理化生细胞生理PPT课件

1、（二）细胞膜蛋白质1）按部位： 表面膜蛋白 整合蛋白2）按功能：（三）细胞膜糖类 多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原决定族=免疫信息（血型）；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。 转运物质 :载体、通道、泵 传递信息：受体 生化反应有关：膜内酶 其他：免疫标志 第1页/共75页二、物质的跨膜转运（一）单纯扩散（二）膜蛋白介导的跨膜转运 1 1、通道介导的跨膜转运：通道转运 2 2、载体介导的跨膜转运：载体转运 3、泵介导的跨膜转运:原发性主动转运、继发性主动转运（三）入胞和出胞第2页/共75页 （一）. .单纯扩散( (simple diffusion)simp

2、le diffusion) (1) (1)概念: :脂溶性物质和少数小分子水溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。第3页/共75页 (2)(2)特点: :A A、扩散速率高 B B、无饱和性C C、不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”D D、不需另外消耗能量E E、扩散量与浓度梯度和膜通透性呈正相关， 表示方法：扩散通量（mol or mmolmol or mmol数 / /s.cm2)s.cm2)F F、转运的物质：O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3 、N N2 2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素 等少数几种。 第4页/共75页（二）膜蛋白介导的跨膜转运1 1、通道介导的跨膜转运（通道运输、

3、经通道易化扩散）概念: :不溶于或难溶于脂质的物质在膜通道蛋白 帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程.第5页/共75页通道运输转运的物质: :各种带电离子第6页/共75页通道分类： 电压门控通道 、 化学门控通道 、 机械门控通道 （此外也有非门控通道，如钾漏通道，缝隙连接）通道特点：门控性；选择性通道状态：静息（备用） 、 激活 、 失活第7页/共75页2 2、载体介导的跨膜转运( (载体运输）转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质第8页/共75页载体介导的跨膜转运: 指某些非脂溶性或脂溶性小的物质，需依靠膜载体蛋白质的“帮助”，由膜的 高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。特点: : 特异性 、饱和

4、性 、竟争性、由高浓度到低浓度 第9页/共75页易化扩散：指某些非脂溶性或脂溶程度较小的，在特 殊蛋白的“帮助”下，由膜的高浓度侧向低浓度侧扩散的过程。包括通道运输 载体运输易化扩散的影响因素影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道开放的数量膜上载体的数量或通道开放的数量第10页/共75页 3.3.泵介导的跨膜转运 （1 1）原发性主动转运（直接利用细胞代谢的能量进行逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运过程） 特点：需要消耗能量, ,能量由分解ATPATP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。 如: : NaNa+ +泵

5、（NaNa+ +-K-K+ +泵、 NaNa+ +-K-K+ + ATPATP 酶）、H H+ +泵等 第11页/共75页泵转运泵转运NaNa+ +-K-K+ +泵（泵（NaNa+ +-K-K+ +-ATPase-ATPase）第12页/共75页通道转运与钠-钾泵转运模式图第13页/共75页 维持 Na+oNa+o高、 K+iK+i高的不均匀分布状态2 2K K+ +泵至细胞内;3;3NaNa+ +泵至细胞外分解ATPATP产生能量当 NaNa+ + i i/K/K+ + o o激活钠- -钾泵: :由、二个亚单位构成， 亚单位由10221022个氨基酸残基构成，1010次跨膜；亚单位由302

6、302个氨基酸残基构成， 1 1次跨膜。第14页/共75页 钠泵作用： 分解ATP;泵入钾(2)泵出钠(3)，形成并保持膜内高钾膜外高钠的分布钠泵的意义：1)细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件2)维持正常细胞体积3)建立势能贮备4)生物电的基础5)影响膜电位第15页/共75页（2 2）继发性主动转运间接利用细胞代谢的能量 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来自膜两侧 NaNa+ + 差，而 NaNa+ + 差是NaNa+ +-K-K+ +泵分解ATPATP释放的能量建立的。第16页/共75页继发性主动转运第17页/共75页物质跨膜转运小结 被动转运被动转运 主动转运主动转运 方式方式 单纯

7、扩散单纯扩散 转运物质转运物质 性质性质 脂溶性脂溶性小分子小分子 转运方向转运方向 顺电、顺电、化学梯度化学梯度 中介中介 无需无需 能量能量 不耗能不耗能 案例案例 O O 、COCO 第18页/共75页物质跨膜转运小结 被动转运被动转运 主动转运主动转运 方式方式 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 原发性主动原发性主动转运转运 继发性主继发性主动转运动转运转运物质转运物质 性质性质 脂溶性脂溶性小分子小分子 非脂溶性非脂溶性小分子小分子 非脂溶非脂溶 非脂溶非脂溶 转运方向转运方向 顺电、顺电、化学梯度化学梯度 顺电、顺电、化学梯度化学梯度 逆电、逆电、化学梯度化学梯度 逆电、逆电、化

8、学梯度化学梯度 中介中介 无需无需 通道通道 载载体体 泵泵 交换体交换体（转运体）（转运体） 能量能量 不耗能不耗能 不耗能不耗能 耗能耗能 耗能耗能 案例案例 O O 、COCO K K+ +、NaNa+ +、AAAA、G G NaNa+ + - K - K+ +泵泵CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+泵泵 G G、AAAA、重、重吸收吸收 第19页/共75页（三）入胞和出胞 出胞: :指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。 入胞: :指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。第20页/共75页出胞：第21页/共75页入胞: :（液相入胞；受体介导入胞）第22页/共75页

9、第二节 细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。 信号物质: :激素、神经递质、细胞因子 、跨膜信号转导方式大体有以下三类： 离子通道型受体介导的信号转导 G G蛋白偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导 （此外也存在：细胞内受体介导的信号转导）第23页/共75页一、G蛋白偶联受体介导的信号转导1 、 G蛋白耦联受体(7次跨膜受体)膜外侧、跨膜段 (结合配体)膜内侧(结合G蛋白)2 、 G蛋白ATP酶第24页/共75页第二信使学说 G蛋白-GDP第一信使+R G蛋白-GTP 效应器酶 蛋白激酶 第二信使 及其他 第二信使前体

10、细胞功能改变第25页/共75页1. 肾上腺素+受体 Gs蛋白 激活腺苷 酸环化酶 ATP cAMP 一些蛋白质磷酸化 PKA 2. 乙酰胆碱+受体 GQ蛋白 激活磷脂酶C 磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇+二酰甘油 一些蛋白质磷酸化 PKC 第26页/共75页二、离子通道介导的信号转导 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） 三、酶偶联受体介导的信号转导第27页/共75页 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（bioelectricitybioelectricity）。 第三节 细胞的电活动“第28页/共75页 兴

11、奋与兴奋性含义的变迁 刺激引起兴奋的条件 刺激的三个参数：强度、时间、强度-时间变化率 强度-时间曲线 阈刺激 阈上刺激 阈下刺激第29页/共75页一、静息电位及其产生机制（一）静息电位( (resting potential resting potential RPRP) )的概念 1. 1.概 念 ：细胞处于安静状态时，细胞膜内外两侧的电位差。 2.2.RPRP实验现象：第30页/共75页2.2.证明RPRP的实验：（甲）当A A、B 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 A电极位于细胞膜外， B 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

12、A、B B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。第31页/共75页 3.3.与RPRP相关的概念： 静息电位: :细胞处于安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。 极化状态（极化）：细胞安静状态时，细胞膜两侧存在的正常数值的外正内负的状态。 超极化 去极化 反极化 复极化 超射第32页/共75页(1)(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 NaNa+ + i i NaNa+ + o o110, 110, KK+ + i iKK+ + o o301301 Cl Cl- - i i ClCl- - o o114, 114, A A- - i iAA- - o o 41 41（二）静息电位

13、产生的机制1.1.静息电位的产生条件膜内 ：膜 外第33页/共75页细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位表2-1（枪乌大神经）离子离子胞胞 外外(mmol/L)胞胞 质质(mmol/L)平衡电位平衡电位（mV）电化学驱动电化学驱动力力(mV)Na+44050+55115K+2040075+ 15Cl5605260 0有机负离有机负离子子38560静息电位静息电位第34页/共75页细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位 表2-2（哺乳动物骨骼肌）离子离子胞胞 外外(mmol/L)胞胞 质质(mmol/L)平衡电位平衡电位（mV）电化学驱动电化学驱动力力(mV)Na+14512+67157K+4

14、15598 + 8Cl120490 0有机负有机负离子离子15590静息电位静息电位第35页/共75页（2 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 K+ + 好； A A- - 差；第36页/共75页2.RP2.RP产生的机制产生的机制: :在静息状态下，细胞内高钾细胞外高钠；膜对钾的通透性较大，对有机负离子小K K顺浓度差向膜外扩散（化学驱动力）A A- -不能向膜外扩散 K K+ + i i膜内电位(负电场) ) K K+ + o o膜外电位(正电场，电驱动力阻止K K+ +外流）当化学驱动力与电驱动力达到动态平衡时，钾跨膜净移动量为零形成Ek（K+平衡电位）；总之RPR

15、P的产生主要是K K向膜外扩散的结果。RPRP略小于K K+ +的平衡电位第37页/共75页静息电位数值的获得：（1）通过实验测得（2）通过Nernst计算 Ex= 60Lg X+ o/X+ i (mV) Ex:某离子X+ 的平衡电位 X+ o：膜外侧离子浓度 X+ i：膜内侧离子浓度实际测定值与理论计算值差别的原因。第38页/共75页二、动作电位二、动作电位( (action potential AP)action potential AP)及其产生机制及其产生机制 APAP实验现象：实验现象：第39页/共75页 动作电位：细胞受刺激兴奋时，在静息电位的基础上产生的可传播的电位波动。 分去极

16、相（上升支）、复极相（下降支）、 后电位第40页/共75页去 极 化上 升 支下降支（一）细胞的动作电位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）后电位第41页/共75页电化学驱动力：决定离子跨膜流动的方向和速度，某离子电化学驱动力应等于膜电位与该离子平衡电位之差。1、AP产生的基本条件: :膜内外存在 NaNa+ + 差: : NaNa+ +i i NaNa+ +O 110O 110；膜在受到阈刺激时，对离子的通透性增加： 即电压门控性NaNa+ +通道激活而开放。（二）动作电位的产生机制第42页/共75页第43页/共75页刺激细胞膜上少量NaNa+ +通道开放NaNa+

17、+少量内流膜电位变到阈电位时NaNa通道大量开放NaNa+ +大量内流（再生式内流）膜电位减小到零并变为正电位（APAP上升支，去极化）NaNa+ +通道关闭，NaNa+ +内流停，同时K K+ +通道的延迟开放K K迅速外流膜内电位恢复到RPRP水平（APAP下降支）同时 NaNa+ + i i、KK+ + O O激活NaNa+ +K K+ +泵NaNa+ +泵出、K K+ +泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位2.2.APAP的产生机制: :第44页/共75页结论：（1 1）APAP的上升支由NaNa内流形成，下降支是K K外流形成的，后电位是NaNaK K泵活动引起的（2 2）APAP的产生

18、是不消耗能量的，APAP的恢复是消耗能量的（NaNaK K泵的活动）。（3 3）APAP接近NaNa的平衡电位。（4 4）动作电位的特点 全或无、不衰减性传导、脉冲式第45页/共75页（三) ) 细胞兴奋后兴奋性的变化 分 期 兴奋性 机 制绝对不应期 降至零 钠通道失活相对不应期 逐渐恢复 通道部分恢复超常期 正常 通道大部恢复；膜电位 与阈电位较近低常期 正常 通道基本恢复；膜电位 与阈电位较远第46页/共75页三、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），称局部兴奋。第47页/共75页特点： 不具有“全或无”现象。 电紧张方式扩布。 具有总和效应：时间性和空间性总和

19、。 第48页/共75页局部反应与AP的区别 局部反应局部反应 动作电位动作电位 阈下刺激引起阈下刺激引起 阈阈(上上)刺激引起刺激引起 钠通道少量开放钠通道少量开放 钠通道大量开放钠通道大量开放 反应等级性反应等级性 “全或无全或无” 有总和效应有总和效应 无无 衰减性传播衰减性传播 非衰减性传播非衰减性传播第49页/共75页四、兴奋在同一细胞上的传导（一）传导机制：局部电流第50页/共75页 （二）传导方式：无髓鞘N N纤维为近距离局部电流第51页/共75页有髓鞘N N纤维为远距离( (跳跃式) )局部电流第52页/共75页（三）传导特点 1 1、生理完整性 2 2、双向性 3 3、相对不疲

20、劳性 4 4、绝缘性 5 5、不衰减性或“全或无”现象 第53页/共75页第四节第四节 肌细胞的收缩肌细胞的收缩 一、横纹肌（一）骨骼肌神经肌接头处的兴奋传递 1 1、N-MN-M接头概念2 2、N-M接头结构：接头前膜、接头间隙、接头后膜( (终板膜) )、囊泡、3 3、终板膜的特征：面积大、N2N2型AchAch受体阳离子通道、乙酰胆碱酯酶接头间隙第54页/共75页4.N-M4.N-M接头处的兴奋传递过程APAP传到轴突末梢前膜CaCa2 2通道开放，CaCa2 2内流接头前膜内囊泡释放AChACh ( (量子释放) )AChACh与终板膜上的N N2 2受体结合，使受体阳离子通道开放Na

21、Na内流（主） 、K K外流终板膜去极化终板电位（EPPEPP）EPPEPP电紧张性扩布使临近肌膜去极化达到阈电位肌细胞膜爆发动作电位第55页/共75页第56页/共75页 Ach的释放：量子式释放、出胞作用（钙离子：中和电荷、降低轴浆粘度、激活收缩蛋白） Epp:概念、特点（局部兴奋、化学依从性） Ap的触发：局部电流 Ach的分解：胆碱酯酶、兴奋与收缩1对1 的关系 影响兴奋传递的因素：低钙高镁、重症肌无力、箭毒、有机磷农药中毒等第57页/共75页（二）横纹肌细胞的微细结构第58页/共75页2.2.肌小节: : 是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。 1.1.肌管系统： 横管系统：T T管 纵管

22、系统：L L管 三联管（T T管+2+2终池）二联管（T管+1终池;心肌）第59页/共75页3.3.肌原纤维： 粗肌丝(1.6um): (1.6um): 由肌球蛋白（肌凝蛋白）组成，其头部有一膨大部横桥 细肌丝(1.0um):(1.0um):肌动蛋白( (肌纤）：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；原肌球蛋白（原肌凝）：静息时掩盖横桥结合位点；肌钙蛋白（原宁）：与CaCa2+2+结合变构后, ,使原肌球蛋白位移暴露出结合位点。(T:(T:结合原肌球蛋白、I:传递信息、C:结合钙离子）第60页/共75页 肌丝滑行学说、横桥理论（三）横纹肌的收缩机制第61页/共75页按任意键飞入横桥摆

23、动动画肌节缩短= =肌细胞收缩牵拉细肌丝朝肌节中央滑行横桥摆动同时横桥分解ATP释放能量使结合力增强与结合位点结合，原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点CaCa2 2+ +与肌钙蛋白结合终池膜上的钙通道开放终池内的CaCa2 2+ +进入肌浆第62页/共75页（四）（四）横纹肌的兴奋横纹肌的兴奋- -收缩耦联收缩耦联 1 1）肌膜电兴奋的传导到横管, ,激活T T管和肌膜上的L L型钙通道. .22）L型钙通道变构使终池对Ca2+通透性增加 3 3）肌浆中CaCa2+2+浓度升高，结合TnC,TnC,肌丝滑行 4 4） 钙泵使CaCa2+2+回到终池，肌肉舒张. .第63页/共75页骨骼肌舒

24、张机制兴奋-收缩耦联后肌膜电位复极化终池膜对Ca2+通透性肌浆网膜Ca2+泵激活肌浆Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离原肌凝蛋白覆盖的横桥结合位点骨骼肌舒张第64页/共75页运动神经冲动传至末梢末梢CaCa2+2+通透性增加 CaCa2+2+内流接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂AChACh释放入接头间隙 AChACh与终板膜受体结合受体构型改变终板膜对NaNa+ +、K K+ +( (尤其NaNa+ +) )的通透性增加产生终板电位( (EPP)EPP)EPPEPP引起肌膜APAP肌膜APAP沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池内CaCa2+2+进入肌浆CaCa2+2+与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点 横桥分解ATP与结合位点结合横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短= =肌细胞收缩小结：骨骼肌收缩全过程1.1.兴奋传递 2. 2.兴奋- -收缩（肌丝滑行）耦联第65页/共75页( (五) )影响横纹肌收缩效能 的因素 1. 1.前负荷：前负荷： 前负荷肌节初长度粗细肌丝的重叠程度肌张力。 肌节最适初长（2.0-2.22.0-2.2 m m）时，粗细肌丝重叠佳，肌缩速度、幅度和张力最大； 在一定范围内，前负荷愈大，初长度愈长，