細胞的基本功能課件

1、主講人 黃志華,,,2,第二章 細胞的基本功能CHAPTER 2 THE BISIC FUNCTIONS OF CELL 邱春復 主講醫(yī)學生理學教研室,第一節(jié) 細胞膜的結構和物質轉運功能 細胞：構成機體的最基本的結構和功能單位。一、細胞膜的基本結構 液態(tài)鑲嵌模型　　(圖) 組成：脂質、蛋白質、糖類（圖） 1．脂質雙分子層：細胞膜的基本骨架

2、 含：磷脂、膽固醇、鞘脂。 磷脂 磷脂酰膽堿 磷脂酰乙醇胺 磷脂酰絲氨酸 磷脂酰肌醇,,2．蛋白質：多為球形蛋白質 表面蛋白質（外周蛋白質） 整合蛋白質（鑲嵌蛋白質） 功能：① 物質轉運功能 ② 受體功能 （

3、圖） ③ 識別功能 ④ 連接功能 ⑤ 催化功能 3．糖類：糖蛋白或糖脂是細胞的特異性“標志”,,二、細胞膜的跨膜物質轉運功能（一）單純擴散 1．定義 擴散： 單純擴散：脂溶性小分子物質由高濃度 向低濃度跨膜移動的過程。 2． 擴散通量：

4、 Mmol/s.cm2 影響因素：膜內外物質濃度差、電壓差 膜的通透性 3． 轉運的物質：O2　，CO2 4 ．特點：① 高濃度→低濃度 ② 不耗能,（二）膜蛋白介導的跨膜轉運 ?易化擴散 1．定義 非脂溶性小分子物質，在特殊膜蛋白質幫助下，由高濃度向低濃度一側轉運的過程。

5、 2．特點 ①高濃度→低濃度 ②不需耗能 ③具有選擇性 ④通透性可改變,3．通道介導的易化擴散--離子通道　 ①轉運的物質：離子：Na + 、K+等 ②特點：a．通道蛋白功能狀態(tài)可以改變　 圖　

6、 激活(開放) 失活（關閉） 備用（靜息） 　　　　 b．通過 “閘門”進行調控 　　　　c．有選擇性 ③轉運結果：電化學勢能平衡,,,,分類： 化學門控通道：N-Ach受體 電壓門控通道：Na+通道 機械門控通道：內耳毛細胞　 4 ．經(jīng)載體介導的易化擴散（圖）

7、 轉運的物質：GS、AA進入一般細胞 共同特點：① 結構特異性 ② 飽和現(xiàn)象 ③ 競爭性抑制,被動轉運：單純擴散 易化擴散主動轉運: 1．定義：指細胞膜將物質分子（或離子） 逆濃度差和電位差轉運的過程 2．生物泵：實質就是ATP酶 如“鈉-鉀泵”、“質子

8、泵”等 ▲鈉泵: 鈉-鉀泵或Na+- K+ -ATP酶（圖） 激活：細胞內的[Na+ ] 、細胞外的[K+ ] 作用：3個Na+移到膜外 2個K+移入細胞內,生理作用： 形成細胞外高Na+、細胞內高K+ a．　離子勢能貯備是生物電產(chǎn)生的基礎；促進某些物質的逆濃度差的跨膜轉運。如GS b．　細胞內高K+是某些生化反應必需 c. 　防止

9、細胞水腫 3．分類 原發(fā)性主動轉運　繼發(fā)性主動轉運：（圖） 各種跨膜轉運機制的特征,（三）出胞和入胞 大分子物質進出細胞的方式1．出胞：各種分泌活動、神經(jīng)遞質的釋放2．入胞：受體介導式入胞（圖）,,,12,小結,1. 膜的化學組成和分子結構。2. 細胞膜的跨膜物質轉運功能： 單純擴散，易化擴散， 主動轉運，繼發(fā)性主動轉運， 出胞,入胞,,,13,雙語詞匯：,液體鑲嵌模型（

10、fluid mosaic model）單純擴散（simple diffusion） 易化擴散（facilitated diffusion）化學門控通道（chemiscally-gated channel）電壓門控通道（voltage-gated channel）載體（carrier）主動轉運（active transport）被動轉運（passive transport）繼發(fā)性主動轉運（second active tra

11、nsport）鈉-鉀泵（Na+-K+ pump）出胞（exocytosis） 入胞（endocytosis）,,,14,作業(yè)：,1. 細胞膜的跨膜物質轉運形式有幾種，舉例說明之。 2．比較單純擴散和易化擴散的異同點? 3．Na+-K+泵活動有何生理意義?,第二節(jié)  細胞的跨膜信號傳遞功能◆ 跨膜信號轉導概念 指外界信號（化學分子、光、聲音等）作用于細胞膜表面的受體，引起膜結構中一種或多

12、種特殊蛋白質構型改變，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳遞到膜內，再引發(fā)靶細胞功能改變。,◆幾種主要的跨膜信號轉導方式?由離子通道完成的跨膜信號傳遞 刺激信號→膜通道蛋白開放→離子移動→膜電位變化→膜內信息→細胞功能改變 1．化學門控通道（配體門控通道） 舉例：N-型乙酰膽堿受體 又稱：通道型受體 促離子型受體,2．電壓門控通道 在跨膜電位改變時，通道開放。 如：、K

13、+、Ca+通道3．機械門控通道：內耳毛細胞中4．細胞間通道：即縫隙連接（圖） 舉例：神經(jīng)興奮引起肌收縮 神經(jīng)沖動→神經(jīng)末梢→釋放ACh→終板膜化學門控通道開放→終板電位→電壓門控Na+通道→肌膜AP→胞漿Ca2+升高→肌收縮,?由受體、G-蛋白、膜效應器酶完成的跨膜信號傳遞1．受體 概念：指能與配體特異性結合的蛋白質 特性：（1）特異性 （2）飽和性

14、 （3）可逆性,２．Ｇ－蛋白 結構：（圖） 分類：Gs Gi ３．效應器酶：Ac 、 PLC 、離子通道 利用胞漿或胞膜中的物質生成第二信使 4．第二信使：cAMP cGMP IP3 DG Ca+ 信號傳遞過程（圖）、 （圖） 化學信號（激素、遞質等）→特異性受體→受體-配體復合物→Ｇ蛋白中介→激活效應器酶系→第二信使→激活蛋白激酶→蛋白質磷酸化→生理效應,

15、?由激酶受體完成的跨膜信號轉導 受體結構與功能（圖）１．膜外段： 能與配體相結合。２．跨膜：α－螺旋。３．膜內段： 自身酪氨酸殘基磷酸化受體激活 蛋白磷酸化 底物酪氨酸殘基磷酸化,,,,◆跨膜信號轉導和原癌基因 原癌基因：與致癌病毒ＤＮＡ堿基排列順序相一致

16、，存在于正常細胞，其正常表達為生命必需。 表達產(chǎn)物與跨膜信號轉導有關 即刻早期基因：又稱快速基因、即早基因、第三信使,第三節(jié)    細胞的生物電現(xiàn)象◆細胞的生物電現(xiàn)象?興奮性與興奮的概念 1.興奮性：指可興奮細胞接受刺激后產(chǎn)生　　 . 　　　反應的能力 2. 興奮：指產(chǎn)生的反應　 興奮的外部表現(xiàn)與實質： 3.刺激引起興奮的條件：　　　一定的強度　　　一定的作用持

17、續(xù)時間　　　一定的時間--強度變化率,,,,23,一、細胞膜的被動電學特征 （一）膜電容和膜電阻 （二）電緊張電位　 生物電記錄方法（圖） 二、靜息電位 RP　 概念：指細胞在靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側的電位差。（圖） 極性：內負外正，大小用負值表示　 大?。荷窠?jīng)元：－90mv,,,24,幾個概念： 極化：靜息時，膜兩側的內負外正狀態(tài) 超極化：膜內

18、電位向負值變大的方向變化 去極化：膜內電位向負值減小的方向變化 復極化：由去極化或超極化向RP值恢復 反極化：膜內為正，膜外為負的狀態(tài),,,25,（二）靜息電位產(chǎn)生的機制　　靜息時，細胞內外各種離子的濃度分布不均，細胞膜對K+通透，對Na+不通透，　 K+外流的形成K+平衡電位。（表）　　靜息電位是K+平衡電位　 影響因素： （1）細胞外K+濃度?。▓D） 　胞外K+濃

19、度升高， 靜息電位減小 （2）鈉-鉀泵的作用,三、動作電位　AP?。ㄒ唬┘毎膭幼麟娢?概念： AP是膜兩側電位在RP基礎上發(fā)生的一次可擴布的快速而可逆的倒轉和復原。圖　　去極相　　去極化　　　　　　　　　超射　　　　　鋒電位　　復極相：復極化初期　　后電位　復極化后期（負后電位）　　　　　　后超極化（正后電位）,,,,,（二）動作電位的產(chǎn)生機制 1、電化學驅動力； 2

20、、動作電位期間膜電導的變化； 3、膜電導與離子通道（膜片鉗技術） 鋒電位　 ?上升支：去極相　由Na+內流形成，是Na+的平衡電位　有效刺激→部分Na+通道開放→少量Na+→膜去極化→閾電位→大量Na+通道開放→大量Na+內流→膜內負電位消失，出現(xiàn)正電位　 ?下降支：復極相　Na+通道失活→K+通透性升高→ Na+內流停止，K+外流→膜內電位由正向負值變化→靜息電位,AP的產(chǎn)生實質上是受刺激后Na+

21、、 K+通道狀態(tài)改變導致膜對Na+ 、 K+通透性（電導）改變的結果。 （圖）　K+通道：是電壓依賴式離子通道，有開、關　　　　　兩種狀態(tài)　　　阻斷劑：四乙基胺、四氨基吡啶　Na+ 通道:是電壓及時間依賴式離子通道，有　　　　　開、關、失活三種狀態(tài)（圖）　　　阻斷劑：　河豚毒素、局麻藥 后電位　 后去極化：快速K+外流堆積，復極化減慢　 后超極化：鉀通道開放時間長，過多鉀外流,動作電位的特點：

22、 a．“全或無”現(xiàn)象：動作電位一旦產(chǎn)生就達到最大值，其幅度不會因刺激強度的加強而增大。 b．不衰減傳導 c．脈沖式，不會重合　 d．不同細胞，AP的幅度和持續(xù)時間不同　　　　　（圖）,4、動作電位的引起和閾電位?閾電位和鋒電位的引起 　刺激?閾電位?AP1、閾電位 　TP：　　　是一種膜電位的臨界值，能觸發(fā)AP，　　　是引起鈉通道大量開放的膜電位值，　　　即鈉內流形成正反饋的膜電位值

23、。　　RP和TP的差值大，細胞興奮性低；　　差值小，興奮性高。2、閾強度：使細胞膜去極化到閾電位的最小　　　　　 刺激強度,?局部興奮（圖） 特點（圖）（1）電位幅度小，呈衰減性傳導（2）等級性，非 “全或無”式（3）可以總和：　　　 　　時間總和　　　　　 空間總和,,（三）動作電位的傳導：局部電流學說　AP在同一細胞上是以局部電流的形式傳導的　局部電流：已興奮膜與未興奮膜之間存在　　　　　　電位差，

24、而發(fā)生的電荷移動?！∩窠?jīng)纖維AP的傳導：神經(jīng)沖動 （1）無髓神經(jīng)纖維AP的傳導（圖）?。?）有髓神經(jīng)纖維AP的傳導　　　在兩個相鄰的郎飛結間呈跳躍式傳導　　　傳導速度快，節(jié)能?！∮绊憘鲗俣鹊囊蛩兀骸　　　≥S突直徑　　　　是否有髓鞘,,特點：雙向傳導　　　　　不衰減傳導　　　　絕緣性　　　　　相對不疲勞性◆復合AP----神經(jīng)干AP　細胞外記錄法：雙向或單向復合AP（圖）　復合AP在一定范圍之內可隨刺激強

25、度的增大而增大,,,,34,（四）縫隙連接（電突觸） 電阻?。▊鲗俣瓤欤㈦p向傳導四、組織的興奮和興奮性 （一）興奮和可興奮細胞 概念： 興奮：細胞對興奮發(fā)生反應的過程。 可興奮細胞：凡在受刺激后能產(chǎn)生動作電位的細胞。 （二）組織的興奮性和閾刺激 刺激：細胞所處環(huán)境因素的變化。,,,35,4.反應及兩種形式（興奮和抑制） 5.

26、閾強度：固定刺激時間及強度時間變率，剛能引起組織產(chǎn)生反應的刺激強度。簡稱閾值。 閾值大則興奮性低，反之亦然　閾上刺激　　閾下刺激　　閾刺激 （三）細胞興奮后興奮性的周期性變化　　絕對不應期?相對不應期?超常期?低常期?正?！。▓D）,第四節(jié)    肌細胞的收縮一、橫紋肌 （一）骨骼肌神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞 1．神經(jīng)肌肉接頭處的結構 （圖）

27、 　　　接頭前膜 　　　 接頭后膜 即終板膜 　　　接頭間隙 　2．神經(jīng)肌肉接頭處興奮的傳遞過程 AP→接頭前膜Ca2+通道開放→Ca2+內流→囊泡移動、融合→出胞作用→Ach釋放→ACh與后膜N－型ACh受體結合，通道開放→Na+內流→終板電位→肌膜Na+通道開放→AP,,終板電位及微終板電位　Ach的釋放：量子式釋放　Ach的滅活：膽堿脂酶（被新斯的明抑制）　N－型受體阻斷劑：箭毒、α－銀環(huán)蛇

28、毒3、神經(jīng)肌肉接頭處興奮傳遞的特征　a、單向傳遞　b、時間延閣　c、易受環(huán)境因素變化的影響　d、是1對1的傳遞,(二)橫紋肌細胞的微細結構 1．    肌原纖維和肌小節(jié)（圖）（1）肌原纖維 　　明帶：長度可變，其正中的暗線為Z線　　暗帶：長度固定，正中相對透明區(qū)為H帶 H帶中央的暗線稱為M線。（2）肌小節(jié) ：兩條Z線間的區(qū)域　　　

29、　　　　長度=1/2明帶 + 暗帶 　　　　　　　（1.5--3.5μm ）,,2．肌管系統(tǒng)　?。▓D） （1）橫管：由胞膜向內凹入形成 （2）縱管（肌漿網(wǎng)）： 三聯(lián)管：由每一橫管和來自兩側肌小節(jié)的　　　　　縱管終末池構成 作用：把橫管傳來的信息和終池Ca2+釋放　　　　聯(lián)系起來,（三）橫紋肌的收縮機制—肌絲滑行學說　 肌絲滑行學說： 肌細胞收縮時肌原纖維縮短，是細肌絲向粗肌

30、絲滑行的結果 1．肌絲的分子結構 （1）粗肌絲： 由肌凝蛋白構成（圖）　　橫橋的作用：　　a. 具有與細肌絲結合的位點　　b. 具有ATP酶的活性,(2) 細肌絲 （圖）　a.肌動蛋白，又稱肌纖蛋白　　具有與橫橋結合的位點 b.原肌凝蛋白：覆蓋結合位點　c.肌鈣蛋白　　與Ca2+結合→原肌凝蛋白構象改變→暴露結合位點　收縮蛋白：肌凝蛋白與肌動蛋白　調節(jié)蛋白：原肌凝

31、蛋白和肌鈣蛋白,2、肌絲滑行的基本過程（圖）　　肌漿中Ca2+升高→ Ca2+與肌鈣蛋白結合后構象改變→原肌凝蛋白的雙螺旋結構發(fā)生扭轉→肌纖蛋白的橫橋結合位點暴露→橫橋和肌纖蛋白結合，橫橋扭動、脫離、再結合、再扭動（橫橋循環(huán)、橫橋周期）→細肌絲向M線方移動?！?ATP的作用：　　　　　　　提供能量　　　　　　　使橫橋脫離,,（四）骨骼肌細胞的興奮-收縮耦聯(lián)　把肌細胞的興奮和收縮連接起來的中介過程 　三個

32、步驟：（圖） 1．肌膜動作電位經(jīng)橫管傳向肌細胞的深處　　甘油高滲任氏液可破壞橫管系統(tǒng) 2．三聯(lián)體處的興奮傳遞　　橫管膜興奮→終末池Ca2+通道開放→Ca2+進入肌漿→Ca2+與肌鈣蛋白結合→肌絲滑行→肌收縮 3．肌漿網(wǎng)對Ca2+的釋放和回收　　釋放：AP使終池膜Ca2+通道開放　　回收：鈣泵作用,◆骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)和力學分析 外部表現(xiàn)：肌肉縮短、產(chǎn)生張力、作功?肌肉的收縮形式

33、　1、等長收縮與等張收縮?。▓D）　　等長收縮：指肌肉收縮時只有張力的增　　　　　　　加而無長度的縮短。 　等張收縮：指肌肉收縮時長度縮短而無　　　　　　　肌張力的變化。 　2、單收縮與單收縮的復合　圖,（五）影響橫紋肌收縮效能的因素1、前負荷對骨骼肌收縮的影響：　　　長度-張力曲線?。▓D） 前負荷：肌肉在收縮前就作用于肌肉的負 荷，將肌肉拉長于某一狀態(tài)?！　?/p>

34、最適初長度：使肌肉收縮時產(chǎn)生最大張力的 初長度?！∽钸m前負荷：產(chǎn)生最適初長度的前負荷?！　　≡谧钸m初長度和前負荷時，肌張力最大，收縮速度最快，縮短的長度最大，橫橋與細肌絲結合最多，作功效率最高。（圖）,2、后負荷對骨骼肌收縮的影響：　　　張力-速度曲線（圖）　后負荷：肌肉開始收縮時遇到的負荷　　　后負荷愈大，產(chǎn)生張力愈大，肌肉縮　短的速度及縮短的長度愈小　　適度的后負荷（百分之三十

35、最大張力處）才能獲得肌肉作功的最佳效率。3、肌肉收縮能力 　指與前、后負荷無關的肌肉本身的收縮能力，即肌肉內部的功能狀態(tài)。,,,47,4、收縮的總和 運動單位：一個脊髓運動神經(jīng)元及其軸突分支所支配的全部肌纖維。 總和：運動單位的數(shù)量 頻率效應?肌肉的收縮形式　1、等長收縮與等張收縮?。▓D）　　等長收縮：指肌肉收縮時只有張力的增　　　　　　　加

36、而無長度的縮短。 　等張收縮：指肌肉收縮時長度縮短而無　　　　　　　肌張力的變化。,,,,48,2、單收縮與單收縮的復合　圖 單收縮：當骨骼肌受到一次短促刺激時，可產(chǎn)生一次動作電位，隨后出現(xiàn)一次收縮和舒張的收縮形式。 復合收縮（強直收縮）：當骨骼肌受到頻率較高的連續(xù)刺激時，出現(xiàn)總和的收縮過程。 不完全強直收縮 完全強直收縮 生理情況下支配骨

37、骼肌的運動神經(jīng)發(fā)出的是連續(xù)沖動，故產(chǎn)生的是強直收縮；靜息時微弱而持續(xù)的收縮稱為肌緊張。,,二、平 滑 肌 （一）平滑肌的微細結構 ?平滑肌細胞的結構特點?。▓D） 致密體 致密區(qū) 中間絲 ?平滑肌細胞的功能特點：　 1、肌漿網(wǎng)不發(fā)達，收縮時需要外Ca2+　 2、收

38、縮緩慢而持久，不易疲勞　 3、對牽拉刺激敏感　 4、具有自律性　 5、受自主神經(jīng)支配，對各種體液因素敏感,,,,50,（二）平滑肌的收縮機制　　AP→外Ca2+內流→肌漿網(wǎng)的Ca2+釋放→胞漿中Ca2+增加→Ca2+與鈣調蛋白結合→激活肌凝蛋白激酶→ATP分解→橫橋擺動→細肌絲滑行→肌細胞收縮?！　∨c骨骼肌不同之處：　　　需要外Ca2+　　　與鈣調蛋白結合,,,,51,思考題,1

39、.細胞膜的跨膜物質轉運形式有幾種，舉例說明之。 2.比較單純擴散和易化擴散的異同點? 3.Na+-K+泵活動有何生理意義? 4.簡述生理學上興奮性和興奮的含義及其意義。 5.衡量組織興奮性的指標有哪些? 6.神經(jīng)細胞一次興奮后，其興奮性有何變化?機制何在? 7.局部興奮有何特點和意義? 8.比較無髓神經(jīng)纖維和有髓神經(jīng)纖維動作電位傳導的異同點?,,,52,9.簡述骨骼肌接頭處興奮傳遞的過程及其機制。10.簡述骨骼肌的興奮—

40、收縮耦聯(lián)過程。 11.比較電壓門控通道和化學門控通道的異同點?12.骨骼肌的收縮有哪些外部表現(xiàn)? 13.以神經(jīng)細胞為例，說明動作電位的概念、組成部分及其產(chǎn)生機制14.試述單根神經(jīng)纖維動作電位和神經(jīng)干復合動作電位有何區(qū)別?并分析其原因。15.試述神經(jīng)—骨骼肌接頭處興奮傳遞和突觸處興奮傳遞有何異同點?,細胞膜的結構示意圖,,,受體介導的入胞過程,,由G－蛋白介導的跨膜信號轉導圖,,,胰島素受體,,示波器工作原理

41、,,RP與AP的實驗模式圖,,,AP的產(chǎn)生與鈉、鉀通透性的關系,,局部興奮,,,動作電位的傳導,神經(jīng)肌肉接頭,,肌原纖維、肌管系統(tǒng)、肌小節(jié),,,肌小節(jié)中粗、細肌絲的分布,,粗肌絲分子排列示意圖,,細肌絲的結構示意圖,,肌絲滑行原理,,,不同頻率的刺激對骨骼肌收縮型式的影響,長度－張力曲線,,肌小節(jié)長度與產(chǎn)生張力的關系,,張力－速度曲線,,平滑肌細胞內部結構模式圖,,表2-1 細胞外液與細胞內液主要成分 成分　 細胞外液濃度

42、 細胞內液濃度 （mmol/L） （mmol/L） Na+ 150 15 K+ 5.5 150 Ca2+ 1

43、 1.5(游離0.0001) Mg2+ 1.5 12 Cl- 125 9 AA 2 8 Gs 5.6

44、 1 Pr 0.2 4 ATP 0 4,,,,表2－2　各種跨膜轉運機制的特征　　 單純　 離子　載體　原發(fā)性主 繼發(fā)性　　　　

45、 擴散　 通道　介導　 動轉運　主動轉運凈移動方向 高 低 高 低 高 低 低　高　低 高膜兩側濃度　相等 相等 相等 不相等 不相等是否用膜Pr　不　　 是 是 是 是飽和現(xiàn)象　　無 無 有 有

46、 有結構特異性 無 有 有 有 有能量供給 不需要 不需要 不需要 ATP　　鈉勢能轉運物質　O2 CO2　離子　極性分　 離子　Gs 、aa　　　　　　　　　　　　子:Gs,,,,,,,,,,神經(jīng)C的AP,心房肌C的AP　竇房結C的AP,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,靜息時膜內外各

47、離子的濃度,離子　膜內濃度　　膜外濃度　　平衡電位　　 （mmol/L） （mmol/L） (mv)K+ 400 20 -75Na+ 50 440 +55Cl- 52 5

48、60 -60A- 385 -- --,,,,,,93,小結：,1.細胞膜的跨膜物質轉運形式有幾種，舉例說明之。2.比較單純擴散和易化擴散的異同點?3.Na+-K+泵活動有何生理意義?4.簡述生理學上興奮性和興奮的含義及其意義。5.衡量組織興奮性的指標有哪些?6.神經(jīng)細胞一次興奮后，其興奮性

49、有何變化?機制何在?7.局部興奮有何特點和意義?,,,94,8.比較無髓神經(jīng)纖維和有髓神經(jīng)纖維動作電位傳導的異同點?9.簡述骨骼肌接頭處興奮傳遞的過程及其機制。10.簡述骨骼肌的興奮—收縮耦聯(lián)過程。 11.骨骼肌的收縮有哪些外部表現(xiàn)? 12.影響骨骼肌收縮的主要因素有哪些?13.以神經(jīng)細胞為例，說明動作電位的概念、組成部分及其產(chǎn)生機制14.試述單根神經(jīng)纖維動作電位和神經(jīng)干復合動作電位有何區(qū)別?并分析其原因。,