南农生理学01章细胞生理

1、 第二章 细胞的基本功能 CHAPTER 2 CHAPTER 2 THE BISIC FUNCTIONS OF CELL THE BISIC FUNCTIONS OF CELL 细胞：构成机体的最基本的结构 和功能单位。 一、细胞膜的基本结构 液态镶嵌模型( (图) ) 组成：脂质、蛋白质、糖类（图） 1 1脂质双分子层：细胞膜的基本骨架 含：磷脂、胆固醇、鞘脂。 磷脂 磷脂酰胆碱 磷 脂酰乙醇胺 磷 脂 酰 丝 氨 酸 磷脂酰肌醇 2蛋白质：多为球形蛋白质 表面蛋白质（外周蛋白质） 整合蛋白质（镶嵌蛋白质） 功能： 物质转运功能 受体功能 （图） 识别功能 连接功能 催化功能 3糖类：糖蛋白

2、或糖脂是细胞的特异性 “标志” 二、细胞膜的跨膜物质转运功能 （一）单纯扩散 1 1定义 扩散： 单纯扩散：脂溶性小分子物质由高浓 度 向低浓度跨膜 移动的过程。 2 2 扩散通量： Mmol/s.cmMmol/s.cm2 2 影响因素：膜内外物质浓度差、电 压差 膜 的 通 透 性 3 3 转运的物质：O O2 2，COCO2 2 4 4 特点： 高浓度低浓度 不耗能 （二）膜蛋白介导的跨膜转运 易化扩散 1 1定义 非脂溶性小分子物质，在特殊膜蛋白 质 帮助下，由高浓度向低浓度一侧转运的过程。 2 2特点 高浓度低浓度 不需耗能 具有选择性 通透性可改变 3 3通道介导的易化扩散-离子通道

3、 转运的物质：离子：Na Na + + 、K K+ +等 特点：a a通道蛋白功能状态可以改 变 图 激活( (开放) ) 失活（关闭） 备用（静息） b b通过 “闸门”进行调控 c c有选择性 转运结果：电化学势能平衡 分类： 化学门控通道：N-Ach受体 电压门控通道：Na+通道 机械门控通道：内耳毛细胞 4 经载体介导的易化扩散（图） 转运的物质：GS、AA进入一般细胞 共同特点： 结构特异性 饱和现象 竞争性抑制 被动转运：单纯扩散 易化扩散 主动转运: : 1 1定义：指细胞膜将物质分子（或离子） 逆浓度差和电位差转 运的过程 2 2生物泵：实质就是ATPATP酶 如“钠- -钾泵

4、”、“质子泵”等 钠泵: : 钠- -钾泵或NaNa+ +- K- K+ + -ATP -ATP酶（图） 激活：细胞内的NaNa+ + 、细胞外的 KK+ + 作用：3 3个NaNa+ +移到膜外 2 2个K K+ +移入细胞内 生理作用： 形成细胞外高NaNa+ +、细胞内高K K+ + a a离子势能贮备是生物电产生的基 础；促进某些物质的逆浓度差的跨膜转 运。如GS GS b b细胞内高K K+ +是某些生化反应必需 c. c. 防止细胞水肿 3 3分类 原发性主动转运继发性主动转运：（图） 各种跨膜转运机制的特征 （三）出胞和入胞 大分子物质进出细胞的方式 1 1出胞：各种分泌活动、神

5、经递质的释放 2 2入胞：受体介导式入胞（图） 小结 1. 膜的化学组成和分子结构。 2. 细胞膜的跨膜物质转运功能： 单纯扩散，易化扩散， 主动转运，继发性主动转运， 出胞, ,入胞 双语词汇： 液体镶嵌模型（fluid mosaic model） 单纯扩散（simple diffusion） 易化扩散（facilitated diffusion） 化学门控通道（chemiscally-gated channel） 电压门控通道（voltage-gated channel） 载体（carrier） 主动转运（active transport） 被动转运（passive transport）

6、继发性主动转运（second active transport） 钠-钾泵（Na+-K+ pump） 出胞（exocytosis） 入胞（endocytosis） 作业： 1. 细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例 说明之。 2比较单纯扩散和易化扩散的异同点? 3Na+-K+泵活动有何生理意义? 跨膜信号转导概念 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形式传 递到膜内，再引发靶细胞功能改变。 几种主要的跨膜信号转导方式 由离子通道完成的跨膜信号传递 刺激信号膜通道蛋白开放 离子移动膜电位变化膜内信

7、息 细胞功能改变 1 1化学门控通道（配体门控通道） 举例：N-N-型乙酰胆碱受体 又称：通道型受体 促离子型受体 2 2电压门控通道 在跨膜电位改变时，通道开放。 如：、K K+ +、CaCa+ +通道 3 3机械门控通道：内耳毛细胞中 4 4细胞间通道：即缝隙连接（图） 举例：神经兴奋引起肌收缩 神经冲动神经末梢释放AChACh终 板膜化学门控通道开放终板电位电 压门控NaNa+ +通道肌膜APAP胞浆CaCa2+ 2+升高 肌收缩 由受体、G-G-蛋白、膜效应器酶完成的跨 膜信号传递 1 1受体 概念：指能与配体特异性结合的蛋白 质 特性：（1 1）特异性 （2 2）饱和性 （3 3）可

8、逆性 蛋白 结构：（图） 分类：Gs Gi Gs Gi 效应器酶：Ac Ac 、 PLC PLC 、离子通道 利用胞浆或胞膜中的物质生成第二信使 4 4第二信使：cAMP cGMP IPcAMP cGMP IP3 3 DG Ca DG Ca+ + 信号传递过程（图）、 （图） 化学信号（激素、递质等）特异性受体 受体- -配体复合物蛋白中介激活效应 器酶系第二信使激活蛋白激酶蛋白质 磷酸化生理效应 由激酶受体完成的跨膜信号转导 受体结构与功能（图） 膜外段： 能与配体相结合。 跨膜：螺旋。 膜内段： 自身酪氨酸残基磷酸化 受体激活 蛋白磷酸化 底物酪氨酸残基磷酸化 跨膜信号转导和原癌基因 原癌

9、基因：与致癌病毒碱基排 列顺序相一致，存在于正常细胞，其正常 表达为生命必需。 表达产物与跨膜信号转导有关 即刻早期基因：又称快速基因、即早基 因、第三信使 细胞的生物电现象 兴奋性与兴奋的概念 1.1.兴奋性：指可兴奋细胞接受刺激后产 生 . . 反应的能力 2. 2. 兴奋：指产生的反应 兴奋的外部表现与实质： 3.3.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 一、细胞膜的被动电学特征 （一）膜电容和膜电阻 （二）电紧张电位 生物电记录方法（图） 二、静息电位 RPRP 概念：指细胞在静息状态时，细胞膜两 侧的电位差。（图） 极性：内负外正，大小用负值表

10、示 大小：神经元：90mv90mv 几个概念： 极化：静息时，膜两侧的内负外正状态 超极化：膜内电位向负值变大的方向变 化 去极化：膜内电位向负值减小的方向变 化 复极化：由去极化或超极化向RP值恢复 反极化：膜内为正，膜外为负的状态 （二）静息电位产生的机制 静息时，细胞内外各种离子的浓度分布不 均，细胞膜对K K+ +通透，对NaNa+ +不通透， K K+ +外流的形成K K+ +平衡电位。（表） 静息电位是K K+ +平衡电位 影响因素： （1 1）细胞外K K+ +浓度（图） 胞外K K+ +浓度升高， 静息电位减小 （2 2）钠- -钾泵的作用 三、动作电位APAP （一）细胞的动

11、作电位 概念： APAP是膜两侧电位在RPRP基础上发生 的一次可扩布的快速而可逆的倒转和复原。 图 去极相去极化 超射锋电位 复极相：复极化初期 后电位复极化后期（负后电位） 后超极化（正后电位） （二）动作电位的产生机制 1 1、电化学驱动力； 2 2、动作电位期间膜电导的变化； 3 3、膜电导与离子通道（膜片钳技术） 锋电位 上升支：去极相 由NaNa+ +内流形成，是NaNa+ +的平衡电位 有效刺激部分NaNa+ +通道开放少量NaNa+ +膜 去极化阈电位大量NaNa+ +通道开放大量 NaNa+ +内流膜内负电位消失，出现正电位 下降支：复极相 NaNa+ +通道失活K K+ +

12、通透性升高 NaNa+ +内流停止， K K+ +外流膜内电位由正向负值变化静息电 位 APAP的产生实质上是受刺激后NaNa+ + 、 K K+ +通道 状态改变导致膜对NaNa+ + 、 K K+ +通透性（电导） 改变的结果。 （图） K K+ +通道：是电压依赖式离子通道，有开、关 两种状态 阻断剂：四乙基胺、四氨基吡啶 NaNa+ + 通道: :是电压及时间依赖式离子通道，有 开、关、失活三种状态（图） 阻断剂：河豚毒素、局麻药 后电位 后去极化：快速K K+ +外流堆积，复极化减慢 后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流 动作电位的特点： a a“全或无”现象：动作电位一旦 产生就

13、达到最大值，其幅度不会因刺激强 度的加强而增大。 b b不衰减传导 c c脉冲式，不会重合 d d不同细胞，APAP的幅度和持续时间不 同 （图） 4 4、动作电位的引起和阈电位 阈电位和锋电位的引起 刺激阈电位APAP 1 1、阈电位 TPTP： 是一种膜电位的临界值，能触发APAP， 是引起钠通道大量开放的膜电位值， 即钠内流形成正反馈的膜电位值。 RPRP和TPTP的差值大，细胞兴奋性低； 差值小，兴奋性高。 2 2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小 刺激强度 局部兴奋（图） 特点（图） （1 1）电位幅度小，呈衰减性传导 （2 2）等级性，非 “全或无”式 （3 3）可以总和： 时

14、间总和 空间总和 （三）动作电位的传导：局部电流学说 APAP在同一细胞上是以局部电流的形式传导的 局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在 电位差，而发生的电荷移动。 神经纤维APAP的传导：神经冲动 （1 1）无髓神经纤维APAP的传导（图） （2 2）有髓神经纤维APAP的传导 在两个相邻的郎飞结间呈跳跃式传导 传导速度快，节能。 影响传导速度的因素： 轴突直径 是否有髓鞘 特点：双向传导 不衰减传导 绝缘性 相对不疲劳性 复合AP-神经干AP 细胞外记录法：双向或单向复合AP（图） 复合AP在一定范围之内可随刺激强度的增大而 增大 （四）缝隙连接（电突触） 电阻小（传导速度快）、双向传导

15、四、组织的兴奋和兴奋性 （一）兴奋和可兴奋细胞 概念： 兴奋：细胞对兴奋发生反应的过程。 可兴奋细胞：凡在受刺激后能产生动作电 位的细胞。 （二）组织的兴奋性和阈刺激 刺激：细胞所处环境因素的变化。 4.反应及两种形式（兴奋和抑制） 5.阈强度：固定刺激时间及强度时间变率 ，刚能引起组织产生反应的刺激强度。简称阈 值。 阈值大则兴奋性低，反之亦然 阈上刺激阈下刺激阈刺激 （三）细胞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 期正常（图） 一、横纹肌 （一）骨骼肌神经- -肌肉接头处的兴奋传递 1 1神经肌肉接头处的结构 （图） 接头前膜 接头后膜 即终板膜 接头间隙 2 2神经肌

16、肉接头处兴奋的传递过程 APAP接头前膜CaCa2+ 2+通道开放 CaCa2+ 2+内流 囊 泡移动、融合出胞作用AchAch释放AChACh与 后膜N N型AChACh受体结合，通道开放NaNa+ +内流 终板电位肌膜NaNa+ +通道开放APAP 终板电位及微终板电位 Ach的释放：量子式释放 Ach的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑 制） N型受体阻断剂：箭毒、银环蛇毒 3、神经肌肉接头处兴奋传递的特征 a、单向传递 b、时间延阁 c、易受环境因素变化的影响 d、是1对1的传递 ( (二) )横纹肌细胞的微细结构 1 1 肌原纤维和肌小节（图） （1 1）肌原纤维 明带：长度可变，其正中的

17、暗线为Z Z线 暗带：长度固定，正中相对透明区为H H带 H H带中央的暗线称为M M 线。 （2 2）肌小节 ：两条Z Z线间的区域 长度=1/2=1/2明带 + + 暗带 （1.5-3.5m 1.5-3.5m ） 2肌管系统（图） （1）横管：由胞膜向内凹入形成 （2）纵管（肌浆网）： 三联管：由每一横管和来自两侧肌小节的 纵管终末池构成 作用：把横管传来的信息和终池Ca2+释放 联系起来 （三）横纹肌的收缩机制肌丝滑行学 说 肌丝滑行学说： 肌细胞收缩时肌原纤维缩短， 是细肌丝向粗肌丝滑行的结果 1 1肌丝的分子结构 （1 1）粗肌丝： 由肌凝蛋白构成 （图） 横桥的作用： a. a.

18、具有与细肌丝结合的位点 b. b. 具有ATPATP酶的活性 (2) (2) 细肌丝 （图） a.a.肌动蛋白，又称肌纤蛋白 具有与横桥结合的位点 b.b.原肌凝蛋白：覆盖结合位点 c.c.肌钙蛋白 与CaCa2+ 2+结合 原肌凝蛋白构象改变 暴露结合位点 收缩蛋白：肌凝蛋白与肌动蛋白 调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白 2 2、肌丝滑行的基本过程（图） 肌浆中CaCa2+ 2+升高 CaCa2+ 2+与肌钙蛋白结合后 构象改变原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转 肌纤蛋白的横桥结合位点暴露横桥和肌纤 蛋白结合，横桥扭动、脱离、再结合、再扭动 （横桥循环、横桥周期）细肌丝向M M线方 移动。 ATPA

19、TP的作用： 提供能量 使横桥脱离 （四）骨骼肌细胞的兴奋- -收缩耦联 把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的中介过程 三个步骤：（图） 1 1肌膜动作电位经横管传向肌细胞的 深处 甘油高渗任氏液可破坏横管系统 2 2三联体处的兴奋传递 横管膜兴奋终末池CaCa2+ 2+通道开放 CaCa2+ 2+进 入肌浆CaCa2+ 2+与肌钙蛋白结合 肌丝滑行肌 收缩 3 3肌浆网对CaCa2+ 2+的释放和回收 释放：APAP使终池膜CaCa2+ 2+通道开放 回收：钙泵作用 骨骼肌收缩的外部表现和力学分析 外部表现：肌肉缩短、产生张力、作 功 肌肉的收缩形式 1 1、等长收缩与等张收缩（图） 等长收缩：指

20、肌肉收缩时只有张力的增 加而无长度的缩短。 等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无 肌张力的变化。 2 2、单收缩与单收缩的复合图 （五）影响横纹肌收缩效能的因素 1 1、前负荷对骨骼肌收缩的影响： 长度- -张力曲线（图） 前负荷：肌肉在收缩前就作用于肌肉的负 荷，将肌肉拉长于某一 状态。 最适初长度：使肌肉收缩时产生最大张力的 初长度。 最适前负荷：产生最适初长度的前负荷。 在最适初长度和前负荷时，肌张力最大， 收缩速度最快，缩短的长度最大，横桥与细 肌丝结合最多，作功效率最高。（图） 2 2、后负荷对骨骼肌收缩的影响： 张力- -速度曲线（图） 后负荷：肌肉开始收缩时遇到的负荷 后负荷愈大，

21、产生张力愈大，肌肉缩 短的速度及缩短的长度愈小 适度的后负荷（百分之三十最大张力处） 才能获得肌肉作功的最佳效率。 3 3、肌肉收缩能力 指与前、后负荷无关的肌肉本身的收缩 能力，即肌肉内部的功能状态。 4、收缩的总和 运动单位：一个脊髓运动神经元及其轴突分 支所支配的全部肌纤维。 总和：运动单位的数量 频率效应 肌肉的收缩形式 1、等长收缩与等张收缩（图） 等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增 加而无长度的缩短。 等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无 肌张力的变化。 2、单收缩与单收缩的复合图 单收缩：当骨骼肌受到一次短促刺激时， 可产生一次动作电位，随后出现一次收缩和舒张 的收缩形式。 复合收

22、缩（强直收缩）：当骨骼肌受到频 率较高的连续刺激时，出现总和的收缩过程。 不完全强直收缩 完全强直收缩 生理情况下支配骨骼肌的运动神经发出的是 连续冲动，故产生的是强直收缩；静息时微弱而 持续的收缩称为肌紧张。 二、平 滑 肌 （一）平滑肌的微细结构 平滑肌细胞的结构特点（图） 致密体 致密区 中间丝 平滑肌细胞的功能特点： 1 1、肌浆网不发达，收缩时需要外 CaCa2+ 2+ 2 2、收缩缓慢而持久，不易疲劳 3 3、对牵拉刺激敏感 4 4、具有自律性 5 5、受自主神经支配，对各种体液因 素敏感 （二）平滑肌的收缩机制 AP外Ca2+内流肌浆网的Ca2+释放 胞浆中Ca2+增加Ca2+与

23、钙调蛋白结合 激活肌凝蛋白激酶ATP分解横桥摆 动细肌丝滑行肌细胞收缩。 与骨骼肌不同之处： 需要外Ca2+ 与钙调蛋白结合 思考题 1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说 明之。 2.比较单纯扩散和易化扩散的异同点? 3.Na+-K+泵活动有何生理意义? 4.简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。 5.衡量组织兴奋性的指标有哪些? 6.神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化?机 制何在? 7.局部兴奋有何特点和意义? 8.比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位 传导的异同点? 9.简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。 10.简述骨骼肌的兴奋收缩耦联过程。 11.比较电压门控通道和化学门控通道的异同点? 12.骨骼肌的收缩有哪些外部表现? 13.以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成部分 及其产生机制 14.试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作电位 有何区别?并分析其原因。 15.试述神经骨骼肌接头处兴奋传递和突触处兴奋传 递有何异同点? 细胞膜的结构示意图 受体介导的入胞过程 由G蛋白介导的跨膜信号转导图 胰岛素受体 示波器工作原理 RP与AP的实验模式图 AP的产生与钠、钾通透性的关系 局部