生理学：第二章细胞的基本功能

生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案本章内容包括：本章内容包括：第一节：细胞膜的结构和物质跨膜转运第一节：细胞膜的结构和物质跨膜转运第二节：细胞的跨膜信号转导第二节：细胞的跨膜信号转导第三节：细胞的电活动第三节：细胞的电活动第四节：肌细胞的收缩第四节：肌细胞的收缩第一节：细胞膜的物质转运功能第一节：细胞膜的物质转运功能一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构 脂质双分子层脂质双分子层 7070磷磷 脂、脂、 3030胆固醇胆固醇 特点：液态和可流动性特点：液态和可流动性 蛋白质蛋白质 物质转运功能、受体功能、物质转运功能、受体功能、 酶功能等酶功能等 糖糖 类类 糖蛋白糖蛋白、脂多糖脂多糖形式存在形式存在 糖链的排列顺序不同使细胞具糖链的排列顺序不同使细胞具 有了不同的有了不同的“标志标志抗原抗原”。 例如，例如， 血型血型 u Receptors (受体蛋白受体蛋白) bind a signaling molecule u Enzymes（酶蛋白酶蛋白） reactions ( signaling) u Transporters（转运蛋白转运蛋白） channels,carrier proteinsFunctions of membrane proteinsFunctions of membrane proteins生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案 脂质双分子层构成了细胞内容物与外界环境的屏障，使得生命得脂质双分子层构成了细胞内容物与外界环境的屏障，使得生命得以与非生命物质区别开来，然而要维持生命的存在，就一定要与外界环以与非生命物质区别开来，然而要维持生命的存在，就一定要与外界环境进行物质和能量的交换。境进行物质和能量的交换。O O2 2GlucoseGlucose氨基酸氨基酸各种离子等各种离子等细细 胞胞CO2CO2代谢尾产物代谢尾产物二、跨细胞膜的物质转运二、跨细胞膜的物质转运What molecules cross the cell membrane?What molecules cross the cell membrane?How do these molecules cross the cell membrane?How do these molecules cross the cell membrane?生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（一）单纯扩散（一）单纯扩散（simple diffusionsimple diffusion）条件条件：既有水溶性：既有水溶性 又有脂溶性又有脂溶性转运对象转运对象：O O2 2、COCO2 2等既有水溶性又有脂溶性的气体分子等既有水溶性又有脂溶性的气体分子特点特点： 1 1、顺浓度差、顺浓度差 2 2、不需要、不需要protionprotion帮助帮助 3 3、不消耗能量、不消耗能量 COCO2 2O O2 2生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（二）易化扩散（二）易化扩散 在某些特定细胞在某些特定细胞膜蛋白膜蛋白的帮助下，某种物质的帮助下，某种物质顺浓度梯度顺浓度梯度通通过细胞膜的过程。过细胞膜的过程。特点：特点： 1 1、顺浓度差、顺浓度差 2 2、protionprotion帮助帮助 3 3、不消耗能量、不消耗能量根据膜蛋白的不同可分为：根据膜蛋白的不同可分为：通道中介通道中介的易化扩散和的易化扩散和载体载体中介中介的易化扩散。的易化扩散。通道通道(channel) (channel) 载体载体 (carrier)(carrier)转运物质：转运物质： NaNa+ +, K, K+ +, Cl, Cl, Ca, Ca2+2+等直径较等直径较 小离子。小离子。通道命名：通道命名： 根据其结构特异性和转运离根据其结构特异性和转运离 子的特异性命名：子的特异性命名： NaNa+ +通道、通道、K K+ +通道、通道、 ClCl通通 道、道、 CaCa2+2+通道等通道等通道两种状态通道两种状态：开放、关闭：开放、关闭1. 1. 通道中介的易化扩散通道中介的易化扩散 （channel transport)channel transport)How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?电压门控通道（电压门控通道（Voltage gated）化学门控通道（化学门控通道（chemically gated）机械门控通道（机械门控通道（mechanically gated）How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 电压门控通道电压门控通道How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?+ +- -+ +-化学门控通道化学门控通道How are the channels gated (opened)?How are the channels gated (opened)?机械门控通道机械门控通道生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案2.2.载体中介的易化扩散载体中介的易化扩散 转运形式转运形式蛋白变构蛋白变构转运对象转运对象：葡萄糖，氨基酸，：葡萄糖，氨基酸， 代谢产物代谢产物.特点：特点： 1 1、特异性高、特异性高 2 2、饱和现象、饱和现象 3 3、竞争性抑制、竞争性抑制载体转运的特点：载体转运的特点：(1)(1)结构特异性结构特异性G l u c o s e（ 葡 萄 糖 ） transporters move 6 carbon sugars (hexoses).Glucose transporters will not move maltose (麦芽糖). 载体转运的特点：载体转运的特点：(2)(2)饱和现象饱和现象葡萄糖在肾小管重吸收葡萄糖在肾小管重吸收饱和饱和，尿中会出现糖尿，尿中会出现糖尿载体转运的特点载体转运的特点: :(3)(3)竞争性抑制竞争性抑制Only galactoseOnly galactoseGlucose and galactose Glucose and galactose ( (半乳糖半乳糖) )生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（三）主动转运（三）主动转运（active transportactive transport）定义：定义：是指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质的分子是指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质的分子 或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧。或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧。特点：特点： 1 1、protinprotin帮助帮助 2 2、逆浓度差或电位差、逆浓度差或电位差 3 3、耗能、耗能种类：种类：根据利用生物能和根据利用生物能和泵蛋白的方式，主动转运泵蛋白的方式，主动转运分为分为原发性原发性和和继发性继发性两种两种生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案1.1.原发性主动转运原发性主动转运（ primary active transportprimary active transport）NaNa+ +-K-K+ +泵（泵（sodium-potassium pumpsodium-potassium pump）其他：钙泵，其他：钙泵，H H+ +-K-K+ +泵等泵等 NaNa+ +-K-K+ +泵活动的生理意义：泵活动的生理意义：P/16P/16（1 1）钠泵活动造成细胞内高）钠泵活动造成细胞内高 K K+ +，是许多代谢反应的条件，是许多代谢反应的条件（2 2）维持细胞正常体积和防止水肿的作用）维持细胞正常体积和防止水肿的作用; ; （3 3）产生生物电的前提）产生生物电的前提（4 4）生电性）生电性（5 5）建立或维持细胞内外之间的）建立或维持细胞内外之间的NaNa+ +、K K+ +浓度势能贮备浓度势能贮备生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案2.2.继发性主动转运继发性主动转运（secondary active transportsecondary active transport）利用利用NaNa+ +-K-K+ +泵活动产生的势能储备提供能量，逆浓度梯度进行跨膜转运。泵活动产生的势能储备提供能量，逆浓度梯度进行跨膜转运。同向转运，逆向转运同向转运，逆向转运肠道和肾小管上皮细胞对葡萄糖肠道和肾小管上皮细胞对葡萄糖氨基酸等的主动转运氨基酸等的主动转运某些神经递质的重摄取某些神经递质的重摄取不直接消耗不直接消耗ATPATP生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（四）膜泡运输（四）膜泡运输-出胞出胞和和入胞入胞 对于大分子物质或者固态和液态的物质团块，细胞采用对于大分子物质或者固态和液态的物质团块，细胞采用更加复杂的方式进行跨膜转运。更加复杂的方式进行跨膜转运。出胞：出胞：内分泌细胞分泌激素，内分泌细胞分泌激素， 外分泌细胞分泌，神外分泌细胞分泌，神 经元释放神经递质等经元释放神经递质等入胞：入胞：巨噬细胞吞噬异物，巨噬细胞吞噬异物， 细胞摄取胆固醇等细胞摄取胆固醇等跨膜信号转导概念的提出跨膜信号转导概念的提出细细 胞胞 内内细细 胞胞 外外化学信号化学信号物理信号物理信号机械，电机械，电电磁波等电磁波等各种激素、神经递质、各种激素、神经递质、神经调质、细胞因子、神经调质、细胞因子、细胞膜细胞膜应答反应应答反应第二节第二节 细胞的跨膜信号转导（自学）细胞的跨膜信号转导（自学）生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（二）（二）1.1.离子通道介导的信号转导离子通道介导的信号转导化学信号化学信号神经递质神经递质膜电位变化膜电位变化特定的离子特定的离子跨膜信号转导的几种主要途经跨膜信号转导的几种主要途经（三）（三）2.G-2.G-蛋白介导的信号转导蛋白介导的信号转导（四）（四）3.3.酶藕联受体介导的信号转导酶藕联受体介导的信号转导肽类激素：肽类激素：如胰岛素如胰岛素细胞因子细胞因子： 如：神经生长因子如：神经生长因子 上皮生长因子上皮生长因子酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案第三节第三节 细胞的电活动细胞的电活动静息电位静息电位: :（resting potentialresting potential）：）：“内正外负内正外负”的电位差的电位差动作电位动作电位: :（action potentialaction potential） 定义：指细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电定义：指细胞受到刺激时，膜电位发生的一次快速、可逆的电位翻转（位翻转（“内负外正内负外正”）。生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案一、静息电位（一、静息电位（resting potentialresting potential）形成条件：形成条件： 1 1、离子的不平衡分布、离子的不平衡分布 2 2、静息状态下膜对不同离子有选择性通透、静息状态下膜对不同离子有选择性通透 （只有钾离子能自由通过，其他离子几乎不能）（只有钾离子能自由通过，其他离子几乎不能） 成分成分细胞内液细胞内液(mEq/L)(mEq/L)细胞外液细胞外液(mEq/L)(mEq/L)阳离子阳离子NaNa+ +1010147147K K+ +1401404 4CaCa2+2+5 52 2MgMg2+2+27272 2阴离子阴离子ClCl- -2525114114HPOHPO4 42-2-80802 2HCOHCO3 3- -10103030 Resting potential Resting potential 的产生机制的产生机制 安静状态：安静状态： 膜内膜内K K+ +浓度高、膜对浓度高、膜对K K+ +的通透性的通透性大大K K+ +顺浓度差外流顺浓度差外流 ( (阴离子不阴离子不能通过细胞膜能通过细胞膜) )膜外电位膜外电位、膜、膜内电位内电位 ( (内负外正内负外正) )随着随着K K+ +外外流增多流增多膜内外电位差膜内外电位差K K+ +外外流阻力流阻力K K+ +外流的阻力外流的阻力 ( (电位电位差差) )和动力（浓度差）相等和动力（浓度差）相等膜电膜电位稳定于某一数值位稳定于某一数值 (K+(K+平衡电位平衡电位) )。K K+ +的平衡电位的平衡电位 (equilibrium potential)(equilibrium potential)iOkKKZFRTElnR-气体常数； T-绝对温度； Z-离子价； F-法拉第常数Ek=59.5logK+oK+i(mV)实际值比计算值略小，与膜对Na+有很小的通透性有关。Nernst公式：Brief Summary:安静情况下：安静情况下： 未受刺激时细胞膜对未受刺激时细胞膜对K K+ +的通透性较大，膜内高的通透性较大，膜内高K K+ +， K K+ +向外扩散；由于细胞内的阴离子不能通过细胞膜，向外扩散；由于细胞内的阴离子不能通过细胞膜，因此，出现所谓因此，出现所谓“内负外正内负外正”的跨膜电位差；随着的跨膜电位差；随着K K+ +向外扩散的进行，这种电位差加大；而这种电位向外扩散的进行，这种电位差加大；而这种电位差却是差却是K K+ +向外扩散的阻力，当这种阻力（电位差）向外扩散的阻力，当这种阻力（电位差）和和K K+ +向外扩散的动力（浓度差）相等时，向外扩散的动力（浓度差）相等时，K K+ +向外净扩向外净扩散停止，膜电位差不再发生变化而稳定于某一数值，散停止，膜电位差不再发生变化而稳定于某一数值，即所谓即所谓K K+ +电电- -化学平衡电位化学平衡电位，简称，简称K K+ +平衡电位平衡电位。 此外，此外，钠离子的背景电流，生电性的钠钾交换钠离子的背景电流，生电性的钠钾交换也参与了静息电位的形成也参与了静息电位的形成. .生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案二、二、 动作电位（动作电位（ action potential action potential ） 去极化：去极化：刺激引起细胞膜上刺激引起细胞膜上NaNa+ +通道开放，通道开放，NaNa+ +在膜两侧浓度在膜两侧浓度差驱动下内流，膜发生去极化；当去极化到某个临界膜电位差驱动下内流，膜发生去极化；当去极化到某个临界膜电位水平时，发生水平时，发生NaNa+ +通道大量开放。通道大量开放。这个临界膜电位称为这个临界膜电位称为阈电阈电位位 （threshold potential threshold potential ） P/35 ,P/35 ,NaNa+ +大量内流形成陡大量内流形成陡峭的动作电位上升支。峭的动作电位上升支。 反极化：反极化：当细胞膜为零时，当细胞膜为零时，Na+Na+在膜两侧浓度差的驱动下继在膜两侧浓度差的驱动下继续内流，出现续内流，出现“内正外负内正外负”反极化电位。随着膜内电位的增反极化电位。随着膜内电位的增大，大，Na+Na+内流的阻力逐渐增大，内流的阻力逐渐增大，Na+Na+跨膜净移动逐渐减少直至跨膜净移动逐渐减少直至为零，这时的膜内电位为为零，这时的膜内电位为Na+Na+平衡电位。平衡电位。复极化：复极化：膜内电位达到膜内电位达到Na+Na+平衡电位时，平衡电位时，Na+Na+通道关闭，通道关闭， K+K+外流出现复极化，并最终达到外流出现复极化，并最终达到K+K+平衡电位。平衡电位。 超极化：超极化：这是由于细胞膜这是由于细胞膜NaNa+ +-K-K+ +泵（生电性钠泵）运行导致泵（生电性钠泵）运行导致膜内电位朝更负的方向进行的结果，随着该过程的减弱，膜膜内电位朝更负的方向进行的结果，随着该过程的减弱，膜内电位恢复到静息电位水平内电位恢复到静息电位水平（四）动作电位的传播（四）动作电位的传播 P/36 P/36 无髓神经纤维动作电位的传导无髓神经纤维动作电位的传导有髓神经纤维动作电位的传导有髓神经纤维动作电位的传导（五）兴奋性及其变化（五）兴奋性及其变化1. 1. 兴奋性兴奋性 P/38P/38 有效刺激的三个条件：有效刺激的三个条件： 一定的强度，一定的强度， 一定的作用时间，一定的作用时间， 一定的时间强度变化率一定的时间强度变化率 阈强度、阈值、阈刺激阈强度、阈值、阈刺激 P/35P/35 是衡量兴奋性高低的指标，其大小与兴奋性成反比是衡量兴奋性高低的指标，其大小与兴奋性成反比 阈电位阈电位 P/36P/36 影响兴奋性的因素影响兴奋性的因素 静息电位水平静息电位水平 阈电位水平阈电位水平 NaNa+ +通道的性状通道的性状 兴奋性的周期性变化兴奋性的周期性变化 绝对不应期（绝对不应期（absolute refractory periodabsolute refractory period） 相对不应期相对不应期（relative refractory periodrelative refractory period） 超常期超常期 低常期低常期 恢复正常恢复正常2.2.兴奋后兴奋性的周期性变化兴奋后兴奋性的周期性变化离子通道与细胞电活动离子通道与细胞电活动备用(关闭) 激活(开放) 失活(关闭) 复活(关闭)第四节：肌细胞的收缩第四节：肌细胞的收缩（一）动作电位在神经肌一）动作电位在神经肌 细胞细胞 之间的传递之间的传递（二）肌细胞的动作电位引（二）肌细胞的动作电位引 起起CaCa2+ 2+ 的释放（兴奋的释放（兴奋 收缩耦联）收缩耦联）（三）肌细胞的收缩（滑行（三）肌细胞的收缩（滑行 学说）学说）生理学电子教案生理学电子教案生理学电子教案（一） 动作电位在神经肌细胞之间的传递动作电位在神经肌细胞之间的传递 p/43p/43动作电位动作电位动作电位在神经肌细胞之间的传递过程动作电位在神经肌细胞之间的传递过程1 1、当神经纤维的动作电位到达神经末梢时，引起电压门控式、当神经纤维的动作电位到达神经末梢时，引起电压门控式CaCa2+2+通通道开放，导致道开放，导致CaCa2+2+进入轴突末梢，触发大量囊泡向轴突膜的内侧进入轴突末梢，触发大量囊泡向轴突膜的内侧面靠近，并通过囊泡膜与轴突膜的融合，使融合处出现裂口，将面靠近，并通过囊泡膜与轴突膜的融合，使融合处出现裂口，将囊泡中的囊泡中的AChACh全部进入接头间隙全部进入接头间隙2 2、接头间隙中、接头间隙中AChACh分子的扩散分子的扩散3 3、AChACh分子到达终板膜时，与化学门控通道上的分子到达终板膜时，与化学门控通道上的AchAch受体结合，通受体结合，通道开放，道开放，NaNa+ +内流和内流和K K+ +外流，其总的效应是使终板膜处原有的静外流，其总的效应是使终板膜处原有的静息电位减小（去极化型局部电位，即所谓息电位减小（去极化型局部电位，即所谓终板电位终板电位）。当终板电）。当终板电位叠加到阈电位时，导致终板膜邻接的肌细胞膜中电压门控位叠加到阈电位时，导致终板膜邻接的肌细胞膜中电压门控NaNa+ +通道开放，引发一次向整个肌细胞膜作通道开放，引发一次向整个肌细胞膜作“全或无全或无”式传导的动作式传导的动作电位电位。影响神经影响神经- -肌接头传递的因素肌接头传递的因素1.1. 影响影响AChACh释放的因素：细胞外液低释放的因素：细胞外液低CaCa2+2+或高或高MgMg2+2+ ACh ACh释放释放2.2. 影响影响AChACh与受体结合的因素：美洲箭毒、与受体结合的因素：美洲箭毒、 - -银环银环蛇毒、肌肉松弛药蛇毒、肌肉松弛药3.3. 胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药、新斯的明胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药、新斯的明4.4. 终板膜上终板膜上AChACh门控通道的表达及其功能异常：重门控通道的表达及其功能异常：重症肌无力症肌无力( (四四) )兴奋收缩耦联（兴奋收缩耦联（p/47p/47） 第一步：兴奋通过第一步：兴奋通过横管系统传向肌细横管系统传向肌细胞的深处胞的深处 第二步：三联管处第二步：三联管处的信息传递。的信息传递。 第三步：肌浆网对第三步：肌浆网对CaCa2+2+的释放和再聚积的释放和再聚积钙泵肌浆网对肌浆网对CaCa2+2+的释放和再聚积的释放和再聚积肌肉肌肉肌束肌束肌丝肌丝肌细胞（肌纤维）肌细胞（肌纤维） 肌原纤维肌原纤维 粗肌丝粗肌丝 细肌丝细肌丝 骨骼肌肌细胞的收缩（滑行学说）骨骼肌肌细胞的收缩（滑行学说）1 1、结构基础：、结构基础：肌节肌节( (肌小节肌小节) )：相邻两条：相邻两条Z Z线之间的结构线之间的结构 P/45P/45 粗肌丝组成：粗肌丝组成： 肌凝肌凝( (球球) )蛋白蛋白细肌丝组成：细肌丝组成： 肌动（纤）蛋白肌动（纤）蛋白 原肌凝（球）蛋白原肌凝（球）蛋白 肌钙蛋白肌钙蛋白粗、细肌丝的组成及结构粗、细肌丝的组成及结构粗、细肌丝空间结构之间的关系粗、细肌丝空间结构之间的关系（五）影响肌肉收缩的因素（五）影响肌肉收缩的因素1 1、前负荷定义、前负荷定义（p/48）2 2、后负荷定义、后负荷定义（p/49）3 3、肌肉收缩能力、肌肉收缩能力1 1、物质的跨膜转运、物质的跨膜转运2 2、信号的跨膜转导信号的跨膜转导3 3、静息电位的形成、静息电位的形成4 4、动作电位的形成、动作电位的形成5 5、兴奋性及周期变化兴奋性及周期变化6 6、兴奋在神经肌接头处的传递、兴奋在神经肌接头处的传递SummarySummary：