生理學(xué)課件:第二章 細(xì)胞的基本功能_第1頁
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文檔簡(jiǎn)介

第二章細(xì)胞的基本功能第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能第三節(jié)細(xì)胞的生物電活動(dòng)第四節(jié)細(xì)胞通訊第二節(jié)物質(zhì)跨細(xì)胞膜專運(yùn)第四節(jié)肌肉的收縮活動(dòng)第一節(jié)細(xì)胞的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能(一)脂質(zhì)雙分子層

(二)細(xì)胞膜蛋白質(zhì)

膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)(三)細(xì)胞膜糖類二、細(xì)胞膜的基本功能1.屏障分隔2.轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)3.特征標(biāo)識(shí)4.遞送信息5.骨架結(jié)構(gòu)第二節(jié)物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)●被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)●主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

指物質(zhì)順電位或化學(xué)梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

指物質(zhì)逆濃度梯度或電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。分類:

(一)單純擴(kuò)散(simplediffusion)

(二)膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)

(三)膜泡轉(zhuǎn)運(yùn)一.單純擴(kuò)散(simplediffusion)1.概念:物質(zhì)順濃度梯度的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):O2、CO2、NH3

、N2

、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素等少數(shù)幾種。

H2O除單純擴(kuò)散外,還可通過水通道跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。單純擴(kuò)散:一些脂溶性小分子物質(zhì)或少數(shù)分子很小的水溶性物質(zhì)由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過程。2.特點(diǎn):①擴(kuò)散速率高②無飽和性③不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助”④不需另外消耗能量⑤擴(kuò)散量與濃度梯度和膜通透性呈正相關(guān),用擴(kuò)

散通量(mol/min.cm2)表示。

二、膜蛋白介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)分類:1.易化擴(kuò)散(1)經(jīng)通道的易化擴(kuò)散

(facilitateddiffusionviaionchannel)(2)經(jīng)載體的易化擴(kuò)散

(facilitateddiffusionviacarrier)

2.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(1)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)(2)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondaryactivetransport)(一).載體介導(dǎo)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):葡萄糖、氨基酸、水溶性維生素等

特點(diǎn):①順濃度梯度②飽和現(xiàn)象③結(jié)構(gòu)特異性④競(jìng)爭(zhēng)性抑制A:經(jīng)載體易化擴(kuò)散模式圖B:經(jīng)載體易化擴(kuò)散的飽和現(xiàn)象Vmax:最大擴(kuò)散速度;Km:米氏常數(shù),即達(dá)1/2最大擴(kuò)散速率所需的底物濃度載體轉(zhuǎn)運(yùn)水溶性小分子物質(zhì)經(jīng)載體介導(dǎo)順濃度梯度和(或)電位梯度進(jìn)行的被動(dòng)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。(二).經(jīng)通道的易化擴(kuò)散

經(jīng)膜蛋白形成的跨膜親水空隙實(shí)現(xiàn)的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì):各種帶電離子特點(diǎn):①離子選擇性②門控特性分類:電壓門控通道化學(xué)門控通道機(jī)械門控通道通道狀態(tài):激活備用失活(三).孔道轉(zhuǎn)運(yùn)存在于細(xì)胞膜持續(xù)處于開放狀態(tài)的孔隙。

(二)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(1)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)

細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將物質(zhì)(離子)逆濃度梯度或電位梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。如:Na+-K+泵、H+-K+泵等

通道轉(zhuǎn)運(yùn)與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運(yùn)模式圖(2).繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondaryactivetransport):間接利用ATP能量的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。)三、膜泡轉(zhuǎn)運(yùn):大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊不能穿越細(xì)胞膜,他們可形成質(zhì)膜嚢泡,以出胞或入胞的方式完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。

出胞:如神經(jīng)末梢遞質(zhì)的釋放。

入胞:如侵入體內(nèi)的細(xì)菌、病毒、異物等。

分泌物排出融合處出現(xiàn)裂口囊泡向質(zhì)膜內(nèi)側(cè)移動(dòng)膜性結(jié)構(gòu)包被=分泌囊泡高爾基復(fù)合體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)囊泡膜與質(zhì)膜的某點(diǎn)接觸并融合囊泡的膜成為細(xì)胞膜的組成部分分泌物細(xì)胞膜上的受體對(duì)物質(zhì)的“辨認(rèn)”發(fā)生特異性結(jié)合=復(fù)合物復(fù)合物向膜表面的“有被小窩”移動(dòng)“有被小窩”處的膜凹陷凹陷膜與細(xì)胞膜斷離=吞噬泡吞噬泡與胞內(nèi)體的膜性結(jié)構(gòu)相融合出胞:入胞:生物電現(xiàn)象(bioelectricity):活細(xì)胞在安靜和活動(dòng)時(shí)都存在電活動(dòng),這種電活動(dòng)稱為生物電現(xiàn)象。第二節(jié)細(xì)胞的電活動(dòng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:Cell外=0-------+++++++一、靜息電位(restingpotential

RP)

(一).概念:靜息時(shí),質(zhì)膜兩側(cè)存在的內(nèi)正外負(fù)的電位差稱為靜息電位。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:

靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外主要離子分布及膜對(duì)離子通透性(1)靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)、外離子分布不勻

[Na+]i>[Na+]o≈1∶10,[K+]i>[K+]o≈30∶1[Cl-]i>[Cl-]o≈1∶14,[A-]i>[A-]o≈4∶1(一)靜息電位的產(chǎn)生機(jī)制1.靜息電位的產(chǎn)生條件(2)靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)離子的通透性具有選擇性

通透性:K+>Cl->Na+>A-RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說:

靜息狀態(tài)下:①細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均;②細(xì)胞膜對(duì)離子的通透具有選擇性:K+>Cl->Na+>A--+++++----K+K+K+K+K+K+Na+Na+Na+Na+Na+---RP產(chǎn)生機(jī)制的膜學(xué)說:

靜息狀態(tài)下:①細(xì)胞膜內(nèi)外離子分布不均;②細(xì)胞膜對(duì)離子的通透具有選擇性:K+>Cl->Na+>A-[K+]i順濃度差向膜外擴(kuò)散[K+]i↓→膜內(nèi)電位↓(負(fù)電場(chǎng))[K+]o↑→膜外電位↑(正電場(chǎng))膜外為正、膜內(nèi)為負(fù)的極化狀態(tài)當(dāng)擴(kuò)散動(dòng)力與阻力達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)=RP影響RP水平的因素:1、細(xì)胞內(nèi)、外鉀離子的濃度差2、細(xì)胞膜的通透性(對(duì)K+、Na+

、Cl-等)3、鈉-鉀生電泵靜息電位的值:-10→-100mV

骨骼肌細(xì)胞-90mV

神經(jīng)細(xì)胞-70mV

平滑肌細(xì)胞-55mV

紅細(xì)胞-10mVP19極化(polarization):

細(xì)胞膜電位外正內(nèi)負(fù)的狀態(tài)AP實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:去極化上升支下降支刺激局部電位閾電位去極化零電位反極化(超射)復(fù)極化(負(fù)、正)后電位鋒電位P19三、動(dòng)作電位(actionpotentialAP)(一)概念:可興奮細(xì)胞受到(有效)刺激,細(xì)胞膜在靜息電位基礎(chǔ)上發(fā)生一次短暫的、可逆的,并可向周圍擴(kuò)布的電位波動(dòng)(電位反轉(zhuǎn))稱為動(dòng)作電位。AP實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:----------+++++-+++++K+Na+Na++-+++++++_____+_______Na+Na+K+++___----------+++++-++++K+Na++321.AP產(chǎn)生的基本條件:①電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力:膜內(nèi)外存在[Na+]差:[Na+]i>[Na+]O≈1∶10②膜電導(dǎo):膜在受到閾刺激而興奮時(shí),對(duì)離子的通透性增加:即電壓門控性Na+、K+通道激活而開放。(二)動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制2.AP的產(chǎn)生過程:AP上升支AP下降支當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上Na+通道激活而開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引→再生式內(nèi)流[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+-K+泵膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支)Na+通道關(guān)→Na+內(nèi)流停+同時(shí)K+通道激活而開放K+順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引→K+迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降,恢復(fù)到RP水平(AP下降支)離子恢復(fù)到興奮前水平→后電位當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上Na+通道激活而開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引→再生式內(nèi)流∵[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+-K+泵膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支)Na+通道關(guān)→Na+內(nèi)流停+同時(shí)K+通道激活而開放K+順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引→K+迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降,恢復(fù)到RP水平(AP下降支)Na+泵出、K+泵回,∴離子恢復(fù)到興奮前水平→后電位刺激:機(jī)體所能感知的內(nèi)外環(huán)境的變化稱為刺激。

P3刺激作用的時(shí)間刺激的強(qiáng)度刺激對(duì)時(shí)間的變化率

只有刺激的強(qiáng)度或刺激的作用時(shí)間達(dá)到一定得程度,才可以引起細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位。產(chǎn)生動(dòng)作電位=興奮興奮性可興奮細(xì)胞閾當(dāng)細(xì)胞受到刺激細(xì)胞膜上少量Na+通道激活而開放Na+順濃度差少量?jī)?nèi)流→膜內(nèi)外電位差↓→局部電位當(dāng)膜內(nèi)電位變化到閾電位時(shí)→Na+通道大量開放Na+順電化學(xué)差和膜內(nèi)負(fù)電位的吸引→再生式內(nèi)流[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+-K+泵膜內(nèi)負(fù)電位減小到零并變?yōu)檎娢唬ˋP上升支)Na+通道關(guān)→Na+內(nèi)流停+同時(shí)K+通道激活而開放K+順濃度差和膜內(nèi)正電位的吸引→K+迅速外流膜內(nèi)電位迅速下降,恢復(fù)到RP水平(AP下降支)離子恢復(fù)到興奮前水平→后電位局部電位(localpotential):閾下刺激引起的低于閾電位的去極化電位。閾電位(thresholdpotential):能引起動(dòng)作電位的臨界膜電位。P283.動(dòng)作電位的特征:①刺激必須達(dá)到閾值②是非衰減式傳導(dǎo)的電位:即同一細(xì)胞上的AP大小不隨刺激強(qiáng)度和傳導(dǎo)距離而改變的現(xiàn)象。

③具有“全或無”的現(xiàn)象4.局部電位的特征:①不表現(xiàn)“全或無”特征②電緊張傳播③可空間或時(shí)間總和5.動(dòng)作電位的意義:

AP的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。

產(chǎn)生動(dòng)作電位=興奮興奮性可興奮細(xì)胞三、細(xì)胞興奮后興奮性的變化

分期興奮性與AP對(duì)應(yīng)關(guān)系機(jī)制絕對(duì)不應(yīng)期降至零鋒電位鈉通道失活相對(duì)不應(yīng)期漸恢復(fù)去極化后電位前期鈉通道部分恢復(fù)超常期>正常去極化后電位后期鈉通道大部恢復(fù)低常期<正常超計(jì)劃后電位膜內(nèi)電位呈超極化

四、動(dòng)作電位的傳導(dǎo)1.興奮在同一細(xì)胞的傳播P26-+++++++++++++++--------------+--++-傳導(dǎo)方式:無髓鞘N纖維的興奮傳導(dǎo)為近距離局部電流;有髓鞘N纖維的興奮傳導(dǎo)為遠(yuǎn)距離局部電流(跳躍式)。第五節(jié)肌細(xì)胞的收縮

一、骨骼肌N—M接頭處興奮的傳遞N-M接頭的結(jié)構(gòu)接頭前膜:接頭間隙:約50-60nm。接頭后膜:又稱終板膜。N-M接頭處的興奮傳遞過程AP傳導(dǎo)到神經(jīng)纖維末梢前膜Ca2+通道開放,膜外Ca2+向膜內(nèi)流動(dòng)接頭前膜內(nèi)囊泡移動(dòng)、融合、破裂,囊泡中的ACh釋放(量子釋放)ACh與終板膜上的N2受體結(jié)合,受體蛋白分子構(gòu)型改變終板膜對(duì)Na+、K+(尤其是Na+)通透性↑N-M接頭處興奮傳遞的主要步驟神經(jīng)纖維動(dòng)作電位接頭前膜去極化電壓門控鈣通道開放鈣進(jìn)入神經(jīng)末梢突觸嚢泡與接頭前膜融合、Ach釋放突觸嚢泡與接頭前膜融合、Ach釋放Ach結(jié)合并激活A(yù)ch受體通道Ach被膽堿酯酶分解終板膜對(duì)Na+K+

通透性增高終板電位肌膜動(dòng)作電位特點(diǎn):1.單向傳遞2.時(shí)間延擱3.易受干擾4.對(duì)應(yīng)傳遞二、橫紋肌細(xì)胞的微細(xì)結(jié)構(gòu)粗肌絲:由肌球或稱肌凝蛋白組成,其頭部有一膨大部——橫橋:①能與細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)發(fā)生可逆性結(jié)合;②具有ATP酶的作用,分解ATP產(chǎn)生能量,與結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合后,釋放橫橋扭動(dòng)(肌絲滑行)和作功的能量。

細(xì)肌絲:肌動(dòng)蛋白:表面有與橫橋結(jié)合的位點(diǎn),靜息時(shí)被原肌球蛋白掩蓋;原肌球蛋白:靜息時(shí)掩蓋橫橋結(jié)合位點(diǎn);肌鈣蛋白:與Ca2+結(jié)合變構(gòu)后,使原肌球蛋白位移,暴露出結(jié)合位點(diǎn)。肌小節(jié):

是肌細(xì)胞收縮的基本結(jié)構(gòu)和功能單位。

=1/2明帶+暗帶+1/2明帶=2條Z線間的區(qū)域肌管系統(tǒng):橫管系統(tǒng):T管(肌膜內(nèi)凹而成。肌膜AP沿T管傳導(dǎo))縱管系統(tǒng):L管(也稱肌漿網(wǎng)。肌節(jié)兩端的L管稱終池,富含Ca2+)。三聯(lián)管:T管+終池×2

肌絲滑行理論三、橫紋肌的收縮機(jī)制肌節(jié)縮短=肌細(xì)胞收縮牽拉細(xì)肌絲朝肌節(jié)中央滑行橫橋擺動(dòng)橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合原肌球蛋白位移,暴露細(xì)肌絲上的結(jié)合位點(diǎn)Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合肌鈣蛋白的構(gòu)型改變胞漿中的Ca2+濃度升高胞漿中[Ca2+]↓原肌球蛋白覆蓋橫橋結(jié)合位點(diǎn)Ca2+與肌鈣蛋白解離骨骼肌舒張橫橋周期橫紋肌的興奮——收縮耦聯(lián)四個(gè)主要步驟:①②③Ca2+是興奮-收縮耦聯(lián)的耦聯(lián)物(關(guān)鍵離子)三聯(lián)管是興奮-收縮耦聯(lián)的關(guān)鍵部位運(yùn)動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)傳至末梢↓N末梢對(duì)Ca2+通透性增加Ca2+內(nèi)流入N末梢內(nèi)↓接頭前膜內(nèi)囊泡向前膜移動(dòng)、融合、破裂↓ACh釋放入接頭間隙↓

ACh與終板膜受體結(jié)合↓受體構(gòu)型改變↓終板膜對(duì)Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓產(chǎn)生終板電位(EPP)↓EPP引起肌膜AP↓肌膜AP沿橫管膜傳至三聯(lián)管↓終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)Ca2+進(jìn)入肌漿↓Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合引起肌鈣蛋白的構(gòu)型改變↓原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細(xì)肌絲上與橫橋結(jié)合位點(diǎn)↓橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合↓橫橋擺動(dòng)↓牽拉細(xì)肌絲朝肌節(jié)中央滑行↓肌小節(jié)縮短=肌細(xì)胞收縮小結(jié):骨骼肌收縮全過程1.N-M興奮傳遞2.興奮-收縮耦聯(lián)及肌絲滑行運(yùn)動(dòng)神經(jīng)沖動(dòng)傳至末梢↓N末梢對(duì)Ca2+通透性增加Ca2+內(nèi)流入N末梢內(nèi)↓接頭前膜內(nèi)囊泡向前膜移動(dòng)、融合、破裂↓ACh釋放入接頭間隙↓ACh與終板膜受體結(jié)合↓受體構(gòu)型改變↓終板膜對(duì)Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加↓產(chǎn)生終板電位(EPP)↓EPP引起肌膜AP1.N-M興奮傳遞肌膜AP沿橫管膜傳至三聯(lián)管↓終池膜上的鈣通道開放終池內(nèi)Ca2+進(jìn)入肌漿↓Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合引起肌鈣蛋白的構(gòu)型改變↓原肌凝蛋白發(fā)生位移暴露出細(xì)肌絲上與橫橋結(jié)合位點(diǎn)↓橫橋與肌動(dòng)蛋白結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合↓

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