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,第二章 細胞的基本功能,1,細胞的基本功能,細胞膜的物質轉運,細胞信號轉導,細胞的生物電,肌細胞的收縮,2,第一節(jié) 細胞膜的結構和物質轉運功能 一、 細胞膜的結構,,表面蛋白,,整合蛋白,3,二、物質的跨膜轉運 單純擴散 易化擴散 主動轉運（原發(fā)性和繼發(fā)性) 出胞和入胞,,,,,,被動轉運,4,（一）單純擴散（simple diffusion） 1.定義：脂溶性小分子物質從高濃 度一側向低濃度一側移動的過程,5,2.適用物質： 脂溶性小分子物質 （O2、CO2、N2、尿素、乙醇、水）,3.特點：,（1）不需膜蛋白的“幫助” （2）順濃度梯度（電-化學梯度） （3）方向是由高到低 (4) 結果是物質在膜兩側濃度平衡,6,4.影響因素：擴散通量 ⑴濃度差—動力 ⑵通透性—物質通過細胞膜的難易程度,7,定義：非脂溶性的物質在細胞膜上某些特殊蛋白質的幫助下由高濃度一側向低濃度一側移動的過程,(二）易化擴散(facilitated diffusion),8,特點： ⑴ 順濃度梯度，不耗能 ⑵ 需要膜蛋白的幫助,分類： ＊以通道為中介的易化擴散:依賴膜上的通道蛋白完成 ＊以載體為中介的易化擴散:依賴膜上的載體蛋白完成,9,1.載體介導的易化擴散,10,＊適用物質: 葡萄糖、氨基酸、核苷酸等小分子有機物,＊特點： ⑴ 特異性（選擇性） ⑵ 飽和現象（座位有限） ⑶ 競爭性抑制,11,12,＊,＊適用物質：離子（ Na+、 K+、 Ca2 +、 Cl- 等）,2.經通道易化擴散,13,＊特點：,（2） 轉運速率高,（1）離子選擇性：Na+通道、K+通道、Ca2+通道等,⑶ 門控特性：,通道的功能狀態(tài):開放和關閉,14,門控通道分類： 化學門控通道 電壓門控通道 機械門控通道,15,1. 定義：細胞消耗能量逆濃度梯度將物質由低濃度一側向高濃度一側轉運的過程,(三）主動轉運（active transport）,2.分類： ＊原發(fā)性：直接利用代謝產生的能量 ＊繼發(fā)性：利用Na+-K+泵產生的勢能,16,,Na+—K+泵（鈉泵）：,轉運膜蛋白是離子泵,高K+（高30倍）,高Na+ （高12倍）,原發(fā)性主動轉運,17,特點：,（1）對Na+、K+進行跨膜的逆向轉運,（2）耗能轉運──由消耗ATP供能，鈉泵本身具有ATP酶的活性,(3)耦聯轉運──可以使3個Na+移出膜外，同時有2個K+移入膜內,18,通道轉運與鈉-鉀泵轉運模式圖,19,意義：,⑴ 產生細胞內高K+，是許多代謝所必需調節(jié),⑵ 阻止細胞外Na+和水的進入,維持細胞形態(tài),⑶ 建立一種勢能貯備，是產生生物電現象的基礎,(4)造成膜兩側的Na+濃度差是其他物質繼發(fā)性轉運的基礎,20,繼發(fā)性主動轉運,過程： ⑴ Na+-K+泵在細胞膜外形成Na+的高勢能 ⑵ 物質利用Na+的高勢能與Na+內流耦聯從而被轉運,（聯合轉運或協同轉運）,21,適用物質： ⑴ 葡萄糖、氨基酸在小腸黏膜上皮細胞 的吸收和在腎小管上皮細胞的重吸收（同向） ⑵ 心肌細胞膜上Ca2 + 的轉運（逆向）,22,（三）出胞與入胞,2.適用物質：大分子物質 出胞：激素、神經遞質、酶的分泌 入胞：體內細菌、病毒和異物的清除,1.定義：大分子或團塊物質出/入細胞的過程,23,出胞：,24,入胞:,25,26,第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉導（了解）,外界信號 細胞膜表面一種或幾種膜蛋白分子構象改變 胞內信號分子變化 引起相應的效應,,,,27,測試題,2.物質在特殊細胞膜蛋白質幫助下順電化學遞度通過細胞膜的過程屬于 A.單純擴散 B.易化擴散 C.主動轉運 D.出胞(胞吐),1.有關單純擴散的敘述，正確的有 A.順濃度差轉運 B.依靠膜載體轉運 C.不耗能 D.通過膜通道轉運 E.借助膜上泵的作用,3.以載體為中介的易化擴散 A.有結構特異性 B.有競爭性抑制 C.有飽和現象 D.不依賴細胞膜上的蛋白質 E.是一種被動轉運,A C,B,A B C E,28,5. Na＋- K+泵的功能特點有 A.逆濃度差、電位差的轉運過程 B.由ATP供能 C.消耗能量 D.使細胞內外的Na＋和K+濃度相等 E.屬于易化擴散,4. 細胞膜對物質主動轉運的特點有 A.逆濃度梯度轉運 B.消耗能量 C.借助泵 D.有特異性 E.由ATP供能,6. 白細胞吞噬細菌是屬于 A.主動轉運 B.易化擴散 C.被動轉運 D.入胞作用(胞納),A B C D E,A B C,D,29,7. 葡萄糖或氨基酸逆濃度梯度跨細胞轉運方式是 A.單純擴散 B.經載體異化擴散 C.經通道的異化擴散 D原發(fā)性主動轉運 E.繼發(fā)性主動轉運,,8. K+進入細胞內錯誤的敘述是 A.借助通道 B.不耗能C.被動擴散 D.借助泵 E.順濃度遞度,E,A B C E,30,第三節(jié) 細胞的生物電現象,,31,32,生物電（bioelectricity）：是指一切活細胞無論處于靜息狀態(tài)還是活動狀態(tài)都存在的電現象。,由于生物電發(fā)生在細胞膜兩側，故又稱跨膜電位（簡稱膜電位）,兩種表現形式： 安靜時具有的靜息電位 受刺激時產生的動作電位,33,一、靜息電位及產生機制,1.靜息電位（resting potential,RP ） 細胞處于安靜狀態(tài)時細胞膜內外兩側存在的電位差(外正內負）,34,提示： （1）RP為電位差 （2）膜外比膜內電位高 （3）規(guī)定膜外電位為0，則RP=膜內電位 ＜0 （4）各類細胞的RP并不相同 神經元細胞：-50mV ∽ -70mV 骨骼肌細胞：-70mV ∽ -90mV 人紅細胞： -10mV （5）RP大小比較只看數值不看負號,意義：是動作電位產生的基礎。,35,生物電的一些基本概念,＊極 化:安靜時,膜兩側電位外正內負狀態(tài),＊超極化:膜兩側電位差加大, 膜內負值增大,＊去極化:膜內負值變小,＊復極化:去極化后，膜內電位向逐漸變大, 恢復到靜息電位狀態(tài),36,2.靜息電位形成機制,（2）不同狀態(tài)下細胞膜對不同的離子通透 安靜時主要是K+ 通道開放（主要對K+ 通透）,產生的兩個條件,（1）細胞膜兩側存在離子濃度差（離子分布不均） 細胞內高K+ 胞內[K+]＞胞外[K+],37,,,,,,,細胞內,細胞外,,K+,K+,K+,,,,,,K+,K+,K+,細胞膜,,38,,,,,,,細胞內,細胞外,,K+,K+,K+,,,,,,K+,K+,K+,細胞膜,,++++++++++++++++++,｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜,39,,,,,,,細胞內,細胞外,,K+,K+,K+,,,,,,K+,K+,K+,細胞膜,,++++++++++++++++++,｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜,,,外流動力，由K+濃度差形成,,外流阻力，由電位差形成,40,靜息電位形成機制,膜主要對K+通透 ↓ 細胞內外K+勢能差 ↓ K+經通道易化擴散 ↓ 擴散出的K+形成阻礙K+繼續(xù)擴散的電場力 ↓ K+的濃度差動力和電場力阻力平衡,特點: 靜息電位主要是由K+外流形成的內負外正相對恒定的電位差,41,K+平衡電位 （Nernst 公式）,靜息電位接近于 K+外流的平衡電位。,42,3.影響靜息電位的主要因素,（1）細胞膜在靜息狀態(tài)時對K+的通透性,（2）細胞膜內外K+的濃度差,（3）細胞代謝障礙,43,二、動作電位（action potential，AP）,1.定義：細胞受到刺激時，在靜息電位基礎上產生的快速、可逆轉、可傳播的細胞膜兩側的電位變化。,2.意義：是細胞處于興奮狀態(tài)的標志。,44,AP現象,45,以神經纖維為例將AP分為,上升支（去極相）,去極化,超極化（超射）,下降支（復極相）,復極化,AP部分：鋒電位（主要）,后電位,46,2.動作電位形成機制,原理,(1)細胞膜兩側存在離子濃度差（離子分布不均） 細胞外高Na+ 胞外[Na+]＞胞內[Na+],(2)不同狀態(tài)下細胞膜對不同的離子通透 去極化到閾電位時主要是Na+通道開放 （主要對Na+通透）,47,,,,,,,細胞內,細胞外,,Na+,Na+,Na+,,,,,,Na +,Na +,Na +,細胞膜,,48,,,,,,,細胞內,細胞外,,Na+,Na+,Na+,,,,,,Na +,Na +,Na +,細胞膜,,++++++++++++++++++,｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜,49,,,,,,,細胞內,細胞外,,Na+,Na+,Na+,,,,,,Na +,Na +,Na +,細胞膜,,++++++++++++++++++,｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜｜,,,內流動力，由Na+濃度差形成,,內流阻力，由電位差形成,50,,機制：,(2)下降支：Na+通道關閉 →K+快速外流→膜電位迅速下降由正到負（復極化時相）,（3)復極后：Na+- K+泵的活動，使Na+、 K+重新回到原來的分布狀態(tài)。,(1)上升支：刺激→膜去極化→達到閾電位→ Na+大量、快速內流（再生性循環(huán)）→細胞內正電荷增多，膜電位由負到正（去極化時相）→動力=阻力時 Na+內流停止，達到Na+平衡電位,51,AP的上升支由Na＋內流形成 下降支是K＋外流形成的 AP=Na＋的平衡電位,結論：,52,53,提示：,1.AP的幅度取決于？,2. 超射值= Na+平衡電位,若胞外[Na+] 下降則AP幅度降低,3.河豚毒可以阻斷Na+通道，因此可以阻礙AP產生,細胞內外Na+濃度差,54,,,,閾電位（threshold Potential）,,能觸發(fā)AP的膜電位臨界值,3.動作電位的產生條件與閾電位,RP去極化達到閾電位是產生AP的必要條件,55,,細胞興奮性的高低與細胞的靜息電位與閾電位的差值有關,閾電位一般比RP小10-20mV,56,4.動作電位特點：,（２）不衰減傳導:幅度波形不隨傳導距離的增大而變化,（１）“全或無”現象(all or none):幅度不隨刺激強度增加而增大,（3）脈沖式：AP不重疊,57,,關于神經纖維靜息電位的敘述 A.它是膜外為正、膜內為負的電位 B.它是膜外為負、膜內為正的電位 C.其大小接近K+平衡電位 D.其大小接近Na＋平衡電位 E.它是個穩(wěn)定電位,2.大多數細胞產生和維持靜息電位的主要原因是 A.細胞內高K+濃度和安靜時膜主要對K+有通透性 B.細胞內高K+濃度和安靜時膜主要對Na＋有通透性 C.細胞外高K+濃度和安靜時膜主要對K+有通透性 D.細胞內高Na＋濃度和安靜時膜主要對Na＋有通透性,測試題,A C E,A,58,3. 細胞受刺激而興奮時，膜內電位負值減少稱作 A.極化 B.去極化 C.復極化 D.超射,B,4.峰電位由頂點向靜息電位水平方向變化的過程稱為,A.極化 B.去極化 C.超極化 D.復極化 E.反極化,D,5.人工地減少細胞浸液中Na+濃度，則單根神經纖維動作電位的超射值將,C,A. 增大 B. 不變 C.減少 D.先增大再減少,59,三、局部興奮及其特性,概念：閾下刺激引起的低于閾電位的去極化過程，也稱局部反應。,機制：,鈉通道開放的數量少，不足引起鈉通道的再生性開放,60,特征：,非“全或無”的,電緊張性傳播：不能在膜上作遠距離的傳播,可疊加（總和） 時間總和 空間總和,61,62,,局部電位與動作電位的區(qū)別：,局 部 電 位,動 作 電 位,,,有等級性,有總和現象,“全或無”現象,脈沖式,電緊張性擴布,不衰減性傳導,63,四、興奮在同一細胞上的傳導,傳導原理：局部電流,64,無髓鞘N纖維為近距離局部電流,65,有髓鞘N纖維為遠距離(跳躍式)局部電流,66,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,骨骼肌興奮如何引起骨骼肌收縮,神經興奮如何引起骨骼肌的興奮,？,67,三個環(huán)節(jié)：,,肌細胞的興奮收縮耦聯,神經細胞產生AP并傳遞至末梢,神經-肌肉接頭處興奮傳遞,68,終板膜（接頭后膜）： Ach受體（N型） 膽堿酯酶,形態(tài)結構,神經末梢(接頭前膜）： 囊泡（內含Ach ）,接頭間隙： 細胞外液,一、神經-肌肉接頭處的興奮傳遞,69,神經－肌接頭興奮的傳遞過程,70,神經沖動抵達神經末梢,前膜鈣通道開放 鈣離子內流,囊泡達前膜 Ach呈量子釋放,Ach與終板膜上N受體結合,化學門控型對Na+（主）K+通道開放,Na+內流為主,終板膜去極化 （終板電位）,觸發(fā)鄰近肌膜產生AP,,,,,,電緊張擴布,神經-肌接頭興奮傳遞過程,,,71,（1）量子釋放：囊泡中儲存的Ach通過出胞作用 傾囊釋放,（3）乙酰膽堿（Ach）作用：信使,提示,（2）終板電位：局部電位，不是AP,72,傳遞特點,（1）單向傳遞,（2）時間延擱,（3）易受環(huán)境變化的影響,73,影響因素,（1）影響Ach與受體結合 --箭毒、a-銀環(huán)蛇毒（肌肉松弛劑）,,（2）影響Ach水解（抑制膽堿酯酶） —有機磷中毒,74,1.肌原纖維和肌小節(jié),(二)骨骼肌的興奮-收縮偶聯,75,2.肌管系統(tǒng),橫管系統(tǒng)（T管） 縱管系統(tǒng)（L管,肌漿網） 三聯管：每一個橫管和兩端的終末池,76,2. 局部電位的特征是 A.“全或無”的變化 B.只發(fā)生電緊張性擴布 C.可總和 D.可發(fā)生不衰減性傳導,1. 刺激引起興奮的基本條件是使跨膜電位達到 A.局部電位 B.閾電位 C.鋒電位 D.后電位,復習題,B,B C,77,4.興奮通過神經-肌肉接頭時，乙酰膽堿與受體結合，使終板膜,A.對Na+、K+通透性增加，發(fā)生超極化,B.對Na+、K+通透性增加，發(fā)生去極化,C.僅對K+通透性增加，發(fā)生超極化,D.對Ca+通透性增加，發(fā)生去極化,E.對Ca2+通透性增加，發(fā)生去極化,B,3.對于單根神經纖維來說，在閾強度的基礎上將刺激增大一倍時，動物電位的幅度有何變化,A.增加一倍,B.減少一倍,C.增加兩倍,D.減少兩倍,E.保持不變,E,78,骨骼肌的興奮-收縮耦聯,結構基礎： 三聯管結構,概念： 將肌細胞的電興奮和機械收縮中介起來機制,耦聯因子： Ca2+,79,主要步驟,1.電興奮（AP）通過橫管系統(tǒng)傳向肌細胞深處 2.三聯管處的信息傳遞 3.肌漿網對Ca2+的釋放和再聚集,80,（三）骨骼肌的收縮機制,收縮機制：滑行學說（sliding theory）,81,細肌絲: 肌動蛋白（肌纖蛋白） 原肌球蛋白(原肌凝蛋白) 肌鈣蛋白,粗肌絲： 肌凝蛋白（肌球蛋白）,,1.肌絲的組成,橫橋的作用,82,ATP分解,肌絲滑行過程：,肌漿內[Ca2+]↑→ Ca2+與肌鈣蛋白結合 → 原肌凝蛋白構象改變 → 肌纖蛋白與橫橋結合位點暴露 → 橫橋與位點結合 →→→ 橫橋擺動 → 牽動細肌絲向暗帶中央滑行 → 相鄰Z線靠近，肌小節(jié)縮短 → 肌纖維縮短，肌肉收縮,83,84,85,總結：從神經興奮到肌肉收縮共經歷：,神經興奮→ AP在神經纖維上傳導至神經末梢 → N-M接頭處興奮傳遞→ 肌細胞的興奮-收縮耦聯→ 肌細胞收縮,86,（四）肌肉收縮的形式,等張收縮：張力不變而長度縮短,等長收縮：長度不變而張力增加,一般情況下骨骼肌的收縮都是混合式的，先有張力增加，至張力≥負荷時長度縮短，即先有等長后有等張,1.等長收縮和等張收縮,87,2.單收縮和強直收縮,單收縮 定義：肌肉受到單個刺激產生一次機械收縮 分期：潛伏期、收縮期、舒張期,88,強直收縮（復合收縮） 定義：連續(xù)刺激下，肌肉處于持續(xù)收縮狀態(tài)，產生單收縮的復合 分類：不完全強直收縮 完全強直收縮,89,,肌肉的收縮能力,后負荷,前負荷,（五）影響骨骼肌收縮的主要因素,90,1.前負荷（preload）,定義：肌肉收縮之前所承受的負荷,初長度：前負荷使肌肉在收縮前就處于某種拉長狀態(tài)，使之具有一定的長度，即肌肉的初長度 前負荷的大小決定了初長度，因而前負荷可用初長度表示。,91,前負荷對肌肉收縮的影響,在一定范圍內，前負荷↑→初長度↑→肌張力↑ 在最適前負荷時，達到最適初長度→最大肌張力 超過最適前負荷，肌張力↓,骨骼肌長度-張力曲線,92,曲線上述特點與肌節(jié)長度即粗細肌絲的重疊程度變化有關,最適前負荷 ↓ 最適初長度 ↓ 肌小節(jié)2.2μm ↓ 粗細肌絲處于 最佳重疊程度 ↓ 發(fā)揮作用的 橫橋的數目最多 ↓ 產生張力的最大,93,2.后負荷（afterload）,定義：肌肉收縮過程中承受的負荷（阻力）,它不能改變肌肉初長度，但能阻礙肌肉收縮時的張力和短縮速度。,94,后負荷對肌肉收縮的影響,總是張力產生在前，縮短產生在后 后負荷愈大→產生的張力愈大,但縮短開始的時間愈晚，縮短的初速度和縮短的總長度也愈小,骨骼肌張力-速度曲線,95,定義：影響肌收縮效果的內部機能狀態(tài)（與負荷無關）,3.肌肉收縮能力（contractility）,影響因素: (1)興奮-收縮耦聯過程Ca2＋的水平 (2)肌球蛋白ATP酶活性 (3)神經遞質、體液因子、藥物及病理因素,96,測試題,肌細胞中的三聯管結構指的是 ( ) A.每個橫管及其兩側的肌小節(jié) B.每個縱管及其兩側的橫管 C.每個橫管及其兩側的終末池 D.橫管、縱管和肌漿網,2. 下列屬于骨骼肌興奮-收縮耦聯的過程是 ( ) A.動作電位通過縱管傳向肌細胞深部 B.肌漿網釋放Ca2＋到肌漿內 C.終池中的Ca2＋逆濃度差進入細胞漿內 D.橫管釋放Ca2＋到肌細胞漿內 3. 在骨骼肌收縮過程中，能與細肌絲結合的是 ( ) A. Na＋ B. K+ C. Ca2＋ D. Mg2+,C,B,C,97,4. 關于骨骼興奮與收縮的描述，正確的是 A.肌肉的興奮和收縮是兩個不同的生理過程 B.動作電位和肌肉收縮同時開始 C.收縮時程比興奮時程長得多 D.強直收縮時，肌肉收縮可以融合而動作電位卻不能融合 E.肌肉興奮是收縮的前提,A C D E,5.當連續(xù)刺激的時距短于單收縮的收縮期時，肌肉出現 當連續(xù)刺激的時距大于單收縮的時程時，肌肉出現 肌肉出現一次閾下刺激時，出現 肌肉出現一次閾上刺激時，出現,A.一連串單收縮,B.一次單收縮,C.無收縮反應,D.不完全強直收縮,E.完全強直收縮,E,A,C,B,98,