（医学课件）生理学-细胞的基本功能

细胞的基本功能 细胞是机体形态结构和生理功能的基本单位 机体所有的生理活动都是在细胞的基础上进行的 1 第一节细胞膜的物质转运功能 第三节细胞的生物电现象 第四节骨骼肌纤维的收缩功能 第二节细胞膜的受体功能 2 第一节细胞的跨膜物质转运功能 学习要求1 复习膜的结构 2 掌握易化扩散和主动转运 3 熟悉单纯扩散 出胞和入胞 3 膜的化学组成和分子结构 一 脂质双分子层 以液态的脂质双分子层为基架 具有稳定性和流动性 二 细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中 生物膜具有的各种功能大多与其有关 4 有些作为抗原决定簇 表示免疫信息 血型 三 细胞膜糖类多为短糖链 以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合 形成糖脂或糖蛋白 有些作为膜受体的 可识别 部分 能特异地与激素 递质等结合 5 转运方式 被动转运 单纯扩散 易化扩散 主动转运 入胞和出胞 细胞膜的物质转运方式 6 一 单纯扩散 simplediffusion 1 概念 细胞内 外的脂溶性小分子 从膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程 CO2 i CO2 o O2 o O2 i 7 3 特点 顺浓度差 不消耗能量 不依靠特殊膜蛋白质的 帮助 4 转运的物质 O2 CO2 NH3 N2 尿素 甘油 乙醇 VitD等少数几种 注 膜对H2O具高度通透性 H2O除单纯扩散外 还可通过水通道跨膜转运 2 条件 浓度差 通透性 脂溶性物质 8 二 易化扩散 facilitateddiffusion 1 概念 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质 由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程 2 分类 一载体为中介的易化扩散 以通道为中介的易化扩散 9 以通道为中介的易化扩散 转运的物质 各种带电离子 K i K o Na o Na i 10 门控通道的类型 一般根据控制闸门开闭的因素 可分为 1 电压门控通道 受膜两侧的电位差控制开闭的通道 如 常见细胞膜的Na 通道 K 通道 2 化学门控通道 受膜两侧某种化学物质控制开闭的通道 如 骨骼肌细胞终板膜上的N2 乙酰胆碱受体阳离子通道 3 机械门控通道 受某种机械刺激控制开闭的通道 如骨骼肌细胞 11 以载体为中介的易化扩散 转运的物质 葡萄糖 GL 氨基酸 AA 等小分子亲水物质 12 13 3 特点 顺浓度差不消耗能量需依靠特殊膜蛋白质的 帮助 特异性或选择性 特殊膜蛋白质本身有结构特异性 饱和性 结合位点是有限的 竞争性抑制 经同一特殊膜蛋白质转运 14 15 三 主动转运 activetransport 概念 指细胞通过本身的某种耗能过程 将某些物质的分子或离子 由膜的低浓度一侧向高浓度一侧转运的过程 分子由低浓度处移向高浓度处需另行功能 正如滑雪者可由高坡自动下滑 而上坡却需要由人体费力一样 主动转运是人体内最重要的物质转运方式 16 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 最常见的主动转运方式 Na K 泵Na K 泵又称Na K 依赖式ATP酶 简称钠泵 17 18 通道转运与钠 钾泵转运模式图 19 钠泵的生理意义 1 钠泵活动造成的细胞内高K 是许多代谢过程的必须条件 2 钠泵将Na 排出细胞将减少水分子进入细胞内 对维持细胞的正常体积有一定意义 3 钠泵活动最重要的在于它能逆浓度差和电位差进行转运 因而建立起一种势能贮备 20 特点 需要消耗能量 能量由分解ATP来提供 依靠特殊膜蛋白质 泵 的 帮助 是逆电 化学梯度进行的 21 22 23 四 入胞和出胞式转运 一些大分子物质或固态 液态的物质团块 通过细胞膜复杂的结构和功能改变使之进出细胞 分别称为入胞和出胞 出胞 指细胞把大分子的内容物由细胞内排出的过程 主要见于细胞的分泌过程 如内分泌腺分泌激素到细胞外液 末梢神经释放神经递质 消化腺细胞分泌消化酶等 入胞 指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程 主要见于侵入体内的细菌 病毒 异物 分为 吞噬 转运物质为固体 吞饮 转运物质为液体 24 分泌物一次性排出 融合处出现裂口 囊泡向C膜内侧移动 膜性结构包被形成分泌囊泡 高尔基复合体 粗面内质网合成蛋白性分泌物 出胞 囊泡膜与C膜的某点接触并融合 囊泡的膜成为细胞膜的组成部分 25 细胞膜上的受体对物质的 辨认 发生特异性结合形成复合物 结合处C膜凹陷 凹陷膜与细胞膜断离 整个进入细胞质内 入胞 26 27 作业 1 比较单纯扩散和异化扩散的异同 2 比较被动转运与主动转运的异同 28 29 1 生理学的任务是阐明 A 人体细胞的功能B 人体与环境之间的关系C 正常人体功能活动的规律D 人体化学变化的规律E 人体物理变化的规律2 神经调节的基本方式是 A 反射B 反应C 反馈D 适应E 调节3 下列生理过程中 属于负反馈调节的是 A 排尿反射B 减压反射C 分娩D 血液凝固E 排便反射4 维持内环境稳态的重要调节方式是 A 体液性调节B 自身调节C 正反馈调节D 负反馈调节E 前馈5 生物体内环境稳态是指 A 细胞外液理化因素保持不变B 细胞内液理化因素保持不变C 细胞外液理化性质在一定范围内波动D 细胞内液理化性质在一定范围内波动E 细胞内液和细胞外液理化性质在一定范围内波动 30 6 衡量组织兴奋性高低的指标是 A 动作电位B 静息电位C 刺激D 反应E 阈值7 细胞一次兴奋后 兴奋性最低的是 A 绝对不应期B 相对不应期C 超常期D 低常期E 静息期8 Na 由细胞内移到细胞外属于 A 单纯扩散B 易化扩散C 主动转运D 入胞作用E 出胞作用9 细胞膜转运CO2和O2的主要方式是 A 单纯扩散B 易化扩散C 主动转运D 入胞作用E 出胞作用10 物质顺电 化学梯度通过细胞膜属于 A 主动转运B 被动转运C 单纯扩散D 易化扩散E 吞噬作用 31 第二节细胞膜的受体功能 受体 是指镶嵌在C膜脂质双分子层中的各种特异性蛋白质分子 它能选择性地和C膜外的活性物质结合 实现跨膜信号传递或跨膜信号转换 引起C膜的电位变化或C内生理效应的变化 如C膜上的糖蛋白 脂蛋白 糖脂蛋白等 配体 凡能与受体特异性结合并产生效应的物质 统称为配体或化学信号 如激素 神经递质 抗原 药物等 32 33 34 35 细胞膜受体的功能 1 能识别不同的化学物质 并与其特异性结合 2 细胞与细胞之间的信息转导功能 即跨细胞膜的信息传递功能 膜受体结合的特征 1 特异性 2 饱和性 3 可逆性 4 强大的生物效应 36 第三节细胞的生物电现象 学习要求 1 掌握静息电位 极化 去极化 复极化 超极化 反极化的概念 2 掌握静息电位和动作电位产生的机制 3 熟悉动作电位 局部电位传导的特点 37 概述 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 由于生物电发生在细胞膜两侧 故称为跨膜电位 简称膜电位 细胞的生物电现象主要有两种表现形式 安静时具有的静息电位和受刺激时产生的动作电位 细胞生物电现象是普遍存在的 临床上广泛应用的心电图 脑电图 肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现 38 39 一 静息电位 restingpotentialRP 1 概念 细胞处于安静状态时 细胞膜两侧存在内负外正的电位差 2 实验现象 40 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 41 如果规定膜外电位为0 则膜内电位大都在 100 10mV之间 不同组织的静息电位不同 哺乳动物的肌和神经细胞为 90 70mV 人的红细胞为 10mV 等等 静息电位在大都数细胞是一种稳定的直流电位 一些有自律性的心肌细胞和胃肠道平滑肌细胞除外 只要细胞未受到外来刺激而且保持正常的新陈代谢 静息电位就稳定在一恒定的水平 42 4 与RP相关的概念 静息电位 细胞处于安静状态时 细胞膜两侧存在内负外正的电位差 极化状态 细胞安静时保持膜外为正 膜内为负的分级状态称为极化状态 超极化 膜内外电位差向膜内负值增大的方向变化 70 90mV 去极化或除极化 膜内外电位差向膜内负值减少的方向变化 70 50mV 复极化 细胞先发生去极化 然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复 50 70mV 反极化 去极化达到0以上 43 1 静息状态下细胞膜内 外离子分布不匀 Na i Na o 1 12 K i K o 30 1 Cl i Cl o 1 14 A i A o 4 1 二 静息电位的产生机制 1 静息电位的产生条件 主要离子分布 膜内 膜外 44 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 45 静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子通透性 46 2 RP产生机制的膜学说 静息状态下 细胞膜内外离子分布不均 细胞膜对离子的通透具有选择性 K Cl Na A 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 K o 膜外电位 膜外为正 膜内为负的极化状态 当K 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 47 3 影响静息电位的主要因素 细胞膜在静息状态时对K 的通透性 通透性越大静息电位越大 细胞膜内外K 的浓度差 浓度差越大静息电位就越大 细胞代谢障碍会导致静息电位逐渐减少 甚至消失 48 二 动作电位 actionpotentialAP 1 概念 可兴奋细胞受到刺激 细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的 可逆的 并可向周围扩布的电位波动称为动作电位 AP的意义 AP的产生是细胞兴奋的标志 49 去极化 上升支 下降支 2 动作电位的图形 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 50 1 AP产生的基本条件 膜内外存在 Na 差 Na i Na O 1 12 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 3 动作电位的产生机制 51 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 静息电位 局部电位 当静息电位减少到一定数值 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 Na 快速 大量内流 2 AP的产生机制 膜内负电位减小到零并变为正电位 AP上升支 当内流的Na 在膜内形成的正电位足以阻止Na 的净移入时 膜电位达到一个新的平衡点 Na 平衡电位 K 顺浓度差 K 迅速外流 膜内电位迅速下降 恢复到RP水平 AP下降支 Na 通道关闭 Na 内流停止同时K 通道激活而开放 52 Na 泵出 K 泵回 离子恢复到兴奋前水平 后电位 Na i K O 激活Na K 泵 mV ms 35 0 55 70 53 AP的产生机制 AP上升支 AP下降支 54 4 动作电位的特征 不衰减性 AP的传导不会因传导的距离的增大而减少 而是迅速扩布到整个细胞 双向传导 AP可从受刺激的部分向两个相反的方向传导 具有 全或无 的现象 只要刺激强度达到阈电位就能引发AP 且幅度不随刺激强度增加而增大 即AP电位要么不产生 要产生就是最大幅度 55 5 与AP相关的概念 阈电位 引发AP的临界膜电位数值 局部电位 低于阈电位的去极化电位 后电位 在锋电位下降支最后恢复到RP水平以前 膜电位出现一种时间较长 波动较小的电位变化过程 包括 负后电位 去极化后电位 正后电位 超极化后电位 56 结论 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 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 AP Na 的平衡电位 57 几点说明 1 刺激 刺激分阈刺激 阈上刺激 阈下刺激 前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发AP 后者只能引起低于阈电位的去极化 即局部电位 不会引发AP 2 阈电位 是激活电压门控性Na 通道的临界值 即阈电位先引发一定数量的Na 通道开放 Na 迅速大量内流后 再引发更多数量的Na 通道开放 爆发AP 58 四 局部兴奋 概念 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化 即局部电位 称局部反应或局部兴奋 59 特点 不具有 全或无 现象 其幅值可随刺激强度的增加而增大 不能在膜上作远距离的传播 其幅值随着传播距离的增加而减小 具有总和效应 时间性和空间性总和 60 时间性总和 空间性总和 61 传导方式 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流 跳跃式 62 三 N纤维传导特点 1 不衰减性 2 双向传导 3 相对不易疲劳性 4 绝缘性 5 不融合性 63 64 第四节肌细胞的收缩功能一 肌细胞的收缩功能 一 N M接头处的兴奋传递 1 N M接头的结构接头前膜 囊泡内含ACh 并以囊泡为单位释放ACh 称量子释放 接头间隙 约50 60nm 接头后膜 又称终板膜 存在ACh受体 N2受体 能与ACh发生特异性结合 无电压性门控性钠通道 接头间隙 65 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 囊泡中的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 空间总和 爆发肌细胞膜动作电位 66 N M接头处的兴奋传递过程 67 膜Ca2 通道开放 膜外Ca2 向膜内流动 68 接头前膜内囊泡移动 融合 破裂 囊泡中的ACh释放 量子释放 69 ACh与终板膜上的N2受体结合 受体蛋白分子构型改变 70 终板膜对Na K 尤其是Na 通透性 71 3 N M接头处的兴奋传递特征 1 单向性传导是电 化学 电的过程 N末梢AP ACh 受体 EPP 肌膜AP 2 具有1对1的关系 接头前膜传来一个AP 便能引起肌细胞兴奋和收缩一次 因每次ACh释放的量 产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3 4倍 神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩 因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶 能迅速水解ACh 72 二 骨骼肌细胞的结构 73 2 肌小节 是肌细胞收缩的基本结构和功能单位 1 2明带 暗带 1 2明带 2条Z线间的区域 1 肌管系统 横管系统 T管 肌膜内凹而成 肌膜AP沿T管传导 纵管系统 L管 也称肌浆网 肌节两端的L管称终池 富含Ca2 三联管 T管 终池 2 74 3 肌原纤维 粗肌丝 由肌球 凝 蛋白组成 其头部有一膨大部 横桥 能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合 具有ATP酶的作用 与结合位点结合后 分解ATP提供横桥扭动 肌丝滑行 和做功的能量 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 凝 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 75 1 兴奋 收缩耦联2 肌丝滑行 三 骨骼肌收缩机制 76 1 兴奋 收缩耦联 三个主要步骤 肌膜电兴奋的传导 指肌膜产生AP后 AP由横管系统迅速传向肌细胞深处 到达三联管和肌节附近 三联管处的信息传递 肌浆网 纵管系统 中Ca2 的释放 指终池膜上的钙通道开放 终池内的Ca2 顺浓度梯度进入肌浆 触发肌丝滑行 肌细胞收缩 Ca2 是兴奋 收缩耦联的耦联物 77 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象改变 终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2 进入肌浆 2 肌丝滑行 78 79 运动神经冲动传至末梢 N末梢对Ca2 通透性