生理學—細胞的基本功能

1、第二章 細胞的基本功能,第一節(jié). 細胞膜(Cell membrane)的基本結構和物質轉運功能,第一節(jié)細膜的結構和物質轉運功能細胞膜的結構,細胞膜物質轉運的兩個必備條件允許某物質穿過，對物質有通透性。 轉運動力：如消耗能量、濃度差、電位差等。,,,物質的跨膜轉運,轉運的物質: CO2、O2 、 H2O、無機鹽：Na+、K+、Cl-、Ca2+等，有機物：G、aa等，大分子物質：如酶、激素、吞噬的細菌等。,物質的轉運方式單純擴散

2、易化擴散 通道為中介的易化擴散 載體為中介的易化擴散主動轉運出胞和入胞,一、單純擴散(simple diffusion)：物質順濃度梯度通過細胞膜的過程。不耗能。條件:脂溶性，分子量小。CO2、O2、N2H2O、乙醇、尿素、類固醇激素等。,直接穿過脂質雙分子層分子之間的縫隙,2、主動轉運,二.膜蛋白質介導的跨膜轉運在特殊膜蛋白質的“幫助”下,由膜的一側向另一側移動的過程。 分類:,1、被動轉運：經(jīng)通道

3、為中介的易化擴散 載體為中介的易化擴散。,,經(jīng)通道易化擴散,孔經(jīng)：0.35－0.8nm轉運的物質: Na+,　K+,　Ca++各種帶電離子,[K+]i ＞[K+]o,[Na+]o ＞[Na+]i,特性：選擇性：對一種或幾種離子有較高的通透能力.鈉通道、鉀通道、鈣通道等。 門控性：通道蛋白質內有一些可移動的結構或化學基團，在通道內起閘門作用，許多因素可刺激閘門導致通道開放或關閉。 電壓門控通道：膜電位

4、變化至某值使通道打開 化學門控通道：某化學物質與其結合使通道打開 機械門控通道競爭性抑制,,,骨骼肌細胞膜上的N2受體(電壓門控通道)，ACH可與其結合打開此離子通道。,2、經(jīng)載體轉運,被轉運物與載體結合→至載體構象變化→物質被轉運入膜的另一側→被轉運物與載體解離,,細胞外細胞 內,轉運的物質：Glucose、氨基酸(AA)等小分子親水物質。同向轉運體:將兩種及以上的物質向同一個方向轉運逆向轉運體:將物質向相反的

5、方向轉運經(jīng)通道易化擴散比載體的轉運速度快,特點:選擇性飽和性竟爭性,飽和性隨底物濃度增加轉運速率增加，當?shù)孜餄舛冗_一定值時，轉運速率不再隨底物濃度增加而增大。原因：載體數(shù)量有限，每個載體轉運某物需一定時間等,三、原發(fā)性主動轉運 (Active transport),細胞通過本身的耗能，逆濃差或逆電位梯度跨膜轉運某物質的過程。,,鈉-鉀泵(sodium-potassium pump),又稱Na+-K+-ATPase:細胞膜上的

6、整合蛋白。分解ATP產(chǎn)生能量，將胞內的3個Na+移至胞外和將胞外的2個K+移入胞內。[Na+]i↑ [K+ ]o↑，此酶可被激活。,通道轉運與鈉-鉀泵轉運模式圖在胞內側泵與3個Na+結合，在胞外側與2個K+結合,分解ATP釋放能量，能量促泵變構，將Na+轉運出胞,將K+轉運入胞。,意義：RP和AP產(chǎn)生的條件是Na+-Ca++交換的動力是繼發(fā)性主動轉運的動力。鈣泵:內質網(wǎng)、質膜，逆濃度梯度轉運Ca++ ，維持細胞內低Ca++

7、 。,2.繼發(fā)性主動轉運 驅動力并不直接來自ATP,而是來自原發(fā)性主動轉運所形成的離子濃度梯度而進行的逆濃度梯度或電位梯度轉運方式. 載體為中介的易化擴散與原發(fā)性主動轉運耦聯(lián)。G的轉運、Na+-H+交換、Na+-Ca++交換,管腔側膜：順Na+濃度梯度，以載體為中介的易化擴散轉運葡萄糖和Na+。管周膜：Na+-K+泵逆濃度梯度轉運Na+出胞以維持細胞內低Na+,四、出胞,神經(jīng)遞質，消化酶等。,入胞,低密度脂蛋白，細菌等。,第二節(jié)

8、 細胞的跨膜信號轉導,化學信號或配體: 神經(jīng)遞質, 激素, 細胞因子受體:與配體進行特異性結合.可存在于膜上、膜內或核內.受體的分型：配體門控通道、 G蛋白偶聯(lián)受體、生長因子類受體、胞漿或核受體。,一、離子通道介導的信號轉導,配體門控通道(chemically-gated ion channel):受體、通道，激活后引起離子跨膜轉運，配體多為神經(jīng)遞質。 N2受體:ACH作用于N2受體,打開陽離子通道,Na+和Ca2+超過K+外流

9、,產(chǎn)生終板電位.GABAA受體:r-氨基丁酸作用于GABAA受體,打開Cl-通道, Cl-內流,膜內負電位增大.,,,骨骼肌細胞膜上的N2受體，ACH與其結合打開離子通道，引起骨骼肌收縮，即信號由N傳至肌肉,神經(jīng)細胞釋放ACH作用于肌細胞上N2受體，即信號由神經(jīng)傳至肌肉,二、G蛋白偶聯(lián)受體介導的信號轉導,G protein-linked receptor: 150多種以上，跨膜蛋白質，胞外區(qū)和跨膜內部有配體結合處，胞內有Ｇ蛋白結合處.

10、 在胞外與配體結合，將信號由膜外轉至G蛋白。G protein：位于細胞膜內表面分為：Gs,Gi,Gq,.配體與受體結合可激活G蛋白,,神經(jīng)遞質、激素等,激活AC,ATP生成cAMP過程增強至cAMP增加,細胞內生物效應,,,,,,G蛋白偶聯(lián) 受體,激活Gs蛋白,PKA激活,1.G蛋白偶聯(lián)受體介導-cAMP第二信使模式,,神經(jīng)遞質、激素等,抑制AC,ATP生成cAMP過程減弱至細胞內cAMP減少,細胞內生物效應,,,,,,G蛋

11、白偶聯(lián) 受體,激活Gi蛋白,PKA被抑制,2.G蛋白偶聯(lián)受體介導-cAMP第二信使模式,激 活PKC,,遞質、激素,Gq 偶聯(lián) 受體,激活Gq蛋白,PLC,PIP2,IP3 和DG,,,,,,,,內質網(wǎng)釋放Ca2+,,細胞內生物效應,3.Gq蛋白偶聯(lián)受體介導-IP3 /DG,,,,,,,,,,,Second messenger：激素、遞質等信號分子作用于細胞膜后細胞內產(chǎn)生的信號因子，間接地把細胞外信號轉入細胞內。 cAMP,

12、IP3, DG, cGMP, Ca++.,第三節(jié). 細胞的生物電現(xiàn)象,,（1）細胞外紀錄,（2）細胞內紀錄,細胞外記錄法:記錄兩點之間的電位差,細胞內記錄法:記錄細胞膜內外的電位差,●靜息電位(resting potential RP),細胞處于相對安靜狀態(tài)時，細胞膜內外存在的恒定電位差。,RP值:內負外正，-10mv~-100mv。神經(jīng)、骨骼肌和心肌細胞為-70～-90mV，紅細胞為-10mV左右。極化，超極化，去極化。,電化學驅

13、動力:濃差和電位差的代數(shù)和平衡電位:驅動力為0時的跨膜電位差.,---,---,---,---,+++,+++,+++,正離子外流或負離子內流,K+外流或Cl-內流,改變細胞外K+濃度膜電位變化了,說明與K+有關.,升高或降低細胞外K+濃度,靜息電位差值降低或升高,胞外正電荷多,胞內負電荷多,細胞膜在靜息時對K+通透,細胞內液和細胞外液中主要離子濃度和電位,膜內外離子分布不均勻。膜外高Na+，膜內高K+,神經(jīng)細胞RP機制,細胞膜內外

14、離子分布不均勻。Ko《Ki。靜息時細胞膜主要對K+通透。K+濃差促K+外流，而胞內其它負離子不外流至膜內電位降低。膜內電位降低形成電位差,而電位差阻止K+進一步外流當電化學驅動力為0時，K+凈移動為零，RP接近于K+平衡電位。少量Na+內流、鈉鉀泵泵3個Na+出胞2個K+入胞作用至膜電位稍偏離平衡電位。,動作電位(action potential AP),2.AP實驗現(xiàn)象：,（2）細胞內紀錄,0 mV,-90 mV,在RP基礎

15、上, 可興奮細胞受到適當?shù)拇碳ぃ淠る娢谎杆侔l(fā)生一過性波動稱為AP。,---,---,---,---,+++,+++,+++,正離子內流或負離子外流,Na+或Ca2+內流，細胞內負離子大分子蛋白質。,改變細胞外Na+濃度膜電位變化了,說明與Na+有關.,升高或降低細胞外 Na+濃度,動作電位值升高或降低,[Na+]i＞[Na+]O ≈ 1∶10電壓門控性Na+、K+通道激活而開放。,AP上升支,AP下降支,AP的產(chǎn)生機制,Na+順電化

16、學差再生式內流,,∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵,,Na+泵出胞、K+泵回胞內以恢愎細胞膜內離子的不均衡分布,閾電位（threshold potential）：膜內電位去極達某一臨界值時，細胞膜對某種離子的通透性增加，離子跨膜轉運，引起AP的產(chǎn)生的臨界膜電位值。閾刺激，閾下刺激，閾上刺激全或無式:動作電位的幅度不隨刺激強度而變化,幅度的大小內流的Na+量：電化學驅動力，胞內外Na+濃度,AP在同一細胞上的傳導：

17、局部電流,無髓神經(jīng)纖維：膜外正電荷由未興奮段移向興奮段，膜內正電荷由已興奮段移向未興奮段，使未興奮段膜去極化達閾電位水平，引起未興奮段Na+通道大量開放，Na+內流，而產(chǎn)生AP。,有髓神經(jīng)纖維：跳躍式傳導，Na+不能穿過髓鞘入胞，有髓鞘處不能產(chǎn)生AP，而朗飛氏結處有豐富的Na+通道，局部電流只能在兩個朗飛氏結之間形成，動作電位傳導為跨越髓鞘，在相鄰的朗飛氏結相繼出現(xiàn)。,全或無式：動作電位的幅度不隨傳播距離而變化,局部電位(Local

18、potential),不同強度的刺激引起細胞膜電位的變化,刺激1和2為閾下刺激,引起膜電位輕度的變化,即局部電位。刺激3引起AP形成.,閾下刺激。去極，少量Na+通道開放，少量Na+內流，復極，少量K+外流。特點：無全或無，局部電位的大小可隨閾下刺激的大小而改變。電緊張方式擴布，其幅值隨傳播距離的增加而減小。時間性和空間性總和。,時間性總和,同一部位的前后數(shù)次局部電位可以總和，達到閾電位，并引發(fā)動作電位。,空間性總和,相鄰部位產(chǎn)

19、生的局部電位可以總和，達到閾電位，并引發(fā)動作電位。,AP與局部電位比較,excitation和excitability,Excitation：細胞對刺激發(fā)生反應（AP）的過程。Excitability：細胞受刺激后產(chǎn)生AP的能力。,Stimulation：刺激強度，時間，強度對時間的變化率。閾強度，閾刺激。,強度對時間的變化率,閾刺激,閾下刺激,閾上刺激,隨刺激強度的增加，引起組織興奮所需的刺激時間越短，反之，則相反。但刺激強度和

20、刺激時間都不能低于某一最小值。,細胞興奮后興奮性的變化,絕對不應期：無論多強的刺激都不能使細胞再興奮,相對不應期：較強的刺激都能使細胞再興奮,超常期：興奮性高于正常低常期：興奮性低于正常,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,ACh, 以囊泡為單位釋放Ach。50-60nm。N2受體。,,,神經(jīng)－肌肉接頭的微細結構,N-M接頭處的興奮傳遞過程,2.N-M接頭處的興奮傳遞過程,AP傳到軸突末,膜Ca2＋通道開放、外Ca2＋內流,囊泡向前膜移

21、動、融合、ACh量子式釋放,ACh與終板膜上的N2受體結合,通道開放,終板膜對Na＋、K＋ 通透性↑離子跨膜轉運,終板電位（EPP）,EPP電緊張性擴布至肌膜,去極化達到閾電位,肌細胞膜產(chǎn)生AP,,,,,,,,,終板膜上膽堿酯酶，能迅速水解ACh。,ACH是量子式的釋放N2受體是化學門控通道 EPP是局部電位終板膜不能產(chǎn)生AP前膜傳來一次AP，便能引起肌細胞興奮和收縮一次。終板膜上含有豐富的膽堿酯酶，能迅速水解ACh。,影響N

22、-M接頭處興奮傳遞的因素：阻斷ACh受體：筒箭毒和α銀環(huán)蛇毒，肌松劑。抑制膽堿酯酶活性：有機磷農藥，新斯的明。自身免疫性疾病：重癥肌無力（抗體破壞ACh受體），肌無力綜合征（抗體破壞N末梢Ca2+通道）。前膜Ach釋放↓：肉毒桿菌中毒，細胞 Mg2+增加。,（二）骨骼肌細胞的結構,肌凝蛋白組成，1.6μm。橫橋：細肌絲上的結合位點結合；具ATP酶的作用, 分解ATP供橫橋扭動。,細肌絲：肌動蛋白有與橫橋結合位點，原肌凝蛋白靜

23、息時掩蓋橫橋結合位點，肌鈣蛋白與Ca2+結合。,（三）骨骼肌收縮機制,橫橋的作用:,1、可與肌纖蛋白可逆結合。通過橫橋連續(xù)的向M線方向扭動，牽拉細肌絲向暗帶中央滑行。,2、具有ATP酶的作用。,肌肉收縮機制：肌絲滑行,肌膜AP沿橫管膜傳至三聯(lián)管終池膜上鈣通道開放，終池內Ca2+進入肌漿Ca2+與肌鈣蛋白結合引起肌絲滑行,興奮-收縮耦聯(lián)(excitation contraction coupling),Ca2+濃度升高的同時，激活肌漿

24、網(wǎng)鈣泵，鈣泵將Ca2+泵回肌漿網(wǎng)，肌肉舒張。,Ca2+來源,骨骼肌胞漿中的Ca2+來自LSR。心肌和平滑肌Ca2+大部份來自LSR，部分來自胞外,胞外Ca2+內流引起LSR釋放Ca2+ 。Ca2+濃度由0.1umol/L升至1-10umol/L。SR和膜上鈣泵將Ca2+泵回，Na+-Ca2+交換(心肌),胞漿中Ca2+濃度下降，肌肉舒張。,影響肌肉收縮的因素,縮短，張力等張收縮，等長收縮,前負荷(preload)：,肌肉在收縮

25、前所承受的負荷。決定了肌肉在收縮前的初長度前負荷越大初長度越長,隨前負荷的增加，收縮力逐漸增強，當增加至某值時（最適前負荷），收縮力達最大，再增加前負荷，收縮力漸下降，甚至降至0,肌小節(jié)長度為=2.2um,<2.2um,>2.2um,肌節(jié)最適初長（2.0-2.2?m）時，粗細肌絲重疊佳，所有的橫橋都處于能與細肌絲重疊而有可能相互作用的位置,肌縮力最大。大于最適初長時，粗細肌絲重疊↓，肌縮力下降。小于最適初長時，細肌絲

26、可穿過M線兩側細肌絲相互重疊卷曲，影響部份橫橋與細肌絲結合。,后負荷(afterload)：肌肉在收縮過程中所承受的負荷先產(chǎn)生張力，當張力與負荷相等后，再縮短,前負荷一定時，隨后負荷的增加，肌肉產(chǎn)生的張力增加，肌肉縮短的程度逐漸降低，甚至0,肌縮能力(contractility)是指與負荷無關、決定肌縮效應的內在特性。胞漿內Ca2+的水平：胞內Ca2+濃度越高，有更多的Ca2+可與肌鈣蛋白相結合，收縮力越強。ATP酶活性：

27、活性越強，釋放的能量越多，收縮力越強。運動改變ATP酶活力,,Ca2+與肌鈣蛋白的親合力：親合力強，收縮力大。反之收縮力降低。神經(jīng)遞質：NE等，改變細胞膜對Ca2+離子的通透性， Ca2+與肌鈣蛋白的親合力而影響收縮力體液：EP、T3、T4、Ca2+病理因素：缺氧、酸中毒藥物,兩刺激間隔時間>收縮+舒張期，單收縮,兩刺激間隔時間>收縮期，<收縮期+舒張期，出現(xiàn)不完全強直收縮,兩刺激間隔時間<收縮期，出現(xiàn)

28、完全強直收縮,復習題,名詞解釋內環(huán)境、內環(huán)境穩(wěn)態(tài)、閾刺激、生物節(jié)律、興奮、興奮性、正反饋、負反饋、閾電位、易化擴散、主動轉運、第二信使、受體、動作電位、靜息電位、興奮-收縮耦聯(lián)。思考題機體生理功能調節(jié)的方式有1、易化擴散的特點2、Na+-K+ATP酶的作用和主動轉運的意義,3、第二信使物質包括那些？ 4、試述G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導過程5、試述神經(jīng)細胞靜息電位和動作電位的產(chǎn)生機制和AP在神經(jīng)細胞上的傳導過程6、局部電