第二章 細(xì)胞的基本功能

1、第二章 細(xì)胞的基本功能,第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能第二節(jié) 細(xì)胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)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

2、、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)。,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,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(jiǎn)單的物理擴(kuò)散，沒(méi)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

3、因素：①濃度差：是物質(zhì)擴(kuò)散的動(dòng)力；②通透性：通透性愈大，擴(kuò)散量也愈大。,(二) 易化擴(kuò)散,1.載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散 ①載體蛋白質(zhì)有較高的結(jié)構(gòu)特異性。②飽和現(xiàn)象。③競(jìng)爭(zhēng)性抑制。,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(mén)控離子通道分為三類：1. 電壓門(mén)控通道：在膜去極化到一定電位時(shí)開(kāi)放，如神經(jīng)元上的Na+ 通道；2. 化學(xué)門(mén)控通道：受膜環(huán)境中某些化學(xué)物質(zhì)的影響而開(kāi)放,這類化學(xué)物質(zhì)（配基）主要來(lái)自細(xì)胞外

4、液，如激素、遞質(zhì)等；3. 機(jī)械門(mén)控通道：當(dāng)膜的局部受牽拉變形時(shí)被激活，如觸覺(jué)的神經(jīng)末梢、聽(tīng)覺(jué)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(guò)本身的某種耗能過(guò)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(guò)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）,簡(jiǎn)稱鈉泵，也稱Na+-K+依

5、賴式ＡＴＰ。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)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：①鈉泵活動(dòng)造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝過(guò)程的必需條件；②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；③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

6、量來(lái)源。,原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)示意圖,繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn),（四）入 胞 和 出 胞,第二節(jié)　細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式分為三類：① G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；② 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；③ 離子通道介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。 每類都通過(guò)各自不同的細(xì)胞信號(hào)分子完成信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。,由膜受體-G-蛋白-膜效應(yīng)器酶組成的跨膜信號(hào)傳遞系統(tǒng)和第二信使類物質(zhì)的生成,第三節(jié) 細(xì)胞的生物電現(xiàn)象,生物電（bioc-lectricit

7、y） ：是指一切活細(xì)胞無(wú)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

8、錄 到細(xì)胞內(nèi)外 的電位差,靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制,產(chǎn)生條件主要有兩個(gè)：①細(xì)胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均，即存在濃度差； ②在不同狀態(tài)下，細(xì)胞膜對(duì)各種離子的通透性不同。,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。 去極化：膜內(nèi)負(fù)電位減小。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)。,（二）動(dòng) 作 電 位,概念：動(dòng)作電位(action po

9、tential,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)生條件與閾電位,閾電位：能觸發(fā)動(dòng)作電位的膜電位臨界值 。閾電位大約比正常靜息電位的絕對(duì)值小10～20mV 。動(dòng)作電位的產(chǎn)生條件：靜息電位去極化達(dá)到閾電位水平。,動(dòng) 作 電 位 的 特 點(diǎn),⑴動(dòng)作電位呈“全或無(wú)”現(xiàn)象：動(dòng)作電位一旦產(chǎn)生就達(dá)到它的最大

10、值，其變化幅度不會(huì)因刺激的加強(qiáng)而增大；⑵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；⑶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(wú)”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

11、）局部興奮是可以互相疊加的， 包括 ①空間性總和 ②時(shí)間性總和,興奮在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo),A靜息時(shí),B發(fā)生興奮后,C傳導(dǎo)過(guò)程中,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： ① 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；② 骨骼肌細(xì)胞的興奮如何引發(fā)它收縮；③ 肌細(xì)胞的收縮機(jī)制；④ 骨骼肌的收縮形式；⑤ 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

12、,骨骼肌的神經(jīng)-肌接頭處的結(jié)構(gòu) ：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(guò)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

13、的興奮傳遞過(guò)程須經(jīng)過(guò)許多步驟、耗時(shí)較長(zhǎng)，一次興奮傳遞約需0.5～1.0ms；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、某些藥物等，都可影響興奮傳遞過(guò)程。,（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(guò)程被稱為興奮-收縮耦聯(lián)（excitation-contraction coupling）。

14、三個(gè)步驟：①電興奮通過(guò)橫管系統(tǒng)傳向肌細(xì)胞的深處；②三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞；③肌漿網(wǎng)（即縱管系統(tǒng)）對(duì) Ca2+釋放和再聚積。,骨骼肌細(xì)胞的肌原纖維和肌管系統(tǒng),,骨骼肌的收縮機(jī)制,（四）骨骼肌的收縮形式,1.等長(zhǎng)收縮和等張收縮等長(zhǎng)收縮：肌肉收縮時(shí)不產(chǎn)生長(zhǎng)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(zhǎng)收縮；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

15、.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 。,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(guò)最適初長(zhǎng)度后，再增加前負(fù)荷反而會(huì)使主動(dòng)張力越來(lái)越小，以致最后下降到零。 2.

16、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。,,肌肉初長(zhǎng)度對(duì)肌肉收縮的影響,不同初長(zhǎng)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,二、 心 肌,心肌收縮具有以下特點(diǎn)： 1. “全或無(wú)”式收縮 2. 對(duì)細(xì)胞外液Ca2+的依賴性 3. 心肌細(xì)胞能抵抗過(guò)度延伸的特性,復(fù)

17、習(xí)題,1.細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式有哪些？簡(jiǎn)述鈉-鉀泵的作用及意義。2.簡(jiǎn)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(jiǎn)述動(dòng)作電位的產(chǎn)生原理及特點(diǎn)。4.神經(jīng)纖維動(dòng)作電位的傳導(dǎo)形式有哪些？其傳導(dǎo)的特征是什么？ 5.試述骨骼肌神經(jīng)-肌接頭的興奮傳遞過(guò)程及其特點(diǎn)。6.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？,思 考 題,1.在生理實(shí)驗(yàn)中，人工的輕度增加細(xì)胞外液K+濃度時(shí)，其靜息電位和動(dòng)作電位有何變化？為什