動(dòng)物生理學(xué)第一章細(xì)胞

第一章細(xì)胞的基本功能細(xì)胞生理是器官、系統(tǒng)生理學(xué)的基礎(chǔ)細(xì)胞的基本功能——跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞生物電現(xiàn)象肌細(xì)胞的收縮活動(dòng)第一節(jié)細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)

和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

一、細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)脂質(zhì)親水端脂質(zhì)疏水端二、細(xì)胞膜化學(xué)組成及意義脂質(zhì)雙分子層：細(xì)胞膜的基本骨架、屏障作用保持細(xì)胞內(nèi)容物的相對(duì)穩(wěn)定細(xì)胞膜蛋白質(zhì)：膜通道蛋白，載體蛋白，酶細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)、能量、信息交換。細(xì)胞膜糖類：糖蛋白，糖脂作為膜蛋白受體識(shí)別部分

參與免疫反應(yīng)三、細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

單純擴(kuò)散易化擴(kuò)散主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)Na+Cl-H2OH2OABNa+Cl-被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)定義：當(dāng)同種物質(zhì)不同濃度的兩種溶液相鄰地放在一起時(shí)，溶質(zhì)分子從高濃度向低濃度的凈流動(dòng)（順化學(xué)梯度）特征：順逆電化學(xué)梯度不耗能（一）單純擴(kuò)散(simplediffusion)定義：生物體中，物質(zhì)的分子或離子順電化學(xué)梯度通過細(xì)胞膜的方式。特點(diǎn)：順化學(xué)梯度不耗能（分子熱運(yùn)動(dòng)的擴(kuò)散）影響因素：濃度梯度（電-化學(xué)梯度）膜通透性（二）易化擴(kuò)散（facilitateddiffusion)定義：體內(nèi)不溶或難溶于脂質(zhì)的物質(zhì)，在細(xì)胞膜上某些特殊蛋白質(zhì)的幫助下，從膜高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。特點(diǎn)：順電化學(xué)梯度，不耗能膜蛋白對(duì)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)具有選擇性（膜蛋白分子本身有結(jié)構(gòu)特異性）膜通透性可變類型：通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散

離子通道(ionchannel)——

一類與離子易化擴(kuò)散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)分子離子通道的特性

選擇性

Na+通道，K+通道，Cl-通道,Ca+2通道門控性化學(xué)門控：膜外側(cè)化學(xué)信號(hào)控制電壓門控：膜兩側(cè)電位差控制機(jī)械門控：膜附近形變外力作用控制快速性開放和關(guān)閉的快速性、離子流的快速性載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散載體（carrier)——

與葡萄糖和某些氨基酸等物質(zhì)易化擴(kuò)散有關(guān)的膜蛋白質(zhì)，不具有離子通道那樣的結(jié)構(gòu)。載體介導(dǎo)的特點(diǎn)：

高度的結(jié)構(gòu)特異性飽和現(xiàn)向競(jìng)爭(zhēng)性抑制轉(zhuǎn)運(yùn)速度快通透性可變葡萄糖的易化擴(kuò)散(三)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)

1.定義：細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將物質(zhì)的分子或離子從膜的低濃度一側(cè)向高濃度一側(cè)移動(dòng)的過程2.特征

逆電化學(xué)梯度耗能3.主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)和被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別

轉(zhuǎn)運(yùn)的方向轉(zhuǎn)運(yùn)的能量轉(zhuǎn)運(yùn)的后果4.Na+-K+泵4.Na+-K+泵

(1)結(jié)構(gòu)：膜蛋白質(zhì)，具有ATP酶活性(2)功能：分解ATP，釋放出能量，利用這一能量，不斷地將Na+從胞內(nèi)泵出胞外，將K+從胞外泵入胞內(nèi)(3)作用：

消耗1個(gè)ATP分子，可將3個(gè)Na+移出膜外2個(gè)K+移入膜內(nèi)(5)生理意義：

①建立一種勢(shì)能貯備，為細(xì)胞其它物質(zhì)進(jìn)行繼發(fā)性主動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)提供動(dòng)力。

②產(chǎn)生和維持細(xì)胞內(nèi)高K+

、細(xì)胞外高Na+的狀態(tài)，是細(xì)胞產(chǎn)生生物電的基礎(chǔ)③維持細(xì)胞形態(tài)和細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定（四）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

（secondaryactivetransport)1.定義：是指某些物質(zhì)逆濃度梯度的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程，所需能量間接來自ATP的分解，也稱聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)。2.類型同向轉(zhuǎn)運(yùn)（cotransport）溶質(zhì)與Na+向同一方向轉(zhuǎn)運(yùn)反向轉(zhuǎn)運(yùn)=交換（體）

（antiport）溶質(zhì)與Na+向相反方向的轉(zhuǎn)運(yùn)3.特點(diǎn)：

Na+從胞外被動(dòng)擴(kuò)散至胞內(nèi)釋放的能量用于另一種物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)4.條件：

胞膜上存在轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白（五）出胞與入胞1.入胞：一些大分子物質(zhì)或團(tuán)塊物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞的過程2.出胞：大分子物質(zhì)或固態(tài)、液態(tài)物質(zhì)從細(xì)胞內(nèi)排出的過程各種跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制的特征單純離子載體原發(fā)性主繼發(fā)性擴(kuò)散通道介導(dǎo)動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)凈移動(dòng)方向高低高低高低低高低高膜兩側(cè)濃度相等相等相等不相等不相等是否用膜Pr不是是是是飽和現(xiàn)象無無有有有結(jié)構(gòu)特異性無有有有有能量供給不需要不需要不需要ATP鈉勢(shì)能轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)O2CO2離子極性分離子Gs、aa子:Gs

第二節(jié)

細(xì)胞膜的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

一、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念1.指外界信號(hào)（化學(xué)分子、光、聲音等）作用于細(xì)胞膜表面的受體，引起膜結(jié)構(gòu)中一種或多種特殊蛋白質(zhì)構(gòu)型改變，將外界環(huán)境變化的信息以新的信號(hào)(弱電)形式傳遞到膜內(nèi)，再引發(fā)靶細(xì)胞功能改變。2.信號(hào):含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激3.人體內(nèi)的信號(hào):存在于細(xì)胞外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì)或機(jī)械的、電的、電磁波等刺激4.跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程

(transmembranetranduction)外界信號(hào)細(xì)胞膜表面一種或幾種膜蛋白分子構(gòu)象改變新的信號(hào)進(jìn)入胞內(nèi)膜電位或其他功能變化

二、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的方式離子通道蛋白介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(略)（一）離子通道蛋白完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)信號(hào)胞膜上的通道蛋白離子通道打開或關(guān)閉離子跨膜流動(dòng)膜電位變化（去極化、超極化）新的信號(hào)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末梢AchAch門控通道蛋白（a亞單位）通道開放大量Na+流入胞內(nèi)胞膜去極化產(chǎn)生終板電位完成化學(xué)信號(hào)向生物電信號(hào)的轉(zhuǎn)換

1.化學(xué)信號(hào)—化學(xué)門控離子通道分布：神經(jīng)肌接頭信息傳遞、神經(jīng)細(xì)胞之間的突觸傳遞2.電信號(hào)—電壓門控離子通道刺激細(xì)胞膜電位的變化電壓門控離子通道開放或關(guān)閉離子內(nèi)流或外流新信號(hào)形如：、K+、Ca+通道3.機(jī)械信號(hào)-機(jī)械門控離子通道前庭和耳蝸毛細(xì)胞的靜纖毛上機(jī)械信號(hào)（聲）靜纖毛偏曲機(jī)械門控離子通道開放離子內(nèi)流膜電位變化（二）

G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)結(jié)構(gòu)：受體—能與化學(xué)信號(hào)分子進(jìn)行特異性結(jié)合的獨(dú)立的蛋白質(zhì)分子，分膜外較長(zhǎng)的N端、7次穿過膜的α螺旋結(jié)構(gòu)和膜內(nèi)側(cè)的C末端。G-蛋白—由αβγ三個(gè)亞基組成，其中α具催化作用，當(dāng)它被激活時(shí)與GTP形成復(fù)合物，而β-γ與α分離形成新的復(fù)合物，兩種復(fù)合物分別對(duì)膜中的效應(yīng)器酶起作用。G蛋白效應(yīng)器—能催化形成第二信使的酶和離子通道第二信使—細(xì)胞外信號(hào)分子作用于細(xì)胞膜產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號(hào)分子，可調(diào)節(jié)各種蛋白激酶和離子通道。受體—G蛋白—第二信使跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程第一信使G蛋白耦聯(lián)受體G-蛋白變構(gòu)形成β-γ與α-GTP復(fù)合物效應(yīng)器離子通道開放細(xì)胞活動(dòng)各種激酶第二信使細(xì)胞活動(dòng)第三節(jié)細(xì)胞的興奮性和生物電現(xiàn)象1.興奮性(Excitability)—

活組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力2.興奮(Excitation)—

組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生的反應(yīng)

組織細(xì)胞受外界刺激產(chǎn)生動(dòng)作電位的能力3.可興奮組織細(xì)胞—

神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞、腺細(xì)胞.一、細(xì)胞的興奮性和剌激引起興奮的條件4.刺激(stimulus)：指細(xì)胞所處環(huán)境因素的變化。閾強(qiáng)度（閾值）(thresholdintensity)：一般在刺激的持續(xù)時(shí)間和刺激強(qiáng)度的時(shí)間變率恒定的情況下，剛能使細(xì)胞產(chǎn)生動(dòng)作電位的最小刺激強(qiáng)度稱為閾強(qiáng)度。閾強(qiáng)度越大，細(xì)胞的興奮性越小，反之興奮性則越大。閾下刺激，閾刺激,閾上刺激5.刺激引起興奮的條件：一定的強(qiáng)度一定的作用持續(xù)時(shí)間一定的時(shí)間--強(qiáng)度變化率二、跨膜靜息電位(restingpotential)1、定義：在靜息狀態(tài)下，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正）。

－90mV玻璃微電極電位儀神經(jīng)纖維KCl神經(jīng)細(xì)胞-70mV肌細(xì)胞-70mV~-90mV紅細(xì)胞-20mV2、靜息電位形成的機(jī)制

1.靜息狀態(tài)下，由于鈉鉀泵的存在，細(xì)胞膜內(nèi)外Na+、K+分布不均衡細(xì)胞膜外細(xì)胞膜內(nèi)Na+142mEq/l14mEq/l10:1K+4mEq/l140mEq/l1:35Na+向膜內(nèi)擴(kuò)散，K+向膜外擴(kuò)散2.靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)不同離子的通透性不同

K

+的通透性大，

Na+的通透性極小3.這種離子分布的不均勻靠鈉泵活動(dòng)的維持K+++--

3、靜息電位形成機(jī)理：

細(xì)胞膜上鈉泵的活動(dòng)，使細(xì)胞膜外鈉離子濃度較高，而細(xì)胞內(nèi)鉀離子濃度較高。鈉離子有內(nèi)流的趨勢(shì)，鉀離子有外流的趨勢(shì)。而靜息時(shí)細(xì)胞膜主要對(duì)鉀離子有通透性，所以鉀離子順濃度梯度向細(xì)胞外擴(kuò)散。帶負(fù)電的有機(jī)離子隨鉀離子的外流而向外移動(dòng)，但不能通過細(xì)胞膜，只能聚集在膜的內(nèi)側(cè)，正負(fù)電荷相互吸引，鉀離子只能聚集在膜的外側(cè)。當(dāng)促使鉀離子內(nèi)流的電化學(xué)梯度與促使其外流的濃度梯度達(dá)到平衡時(shí)，就形成了靜息電位。也就是鉀離子平衡電位。K+++--4、靜息電位的變化極化安靜時(shí),膜兩側(cè)電位外正內(nèi)負(fù)超極化膜兩側(cè)電位差加大,膜內(nèi)負(fù)值增大去極化膜兩側(cè)電位差減小,膜內(nèi)負(fù)值變小復(fù)極化去極化后，膜內(nèi)電位差逐漸變大，恢復(fù)到靜息電位狀態(tài)反極化膜兩側(cè)電位發(fā)生倒轉(zhuǎn),膜外為負(fù),膜內(nèi)為正三、單一細(xì)胞的動(dòng)作電位（一）動(dòng)作電位（activepotential)

膜受一定強(qiáng)度的刺激（閾上剌激或閾剌激）后,在原有靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生的一次迅速短暫的可向周圍擴(kuò)布的電位波動(dòng)。動(dòng)作電位的產(chǎn)生是細(xì)胞興奮的標(biāo)志。上升支下降支

去極化后電位(負(fù)后電位)超極化后電位(正后電位)鋒電位后電位（二）動(dòng)作電位組成（三）動(dòng)作電位的特點(diǎn)和生理意義特點(diǎn)：

（1）“全或無”（all-or-none

）性質(zhì)：鋒電位不因刺激強(qiáng)度（只要達(dá)到閾電位）的改變而改變。（2）不衰減性傳播：鋒電位不因傳播距離的遠(yuǎn)近不同而改變。（3）有不應(yīng)期(絕對(duì)不應(yīng)期和相對(duì)不應(yīng)期)生理意義：為細(xì)胞興奮的標(biāo)志。動(dòng)作電位=興奮(四)動(dòng)作電位的產(chǎn)生機(jī)制

1、離子的電化學(xué)驅(qū)動(dòng)力2、動(dòng)作電位過程中細(xì)胞膜通透性的改變：上升支：膜對(duì)Na+的通透性增加，超過對(duì)K+的通透性。當(dāng)內(nèi)移的Na+在膜內(nèi)形成的正電位足以阻止Na+的凈移入時(shí)，此時(shí)的膜兩側(cè)的電位差為Na+的平衡電位。下降支：膜對(duì)Na+的通透性突然減小，對(duì)K+的通透性逐漸增大。負(fù)后電位：復(fù)極時(shí)快速外流的K+蓄積在膜外側(cè)暫時(shí)阻礙K+外流正后電位：生電性鈉泵活動(dòng)3.Na+通道特性(1)Na+通道的開放是電壓門控性的靜息電位關(guān)閉膜超極化關(guān)閉膜去極化開放(膜去極化達(dá)閾電位大量開放)(2)Na+通道的開放(激活)與關(guān)閉(失活)快速性(3)Na+通道的三種狀態(tài)：備用、激活、失活4、動(dòng)作電位的離子機(jī)制上升支下降支正后電位膜對(duì)Na+通透性增加Na+內(nèi)流、膜去極化膜去極化達(dá)閾電位水平鈉迅速內(nèi)流，超射達(dá)Na+平衡電位

K+外流、復(fù)極化至靜息電位水平快Na+通道失活、K+通透性增加Na+-K+泵活動(dòng)、恢復(fù)離子分布閾刺激四、細(xì)胞發(fā)生動(dòng)作電位時(shí)興奮性的變化

絕對(duì)不應(yīng)期（absoluterefractoryperiod）相對(duì)不應(yīng)期（relativerefactoryperiod）超常期低常期動(dòng)作電位的組成及其興奮性周期的對(duì)應(yīng)關(guān)系低常期鋒電位負(fù)后電位正后電位五、動(dòng)作電位的引起和傳導(dǎo)（一）閾電位和鋒電位的引起閾電位（thresholdmembranepotential)

膜去極化到達(dá)爆發(fā)動(dòng)作電位的臨界膜電位。閾電位的特性：引起膜上電壓門控性Na+通道大量開放。引起鋒電位的條件：膜去極化達(dá)到閾電位。膜上電壓門控Na+通道快速大量開放的原因Na+

再生性去極化(正反饋)

閾強(qiáng)度刺激

膜去極化達(dá)閾電位

一定數(shù)量Na+通道開放

Na+內(nèi)流

膜進(jìn)一步去極化

大量的Na+通道開放（Na+通道的激活）+（二）局部興奮及其特性

1.局部興奮（局部反應(yīng)）：

閾下刺激引起膜上Na+通道少量開放，在受刺激膜的局部出現(xiàn)較小的去極化。2.局部興奮的特性

(1)電緊