南农生理学01章细胞生理.ppt

主讲人黄志华,第二章细胞的基本功能CHAPTER2THEBISICFUNCTIONSOFCELL,第一节细胞膜的结构和物质转运功能细胞：构成机体的最基本的结构和功能单位。一、细胞膜的基本结构液态镶嵌模型(图)组成：脂质、蛋白质、糖类（图）1脂质双分子层：细胞膜的基本骨架含：磷脂、胆固醇、鞘脂。磷脂磷脂酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇,2蛋白质：多为球形蛋白质表面蛋白质（外周蛋白质）整合蛋白质（镶嵌蛋白质）功能：物质转运功能受体功能（图）识别功能连接功能催化功能3糖类：糖蛋白或糖脂是细胞的特异性“标志”,二、细胞膜的跨膜物质转运功能（一）单纯扩散1定义扩散：单纯扩散：脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度跨膜移动的过程。2扩散通量：Mmol/s.cm2影响因素：膜内外物质浓度差、电压差膜的通透性3转运的物质：O2，CO24特点：高浓度低浓度不耗能,（二）膜蛋白介导的跨膜转运易化扩散1定义非脂溶性小分子物质，在特殊膜蛋白质帮助下，由高浓度向低浓度一侧转运的过程。2特点高浓度低浓度不需耗能具有选择性通透性可改变,3通道介导的易化扩散-离子通道转运的物质：离子：Na+、K+等特点：a通道蛋白功能状态可以改变图激活(开放)失活（关闭）备用（静息）b通过“闸门”进行调控c有选择性转运结果：电化学势能平衡,分类：化学门控通道：N-Ach受体电压门控通道：Na+通道机械门控通道：内耳毛细胞4经载体介导的易化扩散（图）转运的物质：GS、AA进入一般细胞共同特点：结构特异性饱和现象竞争性抑制,被动转运：单纯扩散易化扩散主动转运:1定义：指细胞膜将物质分子（或离子）逆浓度差和电位差转运的过程2生物泵：实质就是ATP酶如“钠-钾泵”、“质子泵”等钠泵:钠-钾泵或Na+-K+-ATP酶（图）激活：细胞内的Na+、细胞外的K+作用：3个Na+移到膜外2个K+移入细胞内,生理作用：形成细胞外高Na+、细胞内高K+a离子势能贮备是生物电产生的基础；促进某些物质的逆浓度差的跨膜转运。如GSb细胞内高K+是某些生化反应必需c.防止细胞水肿3分类原发性主动转运继发性主动转运：（图）各种跨膜转运机制的特征,（三）出胞和入胞大分子物质进出细胞的方式1出胞：各种分泌活动、神经递质的释放2入胞：受体介导式入胞（图）,小结,1.膜的化学组成和分子结构。2.细胞膜的跨膜物质转运功能：单纯扩散，易化扩散，主动转运，继发性主动转运，出胞,入胞,双语词汇：,液体镶嵌模型（fluidmosaicmodel）单纯扩散（simplediffusion）易化扩散（facilitateddiffusion）化学门控通道（chemiscally-gatedchannel）电压门控通道（voltage-gatedchannel）载体（carrier）主动转运（activetransport）被动转运（passivetransport）继发性主动转运（secondactivetransport）钠-钾泵（Na+-K+pump）出胞（exocytosis）入胞（endocytosis）,作业：,1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说明之。2比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3Na+-K+泵活动有何生理意义?,第二节细胞的跨膜信号传递功能跨膜信号转导概念指外界信号（化学分子、光、声音等）作用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中一种或多种特殊蛋白质构型改变，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变。,几种主要的跨膜信号转导方式由离子通道完成的跨膜信号传递刺激信号膜通道蛋白开放离子移动膜电位变化膜内信息细胞功能改变1化学门控通道（配体门控通道）举例：N-型乙酰胆碱受体又称：通道型受体促离子型受体,2电压门控通道在跨膜电位改变时，通道开放。如：、K+、Ca+通道3机械门控通道：内耳毛细胞中4细胞间通道：即缝隙连接（图）举例：神经兴奋引起肌收缩神经冲动神经末梢释放ACh终板膜化学门控通道开放终板电位电压门控Na+通道肌膜AP胞浆Ca2+升高肌收缩,由受体、G-蛋白、膜效应器酶完成的跨膜信号传递1受体概念：指能与配体特异性结合的蛋白质特性：（1）特异性（2）饱和性（3）可逆性,蛋白结构：（图）分类：GsGi效应器酶：Ac、PLC、离子通道利用胞浆或胞膜中的物质生成第二信使4第二信使：cAMPcGMPIP3DGCa+信号传递过程（图）、（图）化学信号（激素、递质等）特异性受体受体-配体复合物蛋白中介激活效应器酶系第二信使激活蛋白激酶蛋白质磷酸化生理效应,由激酶受体完成的跨膜信号转导受体结构与功能（图）膜外段：能与配体相结合。跨膜：螺旋。膜内段：自身酪氨酸残基磷酸化受体激活蛋白磷酸化底物酪氨酸残基磷酸化,跨膜信号转导和原癌基因原癌基因：与致癌病毒碱基排列顺序相一致，存在于正常细胞，其正常表达为生命必需。表达产物与跨膜信号转导有关即刻早期基因：又称快速基因、即早基因、第三信使,第三节细胞的生物电现象细胞的生物电现象兴奋性与兴奋的概念1.兴奋性：指可兴奋细胞接受刺激后产生.反应的能力2.兴奋：指产生的反应兴奋的外部表现与实质：3.刺激引起兴奋的条件：一定的强度一定的作用持续时间一定的时间-强度变化率,一、细胞膜的被动电学特征（一）膜电容和膜电阻（二）电紧张电位生物电记录方法（图）二、静息电位RP概念：指细胞在静息状态时，细胞膜两侧的电位差。（图）极性：内负外正，大小用负值表示大小：神经元：90mv,几个概念：极化：静息时，膜两侧的内负外正状态超极化：膜内电位向负值变大的方向变化去极化：膜内电位向负值减小的方向变化复极化：由去极化或超极化向RP值恢复反极化：膜内为正，膜外为负的状态,（二）静息电位产生的机制静息时，细胞内外各种离子的浓度分布不均，细胞膜对K+通透，对Na+不通透，K+外流的形成K+平衡电位。（表）静息电位是K+平衡电位影响因素：（1）细胞外K+浓度（图）胞外K+浓度升高，静息电位减小（2）钠-钾泵的作用,三、动作电位AP（一）细胞的动作电位概念：AP是膜两侧电位在RP基础上发生的一次可扩布的快速而可逆的倒转和复原。图去极相去极化超射锋电位复极相：复极化初期后电位复极化后期（负后电位）后超极化（正后电位）,（二）动作电位的产生机制1、电化学驱动力；2、动作电位期间膜电导的变化；3、膜电导与离子通道（膜片钳技术）锋电位上升支：去极相由Na+内流形成，是Na+的平衡电位有效刺激部分Na+通道开放少量Na+膜去极化阈电位大量Na+通道开放大量Na+内流膜内负电位消失，出现正电位下降支：复极相Na+通道失活K+通透性升高Na+内流停止，K+外流膜内电位由正向负值变化静息电位,AP的产生实质上是受刺激后Na+、K+通道状态改变导致膜对Na+、K+通透性（电导）改变的结果。（图）K+通道：是电压依赖式离子通道，有开、关两种状态阻断剂：四乙基胺、四氨基吡啶Na+通道:是电压及时间依赖式离子通道，有开、关、失活三种状态（图）阻断剂：河豚毒素、局麻药后电位后去极化：快速K+外流堆积，复极化减慢后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流,动作电位的特点：a“全或无”现象：动作电位一旦产生就达到最大值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。b不衰减传导c脉冲式，不会重合d不同细胞，AP的幅度和持续时间不同（图）,4、动作电位的引起和阈电位阈电位和锋电位的引起刺激阈电位AP1、阈电位TP：是一种膜电位的临界值，能触发AP，是引起钠通道大量开放的膜电位值，即钠内流形成正反馈的膜电位值。RP和TP的差值大，细胞兴奋性低；差值小，兴奋性高。2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小刺激强度,局部兴奋（图）特点（图）（1）电位幅度小，呈衰减性传导（2）等级性，非“全或无”式（3）可以总和：时间总和空间总和,（三）动作电位的传导：局部电流学说AP在同一细胞上是以局部电流的形式传导的局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在电位差，而发生的电荷移动。神经纤维AP的传导：神经冲动（1）无髓神经纤维AP的传导（图）（2）有髓神经纤维AP的传导在两个相邻的郎飞结间呈跳跃式传导传导速度快，节能。影响传导速度的因素：轴突直径是否有髓鞘,特点：双向传导不衰减传导绝缘性相对不疲劳性复合AP-神经干AP细胞外记录法：双向或单向复合AP（图）复合AP在一定范围之内可随刺激强度的增大而增大,（四）缝隙连接（电突触）电阻小（传导速度快）、双向传导四、组织的兴奋和兴奋性（一）兴奋和可兴奋细胞概念：兴奋：细胞对兴奋发生反应的过程。可兴奋细胞：凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。（二）组织的兴奋性和阈刺激刺激：细胞所处环境因素的变化。,4.反应及两种形式（兴奋和抑制）5.阈强度：固定刺激时间及强度时间变率，刚能引起组织产生反应的刺激强度。简称阈值。阈值大则兴奋性低，反之亦然阈上刺激阈下刺激阈刺激（三）细胞兴奋后兴奋性的周期性变化绝对不应期相对不应期超常期低常期正常（图）,第四节肌细胞的收缩一、横纹肌（一）骨骼肌神经-肌肉接头处的兴奋传递1神经肌肉接头处的结构（图）接头前膜接头后膜即终板膜接头间隙2神经肌肉接头处兴奋的传递过程AP接头前膜Ca2+通道开放Ca2+内流囊泡移动、融合出胞作用Ach释放ACh与后膜N型ACh受体结合，通道开放Na+内流终板电位肌膜Na+通道开放AP,终板电位及微终板电位Ach的释放：量子式释放Ach的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑制）N型受体阻断剂：箭毒、银环蛇毒3、神经肌肉接头处兴奋传递的特征a、单向传递b、时间延阁c、易受环境因素变化的影响d、是1对1的传递,(二)横纹肌细胞的微细结构1肌原纤维和肌小节（图）（1）肌原纤维明带：长度可变，其正中的暗线为Z线暗带：长度固定，正中相对透明区为H带H带中央的暗线称为M线。（2）肌小节：两条Z线间的区域长度=1/2明带+暗带（1.5-3.5m）,2肌管系统（图）（1）横管：由胞膜向内凹入形成（2）纵管（肌浆网）：三联管：由每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成作用：把横管传来的信息和终池Ca2+释放联系起来,（三）横纹肌的收缩机制肌丝滑行学说肌丝滑行学说：肌细胞收缩时肌原纤维缩短，是细肌丝向粗肌丝滑行的结果1肌丝的分子结构（1）粗肌丝：由肌凝蛋白构成（图）横桥的作用：a.具有与细肌丝结合的位点b.具有ATP酶的活性,(2)细肌丝（图）a.肌动蛋白，又称肌纤蛋白具有与横桥结合的位点b.原肌凝蛋白：覆盖结合位点c.肌钙蛋白与Ca2+结合原肌凝蛋白构象改变暴露结合位点收缩蛋白：肌凝蛋白与肌动蛋白调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白,2、肌丝滑行的基本过程（图）肌浆中Ca2+升高Ca2+与肌钙蛋白结合后构象改变原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转肌纤蛋白的横桥结合位点暴露横桥和肌纤蛋白结合，横桥扭动、脱离、再结合、再扭动（横桥循环、横桥周期）细肌丝向M线方移动。ATP的作用：提供能量使横桥脱离,（四）骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联把肌细胞的兴奋和收缩连接起来的中介过程三个步骤：（图）1肌膜动作电位经横管传向肌细胞的深处甘油高渗任氏液可破坏横管系统2三联体处的兴奋传递横管膜兴奋终末池Ca2+通道开放Ca2+进入肌浆Ca2+与肌钙蛋白结合肌丝滑行肌收缩3肌浆网对Ca2+的释放和回收释放：AP使终池膜Ca2+通道开放回收：钙泵作用,骨骼肌收缩的外部表现和力学分析外部表现：肌肉缩短、产生张力、作功肌肉的收缩形式1、等长收缩与等张收缩（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。2、单收缩与单收缩的复合图,（五）影响横纹肌收缩效能的因素1、前负荷对骨骼肌收缩的影响：长度-张力曲线（图）前负荷：肌肉在收缩前就作用于肌肉的负荷，将肌肉拉长于某一状态。最适初长度：使肌肉收缩时产生最大张力的初长度。最适前负荷：产生最适初长度的前负荷。在最适初长度和前负荷时，肌张力最大，收缩速度最快，缩短的长度最大，横桥与细肌丝结合最多，作功效率最高。（图）,2、后负荷对骨骼肌收缩的影响：张力-速度曲线（图）后负荷：肌肉开始收缩时遇到的负荷后负荷愈大，产生张力愈大，肌肉缩短的速度及缩短的长度愈小适度的后负荷（百分之三十最大张力处）才能获得肌肉作功的最佳效率。3、肌肉收缩能力指与前、后负荷无关的肌肉本身的收缩能力，即肌肉内部的功能状态。,4、收缩的总和运动单位：一个脊髓运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维。总和：运动单位的数量频率效应肌肉的收缩形式1、等长收缩与等张收缩（图）等长收缩：指肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短。等张收缩：指肌肉收缩时长度缩短而无肌张力的变化。,2、单收缩与单收缩的复合图单收缩：当骨骼肌受到一次短促刺激时，可产生一次动作电位，随后出现一次收缩和舒张的收缩形式。复合收缩（强直收缩）：当骨骼肌受到频率较高的连续刺激时，出现总和的收缩过程。不完全强直收缩完全强直收缩生理情况下支配骨骼肌的运动神经发出的是连续冲动，故产生的是强直收缩；静息时微弱而持续的收缩称为肌紧张。,二、平滑肌（一）平滑肌的微细结构平滑肌细胞的结构特点（图）致密体致密区中间丝平滑肌细胞的功能特点：1、肌浆网不发达，收缩时需要外Ca2+2、收缩缓慢而持久，不易疲劳3、对牵拉刺激敏感4、具有自律性5、受自主神经支配，对各种体液因素敏感,（二）平滑肌的收缩机制AP外Ca2+内流肌浆网的Ca2+释放胞浆中Ca2+增加Ca2+与钙调蛋白结合激活肌凝蛋白激酶ATP分解横桥摆动细肌丝滑行肌细胞收缩。与骨骼肌不同之处：需要外Ca2+与钙调蛋白结合,思考题,1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说明之。2.比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3.Na+-K+泵活动有何生理意义?4.简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。5.衡量组织兴奋性的指标有哪些?6.神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化?机制何在?7.局部兴奋有何特点和意义?8.比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位传导的异同点?,9.简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。10.简述骨骼肌的兴奋收缩耦联过程。11.比较电压门控通道和化学门控通道的异同点?12.骨骼肌的收缩有哪些外部表现?13.以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成部分及其产生机制14.试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作电位有何区别?并分析其原因。15.试述神经骨骼肌接头处兴奋传递和突触处兴奋传递有何异同点?,细胞膜的结构示意图,受体介导的入胞过程,由G蛋白介导的跨膜信号转导图,胰岛素受体,示波器工作原理,RP与AP的实验模式图,AP的产生与钠、钾通透性的关系,局部兴奋,动作电位的传导,神经肌肉接头,肌原纤维、肌管系统、肌小节,肌小节中粗、细肌丝的分布,粗肌丝分子排列示意图,细肌丝的结构示意图,肌丝滑行原理,不同频率的刺激对骨骼肌收缩型式的影响,长度张力曲线,肌小节长度与产生张力的关系,张力速度曲线,平滑肌细胞内部结构模式图,表2-1细胞外液与细胞内液主要成分成分细胞外液浓度细胞内液浓度（mmol/L）（mmol/L）Na+15015K+5.5150Ca2+11.5(游离0.0001)Mg2+1.512Cl-1259AA28Gs5.61Pr0.24ATP04,表22各种跨膜转运机制的特征单纯离子载体原发性主继发性扩散通道介导动转运主动转运净移动方向高低高低高低低高低高膜两侧浓度相等相等相等不相等不相等是否用膜Pr不是是是是饱和现象无无有有有结构特异性无有有有有能量供给不需要不需要不需要ATP钠势能转运物质O2CO2离子极性分离子Gs、aa子:Gs,神经C的AP,心房肌C的AP窦房结C的AP,静息时膜内外各离子的浓度,离子膜内浓度膜外浓度平衡电位（mmol/L）（mmol/L）(mv)K+40020-75Na+50440+55Cl-52560-60A-385-,小结：,1.细胞膜的跨膜物质转运形式有几种，举例说明之。2.比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3.Na+-K+泵活动有何生理意义?4.简述生理学上兴奋性和兴奋的含义及其意义。5.衡量组织兴奋性的指标有哪些?6.神经细胞一次兴奋后，其兴奋性有何变化?机制何在?7.局部兴奋有何特点和意义?,8.比较无髓神经纤维和有髓神经纤维动作电位传导的异同点?9.简述骨骼肌接头处兴奋传递的过程及其机制。10.简述骨骼肌的兴奋收缩耦联过程。11.骨骼肌的收缩有哪些外部表现?12.影响骨骼肌收缩的主要因素有哪些?13.以神经细胞为例，说明动作电位的概念、组成部分及其产生机制14.试述单根神经纤维动作电位和神经干复合动作电位有何区别?并分析其原因。,