生理学课件-细胞的基本功能ppt.ppt

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1、第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的物质转运功能,第三节 肌纤维的收缩功能,第二节 细胞的生物电现象,第一节 细胞膜的物质转运功能膜的化学组成和分子结构,(一)脂质双分子层,以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性。,(二)细胞膜蛋白质,镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。,细胞膜的跨膜物质转运功能,被动转运（包括单纯扩散和易化扩散）,主动转运,指物质顺电位或化学梯度的转运过程。,指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。,被动转运(passive transport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点：不耗能（转运动力依赖物质的电-化学梯度所贮存的势能

2、）依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”顺电-化学梯度进行 分类：单纯扩散 易化扩散,一、单纯扩散(simple diffusion)(1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,CO2i CO2o,O2o O2i,(2)特点:扩散速率高 无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用扩散通量（mol or mol数/min.cm2)表示。,(3)转运的物质：O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素 等少数几种。注：膜对H2O具高度通透性，H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。,载体在细胞膜的一侧与

3、被转运的物质相结合，通过本身构型的改变而将物质转运至膜的另一侧如：葡萄糖和某些氨基酸特点：特异性；饱和性；竞争抑制。机制：载体蛋白分子内部的变构,经载体的易化扩散,葡萄糖的易化扩散,2、经通道的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,K+i K+o,Na+o Na+i,经通道的易化扩散,离子通道一类与离子易化扩散有关的膜蛋白质有分子细胞膜上的离子通道有Na+通道、K+通道、Ca2+通道特点：蛋白构形决定功能（开放或关闭）；有一定特异性。化学门控通道/配体门控通道：化学信号。如 神经-肌接头：Ach N-AchR Na+内流 终板电位。神经细胞突触后膜：如谷氨酸、门冬氨酸、-氨基丁酸等。电压门控通道

4、：跨膜电位变化。如神经和肌细胞表面膜，神经干表面膜。,(3)特点:需依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量 选择性（特殊膜蛋白质本身有结构特异性）饱和性（结合位点是有限的）竟争性（经同一特殊膜蛋白质转运）浓度和电压依从性（特殊膜蛋白质的变构是有条件的，如化学门控通道、电压门控通道）,三、主动转运(active transport)概念：离子或小分子物质在膜上“泵”的作用下，逆浓度差或逆电位差的耗能转运过程。特点：需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；是逆电-化学梯度进行的。分类：,入胞和出胞式转运。,继发性主动转运（简称：联合转运）；,原发性主动转运（简称

5、：泵转运）；,如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等,泵转运Na+-K+泵 Na+-K+泵又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵。,当Na+i K+o时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。,通道转运与钠-钾泵转运模式图,钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力（如葡萄糖、氨基酸的吸收：Na+-载体-葡萄糖、Na+-载体-氨基酸的复合体形式进行的联合转运）。,维持Na+o高、K+i高原先的不均匀分布状态,2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外,分解ATP产生能量,当Na+i/K+o激活,钠-钾泵:,四、入胞和出胞 一

6、些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。,入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。分 为：吞噬=转运物质为固体;吞饮=转运物质为液体。,分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,膜性结构包被=分泌囊泡,高尔基复合体,粗面内质网合成蛋白性分泌物,出胞：,囊泡膜与质膜的某点接触并融合,囊泡的膜成为细胞膜的组成部分,细胞膜上的受体对物质的“辨认”,发生特异性结合=复合物,复合物向膜表面的“有被小窝”移动,“有被小窝”处的膜凹陷,凹陷膜与细胞膜断

7、离=吞食泡,吞食泡与胞内体的膜性结构相融合,入胞:,复习思考题1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？2.Na+-K+泵的作用意义？3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可使()A.2个钠离子移出膜外 B.2个钾离子移入膜内 C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内,D,4、细胞膜的脂质双分子层是()A.细胞内容物和细胞环境间的屏障 B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户 C.离子进出细胞的通道 D.受体的主要成分 E.抗原物质5、葡萄糖进入红细胞膜是属于()A.单纯扩散 B.主动转

8、运 C.易化扩散 D.入胞作用 E.吞饮,A,C,概 述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（bioelectricity）。细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。,第二节 细胞的生物电现象,“,细胞的生物电现象静息电位：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的恒定电位差。动作电位：细胞活动时，细胞膜内外存在的变化的电位波动。,2.RP实验现象：,一、静息电位(resting potenti

9、al RP)1.概 念：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。,2.实验现象：,3.证明RP的实验：,（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。,（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。,（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。,4.与RP相关的概念：静息电位:细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位（membrane potential）。习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上RP指的是膜内负电位。静息电位主要由K+外流形成的电-化学平衡电位，

10、故又称为K+平衡电位。RP值描述:RP膜内负电位(-70-90mV)=超极化 RP膜内负电位(-70-50mV)=去极化,静息电位的变化,极 化 安静时,膜两侧电位外正内负超极化 膜两侧电位差加大,膜 内负值增大去极化 膜两侧电位差减小,膜内负值变小复极化 去极化 后，膜内电位向逐渐变大，恢复到静息电位状态反极化 膜两侧电位发生倒转,膜外为负,膜内为正,二、动作电位(action potential AP)1.概 念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩布的电位波动称为动作电位。,2.AP实验现象：,去 极 化,上 升 支,下降支,3.动作电位的图形,

11、刺激,局部电位,阈电位,去极化,零电位,反极化（超射）,复极化,（负、正）后电位,4.动作电位的特征：是非衰减式传导的电位。具有“全或无”的现象：即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。5.动作电位的意义：AP的产生是细胞兴奋的标志。,6.与AP相关的概念:极 化:以膜为界，外正内负的状态。去极化:膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程。超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程。复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负 的极性反转过程。阈电位:引发AP的临界膜电位数值。局部电位:低于阈电位的去极化电位。后电位：锋电位下降

12、支最后恢复到RP水平以前，一种时间较长、波动较小的电位变化过程。包括：负后电位=去极化后电位，正后电位=超去极化后电位。,三、生物电现象的产生机制（一）化学现象,要在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件：膜两侧的离子分布不均，存在浓度差；对离子有选择性通透的膜。膜两侧K+差是促使K+扩散的动力，但随着K+的不断扩散，膜两侧不断加大的电位差是K+继续扩散的阻力，当动力和阻力达到动态平衡时，K+的净扩散通量为零膜两侧的平衡电位。,通透膜,选择性通透膜,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 Na+iNa+o110,K+iK+o301 Cl-iCl-o114,A-iA-o 41,（二）静息电位的产生

13、机制,1.静息电位的产生条件,主要离子分布：,膜内：,膜外：,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+Cl-Na+A-,静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性,2.RP产生机制的膜学说:静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜对离子的通透具有选择性:K+Cl-Na+A-,Ki顺浓度差向膜外扩散A-i不能向膜外扩散,K+i、A-i膜内电位(负电场)K+o膜内电位(正电场),膜外为正、膜内为负的极化状态,当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP,结论:RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。RP=K+的平衡电位,1.AP产生的基本条件:膜内外存在Na+差:Na+iNa+O

14、110；膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。,（三）动作电位的产生机制,2.AP的产生机制:,AP上升支,AP下降支,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na+通道激活而开放,Na+顺浓度差少量内流膜内外电位差局部电位,当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放,Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流,Na+i、K+O激活Na+K+泵,2.AP的产生机制:,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）,Na+泵出、

15、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,结论：AP的上升支由Na内流形成，下降 支是K外流形成的，后电位是NaK泵活动引起的。AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（NaK泵的活动）。AP=Na的平衡电位。证明：Nernst公式的计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值。应用Na通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（AP消失）。,（三）动作电位的传导 1、动作电位的引起 1）刺激：在细胞膜内施加负相电流（或膜外施加正相电流）刺激时，会引起超极化，不会引发AP；相反，会引起去极化，引发AP；刺激分：阈刺激、阈上刺激、阈下刺激，前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发A

16、P；后者只能引起低于阈电位的去极化（即局部电位）不会引发AP。2）阈电位：是激活电压门控性Na+通道的临界值。即阈电位先引发一定数量的Na+通道开放，Na+迅速大量内流后，再引发更多数量的Na+通道开放，爆发AP。因此，当膜电位达到阈电位后，导致Na+通道开放与Na+内流之间出现再生性循环。,补充有关概念 兴奋性：活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力；或活组织或细胞对外界刺激产生AP的能力。兴奋：组织受刺激后由静息活动或由活动弱强的过程。抑制：组织受刺激后由活动静息或由活动强弱的过程。刺激：能引起细胞或组织发生反应的所有内、外环境的变化。反应：可兴奋性组织对刺激的应答表现。,补充有关概念,绝对

17、不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。相对不应期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间。超常期：小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。低常期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,2、动作电位的传导（1）传导原理：局部电流动作电位一旦在细胞膜的某一点发生，就会沿着细胞膜传遍整个细胞。传导：动作电位在同一细胞上的扩布。神经冲动：动作电位在神经纤维上的传导

18、。动作电位的传导就是通过局部电流形成有效刺激沿着细胞膜不断产生新的动作电位的过程。过程如下：,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流：,（2）动作传导特点 1、不衰减性：动作电位传导时，电位幅度不会因传导距离加大而减小，从而保证了远程信息传导的准确性。2、“全或无”现象：动作电位要么不产生，一旦产生就达到

19、最大，其幅度不随刺激强度增加而增大。3、双向性：刺激神经纤维的中段，产生的动作电位可沿细胞膜向两端传导。,复习思考题 1.静息电位产生的原理是什么？如何证明？2.动作电位是怎么发生的？如何证明动作电位是钠的平衡电位？3.发生兴奋过程中，如何证明有兴奋性的变化？为什么会发生这些变化？4.兴奋是如何传导的？影响传导速度的因素有哪些？5.试比较局部电位和动作电位的区别。,6.刺激引起神经兴奋的内因和外因是什么？7.绝对不应期是否指潜伏期？潜伏期是否等于引起兴奋所需的最短刺激作用时间？8.神经干上某点发生兴奋后，除向前传导外，能否逆传？为什么？9.试比较改变刺激强度，单一神经纤维与神经干的动作电位变化

20、？为什么？10.血K+浓度对兴奋性、RP和AP有何影响？,11、以下关于细胞膜离子通道的叙述,正确的是()A.在静息状态下,Na、K离子通道都处于关闭状态B.细胞受刺激刚开始去极化时,钠离子通道就大量开放C.在动作电位去极相,钾离子通道也被激活,但出现较慢D.钠离子通道关闭,出现动作电位的复极相E.钠、钾离子通道被称为化学依从性通道12、刺激阈指的是()A.刺激强度不变,引起组织兴奋的最适作用时间B.刺激时间不变,引起组织发生兴奋的最小刺激强度C.用最小刺激强度,刚刚引起组织兴奋的最短作用时间D.刺激时间不限,能引起组织兴奋的最适刺激强度E.刺激时间不限,能引起组织最大兴奋的最小刺激强度,C,

21、B,第三节 肌纤维的收缩功能,1.神经冲动如何引起肌细胞的兴奋？2.肌细胞的兴奋如何引起肌肉 收缩？,第三节 肌纤维的收缩功能 一、骨骼肌的收缩原理,滑行学说：肌肉收缩时，在每一肌小节内发生了细肌丝向粗肌丝之间滑行，相邻的Z线互相靠近，肌小节长度变短,肌丝滑行几点说明:肌细胞收缩时肌原纤维的缩短,并不是肌丝本身缩短,而是细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行。因相邻Z线靠近,即肌节缩短；暗带长度不变,即粗肌丝长度不变；从Z线到H带边缘的距离不变,即细肌丝长度不变;明带和H带变窄。,肌丝滑行的基本过程 肌肉动作电位 肌浆中Ca2+Ca2+和肌钙蛋白结合 原肌凝蛋白分子构象变化，暴露肌纤蛋白 结合位点

22、横桥和肌纤蛋白结合，横桥向M线方向扭动，把细肌丝拉向M线方向，循环往复，肌肉缩短,肌浆网膜上Ca2+泵,将Ca2+重新摄回胞浆Ca2+I，Ca2+和肌钙蛋白解 离，肌肉舒张,肌原纤维：粗肌丝:由肌球或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部横桥:能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合;具有ATP酶的作用,与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动（肌丝滑行）和作功的能量。细肌丝:肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点；肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。,二、兴奋-收缩耦联 三个主要步骤：肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生AP后

23、,AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。三联管处的信息传递：（尚不很清楚）肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放:指终池膜上的钙通道开放，终池内的Ca2+顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，肌细胞收缩。Ca2+是兴奋-收缩耦联的耦联物,兴奋-收缩耦联过程横管系统将动作电位传至肌细胞的深部终末池（肌浆网）中的Ca2+释放入胞浆胞浆Ca2+Ca2+和肌钙蛋白结合，触发肌丝滑行,肌肉 收缩,兴奋-收缩耦联 定义 以膜电变化为特征的兴奋过程和以肌肉收缩过程通过某种中介性过程把两者联系起来，这一过程称为兴奋-收缩耦联,三、骨骼肌收缩的形式,(一)收缩形式 1.单收缩与复合收缩:单收缩：肌肉受

24、到一次刺激，引起一次收缩和舒张的过程。复合收缩:肌肉受到连续刺激，前一次收缩和舒张尚未结束，新的收缩在此基础上出现的过程。不完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩的舒张期,所出现的强而持久的收缩过程称之。完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩的缩短期,所出现的强而持久的收缩过程称之。机制:强直收缩是各次单收缩的机械叠加现象(并非动作电位的叠加，动作电位始终是分离的)，所以,强直收缩的收缩幅度和收缩力比单收缩大。,2.等长收缩与等张收缩 等长收缩:肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩,称为等长收缩。等张收缩:肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩,称为等张收缩。注：等长收缩和等张收缩与肌肉收缩

25、时所遇到的负荷大小有关:当负荷小于肌张力时,出现等张收缩；当负荷等于或大于肌张力时,出现等长收缩；正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式的,而且总是等长收缩在前,当肌张力增加到超过后负荷时,才出现等张收缩。,前负荷（preload)：肌肉收缩前已存在的负荷初长度：前负荷使肌肉在收缩前就被拉长，具有一定的长度，这一长度称之。后负荷（afterload):肌肉收缩时遇到的负荷或阻力。,复习思考题1.正常人体骨骼肌收缩都属于()A.完全强直收缩B.强直收缩C.不完全强直收缩D.单收缩E.单收缩与强直收缩交替2.肌肉兴奋-收缩偶联关键在于()A.横桥运动B.动作电位C.Na迅速内流D.胞浆内Ca的浓度增加E.ATP酶的激活,B,D,