《细胞的基本功能》PPT课件.ppt

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1、第 二 章 细胞的基本功能,1.细胞膜的物质转运功能2.细胞生物电现象和兴奋性3.N-M接头兴奋传递过程4.骨骼肌细胞的收缩功能,细胞膜的作用：保护 物质转运 产生生物电 信息传传递 肌C收缩,膜OO2 30 mmHg CO2 50mmHgNa 145 mmol/LK 4mmol/L糖90mmol/L,膜iO2 20 mmHg CO2 56 mmHgNa 12 mmol/LK 140 mmol/L糖55mmol/L,一.膜的结构：,以液态脂质双分子层为基架镶嵌有不同分子结构和功能的蛋白质.,液态镶嵌模型,第一节细胞膜的物质转运功能,Singer 1972,二.膜的化学组成,1.化学组成：1）脂

2、类：多,特点：熔点低，常温下呈液态,磷酸+碱基,脂肪酸长烃链,（*熔点、胆固醇含量决定C膜的流动性）,2）蛋白质：较多（重量）,表面蛋白质 整合蛋白质,两种形式,3）糖类：较少主要为寡糖和多糖链,载体通道受体,二.细胞膜物质转运功能,*转运的方式：单纯扩散 易化扩散 主动转运 出胞和入胞,.单纯扩散（simple diffusion）,扩散的原理：布郎运动（图示）,扩散：指溶质分子由高浓度处向低浓度处的运动,扩散通量：molcm2s决定因素：与该物质的浓度差成正比，与其他溶质无关,1.*概念：脂溶性小分子物质由C膜高浓度一侧向低浓度一侧的转运过程（如：O2，O2）。2.决定因素：1）膜两侧该物

3、质浓度差 2）膜对该物质的通透性,（二）易化扩(facilitated diffusion),质或离子借助于膜蛋白质帮助，由膜,经载体的易化扩散经通道的易化扩散,分类,概念：水（非脂）溶性小分子物,高浓度一侧向低浓 一侧转移的过程,1、经载体的易化扩散,特点：.饱合现象.高度特异性,载体,扩散,*转运代谢物质（葡萄糖、氨基酸）,指水溶性小分子物质顺浓度梯度或电位梯度由膜载体蛋白介导的跨膜转运,.,竞争性抑制,载体中介的易化扩散,细胞内,细胞外,氨基酸,载体蛋白质,氨基酸,载体介导的,2、经通道的易化扩散,助于膜蛋白顺电化学梯度进行跨,膜蛋白称为通道蛋白,简称为通道（channel)Na通道、K

4、通道、Ca通道等,1）概念：*溶液中带电荷的离子借,膜转运。如：Na、K、Ca,通 道 阻 断 剂 Na+河豚毒(TTX）Ca2+Mn2+、维拉帕米 K+四乙基铵,2）离子通道特点：,1离子选择性通透：速度为106108秒,2通道状态的三态 激活状态（开）：离子扩散 失活状态（关）：刺激不能开放 备用状态（关）：刺激能开放,化学门控通道化学物质（Ach）电压门控通道膜两侧电位差 机械门控通道机械刺激,3)*离子通道类型：,通道的功能意义：通过转运离子，完成跨膜信号传递。离子的 转运量受浓度梯度、电位差等因素的影响。,通道蛋白的某些集团控制着其开关，称阀门（gate)粒子,通道开放,离子进入膜内

5、,神经递质（Ach）,细胞外,细胞内,.主动转运,细胞通过本身某种耗能过程,将某物质膜低浓度一侧转运到高浓度一侧的过程。作用特点:耗能（ATP），逆浓度差,钠钾依赖式ATP酶，全身所有细胞膜上,1.原发性主动转运：1）钠钾泵,从细胞内泵出3个Na+;带回2 个K+,激活的条件：NaiKo,细胞外,细胞内,2K+,2K+,3Na+,3Na+,钠泵,ATP催化部位,Na+浓差,K+浓差,钠钾泵转运：,.膜内高，是代谢所必需.,.胞外高Na，维持细胞浆液渗透压和细胞容积的相对稳定.,.细胞外高Na为继发性主动提供动力,.为生物电的产生建立势能储备.,.形成并维持细胞外高Na+、细胞内高K+的不均衡分

6、布状态,钠泵活动的意义,2）钙泵（CaATP酶）,细胞膜和肌浆网膜,两者的转运钙的特性不同,前者分解1个ATP泵出1个Ca;后者转运2个.,维持细胞外及肌浆网内的高Ca的浓度,为Ca进入胞内或离开肌浆网进入肌浆提供势能,分布,意义:,2.继发性主动转运（联合转运）,1）特点：间接耗能（钠泵势能储备）与膜中特殊蛋白质有关2）类型：同向转运 逆向转运,泵,Na+,K+,ATP,ADP,Na+,Na+,继发性主动转运,细胞,G,H+,H+,K+,K+,钠泵,Na+,Na+,低浓度Na+,高浓度Na+,转运体,高浓度糖,低浓度糖,联合转运：,主动转运,.出胞与入胞,1.概念 指大分子或固态、液态物质团

7、块，通过膜的结构和功能变化出、入C的过程。2.出胞 1）激素的分泌 2）神经递质的释放3.入胞：物质团块（细菌、病毒等）入胞（吞噬、吞饮）,*被动与主动转运方式的比较：,被动转运,主动转运,单纯扩散 易化扩散,通道 载体,原发性 继发性,转运方向,高浓度低浓度,低浓度高浓度,膜转运蛋白,否,需,需,需,需,饱和现象,无,有,无,有,有,化学特异性,无,有,有,有,有,消耗代谢能及来源,不消耗,消耗钠泵,消耗离子浓差钠泵,转运的物质,O2CO2脂肪酸,Na+K+Ca+,葡萄糖氨基酸,Na+、K+Ca+、H+,葡萄糖氨基酸,第 三 节 细胞的电活动（P21）,安静时 静息电位 受刺激时 动作电位,

8、表现形式：,一.兴奋性（excitability）,活的组织或C对剌激发生反应（产生动作电位-近代）的能力 2.*兴奋（excitation）C受刺激时产生反应(动作电位)的过程,概 念 1.*兴奋性,生理功能改变,环境变化,机体,(刺激),（反应）,1.概念：机体所处的内、外环境变化 2.类型,时间,强度,1）刺激强度,2）刺激持续时间,3）强度-时间变化率,3.刺激的三要素,.刺 激,概念 引起组织产生反应（动作电位）所需的最小刺激强度(阈上刺激、阈下刺激)意义 是衡量组织兴奋性高低的指标,*阈强度（阈刺激、阈值）,兴奋性,1.概念 机体受刺激时其功能活动的改变2.形式 1)兴奋：静止 活

9、动或活动弱 强 2)抑制：活动 静止或活动强 弱,.反 应,.可兴奋细胞（组织）刺激能产生动作电位的C（组织）(神经、肌肉、腺体),(一）*静息电位（Resting Potential,RP）1 概念：静息时,膜两侧存在着外正内负的电位差,2.特点：,1）膜内膜外2）为稳定的直流电,二.静息电位及其产生机制(22),3.静息电位的测量实验,0 mV,-70-90mV,神经纤维,RP,静息电位的测量实验,4.*RP形成原理：由K+离子外流形成，相当于K+平衡电位（EK）。,1）K+外流条件 静息时，C膜对K+的通透性高（K+通道开放）2）K+外流动力 C内外离子分布不均：K+iK+o 30倍,3

10、0KCl,1KCl,半透膜,假设1：半透膜对K和Cl-都无通透性,.假设2：半透膜对K和Cl-都有通透性,假设3：半透膜只对K有通透性,30KCl,半透膜,1KCl,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,电势能,浓差势能,+,K+,K+,K+外流形成 K+平衡电位,神经纤维,电势能,30K+,1 K+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,P-,浓差势能,EK=59.5 log,K+平衡电位可由Nernst 公式计算,5.决定RP的因素,RP实测值略计算值。,K+o,K+i,（mV）,why？,1）跨膜K+浓差：2）膜对K+的通透性,K+外RP,RP,改变胞外K理论值与实测值的差异

11、,*电生理学名词：,RP:-90mV,1.极 化 Rp时，膜两侧保持的内负外正状态2.除（去）极化 膜内电位（RP值）向负值减小的方向变化,3.复极化 膜去极后，向膜内负电位（RP）恢复的过程4.超极化 膜内电位（Rp值）向负值加大的方向变化,*静息电位是如何形成的?(23),1、主要是K外流。K IK o;K通道开着，K向外流，大的负离子留在膜内，当化学扩散力反向电场力，形成PR,2、其次，胞外少量的Na内流。,3、Na K泵的活动 对RP也有一定的作用,静息电位形成的证明,1、Nenst方程的建立,2、改变细胞外K浓度对RP的影响 K外膜两侧K浓度差扩散力 K向外扩散量RP（钾除极）,3、

12、四乙基氯化铵K通道阻断剂的应用，RP降低以至消失,.动作电位(Action Potential,AP)（23）,0mV,神经纤维,AP,C兴奋的共有标志,指可兴奋性C受阈（上）刺激时，在RP基础上，膜电位产生的快速、可逆和可扩性的电位变化。,2.AP的波形及组成（以N为例）,锋电位,后电位,负后电位正后电位,1.*AP的概念,AP,上升相 下降相,时间（ms）,动作电位的波形及组成,时间（ms）,动作电位的波形及组成,去极相,复极相,超射,2）复极相：K+外流形成（Na+通道关闭）3）静息期:Na+泵活动,Na+、K+交换,3.Ap产生的机制,泵出Na+泵入 K+,1）去极相：Na+通道开放，

13、Na+快速内流形成。超射值相当于Na+平衡电位（ENa）,-,-,+,Na+,Na+,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,细胞外,细胞内,1NaCl,Na+浓度差,12 NaCl,RP,AP产生的机制：,1）去极相,RP,K+,K+,细胞外,1NaCl,12 NaCl,细胞内,Na+,K+,3）静息期,2）复极相,带正电荷的离子（K）由膜内流向膜外为外向电流,AP是内向电流和外向电流的总合电变化。,带正电荷的离子（Na）由膜外流向膜内称内向电流；,4.*AP的特征：全或无现象(All or None),AP,刺激,R,S,指在同一C上，AP的幅度的大小不随剌激强度和传导距离而改变的现象

14、,5.*决定AP幅度的因素,1）Na+o 2）Na+通道状态 3)RP的大小,5、动作电位形成的证据,A、胞外钠浓度降低 变小,C、膜电流单通道电 流的记录（2829）,、用阻断剂 降低以至消失,*1.阈电位(threshold potential）,1.概念 能诱发AP（钠通道大量激活）的临界膜电位值 2.数值：比RP的绝对值小 10 20 mV 3.意义：是AP产生的条件,动作电位的起始（29）,AP,刺激,2.概 念 阈下刺激引起膜局部电位较小的去极化波,特 点 1)不是“全或无”的,2)呈电紧张性扩布 3)可以叠加（总和）,Experiments:,-90,-70,-110,-90,-

15、70,-110,R,S,阈下刺激,电紧张扩布,空间,时间,局部兴奋与AP的区别,不衰减扩布,电紧张扩布,传播特点,无,有,总和现象,有,无,全或无特点,大,小,膜电位变化幅度,多,少,钠通道开放数,阈或阈上刺激,阈下刺激,刺激强度,AP,局部兴奋,区别,1.传导机制局部电流,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,+-,-+,-+,-+,.兴奋在同一细胞的传导(30),神经冲动：神经纤维上传导着的Ap,神经纤维,有髓神经纤维跳跃式传导,2.影响兴奋传导的因素,1）C直径 2）髓鞘 3）温度,课后复习题,名词：兴奋性与兴奋 局部兴奋 极化与超极化 全或无现象 神经

16、冲动 阈值与阈电位,1.产生静息电位跨膜离子移动过程属于 A单纯扩散 B载体中介的易化扩散 C通道中介的易化扩散 D主动转运 E。出胞作用,2、膜两侧电位极性倒转称为:A去极化 B复极化 C超极化 D反极化.E.极化,A型题,B、型题A.Na+内流 B.CL内流 C.Ca内流 D.K内流 E.K外流1、静息电位形成的主要是由于 外流。2、神经纤维动作电位升支形成的原因是 3、动作电位到达运动神经末梢引起。4、神经纤维动作电位降支形成的原因是。A白蛋白 B.球蛋白 C.珠蛋白 D.血红蛋白 E.纤维蛋白原5.构成血浆胶体渗透压的主要成分是。6、与血液凝固有关的蛋白质是。7、与免疫有关的蛋白质是。

17、8、血清与血浆的主要区别是有无。,(四).兴奋性变化,分 期 兴 奋 性 原 因 N时 间 心肌时间,绝对不应期 钠通道均失活 1.5ms 0-60 mV,相对不应期 正常 少数钠通道复活 3ms-60-80 mV,超常期 正常 钠通道复活 12ms-80-90 mV,低常期 正常 超极化 70ms-90 mV,2.绝对不应期的意义：,使Ap不会重合,其长短决定细胞兴奋的最高频率,例：绝对不应期 2 ms 兴奋的最高频率?,1000/2=500 Hz,.组织兴奋后其兴奋性周期性变化,(34),神经肌肉标本,坐骨神经干,腓肠肌,1、静息电位的存在,2、刺激引起动作电位3、动作电位的传播,4、神经

18、传到肌肉,5、肌肉收缩的机理,刺激器,记录电极,第 四 节 肌细胞的收缩功能,一.骨骼肌C的收缩机制,.N肌接头处的兴奋传递,1.形态结构运动终板,神经肌肉（NM）接头结构,1、接头前膜：神经细胞膜，囊泡包含Ach 腺粒体,2、接头间隙：2050nM 细胞外液,3、接头后膜：肌膜（运动终板）有皱褶 1N2受体（化学门控通道）2胆碱脂酶,运动终板膜周肌膜：电压依从性Na通道,2.*传递的过程,N电压门控钙通道开Ca2+进入,运动N传至N末梢,Ach量子式释放,Ach与后膜N2受体结合,后膜通透性 Na+内流、K+外流,后膜去极化(终板电位),总和,肌Na通道开肌膜AP,Ca+,AP,Ca的作用与

19、量子释放,1.钙的作用：1）中和负电荷，降低排斥力2）减低轴浆的粘滞度,2.量子释放：指神经轴突末梢以囊泡为单位释放递质的方式 一个囊泡含上万个Ach，一个神经冲动 有200300囊泡释放递质,3.*传递特征,1）单向传递2）化学性传递3）1:1传递4）时间延搁5）易受环境因素影响,美洲箭毒、a-银环蛇毒：竞争受体,肉毒杆菌：阻止递质释放,有机磷农药：抑制胆碱酯酶 肌痉挛,肌松弛,.骨骼肌C的微细结构特点,1.肌原纤维和肌小节,肌小节,（肌肉收缩、舒张的最基本单位）,2.肌管系统,1）横管系统（T管）将兴奋传向肌C深部2）纵管系统（肌质网、L管）储存、释放、再积聚钙3）三联管 连接兴奋收缩的关

20、键部位,肌管系统,返回,(三).骨骼肌收缩的分子机制,1.主要内容 细肌丝向粗肌丝之间滑行肌小节缩短2.肌丝的分子组成,滑行学说,肌凝蛋白(Myosin）组成（收缩蛋白质）,*横桥的特性：具有ATP酶活性，供能 与细肌丝可逆结合、向线摆动,粗肌丝：,长杆状主干,球状部横桥,原肌凝蛋白（tropomyosin）,肌纤蛋白（actin）,肌钙蛋白（troponin）,细肌丝:,肌纤蛋白（actin）,原肌凝蛋白（tropomyosin）,肌钙蛋白（troponin）,（收缩蛋白质）,调节蛋白质,3.肌丝滑行过程,肌细胞Ap肌浆Ca2+,TnC与Ca2+结合，其构形改变,原肌凝蛋白暴露其位点,横桥与

21、肌纤蛋白结合,分解ATP供能，横桥向线摆动,细肌丝滑向粗肌丝滑行,肌小节缩短（横桥循环）,肌肉收缩,横桥周期:横桥和肌动蛋白结合、摆动、复位再结合的过程,胞浆Ca,胞浆Ca,舒张过程：,细肌丝滑出,Ca2+与TnC 解离,Ca2+泵将Ca2+泵入终末池,Ca2+i,肌纤蛋白与横桥分离,肌肉舒张,收缩和舒张都是主动的,钙泵,横桥循环,(四).骨骼肌的兴奋收缩偶联(39),1.*概念 把肌纤维兴奋和收缩连接起来的中介过程.基本过程 Ap沿T管传向肌C内部 三联管处的信息传递 肌浆网释放与再聚积Ca2+心肌L钙通道开放，Ca内流，激活ryanodine受体，肌质网释放 Ca；骨骼肌L型钙通道开，Ca

22、释放产生三磷肌醇，和相应受体结和（20）3.*兴奋收缩耦联因子是：Ca2,二.骨骼肌收缩效能的因素,(二).后负荷(afterload),(一).前负荷（Preload,(三).肌肉收缩能力,*影响骨骼肌收缩的主要因素,2）影响 在一定范围内前负荷肌张力最适前负荷（最适初长度）指产生最佳收缩效果的前负荷最适前负荷 肌张力,.前负荷（初长度）,1）*概念：肌肉收缩前就遇到的负荷,1,2,3,4,肌张力变化,肌节长度不同时，粗细肌丝重叠度及对肌肉收缩产生的主动张力的影响,.后负荷（Afterload）,前负荷不变 后负荷（最大张力）,产生的张力,缩短延迟,缩短速度,收缩的阻力或作功对象,2）影 响

23、,1）*概念 肌肉收缩开始时遇到的负荷,张力-速度曲线,由图可见:在后负荷下收缩,产生的最大张力和收缩速度呈反变后负荷=0时，产生最大收缩速度主动张力最大时,收缩速度=0后负荷为最大张力的30%时,肌肉的输出功率最大,曲线2,.肌肉收缩能力,1)*概念 指影响收缩效果的肌肉内部功能状态2)影响肌肉收缩能力的因素 降低 缺氧、酸中毒 能源物质 加强 钙离子、咖啡因 肾上腺素,1)单收缩（single twich）肌肉受到一次刺激引起的一次收缩和舒张,2)单收缩的复合（强直收缩）,(1)概念 连续多个刺激引起肌肉的持续性收缩,(2)类型 不完全强直收缩（incomplete tetanus）完全强直收缩（complete tetanus）,骨骼肌收缩的总和,单收缩与强直收缩,是机械收缩的总和决非AP的总和,课 后 习 题,.名词解释 前负荷与后负荷 兴奋-收缩耦联 等张收缩 与等长收缩 肌肉收缩能力 单收缩与强直收缩 终板电位.运动神经兴奋，是如何引起肌肉收缩的？（NM接头；EC耦联；肌丝滑行）.肌肉收缩时，肌C中起收缩作用的蛋白质是 和；起调节作用的蛋白质是和。.在神经肌接头，使Ach水解的物质是；能阻断神经肌接头兴奋传递的物质是。.影响肌肉收缩的主要因素有那些？,