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1、第二章细胞的基本功能细胞的基本结构：细胞膜的物质转运功能：细胞的信号转导功能：细胞的生物电现象： 骨骼肌细胞收缩功能：本章要求掌 握1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；2.原发性主动转运的概念和转运机制；3.静息电位、动作电位的概念及产生机制；4.动作电位、局部反应的特点；5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；6.兴奋-收缩耦联的概念及其耦联物质。第一节 细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）的基本内容是：膜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
2、能的蛋白质。二、细胞膜物质转运功能细胞外细胞内转运方式：1、单纯扩散： 2、易化扩散：载体方式：通道方式：3、主动转运：4、团块物质：出胞：入胞：(一）、单纯扩散概念:是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机制参与。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。举例：O2、CO2 、NH3特点： 顺浓度差 不消耗能量影响扩散因素： 膜两侧的浓度差 膜对物质的 通透性 （二）、易化扩散概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白 帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程。类型： 载体运输 通道运输 电压门控 化学门控1、载体介导的易化扩散 2、通道介导的易化扩散示意图门控离子通道分为三类：1. 电压门控通道：在膜去极化到
3、一定电位时开放，如神经元上的Na+ 通道；2. 化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激素、递质等；3. 机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。易化扩散的影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道开放的数量易化扩散特点： 特异性 （载体） 、 （通道） 饱和现象 竞争性抑制（三）主动转动概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。分类：原发性主动转运、继发性主动转运二者区别：原发性主动转运：直接利用ATP能量继发性主动转运：间接利
4、用ATP能量特点： 耗能并逆电-化学差进行原发性主动转运示意图继发性主动转运钠钾泵（SODIUM-POTASSIUM PUMP） 简称钠泵，也称Na+-K+依赖式。作用：在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的3个Na+移出膜外，同时把细胞外的2个K+移入膜内，因而保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡离子分布 。意义：钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件；钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外Na+和K+等顺着浓度差和电位差移动的能量来源。主动转运与被动
5、转运的区别主动转运被动转运需由细胞提供能量不需外部能量逆电-化学势差顺电-化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小（四）入 胞 和 出 胞第二节细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导方式分为三类： 离子通道介导的信号转导。 G蛋白耦联受体介导的信号转导； 酶耦联受体介导的信号转导；每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。(一)由离子通道完成的跨膜信号传递、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的开关： (递质、 激素等) 例：终板膜化学门控通道2、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。例：钠通道, 跨膜电位控制3、机械门控通道：例：听觉毛细胞(二) G蛋白耦联受体介导的信号转导
6、 由膜受体-G-蛋白-膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成第二信使学说 G蛋白-GDP第一信使+R G蛋白-GTP 效应器酶 蛋白激酶 第二信使及其他 第二信使前体细胞功能改变1 第一信使：激素、递质等2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等3 第二信使：cAMP、IP3、DG受体-G蛋白-AC途径： cAMP 受体-G蛋白-PLC途径： IP3、DG受体-G蛋白-AC途径 受体-G蛋白-PLC途径磷脂酰二磷酸肌醇 三磷酸肌醇 二酰甘油（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有酪氨酸激酶的活性当受体与相应的化学信号结合时，可直接激活蛋白激酶引起受
7、体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现细胞外信号对细胞功能的调节。由受体完成的跨膜信号传递受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞特异生物学效应的特殊结构。受体本质：蛋白质或酶受体特征： 特异性 饱和性 可逆性第二信使学说：激素+受体第二信使酶激活激素的作用机制：1、通过膜受体传递调控信息：第二信使学说2、通过胞内受体传递调控信息：基因表达学说基因表达学说第三节 细胞的生物电现象生物电（bioc-lectricity） ：是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在的电现象。静息电电位（RP）：动动作电电位（AP）：局部电电位（LP）：跨膜电电位及分类类:跨
8、膜电位产生机制（一）静 息 电 位静息电位（resting potential，RP）是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差。意义：是动作电位产生的基础。产生条件主要有两个：细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差； 在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。 静息电位产生机制 1细细胞内钾浓钾浓度高于细细胞外 安静时时膜对钾对钾的通透性较较大钾钾外流聚于膜外，带负电带负电 的蛋白不能外流而滞于膜内使膜外带带正电电，膜内带负电带负电静息电位产生机制 2当促使钾钾外流的钾钾浓浓度势势能差阻碍钾钾外流的电势电势能差钾钾跨膜净净移动动量为为零，处处于钾钾平衡电电位，即相当于RP（二）动
9、 作 电 位概念：动作电位(action potential,AP)是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。 意义：是细胞处于兴奋状态的标志。阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小1020mV 。动作电位的产生条件：静息电位去极化达到阈电位水平。 神经纤维AP心肌细胞AP动 作 电 位 的 特 点 动作电位呈“全或无”现象：动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大；不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布到整个细胞膜；脉冲式：由于绝
10、对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。兴奋在同一细胞上的传导 A静息时B发生兴奋后C传导过程中动作电位形成机制 1 局部去极化达阈电阈电位，钠钠通道大量开放钠钠在膜外高钠钠、膜内负电负电/膜外正电电的作用下内流，引起上升支内移的钠钠在膜内形成的正电电位，阻碍钠钠的内流足够够大时钠时钠净净移入为为零，达到钠钠平衡电电位30mv0mv-70mv-90mv动作电位形成机制 2钠钠通道关闭闭，钾钾通道开放钾钾外流引起下降支钠泵钠泵 工作，泵泵出钠钠、泵泵入钾钾，恢复膜两侧侧原浓浓度差。30mv0mv-70mv-90mv(三)、局部电位概念：达不到阈电位的局
11、部去极化。30mv0mv-70mv-90mv1 随阈阈下刺激增大而增大2 电紧张电紧张 性扩扩布(递递减性传传播) 3 总总和现现象（时间时间性、空间间性）特点局部反应与动作电位的区别局部反应应 动动作电电位阈阈下刺激引起 阈阈(上)刺激引起钠钠通道少量开放 钠钠通道大量开放 反应应等级级性 “全或无” 有总总和效应应 无 衰减性传传播 非衰减性传传播膜电位状态极 化 细胞膜两侧保持的内负外正的状态。去极化 静息电位减小甚至消失的过程。反极化 膜内电位由零变为正值的过程。复极化 去极化、反极化后恢复到极化的过程。超极化 静息电位增大的过程。第四节 肌细胞的收缩功能本节主要以骨骼肌为例讨论以下内
12、容： 1、骨骼肌细胞结构2、神经兴奋如何引起骨骼肌收缩 神经-肌接头处兴奋传递 兴奋-收缩耦联 肌丝滑行学说3、骨骼肌的收缩形式4、影响骨骼肌收缩的因素。 内容提要：1、骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞 / 肌纤维 肌原纤维 肌管系统肌原纤维结构肌小节： 1/2明带 暗带 1/2明带肌丝：粗肌丝细肌丝 肌动蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白细肌丝横桥作用： 与肌动蛋白结合，扭动、解离、复位、再结合. 有ATP酶活性肌凝蛋白粗肌丝丝肌管系统横 管终未池三联管横 管纵 管肌管系统作用横 管：传传AP至肌细细胞深部纵纵 管：贮贮存、释释放、聚积钙积钙三联联管：兴奋兴奋 - 收缩缩耦联联部位 骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞
13、 / 肌纤维 肌原纤维 肌管系统肌小节节肌丝丝粗肌丝丝、细细肌丝丝横管纵纵管三联联管2、神经肌肉接头处兴奋的传递神经经肌肉接头头的结结构：接头头前膜接头间头间隙接头头后膜神经肌肉接头兴奋传递过程AP传传到轴轴突末梢钙钙通道开放，钙钙内流，ACh释释放Ach 扩扩散ACh与终终板膜化学门门控通道结结合，通道开放钠钠内流为为主/钾钾外流为辅为辅引起终终板电电位后者扩扩布使邻邻近肌膜去极化达阈电阈电 位，引发发AP神经肌肉接头兴奋传递特点 单单向性传递传递 时间时间 延搁搁 易受环环境因素的影响3、兴奋收缩耦联概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩的机械变化的过程 电兴奋电兴奋 通过过横
14、管传传到肌纤维纤维 深部三联联管传递传递信息 肌浆浆网对对钙钙的释释放和再聚积积Ca2+4、肌丝滑行学说肌丝滑行过程：终终未池释释放钙钙，肌浆钙浆钙 增多肌钙钙蛋白与钙结钙结 合而变变构，原肌球蛋白变变构、解抑横桥桥与肌动动蛋白结结合并分解ATP横桥桥内扭、解离、复位、再结结合而不断循环环将细细肌丝丝拖向M线线肌小节缩节缩 短（收缩缩）钙泵钙泵 将钙泵钙泵 入终终池肌浆钙浆钙 减少肌钙钙蛋白脱下钙钙而变变构原肌球蛋白变变构并重建阻抑细细肌丝丝滑回原位（舒张张）骨骼肌收缩过程神经经肌肉接头头处兴奋传递处兴奋传递兴奋兴奋 收缩缩耦联联肌丝丝滑行5、骨骼肌的收缩形式等长收缩：只有张力增加而无长度改变
15、的肌肉收缩形式。等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。骨骼肌的收缩形式单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。骨骼肌的收缩形式复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。6、影响骨骼肌收缩的主要因素前负荷 ：肌肉收缩前就遇到的负荷。 初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。前负荷对收缩的影响：在一定范围内，前负荷愈大，初长度愈长，收缩力愈大；最适初长度时，肌肉收缩能使肌肉产生最大张力；前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。不同初长度时粗、细肌丝重合程度和产生张力的关系示意图后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。后负荷对收缩的影响：先产生张力，后出现缩短，缩短发生后张力不再增加后负荷愈大，
16、张力愈大，缩短出现愈迟，缩短的初速度和总长度愈小 能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。收缩能力好 收缩效果好收缩能力差 收缩效果差心 肌心肌收缩具有以下特点： 1. “全或无”式收缩 2. 对细胞外液Ca2+的依赖性 3. 心肌细胞能抵抗过度延伸的特性复习题1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意义。2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。4.神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什么？ 5.试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。6.何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？思 考 题1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液K+浓度时，其静息电位和动作电位有何变化？为什么？2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓“全”或“无”式的？3.当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？
