第二章 细胞的功能课件

第二章细胞的生理功能第一节：细胞膜的物质转运功能第二节：细胞的膜电位和细胞的兴奋功能第三节：细胞的信号转导功能第四节：肌细胞的收缩功能第二章细胞的功能7教学大纲要求

1.掌握★：细胞膜的物质转运功能；静息电位和动作电位及其产生原理；刺激引起兴奋的条件；阈电位；兴奋的传导；骨骼肌兴奋－收缩偶联。2.熟悉☆:阈下刺激与局部反应；细胞兴奋后兴奋性的周期性改变；骨骼肌细胞收缩的原理；肌肉收缩的外部表现和力学分析；影响肌肉收缩的因素。3.了解：细胞膜的基本结构；细胞的跨膜信号转导功能；生物电现象的记录方式。授课时间：7学时第二章细胞的功能7第一节细胞膜的物质转运功能细胞是组成人体最基本结构和功能单位。机体内所有的生命现象都是在细胞的基础上进行的。一、细胞膜的基本结构：化学组成：脂类、蛋白质和糖类。结构：液态镶嵌模型学说。基本内容是：细胞膜是由液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。第二章细胞的功能7（一）脂质双分子层：以磷脂为主，约占70％，其次是胆固醇。第二章细胞的功能7

(二)膜蛋白：镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，形式多样。具有不同的功能：1.蛋白质与物质的跨膜转运有关。如载体蛋白、通道蛋白、离子泵等。2.蛋白质与信息传递有关，如分布在膜外表面的受体蛋白。3.蛋白质与能量转化有关，如ATP酶。第二章细胞的功能7膜蛋白：第二章细胞的功能7细胞膜含有少量糖类，与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。(三)细胞膜上的糖类：主要功能：1.特异性“标志”表示某种免疫信息。2.作为膜受体的可识别部分能特异性地与化学信号分子结合。如递质、激素等。第二章细胞的功能7★二、细胞膜的物质转运功能

由于细胞膜呈特有的液态镶嵌模式，细胞才能有选择地从周围环境摄取各种营养物质，不断排除细胞内废物，使新陈代谢得以正常进行。

小分子物质通过膜的转运方式多种多样，根据其是否消耗能量可分为被动转运、主动转运两大类。

大分子或颗粒物质通过细胞膜的胞吐和胞吞方式进行转运。第二章细胞的功能7概念：物质顺浓度差或电位差进出细胞膜，不需要消耗能量，称为被动转运。分类（根据转运是否需要膜蛋白的帮助）：

①单纯扩散

②易化扩散（一）被动转运第二章细胞的功能7

1.单纯扩散

概念:溶于细胞外液和细胞内液的脂溶性小分子,顺浓度差跨膜转运,称为单纯扩散。转运特点：脂溶性小分子物质，如O2、CO2、NO和尿素。决定因素：膜两侧该物质的浓度梯度和膜对该物质的通透性。[CO2]i＞[CO2]o第二章细胞的功能72.易化扩散

概念:

水溶性小分子物质在细胞膜蛋白的协助下，从高浓度一侧向低浓度侧扩散，称易化扩散。

类型:

②通道介导的易化扩散

①载体介导的易化扩散第二章细胞的功能7（1）载体介导的易化扩散

载体：镶嵌于细胞膜上的特殊载体蛋白，其上具有一个至数个能与被转运物质结合的位点。转运过程：物质+位点→变构→物质转运转运的物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等第二章细胞的功能7

载体(carrier)的特点：①高度特异性（特殊膜蛋白质本身有结构特异性）

②饱和现象（结合位点是有限的）③竞争性抑制（经同一特殊膜蛋白质转运）

第二章细胞的功能7转运的物质:各种带电离子离子扩散动力：膜两侧的离子浓度差、电位差。扩散条件：膜对该物质的通透性，即与离子通道开放有关。[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i（2）通道介导的易化扩散第二章细胞的功能7①通道的概念

能使离子跨膜转运的蛋白质孔道，也称离子通道(ionchannel)。

三种状态：备用、激活和失活。②通道的特点

转运速率高；相对特异性；目前已知在各种组织的细胞膜上存在Na＋、K＋、Ca2+、Cl-等不同的离子通道。

具有门控特性。③门控特性：分类

电压门控(或电压依从性)通道：膜去极化到一定程度开放。

配体门控(称化学门控)通道：受膜环境中某些化学性物质的影响而开放。机械门控通道：膜局部受机械牵拉变形时开放。第二章细胞的功能7

(二)主动转运(activetransport)概念：指细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度或电位差进行的物质跨膜转运。

①原发性主动转运②继发性主动转运分类：第二章细胞的功能7★1.原发性主动转运概念：指由离子泵介导的逆浓度或电位梯度的离子跨膜转运。钠-钾泵（sodium-potassiumpump）：是镶嵌在细胞膜上特殊的蛋白质，具有ATP酶的活性，可以分解ATP，又称Na+-K+依赖式ATP酶，简称钠泵。钠-钾泵作用：膜内[Na+]↑或膜外[K+]↑→钠泵激活→排出Na+、摄入K+

第二章细胞的功能7钠-钾泵小结：

当[Na+]i↑/[K+]o↑→激活钠-钾泵↓分解ATP产生能量↓2个K+泵至细胞内;3个Na+泵至细胞外↓维持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均匀分布状态第二章细胞的功能7通道转运与钠-钾泵转运模式图第二章细胞的功能7钠泵转运的生理意义：①建立势能储备，可为继发性主动转运提供能量来源。例如，细胞内外Na＋和K＋的不均匀分布(细胞内高钾、细胞外高钠)是Na＋和K＋易化扩散的基础。

②膜内低钠是维持细胞的正常体积。③细胞内高钾是许多代谢过程的必需条件。

④保持膜内高钾低钠是细胞生物电活动产生的前提条件。第二章细胞的功能72.继发性主动转运概念：间接利用ATP能量的逆浓度差的跨膜转运。能量不是直接来自ATP的分解，是来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵的活动建立的。分类：①同向转运：如小肠上皮和肠粘膜上皮细胞的Na+-G同向转运等。②逆向转运：如Na+-H+和Na+-Ca2+逆向转运。第二章细胞的功能7继发性主动转运第二章细胞的功能7（三）胞吐和胞吞一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的。胞吐：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。主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。胞吞：指细胞外的大分子物质或团块（如细菌、病毒、异物等）进入细胞的过程。分类：吞噬：转运的物质为固体;

吞饮：转运的物质为液体。第二章细胞的功能7胞吐：第二章细胞的功能7胞吞:第二章细胞的功能7跨膜物质转运功能的小结：

被动转运单纯扩散小分子物质转运易化扩散载体介导的电压门控通道通道介导的配体门控通道机械门控通道主动转运原发性主动转运离子泵

继发性主动转运大分子物胞吐质转运胞吞吞噬吞饮第二章细胞的功能71.简述人体生理功能调节的方式及其特点。2.维持机体稳态的重要调节过程是:

A．神经调节B.体液调节C.自身调节D．正反馈调节E.负反馈调节

3.何谓Na+-K+

泵及Na+-K+

泵的生理意义？4.细胞膜内、外，正常的Na+和K+浓度的维持主要是由于：A．膜在安静时对K+的通透性高

B．膜在兴奋时对Na+的通透性增加C．Na+、K+易化扩散的结果

D．膜上Na+－K+泵的作用E．膜上ATP的作用复习提问第二章细胞的功能7第二节细胞膜电位和细胞的兴奋功能生物电现象临床医学：心电图、脑电图、肌电图、胃肠电…细胞生物电：细胞的电活动表现为膜两侧电位差改变，称为跨膜电位，简称膜电位。

安静----静息电位活动----动作电位第二章细胞的功能7微电极尖端直径只有1µm或更细的微电极，可以测定细胞在安静或活动时细胞膜内外的电位差（即跨膜电位）。生物电现象的观察和记录方法第二章细胞的功能7Patchclamp

（70’）第二章细胞的功能7

★一、静息电位（一）细胞的静息电位（RestingPotential,RP）

概念：细胞在未受刺激时（静息状态下），存在于细胞膜内外两侧的电位差,呈内负外正状态。这种内正外负的状态称之为极化。

第二章细胞的功能7RP实验现象：第二章细胞的功能7（二）静息电位（RP）的产生原理1、前提条件：（1）静息状态下，细胞膜内K+离子大于膜外；

（2）静息状态下，细胞膜对K+选择性通透。

（K+＞Na+＞A-）2、过程：K+外流3、结果：K+平衡电位K+通道阻断剂→四乙胺第二章细胞的功能7

前提条件：①细胞膜内外离子分布不均匀，[K+]i＞[K+]o②细胞膜对K+具有选择性的通透。结果：↓

[K＋]i顺浓度差向膜外扩散

[A-]i不能向膜外扩散↓

[K+]o↑→膜外电位↑

[K+]i↓→膜内电位↓↓膜外出现电位差膜外带正电、膜内带负电的极化状态↓当扩散动力与阻力达到动态平衡时→K＋的净通透为零，这时膜电位稳定在某一水平上，这种外正、内负的电位差称K+的平衡电位结论:RP的产生主要是K＋由膜内向膜外扩散的结果。∴RP相当于K+的平衡电位RP小结：第二章细胞的功能7

★二、动作电位（一）细胞的动作电位(actionpotential,AP)概念：可兴奋细胞接受一次有效刺激后在静息电位的基础上发生一次迅速而短暂的电位波动。AP的产生是细胞兴奋的标志。

第二章细胞的功能7动作电位的特征

①具有“全或无”现象

当给予细胞的刺激强度太小时，AP不会出现，只有刺激强度达到阈值时才可引发AP，而且AP一旦产生，AP大小不随刺激强度的增大而增大，这种特性称为“全或无”定律。②呈不衰减扩布

动作电位一旦产生并不局限于受刺激的局部，可迅速向周围扩播。扩播过程中，其幅度不因传导距离的增加而减小，这种特性称为不衰减传导。③动作电位后具有不应期

动作电位发生后，一定时间内失去对其他刺激的反应能力，进入无反应的状态，称为绝对不应期，简称不应期。第二章细胞的功能7AP的相关概念去（除）极化：膜内外电位差由RP逐步减小乃至消失的过程。反极化或超射：去极化至零电位后膜电位如进一步变为正值。复极化：细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程。超极化：膜内电位大于RP水平的过程。Sti.锋电位后电位第二章细胞的功能71.局部电位：阈下刺激导致局部细胞膜产生小的电位波动。局部电位的特点：①不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。②电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。③无不应期，产生时间总和与空间总和。。

第二章细胞的功能7时间总和空间总和第二章细胞的功能72.阈电位:指能使细胞膜上Na+通道大量开放而引发动作电位的临界膜电位值。即刺激先引发一定数量的Na+通道开放，引起Na+的内流，使膜内的电位升高，达到某一临界值，Na+通道大量开放，Na+迅速大量内流后，再引发更多数量的Na+通道开放，导致Na+通道开放与Na+内流之间出现再生性循环（正反馈）。从而爆发动作电位。阈电位一般比静息电位的绝对值小10～20mV。Sti.锋电位后电位第二章细胞的功能73.动作电位（AP）（1）波形组成Sti.锋电位后电位第二章细胞的功能7★（2）动作电位产生原理去极相（上升支）：条件：（1）细胞膜外Na+浓度>膜内；（2）细胞膜对Na+通透性增强。

过程：少量Na+内流→Na+再生性内流（正反馈）结果：Na+平衡电位Sti.锋电位后电位Na+阻断剂→河豚毒第二章细胞的功能7复极化（下降支）条件：Na+通道失活，K+通道激活；过程：Na+内流减少，K+外流增加超过Na+内流；结果：Na+平衡电位恢复为K+平衡电位。锋电位后电位第二章细胞的功能7负后电位正后电位Sti.锋电位后电位负后电位正后电位阈电位第二章细胞的功能7复极后期（膜电位已恢复到RP水平，但离子分布尚未恢复）膜内Na+↑或膜外K+↑→钠泵激活→排出Na+、摄入K+

→

离子分布恢复到静息时水平第二章细胞的功能7当细胞受到刺激

↓

细胞膜外Na+浓度>膜内膜对钠离子的通透性↑↓Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓→局部电位↓当膜内电位升高→达阈电位时→Na+通道大量开放

膜内负电位减小到零→并变为正电位→AP上升支↓当Na+内流动力和阻力平衡→Na+净流通量为零→Na+

平衡电位Na+通道关而K+通道激活而开放→K+顺浓度差迅速外流↓膜内电位迅速下降，恢复到RP水平→AP下降支↓∵

[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵3Na+泵出、2K+泵回，∴离子恢复到兴奋前水平AP小结：第二章细胞的功能7

①AP去极相（上升支）由Na+内流形成，

AP复极相（下降支）是K+外流形成的，

复极后膜电位已恢复到RP水平，但是膜内、外离子分布尚未恢复，膜内Na+浓度稍升高，膜外K+浓度也增加→激活Na+-K+泵活动。

②AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（Na+泵的活动）。

③AP=Na+的平衡电位。可用Nernst公式的计算结论第二章细胞的功能7二、AP的传导机制：

1.局部电流学说

细胞膜上任何一处发生兴奋而产生的AP，可通过局部电流，迅速传播到整个细胞。

第二章细胞的功能72.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纤维的兴奋传导为跳跃式传导。第二章细胞的功能7第二章细胞的功能71.静息电位的概念？及其产生机制?2.动作电位的概念？及其产生机制?3.动作电位的特征？4.何谓阈电位？5.可兴奋组织接受有效刺激后，所产生反应的共同特征是：A、收缩反应B、分泌活动C、生物电变化D、动作电位E、反射活动6．关于神经纤维的静息电位，下述哪项是错误的：A.它是膜外为正，膜内为负的电位B.其大小接近K+平衡电位C.在不同的细胞，其大小可以不同D.它是个相对稳定的电位E．其大小接近Na+平衡电位复习提问：第二章细胞的功能7★（一）兴奋与兴奋性兴奋的产生取决于刺激强度和细胞的兴奋性。兴奋是指刺激引起组织细胞活动增强或刺激引起细胞产生了动作电位；一切具有生命现象的组织或细胞都具有兴奋性。兴奋性是细胞产生兴奋和抑制的基础。可兴奋细胞在接受刺激发生兴奋的共同表现即AP。通常在研究某个器官或组织功能活动时多以兴奋变化产生机制为主。三、细胞的兴奋性第二章细胞的功能7在刺激强度足够大的条件下，能引起AP产生的最小刺激，称为阈刺激。阈刺激的强度值为阈值。强度高于阈值的为阈上刺激。强度低于阈值的为阈下刺激。阈值是衡量不同组织细胞的兴奋性高低的客观指标。两者成反比关系即阈值=1∕兴奋性

细胞的兴奋性主要决定于静息电位和阈电位，其中最重要是阈电位，而决定阈电位的因素是钠通道的功能状态。血清钾离子浓度会影响静息电位的值，进而影响到细胞的兴奋性。第二章细胞的功能7阈电位和阈刺激的区别：

阈电位是引起细胞膜电压门控Na+通道自动开放的电位，而阈刺激则是静息电位去极化达到阈电位水平需要外加的最小刺激强度。第二章细胞的功能7

在细胞受到刺激暴发动作电位的过程中，若给予第二次刺激，发现细胞的兴奋性呈周期性变化。1.周期性变化绝对不应期相对不应期超常期低常期2.机制：细胞膜的Na离子通道状态的改变。

☆（二）兴奋性的周期性变化mv第二章细胞的功能7细胞兴奋后兴奋性的周期性变化小结第二章细胞的功能7第四节肌细胞的收缩功能人体肌细胞（肌纤维）：骨骼肌、平滑肌、心肌一、肌肉收缩的一般机制（一）骨骼肌的神经-肌接头结构特点

运动神经元末梢与骨骼肌细胞相接触的部位，称为神经-肌肉接头。第二章细胞的功能7神经－骨骼肌结构

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；胆碱酯酶第二章细胞的功能7★

（二）神经－骨骼肌接头的兴奋传递过程

当神经冲动传到轴突末梢→膜Ca2＋通道开放并内流→接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放)→与终板膜上的N2受体结合→终板膜Na＋>K＋通透性↑→终板膜去极化→终板电位（EPP）→去极化达到阈电位→肌细胞膜爆发动作电位第二章细胞的功能7第二章细胞的功能7（三）神经－骨骼肌接头的兴奋传递特点①终板电位是局部电位②单向传递③兴奋传递时一对一关系④时间延搁第二章细胞的功能7（四）神经－骨骼肌接头的兴奋传递的影响因素（1）阻断ACh受体：箭毒和α银环蛇毒，可阻断Ach受体通道，从而阻断接头处的兴奋传递，使肌肉失去收缩能力，起松弛肌肉的作用，故称肌松剂。

肉毒杆菌素可抑制Ach的释放，使肌肉失去收缩能力。重症肌无力（抗体破坏ACh受体）使骨骼肌终板处的ACh受体数量不足或功能降低；应用新斯的明抑制胆碱酯酶的作用，使接头处Ach量增多，可以改善肌无力的症状。（2）抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。可造成ACh在接头处大量积聚而引起种种中毒症状；（痉挛）（3）递质的消除：利舍平可以阻止递质的重摄取第二章细胞的功能7二、肌肉收缩的分子机制（一）骨骼肌的分子结构骨骼肌的肌纤维：快肌纤维：大，收缩力强，含大量肌质网；血供少，线粒体少。因缺乏肌红蛋白，故称白肌慢肌纤维：小，血管支配多，线粒体多含大量肌红蛋白，可结合氧储存氧，又称红肌骨骼肌由大量的成束的肌纤维（肌细胞）组成，每个肌纤维又包含上千条肌原纤维第二章细胞的功能71.肌原纤维

由明带和暗带组成第二章细胞的功能72.肌小节

概念：肌原纤维上相邻的两条Z线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的最基本单位。通常安静时长度为2-2.2微米。

构成：由一组粗、细肌丝组成。第二章细胞的功能7第二章细胞的功能73.肌管系统概念：包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构为肌管系统。组成：横管系统（T管）、纵管系统（肌质网或L管）、三联管（两终末池+横管）第二章细胞的功能7二、骨骼肌细胞的收缩原理（一）骨骼肌收缩的分子机制肌丝滑行理论（Huxley，1954）

:骨骼肌的肌原纤维是由粗、细两组平行的蛋白质丝构成，肌肉的收缩和舒张是通过粗细肌丝在肌小节内相互滑动（改变了两种肌丝的重叠程度）而产生的，而粗、细肌丝各自的长度不发生改变。

第二章细胞的功能71、肌丝分子的组成（1）粗肌丝:肌球蛋白

横桥的特点:①能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合;②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）和作功的能量。（2）细肌丝:①肌动蛋白：位点②原肌球蛋白：位租③肌钙蛋白：调节第二章细胞的功能7粗肌丝细肌丝第二章细胞的功能72.肌肉收缩的过程当肌浆中Ca2+浓度升高↓Ca2+与肌钙蛋白结合引起肌钙蛋白的构型发生改变↓改变的信息→原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点↓横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量↓横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行↓肌节缩短=肌细胞收缩第二章细胞的功能7

★（二）骨骼肌兴奋-收缩耦联

当肌细胞发生兴奋时，首先在肌细胞膜上出现动作电位，然后才发生肌细胞收缩反应。

概念：一次动作电位引起肌细胞发生一次收缩。肌细胞的动作电位引发机械收缩的中介机制称为兴奋-收缩耦联。三联管为兴奋-收缩耦联过程的关键结构，Ca2+是耦联因子。第二章细胞的功能7骨骼肌兴奋-收缩偶联三个主要步骤：1.电兴奋通过横管系统传向肌细胞深处；2.三联体结构处的信息传递；3.肌质网中的Ca2+释放入胞浆以及Ca2+由胞浆向肌质网的再聚积。第二章细胞的功能7第二章细胞的功能7兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联小结：

肌膜AP沿横管膜传至三联管

↓

终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆

↓

Ca2+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

↓

横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP

↓

横桥摆动

↓

牵拉细肌丝朝肌节中央滑行

↓

肌节缩短=肌细胞收缩第二章细胞的功能7

☆三、骨骼肌收缩的外部表现及其影响因素（一）骨骼肌收缩的外部表现1.等张收缩和等长收缩等长收缩:肌肉收缩时，其长度不变，但肌肉张力增大，称为等长收缩。等张收缩:肌肉收缩时，其长度明显缩短，但张力始终不变,称为等张收缩。2.单收缩和强直收缩:

根据所给肌肉刺激频率不同，肌肉兴奋收缩时可呈单收缩和强直收缩两种形式：第二章