【生理學】02

1、第二章 細胞的基本功能,第一節(jié) 細胞的跨膜物質轉運功能,第三節(jié) 細胞的跨膜電變化,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉導功能,第一節(jié) 細胞的跨膜物質轉運功能 一、膜的化學組成和分子結構,,（一）脂質雙分子層 液態(tài)的脂質雙分子層（二）細胞膜蛋白質 鑲嵌或貫穿于脂質雙分子層中,（三）細胞膜糖類 多為短糖鏈，形成糖脂或糖蛋白。有些作為抗原決定族=免

2、疫信息（血型）；有些作為膜受體的“可識別”部分，能特異地與激遞質等結合。,,二、細胞膜的跨膜物質轉運功能（一）被動轉運(passive transport) 概念：物質順電位或化學梯度的轉運過程。 特點： ①不耗能（依賴電-化學梯度的勢能） ②依靠或不依靠特殊膜蛋白質的“幫助” ③順電-化學梯度進行 分類： ①單純擴散 ②易化擴散,1.單純擴散(simple diffusion) (1)

3、概念: 一些脂溶性物質由膜的高濃度一側向低濃度 一側移動的過程。,(2)特點: ①擴散速率高 ②無飽和性 ③不依靠特殊膜蛋白質的“幫助” ④不需另外消耗能量 ⑤擴散量與濃度梯度、溫度和膜通透性呈正相關，用擴散通量（mol or mol數(shù)/min.cm2)表示。,(3)轉運的物質： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素 等少數(shù)幾種。

4、 注：∵膜對H2O具高度通透性，∴H2O除單純擴散外，還可通過水通道跨膜轉運。,,2.易化擴散(facilitated diffusion) (1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物質,需特殊膜蛋白質的“幫助”下,由膜的高濃度一側向低濃度一側移動的過程。,(2)分類: ①經通道的易化擴散 ②經載體的易化擴散,(3)特點: ①需依靠特殊膜蛋白質 ②不需另外消耗能量 ③選擇性 ④飽和性

5、⑤竟爭性 ⑥濃度和電壓依從性,(二)主動轉運(active transport) 指物質逆濃度梯度或電位梯度的轉運過程。 特點：①需要消耗能量,能量由分解ATP來提供； ②依靠特殊膜蛋白質(泵)的“幫助”； ③是逆電-化學梯度進行的。 分類：①原發(fā)性主動轉運； 如:Na+-K+泵、H+-K+泵等 ②繼發(fā)性主動轉運； ③入胞和出胞式轉

6、運。,泵轉運——Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）,,,維持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均勻分布狀態(tài),2K+泵至細胞內;3Na+泵至細胞外,分解ATP產生能量,當[Na+]i↑/[K+]o↑激活,鈉-鉀泵:,,,,2.繼發(fā)性主動轉運概念： 即逆濃度梯度或逆電位梯度的轉運時，能量來自膜兩側[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP釋放的能量建立的。,,3.入胞和出胞式轉運 出胞:指細胞

7、把成塊的內容物由細胞內排出的過程。,入胞:指細胞外的大分子物質或團塊進入細胞的過程，包括吞噬和吞飲。,,分泌物排出,融合處出現(xiàn)裂口,囊泡向質膜內側移動,膜性結構包被=分泌囊泡,高爾基復合體,粗面內質網合成蛋白性分泌物,出胞：,,,,,,,,囊泡膜與質膜的某點接觸并融合,囊泡的膜成為細胞膜的組成部分,細胞膜上的受體對物質的“辨認”,發(fā)生特異性結合=復合物,復合物向膜表面的“有被小窩”移動,“有被小窩”處的膜凹陷,凹陷膜與細胞膜斷離=吞食泡

8、,吞食泡與胞內體的膜性結構相融合,,,,,,入胞:,第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉導功能 跨膜信號轉導主要涉及到：胞外信號的識別與結合、信號轉導、胞內效應等三個環(huán)節(jié)。 跨膜信號轉導方式大體有以下三類： ① 離子通道介導的信號轉導 ② G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉導 ③ 酶偶聯(lián)受體介導的信號轉導,一、離子通道介導的信號轉導 離子通道大體有：化學、電壓、機械性門控通道如：,化學性胞

9、外信號(ACh),ACh + 受體=復合體,終板膜變構=離子通道開放,Na+內流,終板膜電位,骨骼肌收縮,,,,,,,二、G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉導(一) cAMP信號通路,神經遞質、激素等（第一信使）,興奮性G蛋白(GS),激活腺苷酸環(huán)化酶(AC),ATP,cAMP,細胞內生物效應,,,,,,,激活cAMP依賴的蛋白激酶A,,結合G蛋白偶聯(lián)受體,激活G蛋白,,(二) 磷脂酰肌醇信號通路,激素（第一信使）,興奮性G蛋白(GS),激活

10、磷脂酶C(PLC),PIP2,(第二信使）IP3 和 DG,,,,,,,激 活蛋白激酶C,,,內質網釋放Ca2+,,激活G蛋白,細胞內生物效應,結合G蛋白偶聯(lián)受體,三、酶偶聯(lián)受體介導的信號轉導 受體本身具有酶的活性，又稱受體酪氨酸激酶。,概 述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上幾乎沒有一種變化發(fā)生而不同時顯示出電的變化”。人體及生物體活細胞在安靜和活動時都存在電活動，這種電活動稱為生物電

11、現(xiàn)象（bioelectricity）。,第三節(jié) 細胞的跨膜電變化,“,一、細胞的生物電現(xiàn)象（一）靜息電位(resting potential RP) 1.概 念 ： 細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內外存在 的電位差。 ,2.RP實驗現(xiàn)象：,3.證明RP的實驗：,（甲）當A、B電極都位于細胞膜外，無電位改變，證明膜外無電位差。,（乙）當A電極位于細胞膜外， B電極插入膜內時，有電位改變，證明膜內、外間有電位差。,（

12、丙）當A、B電極都位于細胞膜內，無電位改變，證明膜內無電位差。,4.與RP相關的概念：   靜息電位:細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內外存在的電位差。 膜電位:因電位差存在于膜的兩側所以又稱為膜電位（membrane potential）。 RP值描述: RP的絕對值 (-70→-90mV) 超極化 RP的絕對值↓(-70→-50mV) 去極化,,（二）動作

13、電位(action potential AP) 1.概 念：,2.AP實驗現(xiàn)象：,,去 極 化,,上 升 支,,下降支,3.動作電位的圖形,刺激,局部電位,閾電位,去極化,零電位,反極化（超射）,復極化,（負、正）后電位,,,,,,,,4.動作電位的特征： ①是非衰減式傳導的電位 ②具有“全或無”的現(xiàn)象5.動作電位的意義： AP的產生是細胞興奮的標志。,6.與AP相關的概念:極

14、 化:以膜為界，外正內負的狀態(tài)。,去極化:膜內外電位差向小于RP值的方向變化的過程。,超極化:膜內外電位差向大于RP值的方向變化的過程。,復極化:去極化后再向極化狀態(tài)恢復的過程。,,,反極化:細胞膜由外正內負的極化狀態(tài)變?yōu)閮日庳摰臉O性反轉過程。,閾電位:引發(fā)AP的臨界膜電位數(shù)值。,,局部電位:低于閾電位的去極化電位。,后電位：鋒電位下降支最后恢復到RP水平以前，一種時間較長、波動較小的電位變化過程。,二、生物電現(xiàn)象的產生機制（一）化

15、學現(xiàn)象,,要在膜兩側形成電位差，必須具備兩個條件：①膜兩側的離子分布不均，存在濃度差；②對離子有選擇性通透的膜。 膜兩側[K+]差是促使K+擴散的動力，但隨著K+的不斷擴散，膜兩側不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴散的阻力，當動力和阻力達到動態(tài)平衡時，K+的凈擴散通量為零→膜兩側的平衡電位。,(1)靜息狀態(tài)下細胞膜內、外離子分布不勻 [Na+]i＞[Na+]o≈1∶10, [K+]i＞[K+]o≈30∶1 [Cl-]i＞

16、[Cl-]o≈1∶14, [A-]i＞[A-]o≈ 4∶1,（二）靜息電位的產生機制,1.靜息電位的產生條件,主要離子分布：,膜內：,膜外：,(2)靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-,靜息狀態(tài)下細胞膜內外主要離子分布 及膜對離子通透性,,,2.RP產生機制的膜學說:,[K＋]i順濃度差向膜外擴散[A-]i不能向膜外擴散,[K+]i↓、[A-]i↑→膜內電位↓(負電場)

17、 [K+]o↑→膜內電位↑(正電場),膜外為正、膜內為負的極化狀態(tài),當擴散動力與阻力達到動態(tài)平衡時=RP,結論:RP的產生主要是K＋向膜外擴散的結果。 ∴RP=K+的平衡電位,,,,1.AP產生的基本條件:①膜內外存在[Na+]差:[Na+]i＞[Na+]O ≈ 1∶10；②膜在受到閾刺激而興奮時，對離子的通透性增加： 即電壓門控性Na+、K+通道激活而開放。,（三）動作電位的產生機制,當細胞受

18、到刺激,細胞膜上少量Na+通道激活而開放,Na+順濃度差少量內流→膜內外電位差↓→局部電位,當膜內電位變化到閾電位時→Na＋通道大量開放,Na+順電化學差和膜內負電位的吸引→再生式內流,膜內負電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支）,Na+通道關→Na+內流停+同時K+通道激活而開放,K＋順濃度差和膜內正電位的吸引→K＋迅速外流,膜內電位迅速下降，恢復到RP水平（AP下降支）,∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵,Na+泵

19、出、K+泵回，離子恢復到興奮前水平→后電位,2.AP的產生機制:,,,,,,,,,,,結論：①AP的上升支由Na＋內流形成，下降 支是K＋外流形成的，后電位是Na＋－K＋泵活動引起的。 ②AP的產生是不消耗能量的，AP的恢復是消耗能量的（Na＋－K＋泵的活動）。 ③AP=Na＋的平衡電位。,三、細胞興奮后興奮性的變化（一)有關概念興奮性：活組織或細胞對外界刺激產生AP的能力。 興奮：組織受刺激后由靜息→活動。

20、抑制：組織受刺激后由活動→靜息。刺激：能引起細胞或組織發(fā)生反應的所有內、外環(huán)境的變化。反應：可興奮性組織對刺激的應答表現(xiàn)。,（二) 細胞興奮后興奮性的變化,分 期 興奮性 與AP對應關系 機 制絕對不應期 降至零 鋒電位 鈉通道失活相對不應期 漸恢復 負后電位前期 鈉通道部分恢復超常期 ＞正常 負后電位后期 鈉通道大部

21、恢復低常期 ＜正常 正后電位 膜內電位呈超極化,,,,四、局部興奮,概念： 閾下刺激引起的低于閾電位的去極化（即局部電位），稱局部興奮。,特點： ①不具有“全或無”現(xiàn)象。 ②電緊張方式擴布。 ③具有總和效應：時間性和空間性總和。。,時間性總和,空間性總和,五、興奮在同一細胞上的傳導（一）傳導機制：局部電流,靜息部位膜內為負電位，膜外為正電位興奮部位膜內為正電位，

22、膜外為負電位,在興奮部位和靜息部位之間存在著電位差,膜外的正電荷由靜息部位向興奮部位移動膜內的負電荷由興奮部位向靜息部位移動,形成局部電流,膜內：興奮部位相鄰的靜息部位的電位上升膜外：興奮部位相鄰的靜息部位的電位下降,去極化達到閾電位，觸發(fā)鄰近靜息部位膜爆發(fā)新的AP,局部電流,,,,,,（二）傳導方式：,無髓鞘N纖維為近距離局部電流,有髓鞘N纖維為遠距離(跳躍式)局部電流,（三）傳導特點 1、生理完整性 

23、 2、雙向性  3、相對不疲勞性  4、絕緣性 5、不衰減性或“全或無”現(xiàn)象,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能 一、肌細胞的收縮功能（一）N—M接頭處的興奮傳遞,1、N-M接頭結構 接頭前膜 接頭間隙 接頭后膜終板膜。,接頭間隙,2.N-M接頭處的興奮傳遞過程,當神經沖動傳到軸突末,膜Ca2＋通道開放，膜外Ca2＋向膜內流動,接頭前膜內囊泡移動、融合、破裂，囊泡中ACh釋放(量子釋放),ACh與終

24、板膜上的N2受體結合，受體蛋白分子構型改變,終板膜對Na＋、K＋ (尤其是Na＋)通透性↑,終板膜去極化→終板電位（EPP）,EPP電緊張性擴布至肌膜,去極化達到閾電位,爆發(fā)肌細胞膜動作電位,,,,,,,,,,3.N-M接頭處的興奮傳遞特征: （1）是電-化學-電的過程：N末梢AP→ACh＋受體→EPP→肌膜AP （2）具1對1的關系,4.影響N-M接頭處興奮傳遞的因素： （1）阻斷ACh受體：箭毒和α銀環(huán)蛇毒，肌松劑

25、（馳肌碘）。 （2）抑制膽堿酯酶活性：有機磷農藥，新斯的明。 （3）自身免疫性疾?。褐匕Y肌無力（抗體破壞ACh受體），肌無力綜合征（抗體破壞N末梢Ca2+通道）。 （4）接頭前膜Ach釋放↓：肉毒桿菌中毒。 5.EPP的特征：無“全或無”現(xiàn)象；無不應期；有總和現(xiàn)象；EPP的大小與Ach釋放量呈正相關。,（二）骨骼肌細胞的結構,2.肌小節(jié): 是肌細胞收縮的基本結構和功能單位。,1.肌管系統(tǒng)： 橫管系統(tǒng)：T管 縱管系統(tǒng)

26、：L管 三聯(lián)管,3.肌原纖維： 粗肌絲: 由肌球（肌凝蛋白）組成，其頭部有一膨大部——橫橋 細肌絲:肌動蛋白：表面有與橫橋結合的位點，靜息時被原肌球蛋白掩蓋； 原肌球蛋白：靜息時掩蓋橫橋結合位點； 肌鈣蛋白：與Ca2+結合變構后,使原肌球蛋白位移，暴露出結合位點。,1.興奮-收縮耦聯(lián) 2.肌絲滑行,（三）骨骼肌收縮機制,1.興奮-收縮耦聯(lián)—— 三個主要步驟： ①肌

27、膜電興奮的傳導 ②三聯(lián)管處的信息傳遞 ③肌漿網（縱管系統(tǒng)）中Ca2+的釋放 Ca2+是興奮-收縮耦聯(lián)的耦聯(lián)物,肌節(jié)縮短=肌細胞收縮,牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行,橫橋擺動,橫橋與結合位點結合，分解ATP釋放能量,原肌球蛋白位移，暴露細肌絲上的結合位點,Ca2+與肌鈣蛋白結合肌鈣蛋白的構型,終池膜上的鈣通道開放終池內的Ca2+進入肌漿,2.肌絲滑行,,,,,,,運動神經沖動傳至末梢↓N末梢對Ca2+通透性

28、增加 Ca2+內流入N末梢內↓接頭前膜內囊泡向前膜移動、融合、破裂↓ACh釋放入接頭間隙↓ ACh與終板膜受體結合↓受體構型改變↓終板膜對Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓產生終板電位(EPP)↓EPP引起肌膜AP,↓肌膜AP沿橫管膜傳至三聯(lián)管↓終池膜上的鈣通道開放終池內Ca2+進入肌漿↓Ca2+與肌鈣蛋白結合 引起肌鈣蛋白的構型改變↓原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細肌絲上與橫橋結合位點

29、↓橫橋與結合位點結合激活ATP酶作用,分解ATP↓橫橋擺動↓牽拉細肌絲朝肌節(jié)中央滑行↓肌節(jié)縮短=肌細胞收縮,小結：骨骼肌收縮全過程,1.興奮傳遞 2.興奮-收縮（肌絲滑行）耦聯(lián),肌絲滑行幾點說明: 1.肌細胞收縮時肌原纖維的縮短,并不是肌絲本身縮短,而是細肌絲向肌節(jié)中央(粗肌絲內)滑行。,2.橫橋的循環(huán)擺動，細肌絲向肌節(jié)中央(粗肌絲內)滑行，滑行中由于肌肉的負荷而受阻，便產生張力。

30、 3.橫橋的循環(huán)擺動在肌肉中是非同步地，從而肌肉產生恒定的張力和連續(xù)的縮短。 4.橫橋循環(huán)擺動的參入數(shù)目及擺動速率，是決定肌肉縮短程度、速度和肌張力的關鍵因素。,（四）骨骼肌舒張機制,興奮-收縮耦聯(lián)后,肌膜電位復極化,終池膜對Ca2+通透性↓肌漿網膜Ca2+泵激活,肌漿網膜[Ca2+]↓,Ca2+與肌鈣蛋白解離,原肌凝蛋白復蓋的橫橋結合位點,骨骼肌舒張,,,,,,,二、骨骼肌收縮的形式,(一)收縮形式 1.單收

31、縮與復合收縮: 單收縮：肌肉受到一次刺激，引起一次收縮和舒張的過程。 復合收縮:肌肉受到連續(xù)刺激，前一次收縮和舒張尚未結束，新的收縮在此基礎上出現(xiàn)的過程。 ①不完全強直收縮 ② 完全強直收縮 機制:強直收縮是各次單收縮的機械疊加現(xiàn)象,2.等長收縮與等張收縮 等長收縮:肌肉收縮時,只有張力增加而長度不變的收縮,稱為等長收縮。 等張收縮:肌肉收縮時,只有長度縮短而張力不變的收縮,稱為

32、等張收縮。 注：①當負荷小于肌張力時,出現(xiàn)等張收縮； ②當負荷等于或大于肌張力時,出現(xiàn)等長收縮； ③正常人體骨骼肌的收縮大多是混合式的,而且總是等長收縮在前,當肌張力增加到超過后負荷時,才出現(xiàn)等張收縮。,(二)影響收縮因素 1.前負荷： ∵前負荷→肌節(jié)初長度→粗細肌絲的重疊程度→肌張力。 肌節(jié)最適初長（2.0-2.2?m）時，粗細肌絲重疊佳，肌縮速度、幅度和張力最大；

33、 ∴ 前負荷↑或↓→肌節(jié)最適初長↑或↓→肌張力↓。,2.后負荷： 在等張收縮條件下觀察 后負荷為0→肌縮速度、幅度↑和張力最??； 后負荷↑→肌縮速度、幅度↓和張力↑； 后負荷↓→肌縮速度、幅度↑和張力↓。,,曲線1：張力-速度曲線曲線2：速度×張力=功率,3.肌縮能力： 肌縮能力↑→肌縮速度、幅度和張力↑； 肌縮能力↓→肌縮速度、幅度和張力↓。 ①決定肌縮效應的內在