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1、第二章 細(xì)胞的基本功能,第一節(jié) 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 第二節(jié) 細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能 第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象 第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,本章要求,掌 握 1.單純擴(kuò)散、易化擴(kuò)散的概念、形式和特點(diǎn)； 2.原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的概念和轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制； 3.靜息電位、動(dòng)作電位的概念及產(chǎn)生機(jī)制； 4.動(dòng)作電位、局部反應(yīng)的特點(diǎn)； 5.興奮在同一細(xì)胞上傳導(dǎo)的形式及特點(diǎn)； 6.興奮-收縮耦聯(lián)的概念及其耦聯(lián)物質(zhì)。,第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)概述 細(xì)胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，此外還有極少量的糖類物質(zhì)。,1 液態(tài)鑲嵌模型（fluid mosaic model）的基本內(nèi)容是：膜以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層

2、為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)。,,細(xì)胞膜的液態(tài)鑲嵌模型,以磷脂為主（70%），其次是膽固醇（<30%），還有少量的鞘脂。,2 決定轉(zhuǎn)運(yùn)的因素,分子量的大小 物質(zhì)在細(xì)胞膜內(nèi)外的濃度差和電位差 物質(zhì)的溶解性,二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能,(一) 單純擴(kuò)散 概念：是一種簡單的物理擴(kuò)散，沒有生物學(xué)的轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制參與。 擴(kuò)散的方向和速度：取決于物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差和膜對(duì)該物質(zhì)的通透性。 影響擴(kuò)散量的因素：濃度差：是物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力；通透性：通透性愈大，擴(kuò)散量也愈大。,特點(diǎn) ： 擴(kuò)散速率高，無飽和性； 不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助”，不需另外消耗能量； 擴(kuò)散量與物質(zhì)濃度梯度和膜通透性呈正相關(guān).

3、,轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)： 有O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素等少數(shù)幾種物質(zhì)。 注：膜對(duì)H2O具高度通透性，H2O除單純擴(kuò)散外，還可通過水通道跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。,(二) 易化擴(kuò)散,1.載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散特點(diǎn) 載體蛋白質(zhì)有較高的結(jié)構(gòu)特異性。 飽和現(xiàn)象。 競(jìng)爭(zhēng)性抑制。,載體轉(zhuǎn)運(yùn) 轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)：葡萄糖(G)、氨基酸(AA)等小分子親水物質(zhì)。,載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散,通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散示意圖,,,通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散,門控離子通道分為三類： 1. 電壓門控通道：在膜去極化到一定電位時(shí)開放，如神經(jīng)元上的Na+ 通道； 2. 化學(xué)門控通道：受膜環(huán)境中某些化學(xué)物質(zhì)的影響而開放,這類化學(xué)物質(zhì)（配基）主

4、要來自細(xì)胞外液，如激素、遞質(zhì)等； 3. 機(jī)械門控通道：當(dāng)膜的局部受牽拉變形時(shí)被激活，如觸覺的神經(jīng)末梢、聽覺的毛細(xì)胞等都存在這類通道。,（三）主動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),概念：細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程。 分類：原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)、繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 二者區(qū)別： 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：直接利用ATP能量 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：間接利用ATP能量,鈉鉀泵（sodium-potassium pump）,在細(xì)胞膜上主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)功能完成是靠一種特殊的鑲嵌全層的蛋白質(zhì)實(shí)現(xiàn)的，這種蛋白質(zhì)我們形象的稱為泵。 作用：在消耗代謝能的情況下逆濃濃度差將細(xì)胞內(nèi)的3個(gè)Na+移出膜外，同時(shí)把細(xì)胞外的2個(gè)

5、K+移入膜內(nèi)，因而保持了膜內(nèi)高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布 。 意義：鈉泵活動(dòng)造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝過程的必需條件；鈉泵將Na+排出細(xì)胞將減少水分子進(jìn)人細(xì)胞內(nèi)，對(duì)維持細(xì)胞的正常體積有一定意義；鈉泵活動(dòng)最重要的在于它能逆濃度差和電位差進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，因而建立起一種勢(shì)能貯備。這種勢(shì)能是細(xì)胞內(nèi)外Na+和K+等順著濃度差和電位差移動(dòng)的能量來源。,原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖,直接利用ATP能量,繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),間接利用ATP能量,四 入胞和出胞 一些大分子物質(zhì)或團(tuán)塊進(jìn)出細(xì)胞,是通過細(xì)胞本身的吞吐活動(dòng)進(jìn)行的,亦可屬于主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。 1、出胞:指細(xì)胞把大塊的內(nèi)容物由細(xì)胞內(nèi)排出的過程。 主要見于細(xì)胞的分泌過

6、程：如激素、神經(jīng)遞質(zhì)、消化液的分泌。,2、入胞: 指細(xì)胞外的大分子物質(zhì)或團(tuán)塊進(jìn)入細(xì)胞的過程。 分為：吞噬=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為固體; 吞飲=轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)為液體。 吞飲又可分為液相入胞和受體介導(dǎo)式入胞。,出胞,分泌物排出,融合處出現(xiàn)裂口,囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)移動(dòng),膜性結(jié)構(gòu)包被=分泌囊泡,高爾基復(fù)合體,粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物,,,,,,,,囊泡膜與質(zhì)膜的某點(diǎn)接觸并融合,囊泡的膜成為細(xì)胞膜的組成部分,細(xì)胞膜上的受體對(duì)物質(zhì)的“辨認(rèn)”,復(fù)合物向膜表面的“有被小窩”移動(dòng),凹陷膜與細(xì)胞膜斷離=吞食泡,吞食泡與胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合,,,,,,發(fā)生特異性結(jié)合=復(fù)合物,“有被小窩”處的膜凹陷,入胞:,第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號(hào)

7、轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,一 受體的概念及特征 受體：凡是能與信號(hào)分子特異性結(jié)合，并引發(fā)細(xì)胞發(fā)生特定 生理效應(yīng)的特殊蛋白質(zhì)。存在細(xì)胞膜，細(xì)胞質(zhì)，細(xì)胞核內(nèi)。 特征：特異性 飽和性 可逆性,跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式分為三類：,離子通道藕聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)； （化學(xué)，電壓，機(jī)械門控性通道） G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)； 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 每類都通過各自不同的細(xì)胞信號(hào)分子完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),一、離子通道介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 離子通道大體有：化學(xué)、電壓、機(jī)械性門控通道,化學(xué)性胞外信號(hào)(ACh),ACh + 受體=復(fù)合體,Na+內(nèi)流,終板膜電位,骨骼肌收縮,,,,,,終板膜變構(gòu)=離子通道開放,二、G蛋白偶聯(lián)

8、受體介導(dǎo)的信號(hào) 1 cAMP信號(hào)通路,,神經(jīng)遞質(zhì)、激素等（第一信使）,興奮性G蛋白(GS),激活腺苷酸環(huán)化酶(AC),ATP,cAMP（第二信使）,細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng),,,,,,,激活cAMP依賴的蛋白激酶A,,結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體,,激活G蛋白(與、亞單位分離),膜外N端：識(shí)別、結(jié)合第一信使,膜內(nèi)C端：激活G蛋白,2 磷脂酰肌醇信號(hào)通路,,,激素（第一信使）,興奮性G蛋白(GS),激活磷脂酶C(PLC),PIP2,(第二信使） IP3和DG,,,,,,,,,內(nèi)質(zhì)網(wǎng) 釋放Ca2+,,細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng),結(jié)合G蛋白偶聯(lián)受體,激活G蛋白(與、亞單位分離),膜外N端：識(shí)別、結(jié)合第一信使,膜內(nèi)C端：激活G蛋白,

9、三、酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo) 受體本身具有酶的活性，又稱受體酪氨酸激酶。,生長因子,細(xì)胞內(nèi)生物效應(yīng),,,與受體酪氨酸激酶結(jié)合,膜外N端：識(shí)別、結(jié)合第一信使 膜內(nèi)C端：具有酪氨酸激酶活性,特點(diǎn)：信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與G蛋白無關(guān)；無第二信使的產(chǎn)生；無細(xì)胞質(zhì)中蛋白激酶的激活。,受體酪氨酸激酶介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)圖示,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,生物電（bioc-lectricity） ：是指一切活細(xì)胞無論處于靜息狀態(tài)還是活動(dòng)狀態(tài)都存在的電現(xiàn)象。 兩種表現(xiàn)形式：安靜時(shí)具有的靜息電位和受刺激時(shí)產(chǎn)生的動(dòng)作電位。,（一）靜 息 電 位,靜息電位（resting potential，RP）是指細(xì)胞處于靜息狀態(tài)時(shí)，細(xì)胞膜兩側(cè)存在

10、的電位差。 意義：是動(dòng)作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)。,靜息電位測(cè)定示意圖,A: 電極A與B均置 于細(xì)胞外表面,,B：電極A置于 細(xì)胞外，電 極B插入細(xì) 胞內(nèi)，記錄 到細(xì)胞內(nèi)外 的電位差,膜電位幾種狀態(tài)：,極 化：安靜時(shí)存在于膜兩側(cè)的穩(wěn)定的內(nèi)負(fù) 外正的狀態(tài)。 超極化：膜內(nèi)負(fù)電位增大（細(xì)胞抑制）。 去極化：膜內(nèi)負(fù)電位減?。?xì)胞興奮）。 復(fù)極化：細(xì)胞發(fā)生去極化后，膜電位有恢 復(fù)到極化狀態(tài)。,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,產(chǎn)生條件主要有兩個(gè)： 濃度差； 通透性不同。 靜息電位主要是K+外流達(dá)到平衡時(shí)的電位，所以又稱K+平衡電位 靜息電位大小由K+濃度差決定： 細(xì)胞外K+濃度大，濃度差減小，外流動(dòng)力減小，鉀離

11、子外流減少，靜息電位就減小。,（二）動(dòng) 作 電 位,概念：動(dòng)作電位(action potential,AP)是指細(xì)胞受刺激時(shí)在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可擴(kuò)布的電位變化。 意義：是細(xì)胞處于興奮狀態(tài)的標(biāo)志。,單一神經(jīng)纖維的動(dòng)作電位示意圖,,動(dòng) 作 電 位 的 產(chǎn) 生機(jī)制,動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制：靜息電位去極化達(dá)到閾電位水平。 去極化過程：Na+大量快速內(nèi)流形成 復(fù)極化過程：K+快速外流形成 后電位過程：Na+-K+泵活動(dòng)的結(jié)果,動(dòng) 作 電 位 的 特 點(diǎn),動(dòng)作電位呈“全或無”現(xiàn)象：動(dòng)作電位一旦產(chǎn)生就達(dá)到它的最大值，其變化幅度不會(huì)因刺激的加強(qiáng)而增大； 不衰減性傳導(dǎo)：動(dòng)作電位一旦在細(xì)胞膜的某一部位產(chǎn)生，就會(huì)立

12、即向整個(gè)細(xì)胞膜傳布，而它的幅度不會(huì)因?yàn)閭鞑季嚯x的增加而減小，可迅速擴(kuò)布到整個(gè)細(xì)胞膜； 脈沖式：由于絕對(duì)不應(yīng)期的存在，動(dòng)作電位不能重合在一起，動(dòng)作電位之間總有一定的間隔而形成脈沖式圖形。,,,局 部 興 奮,局部興奮的基本特性,（1）不是“全或無”的，而是隨著閾下 刺激的增大而增大； （2）不能在膜上作遠(yuǎn)距離的傳播； （3）局部興奮是可以互相疊加的， 包括 空間性總和 時(shí)間性總和,四、細(xì)胞興奮后興奮性的周期性變化,絕對(duì)不應(yīng)期：無論多強(qiáng)的刺激也不能再次興奮的期間。 相對(duì)不應(yīng)期：大于原先的刺激強(qiáng)度才能再次興奮間。 超常期：小于原先的刺激強(qiáng)度便能再次興奮的期間。 低常期：大于原先的刺激強(qiáng)度才能再

13、次興奮的期間。,組織興奮后興奮性變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系,分 期 興奮性 與AP對(duì)應(yīng)關(guān)系 機(jī) 制 絕對(duì)不應(yīng)期 降至零 鋒電位 鈉通道失活 相對(duì)不應(yīng)期 漸恢復(fù) 負(fù)后電位前期 鈉通道部分恢復(fù) 超常期 正常 負(fù)后電位后期 鈉通道大部恢復(fù) 低常期 正常 正后電位 膜內(nèi)電位呈超極化,第四節(jié) 肌細(xì)胞的收縮功能,本節(jié)主要以骨骼肌為例討論以下內(nèi)容： 運(yùn)動(dòng)神經(jīng)的興奮如何傳遞給骨骼肌細(xì)胞而使它產(chǎn)生興奮； 骨骼肌細(xì)胞的興奮如何引發(fā)它收縮； 肌細(xì)胞的收縮機(jī)制； 骨骼肌的收縮形式； 影響骨骼肌收縮的因素。,（一）骨骼肌神經(jīng)-肌接頭處興奮的傳遞,骨骼肌的神經(jīng)-肌接頭：運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢和骨骼肌細(xì)胞相互接 觸的部

14、位 接頭前膜：是運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末稍嵌入肌細(xì)胞膜的部位 ； 接頭后膜（運(yùn)動(dòng)終板或終板模）：是與頭前膜相 對(duì)應(yīng)的肌細(xì)胞膜； 接頭間隙 ：間隔約50nm ，充滿了細(xì)胞外液。,神經(jīng)-肌接頭處的超微結(jié)構(gòu)示意圖,（二）神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程,,神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞的特點(diǎn),1 單向性傳遞: 即興奮只能從接頭前膜傳向接頭后膜，而不能反傳； 2 時(shí)間延擱: 神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程須經(jīng)過許多步驟、耗時(shí)較長，一次興奮傳遞約需0.51.0ms； 3 易受環(huán)境變化的影響: 因接頭間隙充滿了細(xì)胞外液，而細(xì)胞外液的成分易受內(nèi)外環(huán)境變化的影響，如Ca++、H+ 等濃度及滲透壓改變、膽堿酯酶活性、

15、某些藥物等，都可影響興奮傳遞過程。 4 化學(xué)性傳遞 主要依賴軸突末梢的乙酰膽堿傳遞信息,肌原纖維和肌小節(jié):,肌小節(jié)是肌細(xì)胞收縮的基本結(jié)構(gòu)和功能單位 =1/2明帶暗帶1/2明帶 = 2條Z線間的區(qū)域,骨骼肌細(xì)胞的細(xì)微結(jié)構(gòu),（三）骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),概念：骨骼肌細(xì)胞興奮時(shí)肌膜產(chǎn)生的電變化導(dǎo)致肌肉收縮的機(jī)械變化的過程被稱為興奮-收縮耦聯(lián)。 關(guān)鍵作用的藕聯(lián)物：Ga2+(興奮收縮) 結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是：三聯(lián)管結(jié)構(gòu) 三個(gè)步驟： 電興奮通過橫管系統(tǒng)傳向肌細(xì)胞的深處； 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞； 肌漿網(wǎng)（即縱管系統(tǒng)）對(duì) Ca2+釋放和再聚積。,（四）骨骼肌的收縮形式,1.等長收縮和等張收縮 等長收縮：肌肉收縮時(shí)不產(chǎn)

16、生長度的變化而僅產(chǎn)生肌張力的增加，這種形式的肌肉收縮稱為等長收縮；（維持人體姿勢(shì)） 等張收縮：在一定的張力基礎(chǔ)上產(chǎn)生肌肉的收縮時(shí)，肌肉的張力不變而產(chǎn)生肌肉的縮短，這種形式的收縮稱為等張收縮。 2.單收縮和強(qiáng)直收縮 單收縮：骨骼肌受到一次有效刺激，引起肌肉一次迅速的收縮，稱為單收縮。 強(qiáng)直收縮：肌肉受到連續(xù)的有效刺激時(shí)，當(dāng)刺激頻率達(dá)到一定程度時(shí)，引起肌肉收縮的融合而出現(xiàn)強(qiáng)而持續(xù)的收縮，稱為強(qiáng)直收縮 。,注：等長收縮和等張收縮與肌肉收縮時(shí)所遇到的負(fù)荷大小有關(guān) 當(dāng)負(fù)荷小于肌張力時(shí),出現(xiàn)等張收縮； 當(dāng)負(fù)荷等于或大于肌張力時(shí),出現(xiàn)等長收縮； 正常人體骨骼肌的收縮大多是混合式的,而且總是等長收縮在前

17、,當(dāng)肌張力增加到超過后負(fù)荷時(shí),才出現(xiàn)等張收縮。,單 收 縮 和 強(qiáng) 直 收 縮,（五）影響骨骼肌收縮的主要因素,1.前負(fù)荷：當(dāng)肌肉前負(fù)荷逐漸增大時(shí)，它每次收縮所產(chǎn)生的主動(dòng)張力也相應(yīng)地增大；當(dāng)前負(fù)荷超過最適初長度后，再增加前負(fù)荷反而會(huì)使主動(dòng)張力越來越小，以致最后下降到零。 2.后負(fù)荷 ： 后負(fù)荷增加，收縮張力增加而收縮速度減小，當(dāng)后負(fù)荷增大到一定程度時(shí)肌肉產(chǎn)生最大的張力，而縮短速度為零。 3.肌肉收縮能力：肌肉收縮能力增強(qiáng)，使肌肉收縮的張力增加、收縮速度加快，使它的作功效率增加。,收縮能力：是指與負(fù)荷無關(guān)、決定肌縮效應(yīng)的內(nèi)在特性。 肌縮能力肌縮速度、幅度和張力； 肌縮能力肌縮速度、幅度和張力。

18、決定肌縮效應(yīng)的內(nèi)在特性主要是： .興奮-收縮耦聯(lián)期間胞漿內(nèi)Ca2+的水平； .肌球蛋白的ATP酶活性。 調(diào)節(jié)和影響肌縮效應(yīng)內(nèi)在特性的因素： 許多神經(jīng)遞質(zhì)、體液物質(zhì)、病理因素和藥物。如：甲狀腺素和體育鍛煉能提高心肌肌球蛋白的ATP酶活性，增強(qiáng)心肌收縮力。老年人因心肌肌球蛋白分子結(jié)構(gòu)的改變，ATP酶活性降低，心肌收縮力減弱。,,肌肉初長度對(duì)肌肉收縮的影響,不同初長度時(shí)粗、細(xì)肌絲重合程度和產(chǎn)生張力的關(guān)系示意圖,復(fù)習(xí)題,1.細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式有哪些？它們的區(qū)別特點(diǎn)是什么？簡述鈉-鉀泵的作用及意義。 2.簡述靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制及影響靜息電位大小的因素。 3.何謂動(dòng)作電位？簡述動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制及特點(diǎn)。 4.何謂興奮-收縮偶聯(lián)？其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？鈣起何作用？,