《绪论细胞生理》PPT课件.ppt

1、人体生理学,Human Physiology,主 讲：,课程安排： 总学时 68 教 材： 唐四元生理学 第2版 参 考 书：姚泰生理学第6版 夏强人体生理学 王玢人体及动物生理学第版 王会平生理学试题精解,第一章 绪 论 （Introduction),第一节 生理学的对象、任务、 研究 内容及方法,什么是生理学(physiology)？,生理学研究的对象,生理学的任务,研究内容,研究方法,什么是生理学？,生理学是研究机体生命活动 及其规律的科学。,生理学研究的对象,机体的生命活动。,生理学的任务,研究生命活动的产生机制、 过程、意义及影响因素。,生理学研究的三个水平： 整体水平(integr

2、ative physiology) 器官和系统水平(organ system physiology) 细胞和分子水平( cell physiology),研究内容,研究方法,慢性实验,急性实验,在体实验,离体实验,第二节 生命的基本特征,新陈代谢,兴奋性,适应性,生殖,同化作用：物质合成、能量存储 异化作用：物质分解、能量释放、排泄,一、新陈代谢,物质代谢,能量代谢,二、兴奋性（excitability),有生命的细胞、组织或机体对刺 激产生反应的能力或特性。,刺激,具有兴奋性的细 胞、组织或机体,反应,刺激的概念：能引起细胞、组织、 器官或机体发生反应的内外环境变化。,刺激的种类：物理性、化

3、学性、 生物性、社会心理性。,刺激的三要素：足够的强度 足够的作用时间 强度-时间变化率,反应的概念：细胞或机体接受刺 激后所发生的一切变化。,反应的形式：兴奋和抑制,可兴奋细胞或组织：指兴奋时能 产生动作电位的细胞或组织。如神 经、肌肉和腺体。,（三）细胞兴奋后兴奋性的变化 分 期 兴奋性 反 应 绝对不应期 无 对任何刺激不起反应 相对不应期 低于正常 对阈上刺激起反应 超 常 期 高于正常 对阈下刺激可起反应 低 常 期 低于正常 对阈上刺激起反应,三、适应性(adaptability),指机体根据外环境变化而调整体内 活动的功能。,四、生殖(reproduction),第三节 机体与环

4、境,一、人体与外环境,外环境,自然环境,社会环境,人与外环境的关系如何？,（一）体液(body fluid)及分布 细胞内液(40%) 体液（体重的 60） 组织液 15 细胞外液 血浆 5 (20%) 脑脊液 淋巴液,二、内环境与稳态,（二）内环境的概念（Internal environment） 指机体内部细胞生存的环境。 即细胞外液（extracellular fluid ） （三）稳态的概念及意义 Homeostasis：指细胞外液中的化学成分和理化性质保持相对稳定的状态。是细胞进行正常生命活动的必要条件。,第四节 人体生理功能的调节,nervous regulation 包括 hum

5、oral regulation autoregulation,调节的方式：,基本方式-Reflex: 在中枢神经系统参与下，机体对刺激作出的有规律的反应。1反射.exe,一、神经调节 （nervous regulation）,概念,结构基础 -Reflex arc,非条件反射 类型 条件反射,（三）神经调节特点和意义： 特点：迅速、局限、短暂。,意义：对内外环境变化作出快速 的反应。,二. 体液调节 humoral regulation 概念 方式：全身性体液调节-远距分泌 局部性体液调节-旁分泌 神经体液调节1体液调节.exe 特点： 缓慢, 广泛, 持久,三、自身调节 autoregula

6、tion 概念 特点: 简单、局限、幅度小、灵敏 度低,第五节体内的控制系统,一、非自动控制系统开环系统 Non-automatic control system is a open loop system 二、自动控制系统闭环系统 Feedback control system is aclosed loop system -automatic control system,控制部分,受控部分,监测装置,比较器,反馈信息,控制 信息,偏差 信息,干扰信息,输出 变量,反馈的概念:受控部位通过反馈信息对控 制部位的作用称 feedback 反馈的类型: 负反馈 negative feedbac

7、k 正反馈 positive feedback,负反馈和正反馈的生理意义,三、前馈控制系统（feed-forward control) 概念: 在受控部分的状态尚未发生之前，机体通过某种监测装置以更便捷的方式调整控制部分的活动，用以对抗干扰信号对受控部分稳态的破坏。 意义：避免负反馈缺点（滞后、波动） 更好的维持稳态。1前馈.exe,监测装置,干扰 信号,受控部分,控制部分,反应,反馈,思考题： 人体对环境的变化能作出适应 性反应，保持内环境的相对稳定。 试问这是如何实现的？,第二章 细胞的基本功能,本章主要内容有： 细胞膜的结构与功能 细胞的跨膜信号转导 细胞的生物电现象 肌细胞的收缩功能,

8、一. 细胞膜 (cell membrane)的结构,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,液态镶嵌模型（1972） fluid mosaic model,以脂质双分子层为支架，其中镶嵌着各种结构、功能不同的蛋白质。,Biologic membrane 液态镶嵌模型,化学组成： 蛋 白 质 （protein) 脂 质 (lipid) 糖 ( carbohydrate),（一）脂质双分子层 磷脂（phospholipid) 70% 胆固醇 (cholesterol) 30% 意义：能承受较大压力。 能变形易修复。 水溶性物质不能自由通过。 （二）膜蛋白质： 表在蛋白和整合蛋白。功能： 参与跨膜物质转

9、运 受体 酶,图：电压门控性钠通道,（三）糖类 常作为细胞的标志记，如：血型抗原,二、物质的跨膜转运（重点） Transport across cell membranes （一）单纯扩散（Simple Diffusion） 1.定义：脂溶性物质由高浓度向低浓度扩散。 2.决定因素：浓度差2单纯扩散.exe 膜通透性(Permeability),（二）易化扩散（facilitated diffusion） 定义：非脂溶性物质在膜蛋白质帮助下，顺浓度差或电位差扩散的过程。 方式：通道中介的易化扩散 载体中介的易化扩散,1、载体介导的易化扩散靠载体帮助 特点：2载体.exe 饱和现象2饱和性.ex

10、e 结构特异性 2载体特异.exe 竞争性抑制 例：葡萄糖、氨基酸进入细胞。,2、通道介导的易化扩散-靠离子通道帮助,通道的特征:,离子选择性,转运速度快,顺电-化学梯度扩散,通道的类型： （1）电压门控性通道 2电压门控通道.exe voltage-gated ion channel 通道开、闭受膜两侧电位差控制 （2）化学门控通道 chemically-gated ion channel 通道的开、闭受化学物质控制 （3）机械门控通道 mechanically-gated ion channel,单纯扩散和易化扩散的共同点 是：物质顺浓度差或电位差进行扩 散，无需消耗能量，称为被动转运。,

11、（三）主动转运 定义：通过细胞本身耗能的过程将物质从低浓度向高浓度一侧转运。 1、原发性主动转运（primary active transport） 细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度差或电位差转运的过程。 例：Na+、K+主动转运2泵活动.exe 工具：Na+-K+泵 （Na+-K+依赖式ATP酶） 泵的本质：膜蛋白质（ATP酶）,作用：排Na+吸K+ （ 3Na+：2K+/ATP） 意义：维持细胞内高K+是代谢所必需 建立势能贮备 维持细胞正常体积,2、继发性主动转运（secondary active transport） 继发某种物质主动转运后形成的势能储备,引起另一种物质的逆浓度差

12、转运（间接利用ATP转运）称为继发性主动转运。 例：肾小管上皮细胞主动转运葡萄 糖；小肠上皮细胞吸收葡萄糖,（三）入胞与出胞（endocytosis and exocytosis） 概念：某些大分子物质或物质团块 进出细胞 过程。 1 、入胞 endocytosis 固体吞噬 液体吞饮 入胞过程 （了解）： 辩认结合膜结构功能改变 膜内陷形成吞噬泡处理,2、出胞 exocytosis 以细胞分泌过程为例 内质网形成分泌物高尔基复合体加工 包装形成分泌囊泡向细胞膜靠近 与细胞膜融合外排。,思考题： 1、单纯扩散与易化扩散有何异同点？ 2、何谓钠泵？其化学本质、运转机制、 生理意义是什么？,第二节

13、 细胞的跨膜信号转导,跨膜信号转导概念： 信号分子作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过膜结构中的一种或数种特殊蛋白质的变构作用，将外界信息以新的信号形式传递到膜内，引发细胞相应的功能变化。,一、G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 G-蛋白耦联受体 （一）系统组成 G蛋白 G蛋白效应器 第二信使,1、G-蛋白耦联受体： （G protein-linked receptor) 又称七次跨膜受体:(7-transmembrane receptor),2、G蛋白 （G protein） 又称鸟苷酸结合蛋白 由3个亚单位组成： 2种存在形式：失活型，激活型,3、

14、G蛋白效应器 催化生成第二信使的酶或离子通道 如AC、GC、PLC,4、第二信使（second messenger） cAMP cGMP Ca2+ IP3 等； 第一信使( first messenger )指激素、神经递质和某些化学物质。,（二）信号转导途径 1、受体G蛋白AC途径 2、受体G蛋白PLC途径,信号分子与膜受体结合 G蛋白 激活AC（效应器酶） ATP cAMP（第二信使） 激活PKA 酶活性改变、 通道开放等,信号分子与膜受体结合 G蛋白 激活PLC（效应器酶） 二磷酸磷脂酰肌醇IP3 和DG（第二信使） 促使肌浆网释放Ca2+ 激活PKC,二、离子通道受体介导的信号转导 离

15、子通道受体（促离子型受体） ionotropic receptor 如：N型乙酰胆碱受体,N-型Ach门控通道的分子结构示意图,三、酶耦联受体介导的信号转导 既是受体又是酶的蛋白质介导 （一）酪氨酸激酶受体 （二）鸟苷酸环化酶受体,第三节 细胞的生物电现象,生物电：生物体内表现的电现象如心电、脑电、肌电。 细胞的生物电发生在细胞膜两侧，故称跨膜电位。,细胞生物电现象的表现： 安静时：静息电位（resting potential） 兴奋时：动作电位（action potential） 一、静息电位及产生机制 （一）细胞静息电位的概念 实验现象：,图 静息电位的记录,1、RP定义 细胞安静时存在于

16、膜两侧的电位差。 2、RP特点 稳定的直流电位，内负外正 一般膜内比膜外低70-90mV。 记作-70mV ，-90 mV。 3、几个概念： 极化：Polarization 细胞安静时膜的内负外正的状态 。,超极化 hyperpolarization 与静息状态相比膜内外电位差加大 去极化 depolarization 膜内外电差减小 倒极化 Overpolarization 内正外负的状态 复极化： 恢复极化的过程 2膜电位状态.exe,（二）RP产生的机制 1、 RP产生条件（前提） （1）细胞内外离子分布不均。 细胞内高K+，细胞外高Na+。 （2）不同状态下细胞膜对各种离子通透 性不同

17、。 细胞安静时膜对K+有通透性，对其它离子通透性很低。,内,外,2、RP产生机理K+向细胞外扩散 动力：膜 内外K+浓度差2静息电位.exe 阻力：膜两侧电场力 当动力=阻力时，达到电化学平衡， K+净外流=0 ，即达K+平衡电位，形成稳定的内负外正电位差。,3、证据 用Nernst公式计算 Ek=RT/ZFlnK+o/ K+i 实际测量 标本 K+平衡电位理论值 RP实测值 蛙缝匠肌 -90mV -90mV 哺乳动物骨骼肌 -95mV -90mV,4、影响RP的因素 （1）膜内外K+浓度差 （2）细胞膜对K+、Na+的通透性 （3）钠钾泵活动,二、动作电位及其产生机制 （一）细胞的动作电位

18、1、AP定义： 细胞受到有效刺激后，膜 内、外电位差经历一次快速、可逆的变化。 2、AP波形：,上升支（去极化相） 锋电位 AP 下降支（复极化相） 后电位 负后电位 正后电位,（二）AP产生机制 前提条件： 膜内外离子分布不均 有效刺激产生膜电流,2、引起动作电位的离子流 上升支：Na+内流 细胞受到有效刺激膜上Na+通道开放 Na+少量内流膜内电位上升达阈电位 Na+通道大量开放Na+大量内流 膜内电位迅速上升 达到Na+平衡电位。,阈电位：能引起膜上钠通道开放并 形成正反馈过程的临界膜电位。,下降支： K+外流2钾通道.exe 后电位 ： 负后电位: K+外流缓慢 正后电位:钠钾泵活动(

19、生电),AP产生机理总结 离子流 动力 去极化 Na+内流 浓度差+电位差 复极化 Na+内流停止K+外流 浓度差 复极后 排Na+吸K+ ATP分解供能,3、证据 : （1）人工改变细胞外液Na+浓度 （2）使用通道阻断剂 用Na+通道阻断剂河豚毒 和K+ 通道阻断剂应用。 （3）电压钳（voltage clamp)实验 -测膜电导 （4）膜片钳(patch clamp)实验,电压钳实验,膜片钳实验,4、AP特点 （1）幅度不随刺激强度加大而加大 “全或无” (all or none) （2）幅度不随传导距离增加而递减 不衰减性传导 （3）不能叠加 (总和) 脉冲式,AP产生的最大频率=1/

20、绝对不应期 （理论值）2不应期.exe,三、局部兴奋及其特性 细胞受到阈下刺激时膜内外电位差发生的轻度变化。,特点： （1）分级性 幅度随刺激强度加大而加大，无“全或无” 现象。 （2）衰减传导 幅度随传导距离增加而递减（电紧张性传播）。 （3）可以总合（叠加） 有时间总和与空间总和。,四、兴奋在同一细胞上的传导 （一）传导机制 -局部电流学说2AP传导.exe,图： AP在神经纤维上的传导,阈刺激 去极化 内正外负 局部电流 刺激未兴奋部位 AP产生。 AP传导实质是兴奋沿膜依次产生的过程。 可双向传导。 有髓鞘纤维是跳跃式传导。（saltatory conduction)。,图 神经纤维,

21、node of Ranvier,（二）兴奋传导的特点：,1、双向传导,2、绝缘性,3、相对不疲劳性,4、不衰减传导,5、不融合性,作业题：,1、动作电位与静息电位有什么区别？,2、降低细胞外液钾离子浓度，静息 电位 、动作电位 ，为什么？ 降低细胞外液钠离子浓度，静息 电位 、动作电位 ，为什么？,第四节 肌细胞的收缩,一、神经肌接头处兴奋传递过程 （一）神经肌接头结构 （Neuromuscular junction） 接头前膜prejunctional membrane（内含乙酰胆碱） 接头间隙 junctional cleft 接头后膜（终板膜） 有特异性受体 postjunctional

22、 membrane (endplate membrane),图 神经肌接头的结构,神经肌接头,肌纤维,运动神经,轴突末梢,囊泡（接头小泡）,ACh,接头前膜,N型受体,接头后膜,（二）传递过程transmission processes AP传到运动神经未梢 Ca2+内流 未梢释放递质 扩散到终板膜 N型受体结合 化学门控性通道开放 Na+内流（为主）K+外流 终板电位产生 总和达到邻近肌膜阈电位 肌膜AP。 2N-M传递.exe 终板电位endplate potential： 终板膜轻度去极化电位变化（局部电位）。,（三）神经肌接头处兴奋传递的特点,1、单向传递,2、时间延搁,3、易受环境变

23、化及药物的影响,二、骨骼肌的兴奋收缩耦联,定义：将肌膜 AP和肌丝滑行连接起来的中介过程。 关健部位：三联体 甘油可破坏三联体 关键物质（耦联因子）：Ca2+,图 肌管系统,肌管系统,sarcotubular system,1、肌管系统 sarcotubular system 横管（transverse tubule）2T管.exe 作用：将肌膜传到肌内部。 纵管（longitudinal tubule） 作用：贮存、释放、摄取Ca2+ 三联体 一个横管+两侧终池（纵管膨大部位） 作用：将肌膜电变化和肌肉收缩耦联起来。,、兴奋-收缩耦联的三个步骤： AP沿横管传入肌细胞内部2T管.exe 三联

24、体处信息传递 肌浆网对Ca2+释放和再聚积,（三）骨骼肌收缩机制 肌丝滑行学说 细肌丝向粗肌丝间滑行。 肌小节 Sarcomere 是肌肉收缩舒张的基本单位。,图 电镜下肌原纤维结构,图 肌小节示意图,图 肌小节，肌丝和肌管,、肌丝的分子组成 粗肌丝thick filament 由肌凝蛋白 （myosin）分子组成 杆状部 myosin 球状部又称横桥 Cross bridge,横桥 Cross bridge,肌凝蛋白（myosin）,粗肌丝的分子结构图,粗肌丝的分子组成的模型,横桥 Cross bridge,图 肌凝蛋白分子在粗肌丝中的排列,横桥特性： a. 与细肌丝特定点结合，拖细肌丝 向

25、M线方向滑行。 b. 具有ATP酶活性，可分解ATP供能。,细肌丝 thin filament 肌动蛋白（actin） 构成主干，有横 桥位点 原肌凝蛋白（tropomyosin） 掩盖位点作用 肌钙蛋白（Troponin）有三个亚单位 C T I （Ca2+受体）（结合）（传递）,图 细肌丝组成,肌纤蛋白actin,tropomyosin,troponin,细肌丝的分子结构,I亚单位,C亚单位,T亚单位,滑行学说的主要内容： 肌细胞收缩时，细肌丝向粗肌丝中间滑行。粗、细肌丝本身都没有缩短。,肌肉收缩和舒张时肌小节的变化,、肌丝滑行的基本过程,肌浆中Ca2+Ca2+与肌钙蛋白结合 原肌凝蛋白构型改变肌纤蛋白上“位点”暴露横桥与“位点”结合ATP分解供能 横桥摆动拖细丝向粗丝中间（M线）滑行 肌小节缩短 （肌肉收缩）,乙.舒张,甲.收缩,肌肉舒张的过程,当肌浆中Ca2+ Ca2+与肌钙蛋白的C亚单位分离 原肌凝蛋白复位回到肌动蛋白上的作用点，横桥停止摆动 细肌丝恢复原来位置 肌小节恢复到原来长度，肌肉舒张。 Ca2+在肌丝滑行中起很重要作用。2肌舒缩.exe,（四）骨骼肌收缩的形式,骨骼肌收缩的外部表现