绪论及细胞基本功能课件

绪论及细胞的基本功能

生理学的研究对象和任务生理学的研究对象：生理学是生物学的一个主要分支人体生理学是研究正常人体各个组成部分功能活动规律的一门科学。人体生理学的任务

主要研究人体各系统的器官和细胞的正常活动规律：

呼吸、消化、循环、肌肉运动等生命活动的发生机制、相互关系以及内外环境的各种变化对这些生命活动的影响。

学习生理学目的

人体生理学是一门重要的基础医学理论科学。目的：防病治病，促进健康必须首先了解正常人体各组成部分功能；理解在疾病状态下身体某系统和器官结构和功能的病理变化；药物治疗对其的影响。

学习生理学的方法

1.辩证唯物主义观念。

2.分析归纳（induction）、综合演绎（deduction）、逻辑推理的研究策略。

用分子水平分析生命现象中基本物理、化学过程，从综合的角度以整体观念认识机体在表现其特定功能中的控制调节、信息过程、相关各因素的影响机制。

3.生理学的知识有两大类“机制”的解释：不断补充、更新、深化基本规律的认识：变化较小生理学的应用归纳为两大类：1.对医学和各种有关的生产实践应用:

临床各学科、基础医学各学科、体育、航空、航天、潜水等。2.支持达尔文的进化理论,丰富了辩证唯物主义理论。机体的结构、功能随动物进化水平而异，其活动特征对立统一、从量变到质变的规律。二、生理学与医药学的关系

三、生理学研究的方法和三个水平生理学是一门实验性科学，科学实验是创立和发展生理学的源泉。17世纪初，英国医生WilliamHarvey首先用动物活体实验的方法研究了血液循环。在1628年发表的论著《心与血的运动》第一次科学地阐明了血液循环的途径与规律。并指出心脏是循环系统的中心17-18世纪显微镜的发明和物理学、化学的迅速进步.应用显微镜发现了毛细血管，证实了Harvey对循环系统结构的推论；物质守恒与能量守恒及转化定律的提出，以及燃烧和呼吸原理的阐明，为机体新陈代谢的研究奠定了基础。19世纪自然科学的迅速发展，生理学实验研究也大量开展，累积了大量各器官生理功能的知识。感觉器官、神经系统、血液循环、肾的排泄功能、内环境稳定等的研究，均为生理功能提供了不少宝贵资料。Frank-Starling离体蛙心实验

1895年TheFrank-Starling“LawoftheHeart”

（静脉回流对心功能影响）1914年

我国现代生理学60余年的历史1926年北京协和医学院生理系主任林可胜发起创建了中国生理学会，出版了《中国生理学杂志》。当时我国比较集中的研究工作是关于胃液分泌、物质代谢、神经肌肉和心血管运动的神经调节等问题，并在学术上作出了贡献，受到国际生理学界的重视。近二三十年来细胞、分子水平的研究深入到细胞内部环境的稳态及其调节机制、细胞跨膜信息传递的机制、基因水平的功能调控机制等。整体水平研究神经免疫内分泌学等；采用了许多先进技术，使整体生理学研究，尤其是各种特殊条件下（如劳动、运动、高空、高原、潜水等）的研究，取得了很大进展。发展总趋势:向微观的细胞分子水平深入发展，向宏观的整体水平加快扩展。血液循环的途径与规律研究方法(一)动物实验法急性实验：离体、在体慢性实验

(二)人体实验法生理学研究中，常用有

现场测试法和实验室测试法。急性实验(acuteexperiment)在体(invivo)实验离体(invitro)实验如：去大脑僵直如：骨骼肌实验装置图慢性实验(chronicexperiment)

如研究动物的胃液分泌，采用假饲的实验方法1.细胞和分子水平的研究以细胞和构成细胞的分子为研究对象，观察细胞内生物分子的物理学和化学特性及其亚微结构的功能。在这个水平进行研究所获取知识的学科称为细胞生理学或普通生理学。生理学研究的三个水平2.器官和系统水平的研究

以器官和系统为研究对象，观察其功能、它在机体整个生命活动中所起的作用、功能活动的内在机制及影响因素等。在这个水平进行研究所获取的知识称为器官生理学。3.整体水平的研究

以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种环境条件和生理情况不同的器官、系统间的相互联系，相互协调，以及完整机体对环境变化发生各种反应的规律。第二节生理学研究的基本范畴一.内环境和稳态体液

1.概念指机体内液体的总称（占体重60%）

2.分布①细胞内液—（40%）

②细胞外液—（20%）

血浆—5%组织液—15%内环境

（Internalenvironment）概念:

人体的绝大多数细胞并不直接与外界环境接触,而是浸浴在细胞外液中,细胞外液是细胞在体内直接所处的环境，称为内环境。细胞外液包括：

血浆、组织液、淋巴液、脑脊液、房水、关节腔液等。稳态：在正常生理情况下，内环境的各种理化性质在很小的范围内发生变动。如O2和CO2分压、渗透压、pH、体温等都保持相对稳定的状态，称为稳态。

稳态是一种动态平衡①细胞的代谢不断进行就不断的扰乱和破坏内环境稳态。②通过机体的调节使细胞、组织、器官和系统正常功能的行使，参与维持内环境的稳态，使稳态不断的恢复平衡。意义：

稳态是机体维持正常生命活动的必要条件。

稳态偏离正常-疾病

1.概念：是指细胞所处环境因素的变化。

2.类型:物理、化学、机械

时间强度1）刺激强度2）刺激持续时间3）强度-时间变化率

3.刺激的三要素刺激①概念：引起组织产生反应（动作电位）所需的最小刺激强度。

(阈上刺激、阈下刺激)②意义：衡量组织兴奋性高低的指标。阈值1*阈强度（阈刺激、阈值）兴奋性∝

组织的兴奋性和阈刺激可兴奋细胞接受刺激后能否发生兴奋取决于刺激量的大小（三个参数）细胞的反应能力（功能状态）1.概念

机体受刺激后某种功能状态的变化2.形式

1)兴奋：静止→活动或活动弱→强

2)抑制：活动→静止或活动强→弱反应阈强度（阈值）

阈刺激阈上刺激阈下刺激刺激反应兴奋性兴奋解释下列名词：①生理学②内环境③稳态④反射⑤体液调节⑥负反馈⑦正反馈生理功能的调节

当内、外环境发生改变时，机体各种功能活动发生相应变化，使机体能适应各种不同的生理情况和外界环境的变化，保持内环境相对稳定的过程称为生理功能的调节。

三种调节方式：神经调节

体液调节

自身调节（一）神经调节神经调节：由神经系统的活动调节生理功能的调节方式。

调节特点：快速、短暂、精确

调节基本方式：反射

调节结构基础：反射弧反射弧组成：五部分

-换能

传入神经传导神经冲动

-分析、综合，作出反应

传出神经传导神经冲动

-相应活动感受器神经中枢效应器反射弧(reflexarc)：五部分必须完整神经调节的特点：

反应快作用部位准确作用持续时间短（二）体液调节概念：指由机体内分泌腺和内分泌细胞分泌的某些特殊化学物质，经体液运输到全身组织细胞，发挥其生理活动调节的方式。激素：由内分泌细胞分泌，携带生物学信息，能对组织细胞功能进行调节的化学物质称为激素。激素作用的细胞为靶细胞。靶细胞-受体激素运输途径及作用范围全身体液调节

体液调节

局部体液调节激素分泌的方式：长距离分泌:激素→血液运输旁分泌:组织液扩散神经分泌:神经细胞分泌体液调节特点：作用缓慢、广泛、持久。

（三）自身调节概念：指机体许多组织、细胞在不依赖于外来的神经、体液因素作用下，自身对周围环境的变化发生的适应性反应，称为自身调节。特点：

准确、稳定、调节幅度小，灵敏度低。四、体内的反馈控制系统

人体生理功能的各种调节形式可用工程技术领域的控制论加以解释。控制部分控制系统的基本组成受控部分监测装置

根据控制部分、受控部分的相互关系非自动控制系统

控制系统分为反馈控制系统前馈控制系统

非自动控制系统

控制方式：单向性“开环”的系统机能活动

活动或停止控制特点：①对受控部分的活动不起调节作用。②在人体生理功能调节中，该方式极少见的，仅在反馈机制受到抑制时，机体的反应表现为非自动控制的方式。

指令控制部分受控部分（一）反馈控制系统特点：“闭环”系统控制方式：双向性（分：正反馈、负反馈）

①在控制部分-非控制部分双向信息联系

②控制部分发出控制信号支配受控部分的活动

③受控部分的功能状态经监测装置检测后发出反馈信号改变控制部分的活动。刺激感受器控制系统中枢传入神经传出神经效应器受控系统反应反馈回路

控制部分发出信号指示受控部分发生活动，受控部分则发出反馈信号返回到控制部分，使控制部分能根据反馈信号改变自己的活动，从而对受控部分的活动进行调节反馈控制(feed-backcontrol)监测装置检测（调定点）反馈（feedback）

受控部分发出反馈信号影响控制部分活动的过程称为反馈。

负反馈控制系统概念：如果反馈调节使受控部分的活动向和它原先活动相反的方向发生改变，这种方式的调节称为负反馈。在正常人体内，绝大多数控制系统都是负反馈方式的调节。以调定点为参照水平进行调节。

意义：使机体的某项生理功能保持稳定。

（二）正反馈控制系统概念：如果反馈调节使受控部分继续加强向原先方向的活动则为正反馈。正反馈在体内较少,它使整个系统处于再生状态,破坏原先的平衡状态。

排尿、排便、射精、血凝、分娩等。意义：使机体的某项生理功能在同一方向上不断加强，以致使这一功能得以迅速完成。血凝过程（三）前馈控制系统意义：及时调控受控制部分的活动，使活动更加准确与协调。

具有适应性、预见性。特点：对受控部分的调控较迅速、使活动

幅度小、更加准确。

控制部分发出信号，指令受控部分进行某一活动，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，及时地调控受控部分的活动。控制部分受控部分监测装置输入信息控制信息输出变量干扰信息前馈信息前馈控制(feed-forwardcontrol)

细胞的基本功能（一）

第二章：人体的基本组成部分在其他课程中学习，部分将在各论复习本节课仅复习细胞的基本结构部分细胞膜一、细胞膜的化学成分及结构液态镶嵌模型：以液态的脂质双分子层为基架，不同分子结的蛋白质镶嵌其中。1.膜脂以磷脂类为主，约占脂质总量的70%以上；胆固醇，一般低于30%；少量属鞘脂类的脂质。功能：①屏障作用②传递信息

根据碱基不同，细胞膜中的磷脂主要有四种：

磷脂酰胆碱(膜外侧)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸。鞘脂类的基本结构和磷脂类似，但不含甘油(膜外侧)

。胆固醇含有一个甾体结构（环戊烷多氢菲）和一个8碳支链。

2.膜蛋白功能：酶蛋白转运蛋白受体蛋白

①转运物质②传递信息③免疫标志结构：主要以а-螺旋或球形蛋白质的形式存在

表面蛋白（表在蛋白20%-30%）存在形式分为

嵌入蛋白（整合蛋白70%-80%）特点：流动性（横向移动）表在蛋白（外在蛋白、表面蛋白）（Peripheralproteins）占20%~30%,以静电引力或离子键与整合蛋白结合,附着于膜表面，主要在内、外表面表在蛋白---++++++++++++---------嵌入蛋白3.膜糖类

细胞膜所含糖类2%~10%，成分：主要是一些寡糖和多糖链形式：共价键的形式和膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白部位：糖链绝大多数是裸露在膜的外面一侧。功能：①免疫标志②传递信息细胞膜的物质转运功能一、被动转运物质分子或离子顺着浓度梯度或电-化学梯度进行的跨膜转运，不需要消耗能量。分为：单纯扩散、易化扩散

（一）单纯扩散概念：高浓度区域中的溶质分子将向低浓度区净移动，这种现象称为单纯扩散。物质的移动方向和速度：决定于各该物质的浓度差，膜对该物质的通透性。扩散的物质：脂溶性高、分子量小的物质。

O2、CO2、N2、乙醇、尿素、水等。膜蛋白介导的跨膜转运：根据转运方式的不同，

通道膜蛋白分为载体离子泵转运体被动转运：通道、载体膜蛋白介导的跨膜转运（不耗能、顺梯度）

原发性

主动转运：泵继发性（耗能、逆梯度）被动转运主动转运

1.经载体易化扩散

（1）顺梯度（2）饱和现象

膜结构中与该物质易化扩散有关的载体蛋质分子的数或每一载体分子上能与该物质结合的位点的数目是固定的。（3）立体构象特异（化学结构特异性）

葡萄糖为例，在同样浓度差的情况下，右旋葡萄糖的跨膜通量大大超过左旋葡萄糖（人体内可利用的糖类都是右旋的）；木糖则几乎不能被载运。（4）竞争性抑制（二）易化扩散2．经通道易化扩散概念:带电的离子如Na+、K+、Ca2+、CI-等借助于通道蛋白的介导,由膜的顺浓度梯度或电位梯度的跨膜扩散。中介膜蛋白称为离子通道（离子选择性）

Na+、K+、Ca2+、CI-、非选择性阳离子通道等；

同一种离子，在不同细胞或同一细胞可存在结构和功能上不同的通道蛋白质。

离子通道活动表现-离子选择性

每一种通道都对一种或几种离子有较高的通透能力，其他离子则不易或不能通过。

钾通道对K+、Na+通透性之比为100：1

乙酰胆碱受体阳离子通道

对小的阳离子K+、Na+高度通透，不通透CI-。

通道转运速度快：与载体相比通道开闭取决于膜电位或化学信号电压门控、化学门控、机械门控结构特异性

体内至少已发现有三种以上的Ca2+通道

七种以上的K+通道与细胞在功能活动和调控的复杂化和精密化相一致非门控通道、水通道特点:（1）相对特异性依靠膜上一些具有特殊结构的蛋白质分子的功能活动，完成它们的跨膜转运。（2）蛋白质分子结构上的易变性（包括其构型和构象的改变）和随之出现的蛋白质功能的改变（3）处于细胞各种环境因素改变的调控之下通道状态的变化：三种离子通道功能状态：

①静息状态-通道关闭：(备用状态)刺激能开放②激活状态-通道开放：离子扩散③失活状态-通道关闭:

刺激不能开放离子通道功能状态的调控：通道蛋白质有别于载体的重要特点之一，结构和功能状态可以因细胞内外各种理化因素膜电位、化学信号、机械刺激的影响而迅速改变。通道蛋白质结构中可能存在着类似闸门（gate）一类的基团，由它决定通道的功能状态。-门控

电压门控通道-膜两侧电位差化学门控通道-化学物质（Ach）机械门控通道—机械刺激二、主动转运（一）原发主动转运概念:指细胞通过直接利用代谢产生的能量将物质(离子)逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。化学本质：钠泵（钠钾泵）是Na+-K+依赖式ＡＴＰ酶的蛋白质也称Na+-K+-ＡＴＰ酶。启动机制：启动和活动强度与膜内多Na+和膜外多K+有关。

钠泵活动时

泵出Na+和泵入K+同时进行或“耦联”在一起

细胞膜上的钠泵活动的意义：（1）由钠泵活动造成的细胞内高K+

，是许多代谢反应进行的必需条件；（2）Na+和K+浓度梯度使细胞生物电活动产生的前提条件。（3）维持胞质渗透压和细胞容积相对稳定。

Na+和Cl-漏入≥K+漏出。哇巴因抑制钠泵活动大量细胞外Na+、Cl-漏入膜内，胞质渗透压升高，过多水进入膜内，引起细胞的肿胀，进而破坏细胞的结构；（4）维持细胞内pH相对稳定。Na+-H+交换（5）维持细胞内Ca2+浓度的稳定。Na+和K+

浓度梯度是Na+-Ca2+交换动力。（6）生电性。３个Na+移到膜外同时２个K+移入膜内。（7）Na+浓度梯度是其他物质继发转运的动力。（二）继发性主动转运概念：许多物质在进行逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运时，所需的能量并不直接来自ATP的分解，而是来自Na+在膜两侧的浓度势能差，后者是钠泵利用分解ATP释放的能量建立的。这种间接利用ATP能量的主动过程称为继发性动转运。机制：转运体（膜蛋白）利用膜两侧Na+浓度梯度或电位梯度跨膜转运。没有Na+由高浓度的膜外顺浓度差进入膜内，就不会出现葡萄糖、氨基酸等分子逆浓度差进入膜内。转运体：膜蛋白同向转运：被转运的物质与Na+移动的方向相同。相应的转运体称为同向转运体。反向转运：被转运的物质彼此与Na+移动的方向相反。相应的转运体称为反向转运体或交换体。

被动转运主动转运

比较单纯扩散、易化扩散

泵的异同点转运物质脂溶、小分子

水溶性、小分子、离子

水溶性、小分子、离子动力浓度差浓度差、电压差ATP

顺梯度

顺梯度

逆梯度特点扩散速度取决于膜蛋白介导

膜蛋白介导

①浓度差

通道载体

原发性、继发性

②膜通透性①浓度差①饱和

②膜通透性②特异性

③电压差③竞争抑制不耗能

不耗能

耗能

主动转运与被动转运的区别主动转运被动转运需由细胞提供能量不需外部能量逆电-化学势差顺电-化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小吞噬吞饮被动转运主动转运通道介导单纯扩散载体介导易化扩散继发原发→转运体入胞和出胞→离子泵按是否耗能划分膜蛋白介导入胞出胞吞噬吞饮按膜结构变化划分跨膜转运需要耗能离子和小分子大分子和团块第二节细胞的跨膜信号转导

一、G蛋白耦联受体介导的信号转导←配体←激活效应器分子（第二信使）主要途径：1.受体-G蛋白-AC途径:

物质膜表面的特异受体Gs-(兴奋性G蛋白)激活腺苷酸环化酶胞浆中的ATP分解膜内侧胞浆中cAMP(有时是减少),实现激素对细胞内功能的调节2.受体-G蛋白-PLC途径外界剌激信号膜受体Go的G蛋白激活磷脂酶C三磷酸肌醇(IP3)磷脂酰肌醇

二酰甘油第二信使影响细胞内过程,完成跨膜信号转导。二、离子通道受体介导的信号转导（一）配体门控通道介导的信号转导（化学门控通道）