南农生理学01章细胞生理

《南农生理学01章细胞生理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《南农生理学01章细胞生理（94页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、主讲人 黄志华 第二章 细胞的基本功能 CHAPTER 2 THE BISIC FUNCTIONS OF CELL 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

2、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 ， CO2 4 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 +

3、、 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 ”

4、 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 GS b 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

5、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 （ fluid mosaic model） 单纯扩散 （ simple diffusion） 易化扩散 （ facilitated diffusion） 化学门控通道 （ chemiscally-gated channel） 电压门控通道 （ voltage-gated channel） 载体 （ carrier） 主动转运 （ active transport） 被动转运 （ passive transport） 继发性主动转运 （ secon

6、d active transport） 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 ? 3 Na+-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

7、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

8、性 （ 2） 饱和性 （ 3） 可逆性 蛋白 结构 ： （ 图 ） 分类： Gs Gi 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： cAMP cGMP IP3 DG Ca+ 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

9、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

10、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

11、-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

12、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 “

13、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 AP 1、 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

14、 （ 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 A

15、P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

16、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

17、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

18、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

19、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

20、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

21、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 。

22、 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

23、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

24、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

25、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

26、成分 成分 细胞外液浓度 细胞内液浓度 （ mmol/L） （ mmol/L） Na+ 150 15 K+ 5.5 150 Ca2+ 1 1.5(游离 0.0001) Mg2+ 1.5 12 Cl- 125 9 AA 2 8 Gs 5.6 1 Pr 0.2 4 ATP 0 4 表 2 2 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

27、不需要 不需要 ATP 钠势能 转运物质 O2 CO2 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+ 400 20 -75 Na+ 50 440 +55 Cl- 52 560 -60 A- 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 。