生理学第一章细胞的基本功能.ppt

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1、第一章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的物质转运功能 一、细胞膜的结构液态镶嵌模型 以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质分子。,第一章 细胞的基本功能,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,（一）被动转运：当同种物质不同浓度的两种溶液相邻放在一起时，溶质的分子会顺着浓度差和电位差产生净流动称。1.单纯扩散：物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式，称。如O2 和CO2。,第一章 细胞的基本功能,2.易化扩散：一些不溶于脂质或溶解度很小的物质，在膜结构中的一些蛋白质的帮助下，从膜的高浓度一侧扩散到低浓度的一侧，称。以载体为中介的易化扩散：如葡萄糖 特点：高度的结

2、构特异性；饱和现象；竞争性抑制。,第一章 细胞的基本功能,由载体中介的易化扩散,以通道为中介的易化扩散：如Na+，K+，Ca2+等。特点：速度快；具有选择性；机械门控（压力）门控性 电压门控（电位差）化学门控（化学信号）,第一章 细胞的基本功能,由通道中介的易化扩散,（二）主动转运：指细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分子或离子逆着电化学梯度由膜的一侧移向另一侧的过程。特点：（1）需载体（2）需能量（3）逆浓度差,第一章 细胞的基本功能,（1）原发性主动转运：所需能量由ATP直接提供。例：钠-钾的主动转运（钠-钾泵，简称Na+泵）：每水解一分子ATP，便有3个Na+流出和2个K+进入细胞。

3、Na+的泵出伴随着泵的磷酸化，K+泵入是继酶脱磷酸反应之后的一个反应过程。构象改变，亲合力改变。（2）继发性主动转运：逆着浓度差转运的能量间接来自ATP的主动转运过程。,第一章 细胞的基本功能,钠-钾-ATP依赖式酶,第一章 细胞的基本功能,第一章 细胞的基本功能,（三）出胞与入胞式转运：一些大分子物质或物质团块（固态或液态）能通过更复杂的结构和功能变化通过细胞膜。包括：1.出胞：如内分泌腺分泌H。2.入胞：如白细胞吞噬病毒。,第二节 细胞的跨膜信号转导,一、信息到达靶细胞的方式1.远距离分泌：由内分泌腺分泌的H和其它体液性调节因子，经血液循环到达靶细胞。2.突触传递：由神经末梢释放的神经递质

4、和调质，在极短的距离经突触间隙扩散到突触后神经元或效应器细胞膜上。3.旁分泌：由细胞分泌的化学物质在细胞外液以扩散的方式到达邻近细胞膜上。4.自分泌：细胞自身分泌的物质又作用于自身的膜上。,第一章 细胞的基本功能,细胞间信息传递的方式,二、跨膜信号转导（跨膜信号传递）,各种形式的外界信号作用于细胞时，不需要进入细胞内直接影响细胞内过程，只需作用于细胞膜，通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以一种新的信号形式传递到膜内，再引起被作用细胞（即靶细胞）相应功能的改变，包括细胞出现的电反应或其它功能改变。这一过程称。方式有：1.由离子通道介导的跨膜信号转导 2.由G

5、蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 3.由酶耦联受体完成的跨膜信号转导,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,一、细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件（一）相关概念 兴奋：由相对静止状态变为显著活动状态或由活动弱变为活动强的过程。抑制：由显著活动状态变为相对静止状态或由活动强变为活动弱的过程。刺激：能被生物体感受并引起生物体发生反应的环境变化。兴奋性：活组织或细胞对刺激发生反应的能力。可兴奋组织或可兴奋细胞：神经细胞、肌细胞和腺体细胞兴奋性较高，较弱刺激也能引起反应。,(二)神经肌肉标本 1刺激神经引起组织兴奋 2.兴奋沿神经干传导 3兴奋从神经到肌肉 4.肌肉收缩,第一章 细胞的基本功能,(三)刺激引起

6、兴奋的条件,1.强度 阈强度：在一定的时间内，引起组织兴奋的最低刺激强度，也叫阈值，阈刺激。有阈上刺激和阈下刺激。2.持续时间 3.强度对时间变化率,第一章 细胞的基本功能,强度-时间曲线：把能够引起兴奋的不同刺激强度和它们相对应的作用时间描绘在坐标纸上得到的一条曲线，称。,第一章 细胞的基本功能,刺激强度与肌肉收缩强度的关系,(四)兴奋性的变化,例：首先给神经一个阈上刺激以引起神经的兴奋，然后间隔不同的时间再给第二个电刺激（检验电刺激），用来检验神经兴奋性的变化，即求出第二个刺激的阈强度，发现神经受刺激后兴奋性的变化分为四个时期。1绝对不应期：兴奋性=0 2相对不应期：兴奋性 正常 4低常期

7、：兴奋性 正常,第一章 细胞的基本功能,第一章 细胞的基本功能,二、细胞的生物电现象及其产生机制,1.静息电位（resting potential,R.P.）概念：细胞在未受刺激处于静息状态时，膜内外两侧的电位差（呈膜外为正、膜内为负的极化状态）称或跨膜静息电位。R.P.为内负外正，如规定膜外为 0，则膜内就是负值。神经细胞约-70mV，骨骼肌细胞约-90mV，红细胞约-10mV。,第一章 细胞的基本功能,第一章 细胞的基本功能,产生机制膜内外离子分布的不同状况，是膜电位产生的决定因素。a：膜内外离子分布不同：K+内 K+外=20-50倍，A-内A-外=10倍，Na+外Na+内=5-14倍，C

8、l-外Cl-内=4-25倍 b：膜对K+有通透性：K+顺浓度差向膜外扩散。c：膜内外K+浓度差（K+外流动力）与电位差（K+外流阻力）达平衡时，K+跨膜净转运等于0，膜内外电位动态稳定于一定水平，即形成R.P.。R.P.实质上是K+外流的跨膜电位（or称K+的平衡电位）,第一章 细胞的基本功能,枪乌贼巨大轴突及脊椎动物神经元的跨膜浓度及平衡电位,2.动作电位（action potential,A.P.)是细胞兴奋的标志。,概念：当神经或肌肉细胞受一次短促的阈刺激或阈上刺激而发生兴奋，细胞膜在静息电位的基础上会发生一次迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动，称。包括三个基本过程：a.去极化 b.反

9、极化 c.复极化 产生机制实质上是 Na+的跨膜电位。a.当细胞受刺激而兴奋时膜对Na+的通透性突然增大 Na+迅速内流去极化和反极化。b.膜对 K+通透性增大 K+外流复极化。,动作电位的形成及其记录方法,三、阈电位和兴奋在同一个细胞上的传导,1.阈电位：能进一步诱发动作电位去极化的临界值，称。阈电位是可兴奋细胞的一项重要功能指标，一般比正常静息电位低10-15mv。2局部兴奋和局部电位（自学）,第一章 细胞的基本功能,3.兴奋在同一细胞上的传导（1）局部电流传导：兴奋部位与静息部位存在电位差局部电流刺激邻近的静息部位，使膜去极化，这种去极化足以达到阈电位水平引发新的A.P.。动作电位沿神经

10、纤维（细胞）的传导就是神经冲动。（2）跳跃式传导：有髓鞘的神经纤维，因髓鞘的脂质不导电或不允许带电离子通过，只有在髓鞘暂时中断的朗飞氏结传导，使兴奋以跳跃的方式向前传导。,第一章 细胞的基本功能,动作电位在神经纤维上的传导,第一章 细胞的基本功能,神经元的结构模式图,第一章 细胞的基本功能,第四节 兴奋在细胞间的传递,一经典的突触（化学突触）传递（一）突触微细结构：突触前膜、突触间隙、突触后膜。（二）经典的突触传递过程 是一个电-化学-电的过程。,第一章 细胞的基本功能,突触前过程 神经冲动突触前膜前膜去极化 Ca2+通道开放(Ca2+从间隙进入膜内）突触小泡与突触前膜接触、融合及破裂神经递质

11、释放。,第一章 细胞的基本功能,突触后过程 神经递质间隙扩散突触后膜，作用于后膜上的特异受体或化学门控通道后膜上某些离子通道通透性发生改变 一定程度的去极化和超级化。突触后膜上的电位变化称突触后电位，有兴奋性突触后电位和抑制性突触后电位两种。,第一章 细胞的基本功能,二接头传递神经-肌肉间的兴奋传递（一）神经-肌肉接头：也叫运动终板，是由运动神经末梢与骨骼肌细胞膜接触形成的。每条运动神经纤维分出数十至数百支，每一分支支配一条肌纤维，神经纤维末端失去髓鞘嵌入到肌细胞膜上形成运动终板。,第一章 细胞的基本功能,（二）神经-肌肉的兴奋传递,1.神经冲动末梢轴膜去极化 Ca2+通透性（内流）囊泡破裂释

12、放Ach 接头间隙。2.Ach扩散与终板膜受体结合终板膜的离子通透性发生变化（Na+内流去极化，K+外流）产生终板电位。3.Ach释放量增加 终板电位增大 邻近肌膜去极化达阈电位肌细胞产生动作电位。（总和）4.终板膜上的胆碱酯酶使Ach迅速水解成乙酸和胆碱而失去作用。例：有机磷农药中毒,第一章 细胞的基本功能,乙酰胆碱突触的递质化学元素,（三）经典突触传递与神经-骨骼肌接头传递的特点,单方向性 有时间延迟（突触延搁-0.3-0.5ms）易受环境因素和药物的影响 易疲劳性 三神经-平滑肌和神经-心肌接头传递(自学),第一章 细胞的基本功能,四电突触,结构基础是细胞间的缝隙连接，借助电流为媒介传递

13、信息。神经冲动可以由一个细胞直接传给下一个细胞，几乎没有潜伏期，双向的，传递速度快，不易受外界因素的影响和改变。,第一章 细胞的基本功能,电突触及缝隙连接通道示意图,第五节 肌细胞的收缩机理,一骨骼肌细胞超微结构 骨胳肌细胞也叫肌纤维，肌纤维外有肌膜，内有肌浆、细胞器，以及丰富的肌红蛋白和肌原纤维。与收缩有关的是肌原纤维和管道系统。,第一章 细胞的基本功能,（一）肌原纤维：每两条Z线之间的部分，叫肌节，由A带和两侧各1/2I带组成。肌节是骨骼肌收缩的结构和功能的基本单位。,第一章 细胞的基本功能,1.肌凝蛋白（肌球蛋白）横桥特性：一定条件下，可与细肌丝中的肌纤蛋白发生可逆结合，并随之发生构型改

14、变。与肌动蛋白结合后，可被激活而具有ATP酶活性，能分解ATP供能。,第一章 细胞的基本功能,粗肌丝结构示意图,第一章 细胞的基本功能,2.肌纤蛋白（肌动蛋白）3.原肌凝蛋白（原肌球蛋白）4.肌钙蛋白:由T,C,I三个亚单位组成的复合体。肌动蛋白直接参与收缩，与肌球蛋白均被称为收缩蛋白，原肌球蛋白和肌钙蛋白对收缩蛋白活动有调节作用，合称调节蛋白。（二）肌管系统：包括横管和纵管系统（肌浆网）,第一章 细胞的基本功能,第一章 细胞的基本功能,（一）肌丝滑行理论（滑行学说）肌纤维收缩时，肌节的缩短不是因为肌微丝本身的长度有所改变，而是由于两种穿插排列的肌微丝之间发生滑行运动，结果使I带缩短，H带变窄

15、，Z线被牵引向A带靠拢，于是肌纤维的长度缩短。需Ca2+参与，Ca2+，肌纤维收缩，Ca2+，肌纤维舒张。,二骨骼肌的收缩原理和兴奋收缩耦联,第一章 细胞的基本功能,（二）兴奋-收缩耦联 以膜电位的变化为特征的兴奋过程与肌丝滑行为基础的收缩活动之间，存在某种中介过程将两者联系起来，这一过程称为骨胳肌的兴奋-收缩耦联，耦联因子是Ca2+。,三肌肉收缩的外部表现（一）单收缩：肌肉受到单个刺激就产生一次收缩，称，包括：潜伏期 缩短期 舒张期,单收缩曲线 1-2潜伏期，2-3收缩期，3-4舒张期,第一章 细胞的基本功能,（二）等张收缩和等长收缩 1.等张收缩：肌肉收缩时长度发生变化而张力不变的，称。肌

16、肉长度变化可完成各种运动，如关节伸屈。2.等长收缩：肌肉收缩时张力发生变化而长度不变的，称。肌肉张力变化可以负荷一定的重量，如提水，举重。,第一章 细胞的基本功能,（三）强直收缩 机体来自运动神经的冲动或刺激的频率增加到一定数值时，使许多单收缩融合在一起，肌肉持续处于收缩状态。,第一章 细胞的基本功能,第六节 动物的放电,电鱼：具有一个能放电的器官的鱼类，如电鲶，电鳐，电鳗。电鱼的电器官大多分布于头部，尾部，背部或胸鳍与头部之间的体侧部的皮下。一、电器官的一般结构和神经支配 构成电器官的基本单位是电细胞，由肌细胞演变而来，也叫电板。,第一章 细胞的基本功能,电鳗 电鳐,第一章 细胞的基本功能,

17、二、电器官放电原理,电细胞也是放电的基本单位。例（电鳗）：静息时，R.P.约-90mv，有神经和无神经面电位相等。活动时，有神经的一面发生去极化直至反极化，最终膜电位可达60 mv，而无神经一面没有变化，出现约150 mv的电位差，每一个电细胞就成为一个小电池。单个电细胞产生的A.P.只有几十-几百mv，但在电细胞柱中，电细胞是串联的，电细胞柱两端的电压等于各电细胞电位差的总和，电鳗的每一个电细胞柱约有6000个电细胞，如每个电细胞产生100 mv的电压，整个电细胞柱的电压高达600 v，成为巨大的电击。,第一章 细胞的基本功能,三、电器官放电的生物学意义,1.强电鱼主要用于猎食，攻击和防卫；

18、弱电鱼以电定位作用探测水下目标，进行水下通讯。2.辨别种群（不同鱼类，甚至同种鱼不同个体放电的频率和波形不同）3.生殖季节雌雄间对答，发放定型的电脉冲串，对招引异性，促进排卵，排精起着很重要作用。,第一章 细胞的基本功能,第七节 细胞周期与程序性死亡,一.细胞周期(cell cycle)从亲代细胞分裂结束到子代细胞分裂结束之间的间隔时间。1.有丝分裂过程 2.细胞生长期,第一章 细胞的基本功能,二细胞程序性死亡维持机体的稳态 1.概念：生物个体在生长发育过程中不断发生的细胞生理性死亡，称-（programmed cell death,PCD），一个主动的由基因决定的自动结束生命的过程，也称细胞凋亡(apoptosis）。1972年提出 2.特征自然死亡 遗传控制的衰老死亡或生理调节性死亡。,第一章 细胞的基本功能,思考题,一.名词：液态镶嵌模型 极化 阈电位 终板电位 兴奋-收缩偶联 完全强直收缩 细胞凋亡二.细胞膜的跨膜物质转运方式有哪些？各有何特点？三.简述细胞兴奋性的变化规律，影响细胞兴奋性的因素有哪些？四.试述静息电位、动作电位的产生机制。五.比较经典的突触传递与神经-骨骼肌接头传递的特点及不同之处。六.鱼类的放电器官是如何放电的？放电对鱼类生存有何意义？,第一章 细胞的基本功能,