細胞基本功能

1、徐州醫(yī)學院生理學教研室Cell P23細胞膜的基本結構及跨膜轉運功能細胞膜的基本結構及跨膜轉運功能1細胞的跨膜信號轉導細胞的跨膜信號轉導細胞的生物電活動細胞的生物電活動骨骼肌的收縮骨骼肌的收縮423345骨骼肌的收縮骨骼肌的收縮形式形式返回首頁返回首頁脂質雙脂質雙分子層分子層球形蛋白質球形蛋白質纖維狀蛋白質纖維狀蛋白質親水性基親水性基 團團疏水性基團疏水性基團 1.細胞膜的分子結構液態(tài)鑲嵌模型細胞膜的分子結構液態(tài)鑲嵌模型返回首頁返回首頁構成構成：由雙嗜性脂質分子兩兩相對排列成雙分子層由雙嗜性脂質分子兩兩相對排列成雙分子層脂質雙分子層細胞的基本骨架脂質雙分子層細胞的基本骨架返回首頁返回首頁鑲嵌在

2、細胞膜上的蛋白鑲嵌在細胞膜上的蛋白:表面蛋白、整合蛋白表面蛋白、整合蛋白 轉運物質轉運物質 傳遞信息傳遞信息 免疫標志免疫標志 返回首頁返回首頁2. 細胞膜的跨膜物質轉運功能細胞膜的跨膜物質轉運功能細細 胞胞O O2 2，能源物質，能源物質氨基酸，脂類氨基酸，脂類各種離子等各種離子等CO2CO2代謝產物代謝產物返回首頁返回首頁 (1)(1)單純擴散單純擴散影響因素：影響因素： 濃度差濃度差 通透性通透性返回首頁返回首頁 定義定義 在生物體系中，小分子物質或離子由膜的高濃度區(qū)一在生物體系中，小分子物質或離子由膜的高濃度區(qū)一側向膜的低濃度區(qū)一側順濃度差的跨細胞膜的轉運稱為側向膜的低濃度區(qū)一側順濃度

3、差的跨細胞膜的轉運稱為單單純擴散。純擴散。返回首頁返回首頁 特點特點 順濃度差順濃度差 不需要膜蛋白幫助不需要膜蛋白幫助 不消耗能量不消耗能量 轉運脂溶性物質轉運脂溶性物質返回首頁返回首頁O O2 2、COCO2 2、N N2 2、NHNH3 3、乙醇、尿素、類固乙醇、尿素、類固醇激素醇激素 類型類型 載體介導的易化擴散（葡萄糖、氨基酸）載體介導的易化擴散（葡萄糖、氨基酸） 通道介導的易化擴散（通道介導的易化擴散（K K、NaNa、CaCa2+2+、ClCl- -）(2)(2)易化擴散易化擴散 定義定義物質在特殊蛋白的物質在特殊蛋白的“協(xié)助協(xié)助”下，順電化學梯度下，順電化學梯度的跨膜轉運過程，

4、稱為的跨膜轉運過程，稱為易化擴散易化擴散。返回首頁返回首頁 特點特點 順濃度差或電位差順濃度差或電位差 膜蛋白幫助膜蛋白幫助不消耗能量不消耗能量轉運水溶性物質轉運水溶性物質返回首頁返回首頁轉運方式轉運方式載體介導的易化擴散載體介導的易化擴散返回首頁返回首頁 X物質的擴散通量物質的擴散通量 膜兩側膜兩側X物質的濃度差物質的濃度差 特點特點 結構特異性結構特異性 飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象競爭性抑制競爭性抑制載體介導的易化擴散載體介導的易化擴散返回首頁返回首頁通道介導的易化擴散通道介導的易化擴散返回首頁返回首頁 特點特點 結構的相對特異性結構的相對特異性“閘門閘門”調控調控電壓門控通道電壓門控通道化學（配體

5、）門控通道化學（配體）門控通道機械門控通道機械門控通道返回首頁返回首頁轉運物質：轉運物質：Na+, K+, Cl, Ca2+等直徑較小離子。等直徑較小離子。 根據(jù)其結構特異性和轉運離子的特異性命名： Na+通道、K+通道、 Cl通道、 Ca2+通道等。通道兩種狀態(tài)：開放、關閉通道兩種狀態(tài)：開放、關閉返回首頁返回首頁NaNa+ +通道的功能狀態(tài)通道的功能狀態(tài)：備用：關閉，受適當刺激可被激活和重新開放備用：關閉，受適當刺激可被激活和重新開放激活：開放激活：開放失活：關閉，受適當刺激也不能被激活或重新開放失活：關閉，受適當刺激也不能被激活或重新開放Na+ 通道阻斷劑：通道阻斷劑：河豚毒河豚毒 (te

6、trodotoxin, TTX) 利多卡因利多卡因K+ 通道阻斷劑：通道阻斷劑： 四乙胺四乙胺Ca2+通道阻斷劑通道阻斷劑：維拉帕米：維拉帕米 返回首頁返回首頁 細胞通過本身的耗能過程，在細胞膜上特殊蛋白細胞通過本身的耗能過程，在細胞膜上特殊蛋白質（泵）的協(xié)助下，將某些物質分子或離子經細胞膜質（泵）的協(xié)助下，將某些物質分子或離子經細胞膜逆濃度梯度或電位梯度轉運的過程，稱為逆濃度梯度或電位梯度轉運的過程，稱為主動轉運。主動轉運。 (3)(3)主動轉運主動轉運返回首頁返回首頁 特點特點:u膜蛋白（泵）幫助膜蛋白（泵）幫助u逆濃度差或電位差逆濃度差或電位差 u耗能耗能返回首頁返回首頁原發(fā)性主動轉運原

7、發(fā)性主動轉運 是指直接利用是指直接利用ATPATP的能量的能量逆濃度差和電位差對離逆濃度差和電位差對離子進行的主動轉運過程。子進行的主動轉運過程。 原發(fā)性主動轉運是人體最重要的物質轉運形式，原發(fā)性主動轉運是人體最重要的物質轉運形式，除鈉泵外，還有除鈉泵外，還有CaCa2+2+ 泵（或稱泵（或稱CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+依賴式依賴式ATPATP酶）、酶）、H H+ +泵（質子泵）和碘泵等。泵（質子泵）和碘泵等。返回首頁返回首頁Na+泵的主動轉運泵的主動轉運膜內膜內膜外膜外K+ Na+ 返回首頁返回首頁鈉泵特點鈉泵特點胞內胞內Na+或胞外或胞外K+可觸發(fā)鈉泵活動?？捎|發(fā)鈉泵活動。Na+泵

8、出和泵出和K+泵入耦聯(lián)。泵入耦聯(lián)。生電性泵。生電性泵。鈉泵鈉泵(Na+-K+-ATP酶酶)鈉泵活動的生理意義：鈉泵活動的生理意義：由鈉泵形成的細胞內高由鈉泵形成的細胞內高K K+ +，是許多代謝反應進行的必需，是許多代謝反應進行的必需條件。條件。維持細胞正常的滲透壓與形態(tài)。維持細胞正常的滲透壓與形態(tài)。它能夠建立起一種勢能貯備它能夠建立起一種勢能貯備, ,是一些營養(yǎng)物質（如葡萄糖是一些營養(yǎng)物質（如葡萄糖、氨基酸）繼發(fā)性主動轉運的能量來源。、氨基酸）繼發(fā)性主動轉運的能量來源。返回首頁返回首頁繼發(fā)性主動轉運繼發(fā)性主動轉運 物質逆濃度梯度轉運所需的能量物質逆濃度梯度轉運所需的能量不是不是直接來自直接來

9、自ATPATP或其他供能物質分解，而是來自或其他供能物質分解，而是來自膜外膜外NaNa+ +的高勢能。的高勢能。 返回首頁返回首頁Sodium-glucose symporter返回首頁返回首頁葡萄糖的繼發(fā)性主動轉運葡萄糖的繼發(fā)性主動轉運 返回首頁返回首頁 (4) (4) 出胞和入胞出胞和入胞 1 1出胞作用出胞作用，又稱為胞吐又稱為胞吐 主要見于細胞的分泌活動、神經末梢的遞質釋放等。主要見于細胞的分泌活動、神經末梢的遞質釋放等。 2 2入胞作用入胞作用，又稱為吞噬或吞飲又稱為吞噬或吞飲 是指細胞外某些物質團塊或液體進入細胞的過程。是指細胞外某些物質團塊或液體進入細胞的過程。 返回首頁返回首頁

10、胞吐：運動神經末稍釋放乙酰膽堿胞吐：運動神經末稍釋放乙酰膽堿胞胞 吞吞 作作 用用返回首頁返回首頁細胞通訊和信號轉導過程是高等動物生命活動的基細胞通訊和信號轉導過程是高等動物生命活動的基本機制。本機制。 化學信息物質（如激素、遞質、細胞因子等）通常不需要直化學信息物質（如激素、遞質、細胞因子等）通常不需要直接進入靶細胞發(fā)揮作用，而是選擇性地同靶細胞膜上特異性接進入靶細胞發(fā)揮作用，而是選擇性地同靶細胞膜上特異性受體相結合，再通過跨膜信號傳遞或跨膜信號轉導過程，最受體相結合，再通過跨膜信號傳遞或跨膜信號轉導過程，最后才間接地引起靶細胞產生各種生物學效應后才間接地引起靶細胞產生各種生物學效應。（二）

11、細胞的跨膜信號轉導（二）細胞的跨膜信號轉導返回首頁返回首頁（1）參與）參與G-蛋白偶聯(lián)受體跨膜信號轉導的信號分子蛋白偶聯(lián)受體跨膜信號轉導的信號分子 G-G-蛋白偶聯(lián)受體（蛋白偶聯(lián)受體（G protein linked receptor）G-G-蛋白蛋白（G protein）G-G-蛋白效應器蛋白效應器: : AC、PLC、PLA2、GC、PDG 生成或分解第二信使生成或分解第二信使. .第二信使第二信使: cAMP、IP3、DC、cGMP、Ca2+ cAMP-PKA, cGMP-PKG, DG-PKC IP3-PKB Ca2+- Ca2+PK返回首頁返回首頁 G-蛋白偶聯(lián)受體信號轉導的主要途徑

12、蛋白偶聯(lián)受體信號轉導的主要途徑返回首頁返回首頁第二信使學說第二信使學說配體配體+受體受體G蛋白蛋白-GDPG蛋白蛋白-GTP效應器酶效應器酶第二信使第二信使第二信使前體第二信使前體蛋白激酶及其他蛋白激酶及其他細胞功能改變細胞功能改變返回首頁返回首頁（2）離子通道受體介導的信號轉導）離子通道受體介導的信號轉導 化學門控通道化學門控通道（chemically-gated ion channel）N2受體、受體、GABAGABAA A受體、甘氨酸受體、谷氨酸受體受體、甘氨酸受體、谷氨酸受體和和5-HT受體受體電壓門控通道電壓門控通道（voltage-gated ion channel) 如如Na+通

13、道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道等。通道等。機械門控通道機械門控通道(mechanically-gated ion channel)如內耳耳蝸毛細胞如內耳耳蝸毛細胞返回首頁返回首頁（3）酶偶聯(lián)受酶偶聯(lián)受體介導的信號轉體介導的信號轉導導酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體 最終水解為三磷酸肌醇（最終水解為三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（）和二酰甘油（DG）的信號轉導途徑是：的信號轉導途徑是：A.受體-G蛋白-PLC途徑B.受體-G蛋白-AC途徑C.酪氨酸激酶受體途徑D.鳥苷酸環(huán)化酶受體途徑1.1.興奮和可興奮細胞興奮和可興奮細胞興奮興奮：細胞受刺激產生動作電位的過程：細胞受刺激產生動作電位的過程可

14、興奮細胞可興奮細胞：凡在受刺激后能產生動作電位的細胞。：凡在受刺激后能產生動作電位的細胞。包括：神經細胞、肌細胞、腺細胞。包括：神經細胞、肌細胞、腺細胞。（三）細胞的興奮性和生物電現(xiàn)象（三）細胞的興奮性和生物電現(xiàn)象 返回首頁返回首頁興奮性：興奮性：可興奮細胞受刺激后產生動作電位的能力可興奮細胞受刺激后產生動作電位的能力閾刺激：閾刺激：相當于閾強度的刺激稱為閾刺激。相當于閾強度的刺激稱為閾刺激。組織的組織的閾刺激和興奮性成反變關系閾刺激和興奮性成反變關系2.2.興奮性和閾刺激興奮性和閾刺激返回首頁返回首頁 3.3.細胞的興奮性影響因素細胞的興奮性影響因素 靜息電位的水平靜息電位的水平 閾電位水平

15、閾電位水平 離子通道狀態(tài)離子通道狀態(tài)返回首頁返回首頁4.4.細胞興奮及其恢復中的興奮性的變化細胞興奮及其恢復中的興奮性的變化 絕對不應期絕對不應期 相對不應期相對不應期 超常期超常期 低常期低常期返回首頁返回首頁 5. 5. 細胞的生物電現(xiàn)象細胞的生物電現(xiàn)象 返回首頁返回首頁1. 靜息電位（靜息電位（resting potential，RP)細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側的電位差。細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側的電位差。返回首頁返回首頁靜息電位形成機制靜息電位形成機制條件條件細胞內外細胞內外K K的不均衡分布的不均衡分布安靜狀態(tài)下細胞膜主要對安靜狀態(tài)下細胞膜主要對K K有通透性有通透性動力動力

16、(濃度差濃度差)阻力阻力(電位差電位差)Inside cellOutside cell返回首頁返回首頁是膜受到有效刺激后，在是膜受到有效刺激后，在RPRP的基礎上發(fā)生一的基礎上發(fā)生一次膜電位的次膜電位的快速而短暫快速而短暫可可擴布擴布的電位變化。的電位變化。 2.2.動作電位動作電位(action potential，AP)返回首頁返回首頁( (一）細胞的動作電位是膜電位的快速一）細胞的動作電位是膜電位的快速 “ “去極化去極化- -反極化反極化- -復極化復極化”的過程。的過程。 反極化反極化超射超射神經纖維動作電位模式圖神經纖維動作電位模式圖ab:動作電位上升支；動作電位上升支；bc:動作

17、電位下降支；動作電位下降支；abc:鋒電位；鋒電位；cd:去極化后電位；去極化后電位；de:超極化后電位超極化后電位（二）（二） 動作電位波形的組成：鋒電位和后電位動作電位波形的組成：鋒電位和后電位 峰電位峰電位0mV-70+30 鋒電位具有動作電位的主要特征鋒電位具有動作電位的主要特征是動作電位的標志是動作電位的標志 APAP的上升支的上升支( (去極相去極相) ) APAP的下降支的下降支( (復極相復極相) ) 返回首頁返回首頁（三） AP的特征的特征 APAP產生是細胞興奮的標志。產生是細胞興奮的標志。 具有全或無現(xiàn)象具有全或無現(xiàn)象 刺激強度一旦達到或超過閾值，即可爆發(fā)刺激強度一旦達到

18、或超過閾值，即可爆發(fā)APAP，且其，且其 幅度不因刺激強度的增加而改變幅度不因刺激強度的增加而改變 不衰減擴布不衰減擴布 APAP不因傳導距離的延長而衰減。不因傳導距離的延長而衰減。 脈沖式發(fā)放脈沖式發(fā)放 因因APAP存在不應期，故存在不應期，故APAP不會融合。不會融合。返回首頁返回首頁動作電位產生機制：動作電位產生機制：動作電位上升支：動作電位上升支：NaNa+ +通道通透性的再生性循環(huán)過程通道通透性的再生性循環(huán)過程Na+通道開放通道開放Na+內流增加內流增加去極化去極化刺激刺激返回首頁返回首頁2. + +外流形成動作電位下降支外流形成動作電位下降支達達NaNa+ +平衡電位平衡電位通道失

19、活關閉通道失活關閉NaNa+ +內流停止內流停止K K+ +通道激活開放通道激活開放K K+ +快速外流快速外流膜內電位下降膜內電位下降細胞膜復極化細胞膜復極化下降支下降支返回首頁返回首頁超射值相當于超射值相當于NaNa+ +的平衡電位的平衡電位Na+通透性通透性K+通透性通透性動作電位動作電位NaNa+ +內流的再生性循環(huán)內流的再生性循環(huán) 正反饋正反饋返回首頁返回首頁 （五）（五）動作電位產生過程中鈉通道的不同功能狀態(tài)動作電位產生過程中鈉通道的不同功能狀態(tài) 返回首頁返回首頁m門 h門 NaNa+ +通道的兩種閘門及三種狀態(tài)通道的兩種閘門及三種狀態(tài): : m m閘門閘門( (激活門激活門) )

20、關閉和關閉和h h閘門閘門( (失活門失活門) ) 開放為備用狀態(tài)開放為備用狀態(tài); ; m m和和h h閘門均開放為激活狀態(tài)閘門均開放為激活狀態(tài); ; h h閘門關閉為失活狀態(tài)。閘門關閉為失活狀態(tài)。 K K+ +通道是由通道是由n n閘門控制的。閘門控制的。返回首頁返回首頁（六）動作電位產生的條件（六）動作電位產生的條件刺激：刺激：細胞所處環(huán)境因素的變化細胞所處環(huán)境因素的變化刺激種類：刺激種類： 化學、機械、溫度、光、聲和電等化學、機械、溫度、光、聲和電等刺激參數(shù)：刺激參數(shù)： 刺激強度刺激強度 刺激的持續(xù)時間刺激的持續(xù)時間 刺激強度對時間的變化率刺激強度對時間的變化率返回首頁返回首頁可興奮組織

21、的強度可興奮組織的強度- -時間曲線時間曲線 刺激參數(shù)與組織興奮的關系刺激參數(shù)與組織興奮的關系: :返回首頁返回首頁 通常，把刺激的持續(xù)時間固定，把能引起組織興奮的最通常，把刺激的持續(xù)時間固定，把能引起組織興奮的最小刺激強度稱為小刺激強度稱為閾強閾強度度(Threshold Intensity)，相當于閾強度的，相當于閾強度的刺激稱為閾刺激。刺激稱為閾刺激。 閾強度或閾刺激閾強度或閾刺激也可作為衡量組織興奮性的指標。也可作為衡量組織興奮性的指標。閾閾 刺刺 激激 threshold stimulation閾下刺激閾下刺激 subthreshold stimulation閾上刺激閾上刺激 sup

22、erthreshold stimulation 返回首頁返回首頁 在外加的有效刺激作用下，膜內負電位去極化到某一在外加的有效刺激作用下，膜內負電位去極化到某一臨界值時，引發(fā)一次動作電位，這個臨界值即為臨界值時，引發(fā)一次動作電位，這個臨界值即為閾電位閾電位。引起細胞興奮的關鍵：引起細胞興奮的關鍵： 閾電位水平閾電位水平返回首頁返回首頁( (七七) )閾下刺激和局部反應閾下刺激和局部反應 概念概念 細胞膜的輕度去極化細胞膜的輕度去極化, ,如：如：終板電位終板電位 特點特點 不是不是“全或無全或無”的；的； 在局部形成電緊張傳播；在局部形成電緊張傳播； 無不應期；無不應期； 時間性總和與空間性總和

23、時間性總和與空間性總和 實質實質 NaNa+ +通道少量被激活通道少量被激活 返回首頁返回首頁返回首頁返回首頁局部電流局部電流5. 興奮在同一細胞上的傳導興奮在同一細胞上的傳導 1 1）無髓神經纖維上興奮傳導的機制）無髓神經纖維上興奮傳導的機制局部電流學說局部電流學說 外加刺激引起細胞興奮的敘述，不正確的是：外加刺激引起細胞興奮的敘述，不正確的是：A.任何能量形式的理化因素的改變都可能構成對細胞的刺激B.閾強度一般可作為衡量細胞興奮性的指標C.閾刺激增大表示細胞興奮性下降D.局部興奮必須發(fā)生總和2）有髓神經纖維上興奮傳導的機制：）有髓神經纖維上興奮傳導的機制： 特點：特點： 傳導速度快傳導速度

24、快 節(jié)能節(jié)能 跳躍式傳導跳躍式傳導返回首頁返回首頁動作電位在有髓及無髓神經纖維上的傳導：動作電位在有髓及無髓神經纖維上的傳導：返回首頁返回首頁（四）（四） 骨骼肌的收縮骨骼肌的收縮 返回首頁返回首頁1. 1. 神經神經- -肌接頭的結構肌接頭的結構 結構結構 接頭前膜接頭前膜接頭間隙接頭間隙接頭后膜接頭后膜( (終板膜終板膜) )返回首頁返回首頁神神經經肌肌接接頭頭興興奮奮傳傳遞遞過過程程返回首頁返回首頁2. 2. 神經神經- -肌接頭處的興奮傳遞過程肌接頭處的興奮傳遞過程 APAP到達運動神經末梢到達運動神經末梢 電壓門控電壓門控CaCa2+2+通道打開，通道打開，CaCa2+2+內流內流

25、神經末梢釋放大量神經末梢釋放大量AChACh 經接頭間隙彌散經接頭間隙彌散 AChACh與終板膜上的與終板膜上的N-ACh-R N-ACh-R 結合結合離子通道打開離子通道打開 NaNa+ +內流（和內流（和K K+ +外流）外流） 終板膜產生終板膜產生終板電位終板電位(EPP)(EPP)（局部去極化的電位，約（局部去極化的電位，約60mV60mV） 肌細胞膜去極化達閾電位，肌細胞膜去極化達閾電位， 電壓門控通道打開，產生電壓門控通道打開，產生APAP乙酰膽堿的釋放乙酰膽堿的釋放終板電位的形成終板電位的形成乙酰膽堿的降解乙酰膽堿的降解返回首頁返回首頁受體本身也是通道，受體本身也是通道，允許允許

26、NaNa+ +，K K+ +同時通過。同時通過。終板電位終板電位: :局部電位局部電位興奮傳遞興奮傳遞:1:1對對1 1的的量子式釋放量子式釋放返回首頁返回首頁 EPP是一種是一種局部電位局部電位 特點：特點： 具有等級性反應，具有等級性反應，電位幅度與電位幅度與AChACh釋放釋放 量成正比量成正比；不具有；不具有“全或無全或無”現(xiàn)象；現(xiàn)象； 以以電緊張性擴布電緊張性擴布； 無不應期；無不應期； 可以可以總和總和。返回首頁返回首頁 3. 神經神經- -肌接頭傳遞的肌接頭傳遞的特征特征： 單向傳遞；單向傳遞； 時間延擱；時間延擱； 易受環(huán)境因素和藥物的影響。易受環(huán)境因素和藥物的影響。返回首頁返

27、回首頁 影響神經影響神經- -肌接頭興奮傳遞的因素肌接頭興奮傳遞的因素 1.1.影響乙酰膽堿釋放的因素影響乙酰膽堿釋放的因素 動作電位；動作電位； 細胞外液中細胞外液中CaCa、MgMg的濃度。的濃度。 2.2.影響乙酰膽堿與受體結合的因素影響乙酰膽堿與受體結合的因素 筒箭毒、三碘季銨酚筒箭毒、三碘季銨酚 3.3.影響膽堿酯酶活性影響膽堿酯酶活性的因素的因素 有機磷農藥、新斯的明有機磷農藥、新斯的明返回首頁返回首頁三骨骼肌細胞（肌纖維）的結構特點三骨骼肌細胞（肌纖維）的結構特點（一）肌小節(jié)是肌細胞收縮和舒張的基本單位（一）肌小節(jié)是肌細胞收縮和舒張的基本單位：返回首頁返回首頁 Z線之間的區(qū)域線之間的區(qū)域1. 肌小節(jié)的組成肌小節(jié)的組成收縮和舒張的收縮和舒張的基本單位基本單位中間的暗帶和兩側各中間的暗帶和兩側各12的明帶的明帶 (二二)肌管系統(tǒng)肌管系統(tǒng)橫管系統(tǒng)橫管系統(tǒng) 縱管系統(tǒng)縱管系統(tǒng) 三聯(lián)體三聯(lián)體