生理學-細胞生理

1、主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運有什么區(qū)別？主動轉(zhuǎn)運和被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別在于：主動轉(zhuǎn)運是逆電化學梯度的物質(zhì)轉(zhuǎn)運，轉(zhuǎn)運過程中要消耗生物能（ATP）；被動轉(zhuǎn)運是順電化學濃度梯度進行物質(zhì)轉(zhuǎn)運的，轉(zhuǎn)運過程中的動力來自于相關(guān)物質(zhì)的電化學梯度，不需要另外消耗能量。2、要引起組織或細胞反應(yīng)，刺激必須具備哪些條件？為什么？刺激要引起機體或組織細胞發(fā)生反應(yīng)，除能被機體或組織細胞感受外，還必須具備下列條件：（1）足夠的強度：任何性質(zhì)的刺激只有足夠的強度，才能引起生物體的反應(yīng)。（2）足夠的作用時間：不管多強的刺激，作用于細胞或生物體都必須有足夠的時間才能引起反應(yīng)。時間過短，不能引起反應(yīng)。（3）強度的時間變化率：強度的時間變化率指單位時間內(nèi)強度的變化幅度，變化率過低，不能成為有效刺激。3、神經(jīng)細胞受到1次閾上刺激發(fā)生興奮時，其興奮性會發(fā)生哪些規(guī)律性變化？組織或細胞在每一次感受刺激而發(fā)生反應(yīng)時，其興奮性就要發(fā)生一系列規(guī)律性的變化。變化的順序為，首先出現(xiàn)的是絕對不應(yīng)期，此時組織或細胞的興奮性降低到零，在此期間給予任何強度的刺激均不引起第2次反應(yīng)。緊接著是相對不應(yīng)期，興奮性開始回升，但仍低于正常的興奮性，因此閾值增大，即需要用大于正常閾值的強度，才能引起組織發(fā)生第2次興奮。此后出現(xiàn)的是超常期，組織興奮性不但完全恢復，而且高于正常（興奮前），閾值減小，即給予閾下刺激就可以引起第2次興奮。在超常期之后，組織興奮性又低于正常，閾值稍高，只有閾上刺激才能引起第2次興奮，即低常期。最后又重新恢復正常。4、激素和神經(jīng)遞質(zhì)是如何通過膜受體向細胞內(nèi)傳遞信息的？激素是通過受體-第二信使系統(tǒng)傳遞信息的，即激素與膜特異性結(jié)合，通過膜中G蛋白調(diào)控細胞內(nèi)第二信使的生成量，從而影響蛋白激酶的活性，改變細胞功能，完成信息的傳遞。神經(jīng)遞質(zhì)是作用于突觸后膜或效應(yīng)器細胞膜，與膜上特異性結(jié)合，引起與受體同屬一個蛋白分子的通道開放，造成帶電離子的跨膜移動，引起突觸后膜或效應(yīng)器細胞膜發(fā)生電變化或細胞內(nèi)某些離子濃度的改變，從而實現(xiàn)信息的傳遞。5、何謂繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運？舉例說明。有些物質(zhì)在逆電化學梯度轉(zhuǎn)運時，所需的能量不是直接來自ATP的分解，而是來自膜內(nèi)、外的Na+濃度勢能差，由于造成這種勢能差的鈉泵活動需要消耗ATP，因此這種靠間接消耗ATP完成物質(zhì)的逆電化學梯度轉(zhuǎn)運形式稱為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。例如腎小管上皮細胞可主動重吸收小管液中的葡萄糖，吸收的動力來自小管液高Na+和細胞內(nèi)液低Na+之間的濃度勢能，而細胞內(nèi)的低Na+狀態(tài)是依靠鈉泵消耗ATP來維持的，因此，葡萄糖被主動重吸收所需的能量還是間接來自ATP分解。6、什么是動作電位？簡述其產(chǎn)生機制。動作電位是細胞受刺激時細胞膜產(chǎn)生的一次可逆的、并且是可傳導的電位變化。產(chǎn)生的機制為：（1）閾刺激或閾上刺激使膜對Na+的通透性增加，Na+順濃度梯度及電位差內(nèi)流，使膜去極化，形成動作電位的上升支；（2）Na+通道失活，而K+通道開放，K+外流，復極化形成動作電位的下降支；（3）鈉泵的作用，將進入膜內(nèi)的Na+泵出膜外，同時將膜外多余的K+泵入膜內(nèi)，恢復興奮前離子分布的濃度。7、試比較以載體為中介和以通道為中介的易化擴散的特點。易化擴散是指非脂溶性的物質(zhì)，在特殊膜蛋白質(zhì)的“協(xié)助”下，由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)的擴散過程。它分為載體易化擴散和通道易化擴散兩類。載體易化擴散有以下特點：（1）載體蛋白質(zhì)較高的結(jié)構(gòu)特異性：即某種載體只選擇性地與某種物質(zhì)進行特異性結(jié)合；（2）飽和現(xiàn)象：膜上有關(guān)的載體數(shù)量或載體上能與該物質(zhì)結(jié)合的位點數(shù)目有限，如超過限度，即使再增加待轉(zhuǎn)運物質(zhì)的濃度，也不能使轉(zhuǎn)運量增加；（3）競爭性抑制：即結(jié)構(gòu)近似的物質(zhì)可爭奪占有同一種載體，一種物質(zhì)可抑制結(jié)構(gòu)相似的另一種物質(zhì)的轉(zhuǎn)運。通道易化擴散是轉(zhuǎn)運離子的一種形式，對于不同離子的轉(zhuǎn)運，膜上都有結(jié)構(gòu)特異的通道蛋白質(zhì)參與。通道易化擴散的特點：（1）相對特異性：即某一通道對特定的離子通過，但特異性不如載體蛋白質(zhì)那樣嚴格。（2）無飽和現(xiàn)象。（3）通道有“開放”和“關(guān)閉”以及備用等不同的功能狀態(tài)。當它們處于開放狀態(tài)時，有關(guān)的離子可以順其電化學梯度跨膜移動；而當通道關(guān)閉時，則不允許該離子通過。8、試述Na+-K+泵的作用及生理意義。Na+-K+泵，又稱Na+-K+依賴性ATP酶。它的基本作用是：當細胞內(nèi)Na+濃度增高或細胞外K+濃度增高都會激活此酶，分解ATP,從中取得能量用以逆濃度差將細胞內(nèi)的Na+泵出細胞外，把細胞外的K+泵入細胞內(nèi)，從而恢復細胞內(nèi)外Na+、K+濃度的正常分布。Na+-K+泵的生理意義在于：（1）維持細胞內(nèi)高K+狀態(tài)，這為胞內(nèi)許多生化反應(yīng)所必需；（2）阻止Na+及相伴隨的水進入細胞，防止細胞腫脹，維持細胞結(jié)構(gòu)的完整性；（3）最重要的是建立胞內(nèi)高K+、胞外高Na+勢能儲備。此勢能儲備用于其他耗能過程。9、試述可興奮細胞在興奮及恢復過程中興奮性變化的特點及其產(chǎn)生的基本原理。細胞在一次興奮及其恢復過程中，興奮性發(fā)生一系列變化。即“絕對不應(yīng)期—相對不應(yīng)期—超常期—低常期—恢復”。下面以神經(jīng)和骨骼肌細胞為例并按變化順序進行描述。（1）絕對不應(yīng)期：興奮性為零，即任何強度的刺激都不能引起細胞興奮。時間對應(yīng)于動作電位的鋒電位時間。此時或者Na+通道蛋白質(zhì)已全部開放，或者Na+通道處于失活狀態(tài)，不可能形成新的Na+內(nèi)流而產(chǎn)生新的動作電位。（2）相對不應(yīng)期：興奮性較正常低，較強刺激可能引起細胞興奮。時間上相當于負后電位的前半部分，此時Na+通道只有部分從失活中恢復。（3）超常期：興奮性超過正常，閾下刺激也可能引起細胞興奮。時間上相當于負后電位的后半部分。此時Na+通道基本恢復，但膜電位離閾電位近，故較正常時容易興奮。（4）低常期：興奮性較正常稍低。時間上相當于正后電位。這時Na+通道已完全恢復，但膜電位距離閾電位較遠，因而需要比正常強的刺激才能引起細胞興奮。10、試比較局部電位與動作電位的不同。局部電位與動作電位的區(qū)別主要有下列5點：（1）局部電位是等級性的，其大小與刺激的強弱成正比，而動作電位是“全或無”的，要么產(chǎn)生，要么不產(chǎn)生；（2）局部電位可以總和，或是時間總和，或是空間總和，而動作電位則不能總和；（3）局部電位不能遠距離傳導，只能電緊張性擴布，影響范圍很小，而動作電位能沿著細胞膜進行不衰減性傳導；（4）局部電位沒有不應(yīng)期，而動作電位則有不應(yīng)期；（5）局部電位的方向既可以是超極化的也可以是去極化的，而動作電位首先是去極化。11、什么是動作電位的“全或無”現(xiàn)象？單一神經(jīng)纖維動作電位是“全或無”的，該現(xiàn)象具有兩方面的含義：其一，動作電位幅度是“全或無”的，細胞接受有效刺激后，一旦產(chǎn)生動作電位，其幅值就達最大，否則就不產(chǎn)生，增大刺激強度，動作電位的幅值不再增大。也就是說，動作電位可因刺激過弱而不產(chǎn)生（無），而一旦產(chǎn)生幅值即達到最大（全），始終保持它固定的大小和形態(tài)。其二，不衰減性傳導。動作電位在細胞膜的某一處產(chǎn)生后，可沿著細胞膜進行傳導，在該傳導過程中，無論傳導距離多遠，其幅度和形狀均不改變。因為在傳導過程中動作電位是逐次產(chǎn)生的。12、試述神經(jīng)-肌肉接頭興奮傳遞的過程及原理。當運動神經(jīng)興奮時，神經(jīng)沖動以電傳導方式傳導到軸突的末梢，使軸突末梢膜（前膜）電壓依從性Ca2+通道開放，膜對Ca2+的通透性增加，Ca2+由細胞外進入細胞內(nèi)，胞內(nèi)的Ca2+濃度增高，促進大量囊泡向軸突膜內(nèi)側(cè)面靠近，囊泡膜與突觸前膜內(nèi)側(cè)面發(fā)生融合，然后破裂，囊泡中的乙酰膽堿釋放出來。乙酰膽堿以擴散方式通過突觸間隙，與終板膜（突觸后膜）上的特異性N受體相結(jié)合，使原來處于關(guān)閉狀態(tài)的通道蛋白發(fā)生構(gòu)象變化，使通道開放，Na+、K+、Ca2+離子通過細胞膜（主要是Na+內(nèi)流和少量K+外流），其結(jié)果是膜內(nèi)電位絕對值減小，出現(xiàn)終板電位。終板電位與鄰近肌膜產(chǎn)生局部電流，使肌膜去極化達閾電位后肌膜上的電壓門控Na+通道大量開放，肌膜上出現(xiàn)動作電位，完成興奮的傳遞。13、什么是骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián)？試述其過程。把肌細胞的電興奮與肌細胞的機械收縮連接起來的中介過程稱為興奮-收縮耦聯(lián)。肌肉收縮并非是肌絲本身的縮短，而是由于細肌絲向粗肌絲之間滑行的結(jié)果。其過程是：肌細胞膜的動作電位沿膜擴布，并引起橫管膜的電位變化，進一步引起終末池膜上Ca2+釋放通道的開放，貯存在終池中的Ca2+順濃度梯度擴散至肌漿中。當肌漿中Ca2+濃度升高到一定程度時，Ca2+與細肌絲上的肌鈣蛋白結(jié)合，使原肌凝蛋白構(gòu)型發(fā)生變化，將細肌絲上橫橋的結(jié)合位點（肌動蛋白）結(jié)合，通過橫橋的擺動，拖動細肌絲沿粗肌絲之間滑行，肌小節(jié)縮短，肌肉收縮。橫橋與細肌絲結(jié)合位點結(jié)合的同時也激活了橫橋的ATP酶活性，分解ATP，釋放能量供運動使用。14、什么是前負荷和后負荷？它們對肌肉收縮各有何影響？肌肉在收縮之前所遇到的負荷稱為前負荷。它使肌肉在收縮之前具有一定的初長度。在一定范圍內(nèi)，肌肉收縮產(chǎn)生的張力與收縮前肌肉的初長度成正比，超過某一限度，則又呈變關(guān)系。也就是說，在初長度增加的初始階段，隨著初長度的增加，肌張力亦增加；肌肉在最適長度（最適前負荷）時，收縮產(chǎn)生最大張力。再增加初長度，肌張力反而減小，即在肌肉處于最適初長度時若開始等長收縮，則產(chǎn)生的張力最大；若進行等張收縮，則縮短速度最快、縮短的程度最大，做功量最多。后負荷是指肌肉開始收縮之后所遇到的負荷或阻力。當肌肉在有后負荷的條件下進行收縮時，肌肉先產(chǎn)生張力增加，然后再出現(xiàn)長度的縮短。在一定范圍內(nèi)，后負荷越大，產(chǎn)生的張力就越大，且肌肉開始縮短的時間推遲，縮短速度變慢（等張收縮），且當后負荷增加到某一數(shù)值時，肌肉產(chǎn)生的張力達到它的最大限度，此時肌肉完全不縮短，縮短速度等于零（等長收縮）。肌肉收縮時的初速度與后負荷呈反變關(guān)系。因此，肌肉只有在適度的后負荷時，才能獲得肌肉做功的最佳效果。15、什么是肌肉的最適初長度？為什么說在最適初長度時，肌肉收縮的效果最好？肌肉的最適初長度就是肌肉收縮時產(chǎn)生最佳效果（產(chǎn)生張力最大）的初長度。在體肌肉基本處于最適初長度。這一初長度恰恰等于肌小節(jié)為2.0~2.2微米的長度。當肌小節(jié)處于這種長度時，粗、細肌絲間的關(guān)系恰恰使橫橋的作用達到最大限度。肌小節(jié)大于或小于最適長度時，其收縮效果均下降。16、試述膜受體結(jié)合的基本特征。膜受體是鑲嵌在細胞膜上能接受化學信息的特殊蛋白質(zhì)，多為糖蛋白，亦有脂蛋白或糖脂蛋白。膜受體的結(jié)合有以下3個特征：①特異性：特定的受體只與特定的物質(zhì)結(jié)合，產(chǎn)生特定的生物學效應(yīng)。②飽和性：細胞膜上受體的數(shù)量是有限的，因此它能結(jié)合的物質(zhì)也有一定的限度。③可逆性：即物質(zhì)既可與受體特異性結(jié)合，又可以解離。各種物質(zhì)與受體結(jié)合以后，解離的難易程度有所不同。17、簡述動作電位傳導的原理，并比較有髓纖維和無髓纖維動作電位傳導的差別。細胞膜的某一小段出現(xiàn)動作電位時，該處膜電位由靜息時的內(nèi)負外正變?yōu)閮?nèi)正外負，但相鄰的未興奮段膜兩側(cè)的電位仍是靜息時的內(nèi)負外正，于是在膜的興奮段和未興奮段之間將由于電位差的存在而出現(xiàn)電荷的移動，稱為局部電流。它的運動方向是，在膜外，有正電荷由未興奮段移向已興奮段；在膜內(nèi)，有正電荷由已興奮段移向未興奮段。這樣移動的結(jié)果，是造成未興奮段膜內(nèi)電位升高而膜外電位降低，引起該處膜的去極化。當局部電流的出現(xiàn)使鄰近的未興奮膜去極化到閾電位時，也會使該段出現(xiàn)它自己的動作電位。所以動作電位的傳導，實際上是已興奮的膜部分通過局部電流“刺激”了未興奮的部分，使之出現(xiàn)動作電位。這樣的過程在膜表面連續(xù)進行下去，就表現(xiàn)為興奮在整個細胞的傳導?？傊?，動作電位的傳導實際上是局部電流流動的結(jié)果。有髓纖維的髓鞘電阻極大，基本是不導電的，又不允許離子通過。在郎飛氏結(jié)處，髓鞘中斷，軸突膜與細胞外液接觸，具有導電性，并有離子跨細胞膜移動。當有髓纖維的某處受到刺激而興奮時，動作電位只能在郎飛結(jié)處產(chǎn)生，興奮傳導時的局部電流亦只能出現(xiàn)在興奮處的郎飛結(jié)和未興奮的郎飛結(jié)之間，于是形成了動作電位在相鄰的郎飛結(jié)相繼出現(xiàn)，這就是跳躍式傳導。由于跳躍式傳導是動作電位跨越每一段帶髓鞘的神經(jīng)纖維而傳