細胞的基本功能.doc

昆明醫(yī)科大學第二章 細胞的基本功能第一節(jié) 細胞的跨膜物質轉運功能一、細胞膜的化學組成和分子結構二、細胞膜的物質轉運功能（一）被動轉運（Passive transport）：順濃度差或電位差進行的跨膜轉運，其能量是來源于細胞膜內外兩側的濃度差和電位差所釋放出的勢能，而不需要額外供能。1. 單純擴散（simple diffusion）(1)概念：脂溶性或脂溶性較高的物質，通過擴散，由高濃度向低濃度方向的跨膜運動，稱單純擴散。(2)特點:擴散速率高無飽和性不依靠特殊膜蛋白質的“幫助”不耗能(3)轉運的物質：O2、CO2、NH3 、尿素、乙醇、苯、甘油等。注：膜對H2O具高度通透性，H2O除單純擴散外，還可通過水通道跨膜轉運。2.易化擴散(facilitated diffusion)(1)概念: 一些非脂溶性或脂溶性較小的物質,需特殊膜蛋白質的“幫助”下,由膜的高濃度一側向低濃度一側轉運的過程。(2)分類:通道轉運：以通道為中介的易化擴散各種帶電離子在通道蛋白的介導下，順電化學梯度進行跨膜轉運的過程。與離子的易化擴散有關，推測在蛋白質內部出現了一條貫穿膜內外的水相孔道。大部分通道的開放與關閉是由閥門控制的，稱門控機制。特點：轉運速度快；具有離子選擇性；具有門控特性。A化學門控通道：也稱配體門控離子通道，是兼具通道和受體功能的蛋白質分子。B電壓門控通道：具有對膜電位敏感的帶電感受區(qū)，通常在細胞膜去極化時發(fā)生移動，引起分子構象變化和閘門開放。C機械門控通道：是一類對牽張刺激敏感的離子通道。D非門控通道：持續(xù)開放。如：鉀-鈉漏通道、縫隙連接通道等。載體轉運：以載體為中介的易化擴散一些小分子親水性物質經載體蛋白的介導，順濃度梯度進行跨膜轉運的過程。與小分子的有機物如葡萄糖、氨基酸等轉運有關。特點：結構特異性；飽和性；競爭性抑制。（二）主動轉運（active transport）：某些物質在膜蛋白的幫助下，由細胞代謝提供能量而實現逆電-化學梯度跨膜轉運。1. 原發(fā)性主動轉運（1）概念：細胞直接利用代謝產生的能量，逆電-化學梯度進行跨膜物質轉運的過程。（2）轉運物質：通常是帶電離子Na+-K+泵（Sodium-potassium Pump）化學本質和功能特點：是Na+-K+依賴式ATP酶，當細胞膜內Na+和膜外K+濃度升高時泵激活耦聯轉運Na+和K+，每分解1分子ATP，移出3個Na+至細胞外，2個K+移入細胞內逆電-化學梯度轉運，消耗能量哇巴因抑制其作用。生理意義：造成細胞內高鉀，胞內許多代謝反應必需；維持胞質滲透壓和細胞容積的相對穩(wěn)定；造成膜內外Na+和K+濃度差，是細胞生物電產生的前提；Na+泵活動建立的膜內外Na+濃度梯度為繼發(fā)性主動轉運提供勢能儲備；Na+泵活動具有生電效應，可直接影響膜電位。2.繼發(fā)性主動轉運（secondary active transport）概念：伴Na+的跨膜轉運而進行的另一物質的主動轉運，即間接利用ATP能量的轉運過程。轉運物質：葡萄糖、氨基酸等類型：同向轉運（symport）：被轉運的離子或分子向同一方向轉運。（溶質與Na+同向）反向轉運（antiport）：被轉運的離子或分子向相反方向轉運。（溶質與Na+反向）生理功能：a.腸道和腎小管上皮細胞對葡萄糖和氨基酸的吸收b.單胺類和肽類神經遞質的再攝取c.甲狀腺細胞的聚碘作用d.心肌細胞的Na+-Ca2+交換e.腎小管升支粗段Na+-K+-Cl-（三）入胞和胞吐入胞:指細胞外的大分子物質或團塊進入細胞的過程，包括吞噬和胞飲。出胞:細胞內大分子物質以分泌囊泡的形式排出細胞的過程。包括持續(xù)性胞吐和調節(jié)性胞吐。第二節(jié) 細胞膜的跨膜信號轉導功能第三節(jié) 細胞的生物電活動生物電（bioelectricity)：一切活組織的細胞，不論在安靜狀態(tài)還是在活動過程中均表現有電的變化，這種電的變化是伴隨著細胞生命活動出現的，稱之為生物電。膜電位（membrane potential）：因電位差存在于膜的兩側所以又稱為膜電位。一、靜息電位(resting potential, RP)（一）靜息電位的記錄和電位值定義：靜息時，細胞膜兩側存在著穩(wěn)定的，外正內負的電位差。特點：負電位，-10到-100mV；通常為平穩(wěn)的直流電位。性質：外正內負, 范圍10到100mV骨骼肌 -90mV、神經細胞-70mV和生物電相關的幾個概念 極化：把靜息電位時膜兩側所保持的內負外正的穩(wěn)定狀態(tài)。超極化：靜息電位增大即細胞內負值增大的過程或狀態(tài)。去極化：靜息電位減小即細胞內負值減小的過程或狀態(tài)。去極化高于零電位以上的部分稱為超射，此時膜兩側電位呈“內正外負”的反極化狀態(tài)，細胞膜去極化后再向靜息電位方向恢復的過程稱為復極化。（二）靜息電位的產生機制 1.細胞膜兩側離子的濃度差與平衡電位：要在膜兩側形成電位差，必須具備兩個條件：膜兩側的離子分布不均，存在濃度差；對離子有選擇性通透的膜。膜兩側K+差是促使K+擴散的動力，但隨著K+的不斷擴散，膜兩側不斷加大的電位差是K+繼續(xù)擴散的阻力，當動力和阻力達到動態(tài)平衡時，K+的凈擴散通量為零膜兩側的平衡電位。2.靜息狀態(tài)下細胞膜對離子的通透性具有選擇性：通透性：K+Cl-Na+A- 而在靜息時，細胞膜主要對K+通透。3. Na+泵的生電作用。二、動作電位（action potential）（一）動作電位的記錄和特征1.定義：可興奮細胞受到一個有效刺激時膜電位在靜息電位基礎上發(fā)生迅速、可逆、可遠距離傳播的電位波動。2.特點：“全或無”（閾刺激引發(fā)，具相同幅值）；不衰減擴布；不發(fā)生融合。與AP相關的概念:極化:以膜為界，外正內負的狀態(tài)。去極化:膜內外電位差向小于RP值的方向變化的過程。超極化:膜內外電位差向大于RP值的方向變化的過程。復極化:去極化后再向極化狀態(tài)恢復的過程。反極化:細胞膜由外正內負的極化狀態(tài)變?yōu)閮日庳摰臉O性反轉過程。閾電位:引發(fā)AP的臨界膜電位數值。局部電位:低于閾電位的去極化電位。后電位：鋒電位下降支最后恢復到RP水平以前，一種時間較長、波動較小的電位變化過程。（二）動作電位的產生機制1.細胞受到有效刺激，膜去極化達到閾電位時，引起電壓門控Na+通道開放（激活），Na+順電-化學梯度呈再生性內流，直至膜內正電位接近Na+平衡電位。2.Na+通道的迅速失活及電壓門控K+通道的開放，是動作電位復極化的主要原因。3.Na+-K+泵的活動，使Na+、K+重新回到原來的分布狀態(tài)。結論：AP的上升支由Na內流形成，下降支是K外流形成的，后電位是NaK泵活動引起的。AP的產生是不消耗能量的，AP的恢復是消耗能量的（NaK泵的活動）。AP=Na的平衡電位。負后電位：復極時快速外流的K+蓄積在膜外側暫時阻礙K+外流。正后電位：生電性鈉泵活動。（三）動作電位的引起關鍵：適當的刺激 一定程度的去極化閾電位（threshold potential）：使某種離子通道大量激活，形成膜的去極化和該通道開放之間的再生性循環(huán)的臨界膜電位。作用是引起鈉通道開放的再生性循環(huán)。（四）可興奮細胞和興奮性周期性變化1.絕對不應期（absolute refactory period）：可興奮組織受到一次刺激而發(fā)生興奮后的較短時間內，它無論再次受到多強的刺激，也不能產生動作電位。組織興奮性為零。相當于神經細胞鋒電位的持續(xù)時間。Na+通道失活。2.相對不應期（relative refactory period）：在絕對不應期后的一段時間內，高于閾強度的再次刺激能夠引起組織產生動作電位。組織興奮性低于正常水平。失活Na+通道開始恢復。3. 超常期（supernormal period）：相對不應期后，閾下刺激即可引起組織細胞再次興奮。組織興奮性高于正常。Na+通道基本復活，膜電位的絕對值小于靜息電位。相當于負后電位持續(xù)時間。4低常期（subnormal peroid）在超常期之后的較長時間內，閾上刺激方可引起組織細胞再次產生動作電位。組織興奮性低于正常。Na+通道完全恢復，膜電位的絕對值大于靜息電位。相當于正后電位持續(xù)時間。三、局部電位（local potential)1.概念：把閾下外向電流刺激時產生的電緊張電位和由少量Na+通道開放產生的電位變化疊加在一起的去極化電位稱局部反應。2.特點：不具有“全或無”的現象；電緊張方式擴布；具有總和效應，可發(fā)生空間性總和、時間性總和。第四節(jié)肌細胞的收縮功能一、神經骨骼肌接頭處興奮的傳遞（一）神經肌接頭（二）神經肌肉接頭的興奮傳遞過程運動神經興奮 AP傳到神經末梢 軸突膜上Ca2+通道開放 Ca2+進入接頭前膜 使囊泡移向接頭前膜，并與之融合200300個囊泡釋放約107個Ach Ach與終板膜上N2受體結合引起化學依從性Na+通道開放 終板膜對Na+、K+等（以Na+為主）通透性增大 Na+內流 終板電位 電壓依從性Na+通道開放 AP 膽堿酯酶水解Ach（三）神經 -肌肉接頭興奮傳遞的特征1.單向性傳遞2.1對1傳遞3.興奮傳遞有一定的時間延擱。4.易受藥物和其他環(huán)境因素的影響。（四）影響神經肌接頭傳遞的因素美洲箭毒和-銀環(huán)蛇毒可與Ach競爭受體，有肌松劑的作用。有機磷農藥和新斯的明選擇性抑制膽堿酯酶，引起種種中毒癥狀。二、肌肉收縮機能（一）肌細胞的微細結構（二）骨骼肌的收縮機制肌絲滑行學說：肌細胞的收縮是通過細肌絲向粗肌絲內滑動實現的，肌細胞無論收縮還是舒張，肌絲的長度保持不變。1、肌絲的分子組成粗肌絲：肌凝蛋白。細肌絲：肌纖蛋白（AT）、肌鈣蛋白（TN）、原肌凝蛋白（TM）、收縮蛋白調節(jié)蛋白粗肌絲：桿狀部：呈束狀排列，朝向MM線，形成粗肌絲的主干；橫橋：與主干垂直，伸出粗肌絲表面6nm，分布位置有嚴格的規(guī)律：1同一水平周徑上只有兩個相隔180的橫橋伸出2與此周徑相隔14.3nm和28.6nm處各有一對相隔的橫橋出現。 1、2、3對橫橋間各有60夾角。3每一粗肌絲分別與 6條細肌絲相對。橫橋的作用 :1可與肌纖蛋白可逆結合。通過橫橋連續(xù)的向M線方向扭動，牽拉細肌絲向暗帶中央滑行。2具有ATP酶的作用。細肌絲：肌纖蛋白：單體呈球形，聚合成雙螺旋結構，是細肌絲的主干，橫橋結合位點。原肌凝蛋白肌