2细胞基本生理

1、细胞的基本功能细胞的基本功能primary function of cell引言n细胞是生物体的基细胞是生物体的基本组成和功能单位本组成和功能单位n约约38亿年前，地球亿年前，地球上出现了原始的细上出现了原始的细胞，生命完成了化胞，生命完成了化学进化阶段，进入学进化阶段，进入了生命演化的快车了生命演化的快车道！道！n细胞表现出哪些基细胞表现出哪些基本的生命活动？本的生命活动？n目的要求目的要求：n n 复习复习 细胞膜的基本结构，细胞膜的基本结构， n 熟悉熟悉 细胞膜物质转运功能细胞膜物质转运功能n 通道与载体通道与载体 n 了解了解 跨膜信号传递过程；跨膜信号传递过程； n 掌握掌握 生物

2、电产生和冲动传导的基本原理生物电产生和冲动传导的基本原理 n 清楚清楚 肌肉收缩过程肌肉收缩过程。一、细胞膜的基本结构和功能一、细胞膜的基本结构和功能1.1 细胞膜的基本结构细胞膜的基本结构n液态镶嵌模型液态镶嵌模型n保护细胞、保护细胞、n物质交换、传递信息物质交换、传递信息、n能量转换能量转换n运动和免疫等。运动和免疫等。1.2 细胞膜的细胞膜的基本功能基本功能1.2.1 物质转运物质转运n（1）被动转运：）被动转运： n 简单扩散 n simple diffusion n 易化扩散 n facilitated diffusion n a. 载体蛋白（船）n b.通道蛋白（桥）n（2）主动转

3、运）主动转运n（3）胞吐与吞饮）胞吐与吞饮（1）被动转运）被动转运na.简单扩散简单扩散 simple diffusionn非极性非极性n极性极性n小分子小分子b.易化扩散易化扩散载体载体n可饱和性n选择性c.易化扩散易化扩散通道通道 非门控通道非门控通道 门控通道门控通道(ion channel)： 化学门控通道化学门控通道 电压门控通道电压门控通道 机械门控通道机械门控通道nion selectivity (离子选择性离子选择性)ngating (门控特性门控特性)水通道水通道化学门控化学门控nchemically-gated channeln乙酰胆碱乙酰胆碱nach电压门控电压门控na+

4、通道通道voltage-gated sodium channeln电压感受器电压感受器 voltage-sensor电压门控式钠离子通道三种状态电压门控式钠离子通道三种状态n关闭（备用）关闭（备用） 激活激活 失活失活 备用备用n 细胞膜电势变化细胞膜电势变化closed openstretch机械门控式通道机械门控式通道mechanically-gatedn逆电化学梯度逆电化学梯度n消耗能量消耗能量(2) 主动转运主动转运钠泵钠泵（na-k-atp酶），每分解1分子atp，排出3个na+，摄入2个k+。斯科斯科(jens c.skou)，1997 。1/3 活动的结果？活动的结果？同向共转运

5、同向共转运逆向共转运逆向共转运n继继发发性性主主动动转转运运载载体体与与通通道道小小结结n细胞膜的形态变化细胞膜的形态变化(3)胞吐与内吞胞吐与内吞n基本过程：第二信使学说第二信使学说1.2.2 信息传递信息传递膜受体膜受体 ：细胞膜上专一性结合激素、神经递质以及细胞膜上专一性结合激素、神经递质以及其他化学活性物质并引起细胞特异反应的特殊蛋白其他化学活性物质并引起细胞特异反应的特殊蛋白质。质。 第二信使第二信使camp cgmp ctmp etc.肾上腺素肾上腺素受体受体g蛋白蛋白腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶camp蛋白激酶蛋白激酶磷酸化酶磷酸化酶肌糖元肌糖元two major pathwaysb

6、y which g-protein-linked cell-surfacereceptors generatesmall intracellularmediatorsn刺激与反应刺激与反应 stimulus & reactionn适宜刺激与不适宜刺激适宜刺激与不适宜刺激 直接刺激与间接刺激直接刺激与间接刺激二、细胞的兴奋性和生物电现象二、细胞的兴奋性和生物电现象n2.1 细胞的兴奋性及其变化细胞的兴奋性及其变化2.1.1 细胞的兴奋性细胞的兴奋性兴奋与兴奋性兴奋与兴奋性excitation & excitability2.1. 引起细胞兴奋的条件引起细胞兴奋的条件 (一一)组织

7、的机能状态组织的机能状态 （二）刺激的特征（二）刺激的特征 时间、强度n阈强度阈强度 threshold intensity n阈刺激、阈上刺激、阈下刺激。基强度：最低的阈强度 n时值时值 chronaxie2.1.3 兴奋性的变化兴奋性的变化n.兴奋后兴奋性的变化兴奋后兴奋性的变化n绝对不应期：绝对不应期：absolute refractory period 0.3msn相对不应期：相对不应期：relative refractory period 3msn超常期：超常期：supernormal period 12msn低常期：低常期：subnormal period 70ms n.阈下总和阈

8、下总和 n阈下刺激相继或同时作用n时，有可能引起一次兴奋，n称为阈下总和。生物体在生命活动过程中所表现的电现象生物体在生命活动过程中所表现的电现象称为生物电称为生物电 bioelectricity 研究历史：1786 伽伐尼/伏特 发现与争论 1902 伯恩思坦 “膜学说” 1939 霍奇金、赫胥里 “离子学说”n2. 细胞的生物电细胞的生物电生物电的产生依赖于细胞膜对生物电的产生依赖于细胞膜对化学离子的选择通透性及其化学离子的选择通透性及其在不同条件下的改变。在不同条件下的改变。静息电位静息电位 resting potential rp细胞未受到刺激时，即细胞处于静息状态下细胞膜细胞未受到刺

9、激时，即细胞处于静息状态下细胞膜两侧所存在的电位差，称为静息膜电位两侧所存在的电位差，称为静息膜电位 2.2.1静息电位及其产生机制静息电位及其产生机制 外正、内负外正、内负 -65 -65mvmv-100mv -100mv “ “极化极化”、 “ “去极化去极化”、“反极化反极化”、 “ “超极化超极化”、“复极化复极化”n形成机理：形成机理：n由于由于na+泵的作用，膜两侧泵的作用，膜两侧na+、k+不均衡不均衡分分布，分别具有向膜内、外扩散的趋势，其离布，分别具有向膜内、外扩散的趋势，其离子通透性的大小取决于膜上相应离子通道开子通透性的大小取决于膜上相应离子通道开放情况。放情况。表表2-

10、1 典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较（典型的哺乳动物细胞内外离子浓度的比较（mmol/l） 组份组份 胞内胞内 胞外胞外 k+ 140 5 na+ 515 145 k+的平衡电位的平衡电位动力：浓度差动力：浓度差阻力：电位差阻力：电位差浓度浓度电势电势静息条件下，细静息条件下，细胞膜对胞膜对na+不通透，不通透，对对k+通透通透n动作电位动作电位 action potential ap. n细胞受到有效刺激后，在静息电位的基础上，细胞受到有效刺激后，在静息电位的基础上，细胞膜发生一次短暂的电位波动，称为动作膜细胞膜发生一次短暂的电位波动，称为动作膜电位，简称动作电位。电位，简称动作电位。

11、2.2.1动作电位及其产生机制动作电位及其产生机制形成机理形成机理nna+内流内流-去极化和反极化去极化和反极化nna+通道关闭、内流达平衡通道关闭、内流达平衡nk+外流外流-复极化复极化nna+泵活动加强泵活动加强nna+通道激活，通道激活，0.5ms内内通透性增加通透性增加500倍。倍。n“正反馈正反馈” “全或无全或无”的特性的特性三、n神经兴奋时表现为神经兴奋时表现为ap，ap沿神经纤维的传播沿神经纤维的传播称为神经冲动。称为神经冲动。 n 神经冲动的产生n 神经冲动的传导三、神经冲动的产生和传导三、神经冲动的产生和传导n刺激刺激 局部电位局部电位 阈电位阈电位 锋电位与后电位锋电位与

12、后电位n局部电位：局部电位：由阈下刺激引起由阈下刺激引起na+少量内流而形成的膜电位，少量内流而形成的膜电位，局部兴奋、局部去极化局部兴奋、局部去极化3.1 神经冲动的产生神经冲动的产生 n特点：随刺激强度增强特点：随刺激强度增强而增大其幅度，无不应而增大其幅度，无不应期，不传播，可以扩散、期，不传播，可以扩散、总和总和阈电位：阈电位：rp去电极达到某一临界数值，引起去电极达到某一临界数值，引起na+通道通道大量开放，大量开放，na+大量内流而爆发大量内流而爆发ap。 电压门控通道电压门控通道 hodgkin循环循环锋电位：神经冲动的表现形式，幅度为锋电位：神经冲动的表现形式，幅度为rp与超射

13、之和与超射之和 后电位：锋电位之后后电位：锋电位之后的微小电位波动；的微小电位波动；包括负后电位和正包括负后电位和正后电位。后电位。有髓纤维与无髓纤维有髓纤维与无髓纤维绝缘的髓鞘（雪旺氏细胞）绝缘的髓鞘（雪旺氏细胞） 郎飞氏节郎飞氏节3.2 神经冲动的传导神经冲动的传导n传导：同一细胞内的传播n传递：不同细胞间的传播n“局部电流学说局部电流学说”“跳跃式传导跳跃式传导”n绝 缘 的 髓 鞘绝 缘 的 髓 鞘（雪旺氏细胞）（雪旺氏细胞）n郎飞氏节郎飞氏节n快快20倍倍n组成神经干的许多组成神经干的许多nf生物电变化的总和。生物电变化的总和。n一定范围内，随刺激强度的增加，ap的幅度从无到有逐渐增

14、大，直至达到一最大幅度n随传播距离增加，ap被分解为若干成分。n原因：纤维愈粗，阈值愈低，传导速度愈快。3.3 神经干的复合动作电位神经干的复合动作电位（1） 生理完整性生理完整性（2） 传导的绝缘性传导的绝缘性（3） 双向传导性双向传导性（4） 非递减性非递减性 （5） 相对不疲劳性相对不疲劳性 蛙神经 50100次/s 912小时3.4 神经传导的一般特性神经传导的一般特性n4.1 神经-肌肉接头的兴奋传递n4.2 骨骼肌收缩的机制n4.3 骨骼肌收缩的代谢四、骨骼肌的收缩四、骨骼肌的收缩n运动终板：运动终板：运动神经纤维末梢与骨骼肌细胞运动神经纤维末梢与骨骼肌细胞之间相联结借以传递兴奋的

15、特殊结构。之间相联结借以传递兴奋的特殊结构。n运动单位：运动单位：一个一个运动神经元的所有分支所支运动神经元的所有分支所支配的全部肌纤维。配的全部肌纤维。几条至几千条，与肌肉运动的特点有关4.1 神经神经-肌肉接头的兴奋传递肌肉接头的兴奋传递突触前膜突触前膜终板膜终板膜突触间隙突触间隙4.1.1 运动终板运动终板的形态结构的形态结构ap 前膜去极化前膜去极化 乙酰胆碱乙酰胆碱 后膜受体后膜受体 na+-k+通道通道 离子流动离子流动 终板电位终板电位 扩散扩散 兴奋兴奋 ca+4.1.2 兴奋传递过程兴奋传递过程终板电位与微终板电位终板电位与微终板电位高幅度，高幅度，1：1n兴奋兴奋 n终末池

16、终末池n ca+ n 收缩收缩4.2 骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩4.2.1 兴奋兴奋收缩耦联收缩耦联 “滑行学说滑行学说” n 1957年年 na.f. huxley & h.e. huxley4.2.2收缩机制收缩机制骨骼肌基本结构骨骼肌基本结构肌外肌外膜膜肌内肌内膜膜肌束肌束膜膜肌束肌束肌管系统：肌管系统： 纵管、横管纵管、横管肌原纤维：肌原纤维： 粗肌丝、细肌丝粗肌丝、细肌丝肌微丝的分子结构肌微丝的分子结构粗肌丝：肌球（凝）蛋白粗肌丝：肌球（凝）蛋白细肌丝：肌动蛋白细肌丝：肌动蛋白 原肌球蛋白原肌球蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白横桥周期横桥周期cross-bridge cyclingadp

17、及及pi的释放的释放滑行过程滑行过程n当肌纤维兴奋时，肌浆网内的当肌纤维兴奋时，肌浆网内的ca+冲入肌浆，与肌钙蛋白冲入肌浆，与肌钙蛋白结合后，引起肌钙蛋白构型改变，进而原肌球蛋白分子构结合后，引起肌钙蛋白构型改变，进而原肌球蛋白分子构型改变，肌动蛋白与横桥结合，发生型改变，肌动蛋白与横桥结合，发生adp及无机磷酸的释及无机磷酸的释放，肌动蛋白头部摆动，发生粗、细肌丝间滑行，肌小节放，肌动蛋白头部摆动，发生粗、细肌丝间滑行，肌小节缩短缩短 ca+浓度变化浓度变化atpna. 兴奋性兴奋性 一切活组织的共性n正常情况下只接受运动n传来的兴奋，不应期较短，几个ms几十个ms。nb. 传导性传导性

18、神经、肌肉组织的共性n（横纹肌）传导速度快于平滑肌和心肌，只在一条肌纤维内传播。nc. 收缩性收缩性 肌肉组织的特性n 速度快、强度大、但不能持久。4.3 肌肉收缩的特性与代谢肌肉收缩的特性与代谢4.3.1 肌肉的生理特性肌肉的生理特性na. 等张收缩和等长收缩等张收缩和等长收缩 4.3.2 肌肉收缩的机械变化肌肉收缩的机械变化nb.单收缩单收缩 single twitch ： 实验条件下，肌肉受到单实验条件下，肌肉受到单个有效刺激而产生一次迅个有效刺激而产生一次迅速而短暂的收缩速而短暂的收缩nc.收缩总和与强直收缩收缩总和与强直收缩n收缩总和收缩总和summation of contract

19、ion ：相继刺激引起：相继刺激引起的收缩叠加在前一次收缩之上。的收缩叠加在前一次收缩之上。n强直收缩：冲动或刺激的频率增加到一定数值时，强直收缩：冲动或刺激的频率增加到一定数值时，许多单收缩融合在一起，肌肉持续处于收缩状态，许多单收缩融合在一起，肌肉持续处于收缩状态，称为强直收缩称为强直收缩。n 不完全强直收缩不完全强直收缩 incomplete tetanus n 张力张力 收缩曲线收缩曲线n 完全强直收缩完全强直收缩 complete tetanusn 融合频率融合频率ncritical fusion frequency：n冲动或刺激引起完全强直收缩的冲动或刺激引起完全强直收缩的最低频率

20、最低频率。n（1） 疲劳疲劳n（2） 无氧代谢和有氧代谢无氧代谢和有氧代谢n氧债氧债oxygen debt：肌肉强烈活：肌肉强烈活动时消耗大量能量，恢复期内恢动时消耗大量能量，恢复期内恢复能量贮备需要摄取额外的氧进复能量贮备需要摄取额外的氧进行氧化磷酸化，称为氧债。行氧化磷酸化，称为氧债。n（3） 产热产热n肌肉收缩：化学能（atp）机械能n恢复期： atp的生成4.3.3 肌肉收缩的代谢肌肉收缩的代谢*平滑肌平滑肌n一单位平滑肌一单位平滑肌n消化管道、胆管、输尿管、消化管道、胆管、输尿管、n子宫壁子宫壁n 起搏细胞（起搏细胞（pace-maker cell）n多单位平滑肌多单位平滑肌n 睫状

21、肌、虹膜肌、竖毛肌、睫状肌、虹膜肌、竖毛肌、n 大血管、大气管大血管、大气管本章小结本章小结n细胞膜的离子转运：离子通道、主动转运细胞膜的离子转运：离子通道、主动转运n兴奋性：相关概念兴奋性：相关概念n兴奋的发生过程和机理兴奋的发生过程和机理n兴奋的传导与传递过程兴奋的传导与传递过程n骨骼肌的收缩骨骼肌的收缩复习思考题复习思考题n基本概念： n 刺激与反应 兴奋与兴奋性 阈强度与时值 ap与rp 膜受体 hodgkin循环 运动单位与运动终板 强直收缩与融合频率n思考题：n 1、分析兴奋后兴奋性变化的原因n 2、总结由刺激引起神经兴奋，继而引起肌肉收缩过程的分子（离子）机制。2003诺贝尔化学奖-peter agre and roderick mackinnonpassage of water molecules through the aquaporin aqp1. because of the positive charge at the center of the channel, positively charged ions such as h3o+, are deflected. this prevents pr