞和入胞。2.细胞的跨膜信号转导：由G蛋白偶联受体、离子通道受体和酶偶联受体介导的信号转导。3.神经和骨骼肌细胞的静息电位和动作电位及其简要的产生机制。4.刺激和阈刺激，可兴奋细胞（或组织），组织的兴奋，兴奋性及兴奋后兴奋性的变化。电紧张电位和局部电位。5.动作电位（或兴奋）的引起和它在同一细胞上的传导。6.神经-骨骼肌接头处的兴奋传递。7.横纹肌的收缩机制、兴奋-收缩偶联和影响收缩效能的因素。知识概要:细胞膜蛋白的功能:物质转运功能、受体功能、酶的功能细胞膜外表面糖链具有受体和抗体的作用1.细胞的跨膜物质转运:单纯扩散、经载体和经通道易化扩散、原发性和继发性主动转运、出胞和入胞细胞的跨膜物质转运液态镶嵌模型,(Singer,1972)小分子跨膜运输通过:单纯扩散、易化扩散、主动转运大分子跨膜运输通过:出胞、入胞单纯扩散:是一种简单的穿越质膜的物理扩散,没有生物学转运机制参与特点:扩散方向及速度取决于:该物质在细胞膜两侧的浓度差;膜对该物质的通透性 无饱和现象转运物质:脂溶性物质、少数分子很小的水溶性物质例:CO2、O2、H2O、NH3(肾小管上皮细胞泌NH3)、N2Ps:当电位梯度较大且与浓度梯度作用方向相反时可逆浓度梯度扩散易化扩散:指物质的扩散是在通道或载体蛋白质的帮助下完成的 转运物质:非脂溶性物质经载体易化扩散:特点:有饱和现象 例:葡萄糖通过一般细胞(由细胞外液进入RBC内,由血液进入脑细胞)、氨基酸、核苷酸经通道易化扩散:特点:顺浓度梯度,速度快,具有离子选择性,无饱和现象 转运物质:一般是带电离子 例:离子通道:钠通道、钙通道、钾通道(静息时)等水通道参与产生生物电:静息电位的产生、动作电位去极化时相的形成、动作电位复极化时相的形成、局部电位的产生 离子通道:为一类膜蛋白有静息(备用)、激活和失活三种状态通道对离子导通表现为开放和关闭两种状态离子通过细胞膜的扩散量取决于:膜两侧该离子的浓度梯度、离子的通透性、粒子所受电场力分:电压门控通道:又称配体门控通道例:除突触后膜和终板膜以外的神经、肌肉细胞化学门控通道:例:神经-肌肉接头处Ach门控通道,Ach的受体是通道的一组成部分,只有在Ach与受体结合后通道才打开机械门控通道:例:毛细胞电压门控Na+通道:有静息(备用)、激活和失活三种状态通道对离子导通表现为开放和关闭两种状态电压门控K+通道:有静息(备用)、激活两种状态通道对离子导通表现为开放和关闭两种状态Ps:神经纤维鞘上Na+通道:为电压门控通道;有髓神经纤维,主要分布于郎飞结;去极化达阈电位时引发正反馈,与动作电位的去极相有关Na+通道特异性阻滞剂:河豚毒K+通道特异性阻滞剂:四乙基胺经载体的易化扩散经通道的易化扩散介导方式借助于载体蛋白的介导借助于通道蛋白的介导转运方向顺浓度梯度进行顺浓度梯度或电位梯度进行转运速率慢(102105个离子或分子/s)快(106108个离子/s)特性载体与溶质的结合具有化学结构特异性离子通道具有离子选择性和门控特性特点化学结构特异性竞争性抑制有饱和现象相对特异性,特异性无载体蛋白高通道的导通有开放和关闭两种不同状态无饱和现象举例葡萄糖、氨基酸、核苷酸等的跨膜转运K+、Na+、Cl-、Ca2+的快速移动生物电产生时的跨膜离子移动Ps:经通道和经载体易化扩散的主要区别:物质转运速率 水分子跨膜转运方式:单纯扩散、经水通道和离子通道转运主动转运:是指离子泵利用分解ATP产生的能量将离子逆浓度和(或)电位梯度进行跨膜转运的过程特点:消耗能量 原发性主动转运:指细胞直接利用代谢产生的能量(ATP)将物质(通常是带电离子)逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程 特点:需膜蛋白介导、具饱和性 例:钠泵:亦称Na+-K+-ATP酶 具有ATP酶活性,可分解ATP而获能,分解一分子ATP,将3个Na+移出胞外,2个K+移入胞内细胞外液Na+约为胞内的10倍 消耗的能量占哺乳动物细胞代谢能量的20%30% 部位:是哺乳动物细胞膜上普遍存在的蛋白质(一种镶嵌于细胞膜上的蛋白质) 特异性抑制剂:哇巴因 作用:钠泵活动造成的高K+为胞质内许多代谢反应所必需(如核糖体合成蛋白质)细胞生电活动的前提条件(维持正常静息电位,是静息电位产生的基础) 维持细胞内渗透压和细胞容积 维持细胞内pH的稳定具有重要意义 胞外高Na+势能储备:如H+、Ca2+、葡萄糖和氨基酸的逆浓度梯度转运形成并维持细胞膜内外正常K+、Na+浓度差钙泵(Ca2+-ATP酶):需消耗能量 例:骨骼肌胞浆中Ca2+向肌浆网内的聚集质子泵(H+-ATP酶)Ps: 细胞内液与组织液通常具有相同的总渗透压Na+(带电粒子)跨膜转运的方式有:易化扩散和主动转运2009.156.与发生细胞生物电有关的跨膜物质转运形式有 A.经载体易化扩散 B.经化学门控通道易化扩散 C.经电压门控通道易化扩散 D.原发性主动转运 Key:BCD解析:经化学门控通道易化扩散与电兴奋经突触传递相关;经电压门控通道易化扩散与动作电位的形成相关;原发性主动转运与静息电位的形成相关 继发性主动转运:细胞膜利用钠泵分解ATP释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差的势能储备,再由转运体蛋白完成的逆电化学梯度差的跨膜转运(关键:钠泵、载体) 同向转运:转运分子与Na+扩散方向相同逆向转运:转运分子与Na+扩散方向相反例: Na+-H+交换、Na+-Ca2+交换小肠黏膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸收葡萄糖、氨基酸(即葡萄糖、氨基酸的重吸收)、分泌H+大多数脂溶性维生素的吸收I-由血液进入甲状腺上皮细胞内单胺类、肽类递质的转运原发性主动转运继发性主动转运转运方向逆浓度梯度或电位梯度逆浓度梯度或电位梯度是否耗能耗能耗能能量来源直接利用钠泵分解ATP供能来自Na+在膜两侧的浓度势能差间接利用钠泵分解ATP供能举例钠泵:Na+移出胞外K+移入胞内葡萄糖、氨基酸在小肠和肾小管的吸收;神经末梢在突触间隙摄取肽类神经递质;甲状腺上皮细胞聚碘;Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换Ps:有饱和现象:经载体易化扩散、原发性主动转运(钠泵、钙泵)、继发性主动转运 无饱和现象:单纯扩散、经通道的易化扩散单纯扩散、易化扩散与主动转运比较单纯扩散易化扩散主动转运举例O2、CO2、N2、H2O乙醇、尿素、甘油葡萄糖进入RBCK+、Na+、Cl-、Ca2+肠及肾小管吸收葡萄糖Na+泵、Ca2+泵、H+-K+泵移动方向物质分子或离子从高浓度一侧移向低浓度一侧物质从高浓度或高电位梯度一侧移向低梯度的一侧物质分子或离子逆浓度差或电位差移动移动过程无需帮助,自由扩散需要离子通道或载体帮助需要”泵”的参与终止条件达细胞膜两侧浓度相等或电化学势能差=0时停止达细胞膜两侧浓度相等或电化学势差=0时停止受”泵”的控制能量消耗不消耗所通过膜的能量;能量来自高浓度本身势能不消耗所通过膜的能量属于被动转运消耗的能量由膜或膜所属细胞供给出胞和入胞:出胞:例:内分泌腺细胞将合成的激素分泌到血液或组织液中 Ca2+触发的运动神经末梢的递质(Ach)释放入胞:出胞入胞定义是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程是指大分子物质或物质团块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特点细胞排出大分子物质大分子物质进入细胞举例见于细胞的分泌活动:内分泌腺细胞分泌激素到血液、组织液外分泌腺分泌酶原、黏液到腺管腔中神经纤维末梢突触囊泡内递质的释放见于细胞外某些团块物质进入细胞的过程:部分多肽类激素、抗体、运铁蛋白、LDL、病毒(流感病毒、脊髓灰质炎病毒)、大分子营养物质2.由G蛋白偶联受体、离子通道受体和酶偶联受体介导的信号转导G蛋白偶联受体介导的信号转导:G蛋白偶联受体:配体为多肽和蛋白质类激素 是一条包含7次跨膜的肽链 可间接激活腺苷酸环化酶 可激活鸟苷酸结合蛋白G蛋白:连接膜受体与离子通道,与细胞外信号分子结合,来源于同一受体超家族由、和三个亚单位构成亚单位具有结合GTP或GDP的能力,及GTP酶的活性有结合GDP的失活态和结合GTP的激活态两种第二信使:cAMP:作用:活化PKA IP3:作用:使胞内Ca2+库释放Ca2+ DG:作用:活化PLA举例:肾上腺素离子通道受体介导的信号转导:离子通道受体:神经-肌肉接头终板膜跨膜信号转导方式酶偶联受体介导的信号转导:酶偶联受体:酪氨酸蛋白激酶受体:胰岛素 蛋白激酶使底物磷酸化,信号逐级放大 鸟苷酸环化酶受体:配体为ANP3.神经和骨骼肌细胞的静息电位和动作电位及其简要的产生机制静息电位及其简要的产生机制:两侧离子分布静息状态下的通透性对静息电位的贡献K+膜内为膜外的30倍最大最大Na+膜外为膜内的10倍小较大Cl-膜外为膜内的30倍无主动转运,被动分布很小Ca2+在膜两侧浓度很低很低(1.2/0.1mol/L)可忽略不计离子的平衡电位:当电位差驱动力=浓度差驱动力,达稳态时,此时的跨膜电位差称为该离子的平衡电位电化学驱动力=膜电位(Em)-该离子的平衡电位(Ek)Na+K+Ca2+Cl-神经细胞静息电位-90mV-90mV-90mV-90mV平衡电位+56mV-102mV+125mV-76mV电化学驱动力146mV12mV152.5mV14mVCa2+为二价离子,按Nernst公式,应为(-90-125)/2=152.5mV静息时,电化学驱动力:K+最大,Ca2+最小静息电位的产生:静息电位是由于静息时离子跨膜扩散的结果,因此膜对离子的通透性决定其对静息电位的贡献大小 静息状态下,膜主要对K+通透,细胞内高K+,K+的通透性是Na+的10100倍,因此静息电位总是接近于K+平衡电位,但比K+平衡电位略小(或略负)因Na+的影响不同细胞静息电位(RP)不同:骨骼肌细胞-90mV,神经细胞-70mV,平滑肌细胞-55mV,RBC-10mV静息电位通常是平稳的直流电,但在心肌和平滑肌细胞会出现自发性的静息电位波动钠通道:电压门控;去极化达阈电位时,可引起正反馈扩散驱动力:浓度差和电位差每种离子的平衡电位可由Nernst公式计算出钾离子平衡电位:-90-100mVK+处于平衡电位时,细胞膜内侧K+的净外流为零细胞外液的K+浓度时,K+平衡电位钠离子平衡电位:+50+70mV静息时,神经纤维的跨膜电位梯度与K+的浓度梯度方向相反,与Na+、Cl-的浓度梯度方向相同,且阻碍K+、Na+外流,促进Na+内流神经细胞在兴奋过程中,Na+内流和K+外流的量取决于各自平衡电位人工增加细胞外液中Na+浓度时,单根神经纤维动作电位的幅度将细胞外液的K+浓度明显时,Na+内流的驱动力细胞外液的K+浓度明显时,静息电位的绝对值将Na+通透性RP动作电位及其简要的产生机制神经细胞膜受刺激后,对Na+通透性最大动作电位(AP):静息电位:K+的净外移停止(K+通道开放),几乎没有Na+的内移(Na+通道关闭) 阈电位:造成细胞膜对Na+通透性突然的临界膜电位升支(去极相):Na+内流(钠通道激活开放,Na+通透性且最大,超出K+通透性,Na+向膜内易化扩散)峰电位:动作电位的主要组成部分,具有动作电位的主要特征 大多数被激活的Na+通道进入失活状态,不再开放降支(复极相):K+外流(K+通道激活开放,Na+通道失活,也是神经纤维Na+通道的失活时相)负后电位:负极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近,暂时阻碍了K+的外流正后电位:生电性钠泵作用的结果极化指静息状态下,细胞膜电位外正内负的状态超极化指细胞膜静息电位向膜内负值的方向变化去极化或除极化指细胞膜静息电位向膜内负值的方向变化反极化去极化至零电位后,膜电位进一步变为正值复极化指细胞去极化后,再向静息电位方向恢复的过程细胞外液Na+浓度时,动作电位的超射值(幅度)(因细胞外液Na+浓度时,Na+的平衡电位也静息电位不变,峰值)细胞外液Na+浓度时,动作电位的超射值(因细胞外液Na+浓度时,Na+的平衡电位也静息电位不变,峰值)钠泵使用哇巴因抑制后:静息电位绝对值(钾离子通透性),动作电位幅度(动作电位期间Na+内流),膜内外Na+浓度差、胞质渗透压(因胞内Na+潴留细胞肿胀),Na+-Ca2+交换(继发性主动运输失去了势能储备)、峰电位动作电位的重要特性:全或无:刺激太小时不能引发,一旦产生即达到最大,幅度不随刺激强度而 指峰电位的”全或无” “全或无”特点是因为细胞间有闰盘可传播:不减衰传播(通过局部电流传播) 不论传播距离多远,其幅度和形状均不改变有不应期:峰电位不融合或重叠动作电位的幅值=静息电位绝对值+Na+平衡电位(=AP的超射值)阈电位:能引起大量Na+通道开放和Na+内流并形成Na+通道激活对膜去极化的正反馈(造成膜对Na+离子通透性增大)过程进而诱发动作电位的临界膜电位值不同的可兴奋细胞,动作电位的幅度和持续时间不同4.刺激和阈刺激,可兴奋细胞(或组织),组织的兴奋,兴奋性及兴奋后兴奋性的变化.电紧张电位和局部电位刺激:是指细胞所处环境因素的变化阈刺激:阈强度:若将刺激持续的时间固定,则使组织发生兴奋的最小刺激强度,称阈刺激:能使组织发生兴奋的最小刺激强度的刺激阈强度和阈刺激是用作衡量组织兴奋性高低的常用指标阈值:指能引起动作电位的最小刺激强度,是衡量细胞或组织兴奋性大小的最好指标可兴奋细胞(或组织):受刺激后能产生动作电位的细胞兴奋的共同标志:动作电位例:神经细胞、肌细胞、腺细胞组织的兴奋:外加刺激引起细胞兴奋的必要条件:膜去极化达阈电位兴奋性:可兴奋组织、细胞对刺激发生反应(即产生动作电位)的能力可兴奋细胞的共同标志(特征):产生动作电位通过强度-时间曲线可了解该组织的兴奋性兴奋后兴奋性的变化:细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化:绝对不应期相对不应期超常期低常期恢复绝对不应期:相当于锋电位、兴奋性=0、神经纤维中相邻两个锋电位的时间间隔至少应大于此期、钠通道失活相对不应期:0兴奋性正常轻度原阈强度刺激强度稍原阈强度持续0.30.4ms3ms12ms70ms相当于峰电位负后电位前期负后电位后期正后电位机制Na+通道完全失活后不能再次被激活部分Na+通道开始恢复Na+通道大部分恢复而膜电位靠近阈电位钠泵活动加强,使膜电位值,膜电位与阈电位的距离电紧张电位:局部电位:钠通道激活和内向离子电流(也是局部电位与动作电位的共同点)阈下刺激产生局部电位特性:非全或无:未引发动作电位前具有电紧张电位的电学特性,电紧张性扩布,衰减传播(电位幅度产生部位较周围大、电位幅度局部电位较动作电位小),传播速度也较快可以发生总和(空间总和、时间总和) 空间总和指同一时间不同部位的阈下刺激引起的去极化反应的叠加电位幅度可随刺激强度的而无不应期例:肌细胞的终板电位(EPP)、神经元突触的突触后电位(IPSP和EPSP)、感受器细胞的感受器电位、发生器电位动作电位局部电位(局部反应)刺激由阈刺激或阈上刺激引起由阈下刺激引起结果可导致该细胞去极化能产生动作电位可导致受刺激的膜局部出现一个较小的去极化,不能发展为动作电位电位幅度电位幅度大,达阈电位以上一旦产生,增加刺激强度,幅度不增加电位幅度小,在阈电位以下波动电位幅度随刺激强度而传播特点局部电流形式传导能进行远距离无衰减传播电紧张传播不能进行远距离无衰减传播总和不能总和可以总和(包括时间总和及空间总和)不应期有无生理机制Na+通道开放数目多,Na+内流大Na+通道开放数目少,Na+内流少5.动作电位(或兴奋)的引起和它在同一细胞上的传导兴奋:细胞对刺激发生反应的过程.动作电位的同义语或动作电位的产生过程 只有可兴奋细胞(并不是所有细胞)接受刺激后才能产生动作电位动作电位可沿细胞膜传导到整个细胞兴奋在同一细胞上的传导:机制:实际上就是已兴奋的膜处,通过局部电流刺激未兴奋的膜,使之出现可沿细胞膜传导到整个细胞的动作电位动作电位一旦在细胞膜的某一点产生,就沿着细胞膜向各个方向传播,直到整个细胞膜都产生动作电位为止.这种在单一细胞上动作电位的传播,称为传导无髓神经纤维动作电位的传导:局部电流学说有髓神经纤维:主要分布于郎飞结处传导方式:跳跃式传导:以局部电流在相邻郎飞结间传导传播速度比无髓神经纤维快 传导速度与直径成正比 双向不衰减传播(因其传播的是动作电位) 髓鞘:电阻大、不导电,不允许离子通过 郎飞结:髓鞘断裂,具有传导性,允许离子移动 能量消耗少,髓鞘可提高神经纤维的传导速度,减少能量消耗局部电流刺激未兴奋部位,使之出现动作电位神经纤维传导的是:数字式信号6.神经-骨骼肌接头处的兴奋传递在神经-骨骼肌接头的终板膜处,受体与离子(Ca2+)通道是一个蛋白质大分子,即N2型ACh受体阳离子通道(为化学门控通道、跨膜信号转导通过离子通道受体途径、对Na+和K+均有选择性、终板膜对Na+和K+通透、开放时产生终板电位)终板膜表面分布的乙酰胆碱酯酶可分解AChCa2+启动突触囊泡的出胞机制,将囊泡内的ACh排放到接头间隙;进入前膜的Ca2+的量是影响递质释放的主要因素Ps:可使骨骼肌松弛的因素:抑制末梢递质释放、阻断终板膜上受体(一价非选择性阳离子通道)可使骨骼肌收缩的因素:促使Ca2+进入运动神经末梢(触发ACh释放)、抑制AChE活性微终板电位(MEPP):静息状态下,接头前膜发生约每秒钟1次的ACh量子的自发释放(引起多个离子通道开放),并引发的终板膜电位 单个平均幅度:0.4mV 可叠加,形成平均幅度约50mV的EPP(即MEPPEPP)终板电位(EPP):属局部电位:无全或无现象;有总和现象(时间和空间)大小与ACh的量无关,而与量子(不是分子,而是一个囊泡)的次数有关、有去极化和复极化(钾通道和钠通道参与)、无不应期、为去极化电位 终板膜上无电压门控钠通道,不产生动作电位;可通过电紧张电位刺激周围具有钠通道的肌膜,使之产生动作电位,传播至整个肌膜 Ach在刺激终板膜产生终板电位的同时,可被终板膜表面的AchE迅速分解,所以终板电位持续时间仅几毫秒7.横纹肌的收缩机制、兴奋-收缩偶联和影响收缩效能的因素横纹肌的收缩机制:肌丝滑行理论:是肌肉收缩的机制 横纹肌的肌原纤维是由粗、细两组与其走向平行的蛋白丝组成 肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生肌丝滑行理论的最直接证据是:肌肉收缩时,暗带长度不变,明