第二篇--细胞课件

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1、主讲人主讲人 黄志华黄志华第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 细细胞胞：构构成成机机体体的的最最基基本本的的结结构构和和功功能单位。能单位。 地地球球上上所所有有的的生生物物几几乎乎都都是是由由细细胞胞构构成成的的，人人体体大大约约有有1800万万亿亿个个细细胞胞，刚出生的婴儿也有刚出生的婴儿也有200亿个亿个v细胞生理是器官、系统生理学的基础细胞生理是器官、系统生理学的基础v细胞的基本功能细胞的基本功能 跨膜物质转运跨膜物质转运 跨膜信号转导跨膜信号转导 细胞生物电现象细胞生物电现象 肌细胞的收缩活动肌细胞的收缩活动第一节第一节 细胞膜的基本结构细胞膜的基本结构 和跨膜物质转运功能和

2、跨膜物质转运功能一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构二、细胞膜化学组成及意义二、细胞膜化学组成及意义v脂质双分子层：屏障作用脂质双分子层：屏障作用 保持细胞内容物的相对稳定保持细胞内容物的相对稳定v细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶 细胞内外物质、能量、信息交换。细胞内外物质、能量、信息交换。v细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂 作为膜蛋白受体识别部分作为膜蛋白受体识别部分 参与免疫反应参与免疫反应三、细胞膜的跨膜物质转运三、细胞膜的跨膜物质转运v被动转运被动转运 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散v主动转运主动转运Na+ Cl-H2

3、OH2OABNa+ Cl-（一）（一）单纯扩散单纯扩散 (simple diffusion) 扩散：溶质分子从高浓度向低浓扩散：溶质分子从高浓度向低浓度的净移动（顺化学梯度）度的净移动（顺化学梯度） 单纯扩散：脂溶性物质从膜的高单纯扩散：脂溶性物质从膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。1. 单纯扩散的特点单纯扩散的特点v顺化学梯度顺化学梯度v不耗能（分子热运动的扩散）不耗能（分子热运动的扩散）2.2. 单纯扩散的条件单纯扩散的条件 (1) (1) 浓度梯度浓度梯度 （电（电-化学梯度）化学梯度） (2) (2) 膜通透性膜通透性 (3) (3)脂溶性物质脂溶性

4、物质 (4)(4) 酒精酒精 O2 CO2（二）易化扩散（二）易化扩散（facilitated diffusion)1. 定义：定义：体内不溶或难溶于脂质的体内不溶或难溶于脂质的物质，在细胞膜上某些特殊蛋白质物质，在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮助下，从膜高浓度一侧向低浓的帮助下，从膜高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。度一侧转运的过程。2. 2. 特点特点(1) (1) 顺电化学梯度，不耗能顺电化学梯度，不耗能(2) (2) 膜蛋白对转运的物质具有选择性膜蛋白对转运的物质具有选择性（膜（膜 蛋白分子本身有结构特异性）蛋白分子本身有结构特异性）(3) (3) 膜通透性可变膜通透性可变3.3.类型类型

5、 (1) (1) 通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散 (2) (2) 载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散v 离子通道离子通道 (ion channel) 一类与离子易化扩散有关的一类与离子易化扩散有关的膜蛋白质分子膜蛋白质分子离子通道的特性离子通道的特性 (1) (1) 选择性选择性 NaNa+ +通道，通道，K K+ +通道，通道，ClCl- -通道通道, , CaCa+2+2通道通道 (2) (2) 门控性门控性 化学门控：膜外侧化学信号控制化学门控：膜外侧化学信号控制 电压门控：膜两侧电位差控制电压门控：膜两侧电位差控制 (3) (3)开放和关闭的

6、快速性开放和关闭的快速性 (4) (4)离子流的快速性离子流的快速性载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散l载体载体 （carrier) 与葡萄糖和某些氨基酸等物质与葡萄糖和某些氨基酸等物质易化扩散有关的膜蛋白质，不具有易化扩散有关的膜蛋白质，不具有离子通道那样的结构。离子通道那样的结构。葡萄糖的易化扩散葡萄糖的易化扩散 通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散 载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散 介导方式介导方式 借助于通道蛋白质的介导借助于通道蛋白质的介导 借助于载体蛋白质的介导借助于载体蛋白质的介导 转运方向转运方向 顺浓度梯度或电位梯度进行顺浓度梯度或电位梯度进行 顺浓度梯度进行顺浓度梯度

7、进行 特性特性 离子通道具有离子选择性和门控特性离子通道具有离子选择性和门控特性 载体与溶质结合有化学结构特异性载体与溶质结合有化学结构特异性特点特点 相对特异性，特异性无载相对特异性，特异性无载 结构特异性结构特异性 体蛋白质高体蛋白质高 通道的导通有开放和通道的导通有开放和 关闭关闭 两种不同状态两种不同状态 竞争性抑制竞争性抑制 无饱和现象无饱和现象 饱和现象饱和现象 举例举例 带电离子带电离子 K+ 、 Na+ 、 Cl 、 Ca2+ 的快速移动的快速移动葡萄糖、氨基酸、葡萄糖、氨基酸、核苷酸等进出细胞核苷酸等进出细胞 ( (三三) )主动转运主动转运(active transport

8、) 1.1.定义定义：细胞通过本身的某种耗能过细胞通过本身的某种耗能过程，将物质的分子或离子从膜的低浓程，将物质的分子或离子从膜的低浓度一侧向高浓度一侧移动的过程度一侧向高浓度一侧移动的过程 2. 2.特征特征 逆电化学梯度逆电化学梯度 耗能耗能3.3.主动转运和被动转运的区别主动转运和被动转运的区别 转运的方向转运的方向 转运的能量转运的能量 转运的后果转运的后果4. 4. NaNa+ +-K-K+ +泵泵NaNa+ +-K-K+ +泵与细胞水肿泵与细胞水肿当细胞缺氧或中毒时，引起线粒体损伤，当细胞缺氧或中毒时，引起线粒体损伤，细胞生物氧化障碍，细胞生物氧化障碍，ATP生成减少，生成减少，

9、NaNa+ +- -K K+ +泵不能及时将流入细胞的泵不能及时将流入细胞的NaNa+ +泵出细胞外泵出细胞外每周渗透作用下，水被吸进细胞内，使细每周渗透作用下，水被吸进细胞内，使细胞内胞内NaNa+ +、水增多而发生细胞水肿。如严重、水增多而发生细胞水肿。如严重的脑缺氧，引起脑细胞水肿，将会导致颅的脑缺氧，引起脑细胞水肿，将会导致颅内压升高甚至脑组织移位而出现脑疝内压升高甚至脑组织移位而出现脑疝4. 4. NaNa+ +-K-K+ +泵泵 (1) 结构：膜蛋白质，具有结构：膜蛋白质，具有ATPATP酶活性酶活性 (2) 功能功能：分解：分解ATPATP，释放出能量，利用释放出能量，利用这一能

10、量，不断地将这一能量，不断地将NaNa+ +从胞内泵出胞外，从胞内泵出胞外，将将K K+ +从胞外泵入胞内从胞外泵入胞内 (3) 特性特性： 3 3个个NaNa+ +移出膜外移出膜外2 2个个K K+ + 移入膜内移入膜内(5)生理意义：生理意义： 建立一种势能贮备，供细胞其他建立一种势能贮备，供细胞其他耗能过程利用耗能过程利用 产生和维持细胞内高产生和维持细胞内高K K+ + 、细胞外细胞外高高NaNa+ +的状态，是细胞产生生物电的基础的状态，是细胞产生生物电的基础 是人体最重要的物质转运形式是人体最重要的物质转运形式（四）出胞与入胞（四）出胞与入胞1. 1. 出胞：大分子物质或固态、液态

11、物质出胞：大分子物质或固态、液态物质从细胞内排出的过程，主要见于细胞的从细胞内排出的过程，主要见于细胞的分泌活动及细胞递质的释放分泌活动及细胞递质的释放2.2.入胞：一些大分子物质或团块物质进入胞：一些大分子物质或团块物质进入细胞的过程入细胞的过程入胞：包括吞噬和呑饮两种形式。入胞：包括吞噬和呑饮两种形式。固体物质的入胞过程称为吞噬，如粒细胞固体物质的入胞过程称为吞噬，如粒细胞吞噬细菌的过程。吞噬细菌的过程。液体物质的入胞过程称为呑饮，如小肠上液体物质的入胞过程称为呑饮，如小肠上皮细胞对营养物质的吸收。皮细胞对营养物质的吸收。 小小 结结第二节第二节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象v1. 1

12、. 兴奋性兴奋性( (Excitability)Excitability) 活组织或细胞对外界刺激发生活组织或细胞对外界刺激发生 反应的能力反应的能力v2. 2. 兴奋兴奋 ( (Excitation)Excitation) 组织或细胞对外界刺激发生反应组织或细胞对外界刺激发生反应v3. 3. 可兴奋细胞可兴奋细胞 神经细胞、肌细胞、腺细胞神经细胞、肌细胞、腺细胞生物电现象：细胞在安静或活动时伴有生物电现象：细胞在安静或活动时伴有的电活动。的电活动。生物电主要发生在细胞膜的两侧，因此生物电主要发生在细胞膜的两侧，因此也称为跨膜电位，简称膜电位，包括静也称为跨膜电位，简称膜电位，包括静息电位和动

13、作电位息电位和动作电位一一 、 静息电位及产生机制静息电位及产生机制（一）静息电位（一）静息电位( (resting resting potential)potential) 在静息状态下，存在于细胞膜在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。外为正）。 1.1. 神经纤维细胞神经纤维细胞 -70 mV 2.2. 肌细胞肌细胞 -90mV3.3. 红细胞红细胞 -20mV( (二二) ) 静息电位的变化静息电位的变化极极 化化 安静时安静时, 膜两侧电位外正内负膜两侧电位外正内负超极化超极化 膜两侧电位差加大膜两侧电位差加大,膜膜 内负值增

14、大内负值增大去极化去极化 膜两侧电位差减小膜两侧电位差减小, 膜内负值变小膜内负值变小反极化反极化 膜两侧电位发生倒转膜两侧电位发生倒转, 膜外为负膜外为负, 膜膜内为正内为正复极化复极化 去极化或反极化后，膜内电位恢复到去极化或反极化后，膜内电位恢复到静息电位静息电位状态状态（三）静息电位形成的机制（三）静息电位形成的机制1.1. 静息状态下细胞膜内外静息状态下细胞膜内外Na+ 、K+分布不均衡分布不均衡 细胞膜外细胞膜外 细胞膜内细胞膜内Na+ 142mEq/l 14mEq/l 10:1K+ 4 mEq/l 140 mEq/l 1:35Na+ 有从膜外向膜内扩散的趋势有从膜外向膜内扩散的趋

15、势 K + 有从膜内向膜外扩散的趋势有从膜内向膜外扩散的趋势2 2、静息状态下细胞膜对、静息状态下细胞膜对K K+ +的选择性的选择性通透通透 K +的通的通 透性透性 大大 Na+ 的通的通 透性透性 极极 小小 K+-3. 3. 达到达到K K+ + 的平衡电位的平衡电位 （ Nernst公式）Ek=RT/ZF lnK+o/ K+i 二、二、 动作电位动作电位（一）动作电位（一）动作电位（active potential) 膜受一定强度的刺激后膜受一定强度的刺激后, , 在原有静息在原有静息电位的基础上发生的一次膜两侧电位的电位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速倒转和复原，即膜快速去极化快

16、速倒转和复原，即膜快速去极化 后后又复极化又复极化 。（二）动作电位组成（二）动作电位组成 上升支上升支 下降支下降支 去极化后电位去极化后电位 (负后电位负后电位) 超极化后电位超极化后电位 (正后电位正后电位)锋电位锋电位后电位后电位（三）（三） 动作电位形成机制动作电位形成机制 1.1.锋电位和锋电位和NaNa+ +平衡电位平衡电位膜去极化达到一定数值膜去极化达到一定数值膜对膜对NaNa+ +通透性突然增大通透性突然增大NaNa+ +内流至平衡为止内流至平衡为止锋电位锋电位= = NaNa+ +平衡电位平衡电位2. 2. NaNa+ +通道的失活和膜电位的复极通道的失活和膜电位的复极(1

17、)(1) Na+通道失活通道失活: 在去极化开始后的几个毫秒内在去极化开始后的几个毫秒内开放（激活）开放（激活）, 随后就失活。随后就失活。(2)(2) K+通道的开放通道的开放: 膜去极化时被激活膜去极化时被激活, 在在Na+ 通道失活通道失活 时开放，时开放，K+外流，膜电位复极外流，膜电位复极(3)(3) Na+通道的失活和膜电位的复极构成锋电位的通道的失活和膜电位的复极构成锋电位的下降支下降支3. 3. NaNa+ +通道特性通道特性v(1) (1) NaNa+ +通道的开放是电压门控性的通道的开放是电压门控性的 静息电位静息电位 关闭关闭 膜超极化膜超极化 关闭关闭 膜去极化膜去极化

18、 开放开放 ( (膜去极化达阈电位大量开放膜去极化达阈电位大量开放) ) v(2) (2) NaNa+ +通道的开放通道的开放( (激活激活) )与关闭与关闭( (失活失活) )快速性快速性v(3) (3) NaNa+ +通道的三种状态：备用、激活、失活通道的三种状态：备用、激活、失活动作电位产生机制动作电位产生机制上升支：上升支： Na+ 内流内流 （Na+ 的平衡电位）的平衡电位）下降支：下降支： K+ 外流外流后电位：后电位：Na+-K+泵的活动泵的活动二、动作电位的引起和传导二、动作电位的引起和传导（一）阈电位和锋电位的引起（一）阈电位和锋电位的引起阈电位阈电位（threshold m

19、embrane potential)l 膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。阈电位的特性：阈电位的特性： 引起膜上电压门控性Na+通道大量开放。引起锋电位的条件：引起锋电位的条件： 膜去极化达到阈电位。膜上电压门控膜上电压门控Na+通道快速大量开放的原因通道快速大量开放的原因Na+ 再生性循环(正反馈) 阈强度刺激 膜去极化达阈电位 一定数量Na+通道开放 Na+内流 膜进一步去极化 大量的Na+通道开放（ Na+通道的激活）+阈强度阈强度（threshold intensity) 能使膜去极化达到阈电位的外加刺能使膜去极化达到阈电位的外加刺激的强度激的强度阈刺激：阈刺激：具有阈强度的刺激具

20、有阈强度的刺激阈下刺激：阈下刺激：比阈强度弱的刺激比阈强度弱的刺激3. 3. 动作电位的传导动作电位的传导 无髓神经无髓神经 有髓神经有髓神经（四）动作电位的特点（四）动作电位的特点 1 1、不衰减性传导、不衰减性传导 2 2、“全或无全或无”现象现象 3 3、存在不应期、存在不应期 （绝对不应期和相对不应期）（绝对不应期和相对不应期）第三节第三节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能人体各种形式的运动，主要靠肌细胞收缩人体各种形式的运动，主要靠肌细胞收缩活动来完成的。如，躯体的各种运动和呼活动来完成的。如，躯体的各种运动和呼吸由骨骼肌收缩完成；心脏的射血由心肌吸由骨骼肌收缩完成；心脏的射血由心肌

21、收缩完成；胃肠等内脏器官的运动，则由收缩完成；胃肠等内脏器官的运动，则由平滑肌收缩来完成平滑肌收缩来完成（一）肌肉收缩的分子机制（一）肌肉收缩的分子机制肌丝肌丝 滑行学说滑行学说： 肌纤维收缩时并不是肌纤维中肌肌纤维收缩时并不是肌纤维中肌丝本身的缩短或卷曲，而是细肌丝丝本身的缩短或卷曲，而是细肌丝在粗肌丝之间滑行的结果在粗肌丝之间滑行的结果2、粗细肌丝的分子结构粗细肌丝的分子结构粗肌丝（肌凝蛋白粗肌丝（肌凝蛋白 ，肌球蛋白）：，肌球蛋白）： 横桥横桥+ +长杆长杆横桥特性：一定条件下和细肌丝呈可横桥特性：一定条件下和细肌丝呈可 逆性结合；具有逆性结合；具有ATPATP酶活性酶活性3. 3. 细

22、肌丝的分子结构细肌丝的分子结构 (1)(1) 肌纤蛋白（肌动蛋白）：肌纤蛋白（肌动蛋白）：细肌丝的主细肌丝的主 干干, ,存在与粗肌丝结合的位点存在与粗肌丝结合的位点 (2) (2) 原肌凝蛋白：原肌凝蛋白：阻挡和遮盖结合位点阻挡和遮盖结合位点 (3) (3) 肌钙蛋白（原宁蛋白）：肌钙蛋白（原宁蛋白）：与与Ca Ca 2 +2 +结结 合合肌丝肌丝滑行原理滑行原理4.4. 肌丝滑行的基本过程肌丝滑行的基本过程 肌肉动作电位肌肉动作电位 肌浆中肌浆中CaCa2+2+ Ca Ca2+2+和肌钙蛋白结合和肌钙蛋白结合 原肌凝蛋白分子构象变化，暴露肌纤蛋白原肌凝蛋白分子构象变化，暴露肌纤蛋白 结合位

23、点结合位点 横桥和肌纤蛋白结合，横桥向横桥和肌纤蛋白结合，横桥向M M线方向扭动，线方向扭动，把细肌丝拉向把细肌丝拉向M M线方向，循环往复，肌肉缩短线方向，循环往复，肌肉缩短 （二）骨骼肌细胞的兴奋骨骼肌细胞的兴奋- -收缩耦联收缩耦联兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联（excitation-contraction coupling)） 1.1.定义定义 以膜电变化为特征的兴奋过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，这一过程称为过程把两者联系起来，这一过程称为兴奋兴奋- -收缩耦联收缩耦联肌肉收缩的外部表现v前负荷前负荷（prel

24、oad)preload)： 肌肉收缩前已存在的负荷肌肉收缩前已存在的负荷v初长度：初长度： 前负荷使肌肉在收缩前就被拉长，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。具有一定的长度，这一长度称之。v后负荷后负荷（afterloadafterload):): 肌肉收缩时遇到的负荷或阻力。肌肉收缩时遇到的负荷或阻力。1. 1. 等长收缩：等长收缩： 不出现长度变短，只有张力增加的不出现长度变短，只有张力增加的 收缩过程。收缩过程。2. 2. 等张收缩：等张收缩： 肌肉收缩产生的张力肌肉收缩产生的张力后负荷时，将后负荷时，将负荷移动一定距离，负荷移动一定距离，3. 3. 单收缩：单收缩： 骨骼肌受到一次刺激，就会出现一次骨骼肌受到一次刺激，就会出现一次的收缩和舒张。的收缩和舒张。4.4. 复合收缩复合收缩 不完全强直收缩：不完全强直收缩：刺激频率增加时，刺激频率增加时，单收缩就会发生融合，后一次收缩叠加在前单收缩就会发生融合，后一次收缩叠加在前一次收缩的舒张期内，表现为锯齿状的收缩一次收缩的舒张期内，表现为锯齿状的收缩曲线。曲线。 完全强直收缩：完全强直收缩：刺激频率进一步增刺激频率进一步增加时，后一次收缩叠加在前一次收缩的收缩加时，后一次收缩叠加在前一次收缩的收缩期内，表现为机械反应平缓增加期内，表现为机械反应平缓增加。