2010卫生护理-细胞提纲.ppt

1 第二章细胞的基本功能 基本内容第一节细胞膜的结构与物质转运功能第二节细胞的跨膜信号转导功能第三节细胞的生物电现象第四节肌细胞的收缩功能 2 细胞 cell 机体的基本结构和功能单位 3 20世纪30s 膜结构假说 小孔刚性膜结构20世纪中期 电镜技术发现 膜的三层结构 液态镶嵌模型 1972年 Singer和Nicholson 一 细胞膜的基本结构特征 第一节细胞膜的基本结构和物质转运功能 4 1 细胞膜的组成 脂肪 蛋白质 糖类 重量 蛋白质与脂质之比为4 1 1 4线粒体膜3 1 神经髓鞘膜为1 4数量 脂质多于蛋白质10 100倍 5 2 液态镶嵌模型及其分子组成 液态镶嵌模型 fluidmosaicmodel 的基本内容 膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架 其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质 6 细胞膜构成主要成份 脂质双分子层 亲水性极性基团 磷酸和碱基 疏水性非极性基团 长烃链 7 脂质双分子层特点 液态 同层横向移动的流动性 稳定性意义 细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂 而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂 也可以自动融合而修复 仍保持膜的完整性 8 膜蛋白质 蛋白质肽链一次或多次穿越脂质膜膜蛋白具有多种功能 9 分类 依功能分 酶蛋白 受体蛋白 转运蛋白等 依存在形式分 表面蛋白 整合蛋白 功能 以酶 载体 离子泵 通道 受体等形式参与代谢 物质转运 信号转导等功能 10 膜的糖类 分子标记或信息载体 结构 寡糖和多糖链 糖蛋白或糖脂 11 二 细胞膜的物质转运机能 细胞的膜物质转运方式主要有单纯扩散diffusion易化扩散facilitateddiffusion主动转运activetransport膜泡转运vesiculartransport 被动扩散 主动扩散 12 一 单纯扩散 simplediffusion 机体内的脂溶性物质顺浓度梯度等跨细胞膜的转运过程 物质 O2 CO2 N2 尿素等 决定因素 物质的浓度差 膜的通透性 13 二 易化扩散 facilitateddiffusion 概念 易化扩散指某非脂溶性物质或脂溶性较低的物质 在特殊蛋白质的帮助下 的顺浓度梯度的跨膜扩散 分类 1 经载体的易化扩散 载体 carrier 贯穿脂质双层的整合蛋白 物质 葡萄糖 氨基酸 核苷酸等 14 特点 顺浓度梯度转运 饱和现象 结构特异性 竞争性抑制 15 2 经通道的易化扩散指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运 物质 Na K Ca2 H Cl 等 通道类型 依离子选择性分 电压门控离子通道 Na K Ca2 等 化学门控离子通道 肌肉终板膜 突触后膜 机械门控离子通道 耳蜗毛细胞顶部 16 钠通道有三种基本状态 备用状态 激活状态 失活状态 17 易化扩散与单纯扩散的不同点 易化扩散需要细胞膜特殊蛋白质协助完成 易化扩散与单纯扩散的相同点 都是顺着浓度梯度或电位梯度进行 利用势能 不消耗细胞代谢产生的能量 都属于被动扩散 18 三 主动转运 主动转运activetransport 细胞膜通过消耗细胞释放的生物能 逆化学或电位梯度跨膜转运物质的过程 特点 耗能并逆电 化学梯度进行 19 主动转运的分类 1 原发性主动转运 primaryactivetransport 本质为ATP酶 直接利用ATP释放的能量而实现的转运 如钠泵 钙泵等 2 继发性主动转运 secondaryactivetransport 也称联合转运 20 钠 钾泵 Na K 依赖式ATP酶 钠 钾泵的本质 是具有ATP酶活性的膜蛋白质 可分解ATP释放能量 用以逆电 化学梯度跨膜转运Na K 钠 钾泵的激活 细胞内的Na 和细胞外K 均可激活其酶活性生电性 即每分解一分子ATP可泵出3个Na 同时泵入2个K 21 钠 钾泵活动的生理意义 保持细胞内外Na 和K 不均衡分布 为细胞电活动的发生提供势能储备细胞内高K 是代谢活动的必要条件维持细胞正常的渗透压及形态建立Na 浓度势能储备 协助营养物质的继发性主动转运 22 继发性主动转运 概念 指利用原发性主动转运建立的膜电 化学势能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运 例 小肠腔 肾小管腔内Glucose和AA的转运 甲状腺细胞的聚碘 23 四 膜泡转运 1 出胞 胞吐 exocytosis 指细胞内的某些大分子物质 物质颗粒或团块的排出过程 如腺细胞分泌 神经递质释放等 24 2 入胞 胞吞 endocytosis 与出胞相反 指细胞外某些物质团块进入细胞的过程 如白细胞对病毒 细菌的吞噬或吞饮等 25 吞饮pinocytosis液体物质摄取为吞饮吞噬phagocytosis固体物质摄取为吞噬 入胞作用 吞饮吞噬 26 受体中介入胞作用指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至细胞内的过程 27 第二节细胞的跨膜信号转导功能 以细胞膜蛋白质作为中介 参与将细胞外信息传递至细胞内的过程称为跨膜信号转导 28 一 细胞间的信号传递 细胞间的信号传递大致分为两类 电传递化学传递 29 一 缝隙连接处电传递 电传递 以局部电流的形式直接诱发相邻细胞的活动 30 二 化学传递 化学信号物质作用于相应的靶细胞 调节靶细胞的功能 31 配体 ligand 将信号从一种细胞传到另一种细胞 并能与细胞膜上的受体结合的化学物质称为配体 神经递质激素细胞因子一氧化蛋 NO 根据化学组成不同分为 水溶性的和脂溶性的 32 受体 receptor 细胞中能识别各种配体 并与其特异性结合 从而引起各种生物效应的蛋白质分子称为受体 分类 膜受体 胞浆受体和核受体 离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体 或具有内在酶活性的受体 33 二 跨膜信号转导系统 几种主要的跨膜信号转导途径 根据膜受体特征 一 通道耦联受体介导的信号转导受体本身是离子通道的组成部分例如 神经肌肉接头处化学门控通道ACh 34 二 G 蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 G 蛋白是鸟苷酸结合蛋白的简称是最大的细胞膜表面受体家族系统组成有 膜受体 G 蛋白 效应器酶 第二信使 蛋白激酶等 35 第二信使 secondmessenger 细胞内信使 目前已知的有 环一磷酸腺苷 cAMP 三磷酸肌醇 IP3 二酰甘油 DG 环一磷酸鸟苷 cGMP Ca 36 三 酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路 特点 这些受体本身具有酶活性 不需要G蛋白和第二信使参与 催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸化 从而影响细胞功能 37 第三节生物电现象与细胞兴奋性 38 细胞生物电现象可兴奋细胞无论处于安静状态还是活动状态 都具有电活动现象 脑电图记录与脑电图 EEG 39 细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式 静息电位resingpotential RP动作电位actionpotential AP细胞的生物电活动十分微弱 必须通过精密的电学测量仪器记录 心电图 ECG 40 一 静息电位及其产生机制 一 静息电位的概念 RP 细胞在安静时存在于细胞膜两侧的电位差 通常表现为稳定的直流电位 RP范围 10 100mV 骨骼肌细胞 90mV 神经细胞 70mV 平滑肌细胞 55mV RBC 10mV 41 膜电位的描述 极化polarization 细胞静息状态下 膜两侧所保持的内负外正的状态 去极化depolarization 静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化 称去极化或除极化 反极化reverspolarization 正电荷过度增加 使膜内与膜外电位翻转 内正外负 的状态 复极化repolarization 细胞去极化后 膜内电位下降 朝向原先极化状态恢复的过程 超极化hyperpolarization 膜内电位的数值向膜内负值增大的方向变化称超极化 42 43 二 RP形成的机制 离子学说 1 离子跨膜扩散的两个条件膜两侧的离子浓度差膜对离子的通透性 44 1 静息状态下细胞膜内外Na K 分布不均衡 细胞膜内 i 外 o 基本离子分布浓度比例K i K o 30 1 K 具有向膜外扩散的趋势Na o Na i 12 1 Na 具有向膜内扩散的趋势Cl o Cl i细胞内为An 有机负离子 45 2 静息状态下细胞膜对K 的选择性通透K 的通透性大Na 的通透性极小Cl 的通透性极小An 有机负离子不通透 46 可兴奋细胞在安静情况下膜对K 通透性较高 而对其它离子 如Na 通透性较低 对有机负离子An 则不通透膜内外K 浓度 化学 势能差驱动K 外向跨膜扩散 而由于其向外扩散所造成的外正内负电场力又阻止其进一步扩散最终 促使K 外移的化学势能差与阻止K 外移的电势能差相等 即电 化学力达到平衡 K 无跨膜净移动时 已移出K 形成的跨膜电位即为EK K 的平衡电位 2 RP形成的机制 47 用Nernst公式计算的EK理论值与实测的RP非常接近 式中EK K 平衡电位R 气体常数T 绝对温度Z 离子价数F 法拉弟常数K o K i 细胞外液 细胞内液K 浓度 3 RP产生机制的证明 48 有少量Na 内漏 极少 Cl 钠泵生电作用的影响 2 16mV 改变膜外 K RP 一定范围 K o RP 反之则反 用四乙铵阻断K 通道 RP 或消失 49 细胞膜内外K Na 浓度差细胞膜对K Na 的相对通透性K Na 泵活动水平 3 影响静息电位水平的因素 50 二 动作电位及其产生机制 AP 一 AP的记录 特性 概念及意义标本 神经纤维 51 1 AP概念 指给细胞一次有效刺激 在细胞膜RP基础上发生的一次快速而可逆的 可向远处传播的电位波动 2 AP意义 兴奋的标志 传播信息 触发各种外部活动 52 3 AP的波形及构成 53 动作电位组成上升支下降支去极化后电位 负后电位 超极化后电位 正后电位 锋电位 Ap的标志 后电位 54 二 AP产生机制 1 条件 RP 膜两侧的离子浓度差 膜对离子的通透性 先Na 后K 2 AP产生机制 过程 55 阈电位 thresholdpotential TP 膜去极化达到使Na 或Ca2 通道突然大量开放而爆发AP的临界膜电位值 一般比RP小10 20mV 阈电位的概念 56 内向离子流 带正电的离子由膜外流入膜内 如Na Ca2 内流外向离子流 带正电的离子由膜内流出膜外或带负电的离子由膜外流入膜内 如K 外流 CI 内流 Ca2 Na K CI 57 除极相 上升支 阈刺激 膜轻度除极 MP 部分Na 通道被激活 开放 Na 少量内流 内向电流 膜进一步除极 MP继续 MP达到TP 大量Na 通道被激活 开放 Na 在电化学力驱动下 大量快速内流 正反馈变化 膜进一步快速除极 MP急 mV 50mV ENa Na 通道关闭失活 Na 停止内流 动作电位产生机制 58 膜上的K 通道开放 K 在电化学力驱动下外流 外向电流 膜复极 MP RP EK 复极相 下降支 因膜内Na 膜外K Na泵被激活 Na泵逆浓度差 耗能 泵出Na 移入K 以恢复膜两侧原有的Na K 分布 复极后 59 上升支 刺激达到阈值 膜上的钠通锋电位大量开放 Na 迅速内流引起下降支 钠通道关闭 钾通道开放 APK 外流引起负后电位 复极末 膜外K 蓄积妨碍K 后电位继续外流 正后电位 生电性钠泵活动加强 动作电位产生机制小结 60 3 AP产生机制的证明 用Nernst公式计算的ENa AP超射值 改变细胞外液NaCL浓度 AP的幅度 去极化速度和AP传导速度都下降 下降程度与细胞外液NaCL浓度减小成比例 说明细胞外液NaCL与AP形成有关 61 改变膜外 Na 观察AP变化 62 用Na 通道阻断剂河豚毒 TTX 阻断Na 通道时 细胞失去产生AP的能力 63 4 钠通道有三种基本状态 备用状态 激活状态 失活状态 64 5 AP的特性 1 全或无 特性 无 刺激小于阈值 不能产生AP 全 刺激达到或 阈值 MP RP 阈电位 TP 爆发AP AP一旦产生 其不再随阈上刺激而改变 也不随传播距离的增加而减小 2 不衰减传导 即动作电位沿细胞膜扩布时 其大小也不随传导距离的增加而衰减 3 互不融合 即SP不会发生总合 65 66 三 兴奋过程中兴奋性的变化 兴奋性周期变化组织 细胞发生兴奋后 反应能力发生改变 即兴奋过程中兴奋性顺序出现一系列变化 随后恢复至其兴奋前的状态 组织兴奋性的高低 通常用引起组织兴奋的阈值 强度 来衡量 67 68 兴奋性周期 绝对不应期absoluterefractoryperiod强大刺激无效兴奋性极度降低相对不应期relativerefractoryperiod 阈值刺激有效兴奋性开始恢复超常期supernormalperiod正常低常期subnormalperiod 阈值刺激有效兴奋性稍降低 69 70 71 意义 决定细胞发放SP的最大频率 使SP不相融合 72 四 兴奋的引起和传导 一 引起兴奋的条件阈强度thresholdintensity 引起细胞兴奋最小的刺激强度 阈电位thresholdpotential 是使去极化突然转变为锋电位时的最小膜电位水平 也可以说是能使Na 通道突然大量开放产生动作电位的临界膜电位数值 一般比RP的绝对值小10 20mv 73 AP 全或无 特性 74 75 2 外向刺激电流电紧张性扩布 刺激电流stimuluscurrent指作用于细胞和组织的外加电流 其方向对细胞的兴奋发生有不同影响外向刺激电流使膜去极化 易化细胞兴奋过程内向刺激电流使膜超级化 细胞不易发生兴奋电紧张性扩布electrotonicpropagation 阈下刺激所引起的膜电位变化沿细胞膜传导 随传导距离和时间延续 其电位幅度迅速衰减直至消失 76 电流方向 外向刺激电流 内向刺激电流 77 78 3 AP的特性 1 全或无 特性 无 刺激小于阈值 不能产生AP 全 刺激达到或 阈值 MP RP 阈电位 TP 爆发AP AP一旦产生 其不再随阈上刺激而改变 也不随传播距离的增加而减小 2 不衰减传导 即动作电位沿细胞膜扩布时 其大小也不随传导距离的增加而衰减 3 互不融合 即SP不会发生总合 79 概念 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化 即局部电位 称局部兴奋 二 局部兴奋及特征 80 特点 不具有 全或无 现象 电紧张方式扩布 具有总和效应 时间性和空间性总和 81 电紧张性扩布 82 83 84 85 三 兴奋在同一细胞上的的传导 细胞局部一旦受到刺激发生兴奋 则动作电位即向细胞的周围扩布兴奋的传播过程是以兴奋的部位与相临未兴奋部位之间形成局部环路电流进行的 86 传导的特点 双向性安全性不衰减性 87 小结 1 AP是在RP基础上发生的一次快速 可逆 可传播的电位变化 是兴奋的标志 2 AP有上升支 去极化 下降支 复极化 两个时相 或分为锋电位和后电位两部分 88 3 AP的特点 全或无不衰减传导脉冲式4 AP传导本质 局部电流流动5 兴奋性变化规律 绝对不应期 相对不应期超常期 低常期 绝对不应期时兴奋性为零 89 第四节肌细胞的收缩功能 一 兴奋在神经 肌肉接头的传递1 神经 肌肉接头轴突末梢膜 接头前膜 结构接头间隙终板膜 接头后膜 一 骨骼肌的兴奋和收缩 90 接头前 N末梢 膜内 递质囊泡 含ACh接头间隙 胞外液接头后膜 终板膜 受体 胆碱酯酶 N M接头 91 N型 Ach激活离子通道 终板膜上的Ach激活离子通道属于配体 化学门控通道Ach激活离子通道由五个亚单位构成 其中两个 亚单位可与Ach结合 从而激活通道开放 92 脊髓运动神经元兴奋电 活 动作电位经轴突传到神经末梢动 Ca2 进入轴突末梢 突触小体 化 轴突末梢囊泡释放神经递质Ach学 传 Ach进入接头间隙递 与终板膜N型化学门控通道结合 终板膜对Na 及K 通透性 产生终板电位电 胆碱酯酶水解Ach活 刺激肌膜去极化诱诱发肌细胞动作电位动 骨骼肌细胞兴奋 收缩 2 神经肌肉接头处信号传递过程 93 94 EPP的引起与肌膜AP自发 或阈刺激或阈上刺激 Nf 递质释放 EPP 肌膜TP 肌膜AP 以EPP为指标的实验研究 递质以囊泡为单位的量子性释放 其ACh释放量与突前Ca2 内流量成正相关 95 EPP的特性 或特征 微终板电位 miniatureendplatepotential MEPP 神经递质自发释放 1个量子 10000Ach分子 MEPP 0 4mV EPP可被箭毒抑制 被胆碱酯酶抑制剂增强 EPP可随扩布距离 而减小 96 少量箭毒 箭毒剂量 97 3 神经 骨骼肌接头处的兴奋传递特征 单向传递时间延搁易受药物或其他环境因素的影响保持一对一的关系 98 4 影响N M接头兴奋传递的因素1 Ca2 或 和 Mg2 递质释放 2 筒箭毒碱 tubocurarine 或 银环蛇毒 阻断受体功能 3 有机磷 或新斯的明 抑制胆碱脂酶的活性 99 5 临床意义 有机磷农药中毒抢救 阿托品 解磷定 箭毒 肌松剂 100 101 1 骨骼肌细胞结构 显微镜下骨骼肌组织局部结构及肌细胞立体结构示意图 二 骨骼肌的收缩 102 3 肌原纤维 粗肌丝 由肌球 肌凝蛋白 组成 其头部有一膨大部 横桥 细肌丝 肌动蛋白 表面有与横桥结合的位点 静息时被原肌球蛋白掩盖 原肌球蛋白 静息时掩盖横桥结合位点 肌钙蛋白 与Ca2 结合变构后 使原肌球蛋白位移 暴露出结合位点 103 2 肌小节 是肌细胞收缩的基本结构和功能单位 1 肌管系统 横管系统 T管纵管系统 L管三联管 104 1 兴奋 收缩耦联2 肌丝滑行 三 横纹肌的收缩机制 105 四 横纹肌的兴奋 收缩耦联 三个主要步骤 肌膜电兴奋的传导 三联管处的信息传递 肌浆网 纵管系统 中Ca2 的释放 106 按任意键飞入横桥摆动动画 肌节缩短 肌细胞收缩 牵拉细肌丝朝肌节中央滑行 横桥摆动 横桥与结合位点结合 分解ATP释放能量 原肌球蛋白位移 暴露细肌丝上的结合位点 Ca2 与肌钙蛋白结合肌钙蛋白的构型 终池膜上的钙通道开放终池内的Ca2 进入肌浆 肌丝滑行 107 骨骼肌舒张机制 兴奋 收缩耦联后 肌膜电位复极化 终池膜对Ca2 通透性 肌浆网膜Ca2 泵激活 肌浆网膜 Ca2 Ca2 与肌钙蛋白解离 原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点 骨骼肌舒张 108 109 骨骼肌细胞收缩成份 110 111 2 肌细胞收缩的肌丝滑行模型 112 3 肌丝滑行过程 肌丝的相对滑行过程是由肌浆网终池释放Ca2 肌浆中Ca2 升高所启动的胞浆Ca2 Ca2 与肌钙蛋白亚单位C结合 解脱原肌凝蛋白 位阻 作用 肌纤蛋白与肌凝蛋白头部结合的活性位点暴露 粗 细肌丝之间形成横桥连接 ATP分解 释放能量 横桥摆动 细肌丝向M线滑行 肌小节缩短 肌肉收缩 动作电位消退Ca2 被泵回肌质网 胞浆Ca2 Ca2 脱离肌钙蛋白 原肌凝蛋白 回位 粗 细肌丝间的相互作用终止 细肌丝弹性回位 113 4 兴奋 收缩耦联 兴奋 收缩耦联excitation contractioncouping联系肌细胞膜电变化为特征的兴奋过程与肌丝滑行机械变化为基础的收缩过程的中介过程 胞浆Ca2 的浓度的变化作为媒介 使兴奋的电变化过渡为肌肉收缩的机械变化过程 114 骨骼肌细胞兴奋 Ca2 收缩张力关系 115 二 肌肉收缩的外部表现和力学 一 外部表现等长收缩isometriccontraction 后负荷过大时 肌肉收缩时仅产生张力变化 而长度不变的收缩形式 等张收缩isotoniccontraction 肌肉在无负荷时收缩 主要表现长度缩短的变化 张力无明显改变的收缩形式 116 单收缩和复合收缩单收缩复合收缩不完全强直收缩完全强直收缩 117 肌肉收缩表现 单收缩 复合 总和 收缩 不完全强直收缩 完全强直收缩 118 自然状态下 骨骼肌的收缩形式是什么 为什么 119 一 力学分析 前负荷后负荷肌肉收缩能力 120 前负荷 初长度 的影响 长度 张力曲线在一定范围内 肌肉收缩产生的张力与前负荷 初长度 成正变关系初长度 肌肉收缩前被动牵拉的一定长度 长度 张力曲线 改变肌肉初长度 即前负荷 时 肌肉收缩所产生张力变化的对应关系曲线 最适初长度 肌肉收缩时产生最大张力的初长度 肌肉在最适初长度条件下收缩效果最佳 121 前负荷 M初长度 M张力最适前负荷 最适初长度 肌节2 0 2 2 m 最大主动张力或总张力 肌节 2 0 m或 2 2 m 肌张力 肌节 1 6 m或 3 65 m M张力 122 后负荷的影响 张力 速度曲线在一定后负荷范围内 肌肉收缩产生的张力与缩短初速度大致呈反比关系 后负荷增加到某一数值时 肌肉收缩产生最大张力 而肌肉不缩短 缩短速度为零当后负荷为零时 缩短速度达到最大值 肌肉产生的张力为零上述两种极端状态 肌肉收缩时均不作功 123 后负荷 肌肉张力 开始缩短时间 速度 距离及做功后负荷过大 肌肉张力可达最大 但不能缩短 124 肌肉收缩能力改变对肌肉收缩的影响肌肉收缩能力 contractility 泛指肌肉自身内部结构功能状态的某种变化 与肌肉收缩的前后负荷变化无关 包括兴奋 收缩偶联过程 肌浆内Ca2 浓度 横桥头部的ATP酶活性等与肌肉收缩力量成正比 影响因素