生理學(xué)第二章學(xué)習(xí)要點

一、基本要求掌握：膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運：經(jīng)載體的易化擴散，經(jīng)通道的易化擴散，主動轉(zhuǎn)運；細(xì)胞靜息電位和動作電位的產(chǎn)生原理；動作電位的引起及興奮在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)機制，局部興奮和它向鋒電位的轉(zhuǎn)變；神經(jīng)-肌肉接頭處的興奮傳遞，骨骼肌的興奮一收縮耦聯(lián)；熟悉：膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)：脂質(zhì)雙分子層，細(xì)胞膜蛋白，細(xì)胞膜糖類。細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能的單純擴散，繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運；4.靜息電位和動作電位的特點，興奮性及興奮性的變化規(guī)律；骨骼肌的收縮機制；負(fù)荷與肌肉收縮能力的改變對肌肉收縮的影響；了解；細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能的入胞和出胞。生物電現(xiàn)象的觀察和記錄方法；平滑肌的結(jié)構(gòu)和生理特性；二、基本概念流體鑲嵌模型(fluidmosaicmodel),單純擴散(simplediffusion),通透性(permeability),易化擴散(facilitateddiffusion),離子通道(ionchannel),化學(xué)門控通道(chemically-gatedchannel)，電壓門控通道(voltage-gatedchannel)，機械性門控通道(mechanically-gatedchannel)，主動轉(zhuǎn)運(activetransport)，鈉-鉀泵(sodium-potassiumpump)，繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(secondaryactivetransport),出胞(exocytosis),入胞(endocytosis),興奮性(excitability)>興奮(excitation)、靜息電位(restingpotential)、極化(polarization)、超極化(hyperpolarization)、去極化或除極化(depolarization)、復(fù)極化(repolarization)、動作電位(actionpotential)>絕對不應(yīng)期(absoluterefractoryperiod)>相對不應(yīng)期(relativerefractoryperiod)閾電位(thresholdmembranepotential)閾強度(thresholdintensity)局部興奮(localexcitation)、量子式釋放(quantalrelease)、終板電位(endplatepotential)、興奮-收縮藕聯(lián)(excitation-contractioncoupling)三、重點與難點提示第一節(jié)細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜轉(zhuǎn)運功能膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)各種膜性結(jié)構(gòu)主要由蛋白質(zhì)和脂質(zhì)以及少量糖構(gòu)成。在功能活躍的膜性結(jié)構(gòu)中占重量百分比最大的是蛋白質(zhì)，但因蛋白質(zhì)分子巨大，膜中脂質(zhì)分子數(shù)是蛋白質(zhì)分子數(shù)的100倍以上。關(guān)于細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)目前公認(rèn)的是液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)，即以脂質(zhì)雙分子層為基本構(gòu)架，其中鑲嵌有不同結(jié)構(gòu)與功能的蛋白質(zhì)。細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能單純擴散脂溶性的小分子物質(zhì)或離子從膜的高濃度側(cè)移向低濃度一側(cè)的現(xiàn)象稱為單純擴散(simplediffusion)0與擴散速度有關(guān)的是膜兩側(cè)的濃度差以及由分子大小、脂溶性高低和帶電狀況決定的通透性。單純擴散的特點是：不需膜蛋白質(zhì)幫助，不消耗代謝能。轉(zhuǎn)運的物質(zhì)是脂溶性、小分子物質(zhì)，如C02、02、N2、NO等。易化擴散指水溶性的小分子物質(zhì)或離子在膜蛋白質(zhì)的幫助下從膜的高濃度一側(cè)移向低濃度一側(cè)稱為易化擴散(facilitateddiffusion)。根據(jù)膜蛋白質(zhì)所起的作用不同，易化擴散可分為：(1)載體中介的易化擴散(facilitateddiffusionviacarrier)指借助載體蛋白的跨膜雙向轉(zhuǎn)運功能實行順濃度移動，具有特異性、飽和性和競爭性等特點。轉(zhuǎn)運的物質(zhì)有葡萄糖、氨基酸，如葡萄糖進入紅細(xì)胞內(nèi)。(2)通道中介的易化擴散(facilitateddiffusionthroughionchannel)一般來說，細(xì)胞外液中的Na+、Cl-、Ca2+濃度高于細(xì)胞內(nèi)液，而K＋則相反。當(dāng)膜蛋白質(zhì)在某一特定狀態(tài)下構(gòu)成離子通道，即可允許相關(guān)離子順濃度差跨膜流動。根據(jù)門控機制不同，通道可分為3類：①電壓門控通道指膜通道的開、閉受膜電位控制的離子通道，如可興奮細(xì)胞上的Na+通道。②化學(xué)門控通道由某些化學(xué)物質(zhì)如神經(jīng)遞質(zhì)或第二信使控制其開閉的離子通道，如終板膜上的Na+通道。③機械門控通道如聽毛細(xì)胞上纖毛的擺動所產(chǎn)生的力可引起離子通道開放。1.2.3主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運(activetransport)是最重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)運形式，指通過細(xì)胞本身的耗能將物質(zhì)從膜的低濃度一側(cè)向高濃度的轉(zhuǎn)運。通常也稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(primaryactivetransport)，如鈉一鉀泵(簡稱鈉泵)，通過消耗代謝能ATP逆濃差泵出3個Na+,同時攝入2個K+,保證細(xì)胞外高Na+、細(xì)胞內(nèi)K+,從而建立Na+、K+的勢能儲備。一般細(xì)胞將代謝所獲得能量的20?30%用于鈉泵的轉(zhuǎn)運。此外還有鈣泵(Ca2+-Mg2+依賴式ATP酶)、H+-K+泵(H+-K+依賴式ATP酶)等。繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運(secondaryactivetransport)指直接消耗某一物質(zhì)的濃度勢能、間接消耗ATP從而逆濃度轉(zhuǎn)運某物質(zhì)。例如葡萄糖進入腎小管和腸粘膜上皮細(xì)胞。1.2.4出胞與入胞大分子物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)移向細(xì)胞外稱為出胞(exocytosis)。；反之稱為入胞(endocytosis)。它們均需要細(xì)胞膜提供ATP.第二節(jié)細(xì)胞的生物電1.靜息電位概念將一對電極在處于靜息狀態(tài)的細(xì)胞膜上任意移動，可見兩點間無電位差。如果將其中一個插入膜內(nèi)，則可觀察到電位差。在靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差稱為靜息電位(restingpotential，RP)。以膜外為零，膜內(nèi)則為負(fù)值。一般骨骼肌細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞和紅細(xì)胞的RP分別一90mV、一70mV和一10mV,即不同類型細(xì)胞的RP數(shù)值不等。RP存在時膜兩側(cè)所保持的內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)稱為極化(polarization)；在RP的基礎(chǔ)上膜內(nèi)朝著正電荷增加的方向變化時稱為去極化(depolarization)，此時膜電位的絕對值小于RP的絕對值；反之，在RP的基礎(chǔ)上膜內(nèi)朝著正電荷減少(或負(fù)電荷增加)的方向發(fā)展稱為超極化(hyperpolarization)，其絕對值大于RP的絕對值。RP的形成機制：如果細(xì)胞膜不允許任何帶電離子跨膜移動，則膜兩側(cè)是電中性的。而在靜息狀態(tài)下膜兩側(cè)存在電位差，說明靜息時有帶電離子跨膜移動，實際上任何生物電的產(chǎn)生都是帶電離子跨膜移動的結(jié)果。細(xì)胞內(nèi)K+濃度高于細(xì)胞外，靜息時膜上的K+通道開放，K+順濃差外流，膜內(nèi)帶負(fù)電荷的蛋白質(zhì)大分子與K+隔膜相吸，造成膜內(nèi)正外負(fù)的狀態(tài)。隨著K+的進一步外流，促使K+外流的動力即K+的濃差在減小，而由外流的K+形成的外正內(nèi)負(fù)的電位差所構(gòu)成的阻力則增大。當(dāng)促使K+外流的動力與阻礙K+外流的阻力相等，即K+的電化學(xué)勢能為零時，膜內(nèi)外不再有K+的凈移動。在這個過程中每平方厘米細(xì)胞膜上移出約10?12mol的K+，此時膜兩側(cè)的電位差就是RP……證明RP是K+外流所形成的依據(jù)有：①與經(jīng)Nernst公式計算的K+的平衡電位近似，Ek=59.5log[K+]0/[K+]I(mV)。②改變細(xì)胞外液中的K+濃度，RP隨之改變，如增加骨骼肌細(xì)胞外液中的K+濃度，骨骼肌的RP減小。③用K+通道的特異性阻斷劑四乙銨后RP變小。2.動作電位動作電位(activepotential,AP)是在RP的基礎(chǔ)上可興奮細(xì)胞受到有效刺激后引起的迅速的可傳播的電位變化。波形以骨骼肌細(xì)胞為例來說明。其動作電位分為上升支和下降支，上升支指膜內(nèi)電位從RP的一90mV到+30mV,其中從一90mV上升到0mV,屬于典型的去極化；從0mV到+30mV即膜電位變成了內(nèi)正外負(fù)，稱為反極化。動作電位在零以上的電位值則稱為超射(overshoot)。下降支指膜內(nèi)電位從+30mV逐漸下降至RP水平。這種去極完畢后膜內(nèi)朝著正電荷減少方向發(fā)展，逐漸恢復(fù)RP的過程，稱為復(fù)極化(repolarization)。在復(fù)極的過程中膜電位可大于RP，出現(xiàn)超極化。動作電位包括其脈沖樣的主要部分即鋒電位和稍后的后電位(去極化后電位和超極化后電位)。這樣動作電位的全過程為：極化-去極化-反極化-復(fù)極化-超極化-恢復(fù)。動作電位的形成機制2.2.1上升支的形成：能引起動作電位產(chǎn)生的最小刺激強度稱為閾強度(thresholdintensity)，該刺激稱為閾刺激。高于或低于閾強度的刺激分別稱為閾上刺激或閾下刺激，當(dāng)細(xì)胞受到閾刺激或閾上刺激，膜上的Na+通道被激活，由于細(xì)胞外液中的Na+濃度高于膜內(nèi)，Na+內(nèi)流時膜內(nèi)正電荷增加。當(dāng)膜電位變到某一數(shù)值時能引起Na+的再生性內(nèi)流，這種能使Na+通道大量開放的臨界膜電位稱為閾電位(thresholdmenbranepotential)0隨著Na+的大量內(nèi)流，膜迅速去極化。由于膜外Na+較高的濃度勢能，Na+在膜內(nèi)負(fù)電位減少到零時仍可繼續(xù)內(nèi)流，直到內(nèi)流Na+形成的電位差足以對抗Na+由于膜外高濃度而形成的內(nèi)流趨勢時，Na+通道關(guān)閉，Na+內(nèi)流停止。此時存在的電位差即Na+的平衡電位，等于超射值。證實上述機制的依據(jù)有:①該超射值與經(jīng)Nernst公式計算所得Na+的平衡電位數(shù)值相近；②改變細(xì)胞外液中Na+濃度，動作電位的幅度隨之改變，如增加細(xì)胞外液的Na+，動作電位增大。反之亦然；③采用Na+通道的特異性阻斷劑河豚毒(tetrodotoxibn,TTX)、普魯卡因(procaine)及利多卡因(lidocaine)后動作電位不再產(chǎn)生；④用膜片鉗可觀察到動作電位與Na+通道開放的高度相關(guān)。因此，動作電位的幅度等于靜息電位的絕對值加上超射值，與K+和Na+的平衡電位有關(guān)。2.2.2下降支：當(dāng)去極完畢后，Na+通道關(guān)閉，此時K+通道開放，K+順濃度差外流，直到回到靜息電位水平。在復(fù)極的晚期，由于鈉一鉀泵的運轉(zhuǎn)可導(dǎo)致超極化的正后電位。興奮性的周期性變化細(xì)胞受到有效刺激(閾刺激或閾上刺激)時具有產(chǎn)生動作電位(興奮反應(yīng))的能力或特性稱為興奮性(excitability)0由于在動作電位的產(chǎn)生過程中，Na+通道分別經(jīng)歷備用一激活一失活一備用的循環(huán)狀態(tài)。因此，細(xì)胞在產(chǎn)生一次動作電位之后，其興奮性將發(fā)生周期性的變化，分別經(jīng)過絕對不應(yīng)期、相對不應(yīng)期、超常期及低常期。絕對不應(yīng)期(absoluterefractoryperiod)：相當(dāng)于動作電位的上升支及復(fù)極化的前1/3.在這一時期內(nèi)原來激活Na+通道失活，興奮性降至零，此時無論給予細(xì)胞多么強大的刺激都不能再次產(chǎn)生動作電位，其閾強度為無限大。因此，同一個細(xì)胞產(chǎn)生的動作電位不能總和，要連續(xù)引起細(xì)胞產(chǎn)生兩個動作電位，刺激的間隔時間至少要等于絕對不應(yīng)期(約等于鋒電位的持續(xù)時間)。如絕對不應(yīng)期為2ms，則給予連續(xù)刺激時每秒鐘所能產(chǎn)生的動作電位次數(shù)不超過500；相對不應(yīng)期(relativerefractoryperiod)：由于Na+通道的部分復(fù)活到備用狀態(tài)，興奮性逐漸升高，到相對不應(yīng)期的晚期興奮性基本恢復(fù)。此期的興奮性低于正常，需閾上刺激才能再次引起動作電位；超常期：由于Na+通道已復(fù)活，且膜電位離閾電位較近，故興奮性高于正常，此時閾下刺激即可再次引起動作電位；低常期：因膜超極化而遠(yuǎn)離閾電位，故興奮性再次低于正常。2.4動作電位的特點全或無給予細(xì)胞閾下刺激時不能引起動作電位，而給予閾刺激或閾上刺激時，則同一個細(xì)胞產(chǎn)生的動作電位的幅度和持續(xù)時間相等，即動作電位的大小不隨刺激強度的改變而改變；動作電位在同一個細(xì)胞上的傳導(dǎo)也不隨傳導(dǎo)距離的改變而改變，上述現(xiàn)象稱為動作電位產(chǎn)生的全或無（allornone）；這是因為外加刺激只是使膜電位變化到閾電位，動作電位傳導(dǎo)時也是使鄰近未興奮處的膜電位達到閾電位，這樣閾電位只是動作電位的觸發(fā)因素。決定動作電位的速度與幅度的是當(dāng)時膜兩側(cè)有關(guān)的離子濃度差及膜對離子的通透性，因此動作電位的波形和大小與刺激強度、傳導(dǎo)距離及細(xì)胞的直徑無關(guān)。可傳導(dǎo)性動作電位在同一個細(xì)胞以局部電流的方式不衰減傳導(dǎo)，屬數(shù)值式信號；且傳導(dǎo)具有雙向性。而動作電位所攜帶的信息編碼在動作電位的序列中。同一個細(xì)胞產(chǎn)生的動作電位不會融合（因絕對不應(yīng)期的存在）。2.5動作電位的意義動作電位是可興奮細(xì)胞興奮的標(biāo)志，是肌細(xì)胞收縮、腺細(xì)胞分泌等功能活動的基礎(chǔ)。3.局部電位細(xì)胞受到閾下刺激所產(chǎn)生的小的電位變化稱為局部電位（localpotential）。包括去極化局部電位（又稱為局部興奮），如終板電位、興奮性突觸后電位等；超極化突觸后電位，如抑制性突觸后電位和感受器電位。局部電位的特點有：為等級性電位，即局部電位隨刺激強度增大而增大；呈電緊張性擴布，不能遠(yuǎn)傳；無不應(yīng)期，可時間總和及空間總和。第三節(jié)肌細(xì)胞收縮本節(jié)以骨骼肌收縮為例作說明。神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞過程及特點1.1神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞過程骨骼肌細(xì)胞無自律性，受軀體運動神經(jīng)支配。后者可分為多個神經(jīng)末梢，與肌細(xì)胞特殊分化的終板膜構(gòu)成神經(jīng)-肌接頭。當(dāng)運動神經(jīng)末梢產(chǎn)生動作電位時，該處的電壓依從性的Ca2+通道開放，Ca2+內(nèi)流，囊泡中的ACh以量子式方式（即以囊泡為單位）釋放到間隙，再與終板膜上的N2受體結(jié)合，后者發(fā)生變構(gòu)形成孔道（即受體與通道為同一蛋白質(zhì)）。這種帶負(fù)電的孔道口徑為0.65nm，可允許Na+（水合Na+直徑0.512nm）順濃差、電位差內(nèi)流，K+（水合K+直徑0.396nm）順濃差、逆電位差外流，總的效應(yīng)是使膜內(nèi)正電荷增加，終板膜去極化，產(chǎn)生終板電位?nd-platepotential）0總和后達到鄰近肌細(xì)胞膜的閾電位，則肌細(xì)胞產(chǎn)生動作電位，引起收縮。1.2傳遞特點1：1傳遞，即一次神經(jīng)沖動（釋放10—7個ACh分子，使終板電位的總和值超過引起肌細(xì)胞動作電位所需閾值的3?4倍，保證了動作電位的產(chǎn)生）引起肌細(xì)胞一次動作電位（膽堿酯酶及時清除ACh）和一次收縮；單向；總和；延擱；對內(nèi)環(huán)境變化敏感與易疲勞。興奮-收縮耦聯(lián)興奮-收縮耦聯(lián)（excitation-contractioncoupling）指將以動作電位為特征的興奮與以肌絲滑行為特征的收縮聯(lián)系起來的中介過程。包括動作電位沿著橫管膜傳向肌細(xì)胞深部、三聯(lián)管處的信息傳遞以及終末池釋放和重攝取Ca2+.其中興奮收縮耦聯(lián)的耦聯(lián)因子是Ca2+，結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是三聯(lián)管。3.肌細(xì)胞收縮肌肉收縮受三大因素的影響：前負(fù)荷、后負(fù)荷及肌肉收縮能力。3.1前負(fù)荷肌肉收縮以前所遇到的負(fù)荷稱為前負(fù)荷，前負(fù)荷決定初長度。從長度-張力曲線可以看出，在一定范圍內(nèi)，前負(fù)荷越大，初長度越長，粗細(xì)肌絲的有效重疊越多，肌肉收縮越強。當(dāng)肌肉收縮達到最大時所對應(yīng)的為最適前負(fù)荷和最適初長度，此時作等長收縮，產(chǎn)生的張力最大；作等張收縮，產(chǎn)生的縮短最大。超過最適前負(fù)荷后，隨著前負(fù)荷與初長度增加，粗、細(xì)肌絲的有效重疊反而減少，肌肉收縮減弱；后負(fù)荷指肌肉收縮過程中所遇到的負(fù)荷。從肌肉的張力－速度曲線可以看出，后負(fù)荷越大，肌肉收縮所產(chǎn)生的張力越大，縮短速度和程度越小。3.3肌肉收縮能力與前、后負(fù)荷無關(guān)的肌肉本身的內(nèi)在收縮特性。肌肉收縮能力與肌肉收縮強度呈正變關(guān)系。單項選擇題細(xì)胞膜的熱力學(xué)穩(wěn)定性主要由于A分子間電荷吸引B分子間共價鍵C蛋白質(zhì)的粘合D脂質(zhì)分子的雙嗜性E糖鍵的作用載體中介的易化擴散產(chǎn)生飽和現(xiàn)象的機理是A跨膜梯度降低B載體數(shù)量減少C