生理學課件：第二章-細胞基本功能

2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系1第二章細胞基本功能細胞Cell——basicstructuralandfunctionalunitMorethan200differentcelltypes——carryoutdifferentfunctionsGeneralfunctionofcell——共性（本章主要內容）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系2細胞的基本結構細胞膜(cellmembrane)：提供相對獨立環(huán)境，完成正常功能胞漿(cytoplasm)：細胞器(organelle)線粒體(mitochondria)、內質網(endoplasmicreticulum)、溶酶體(lysosome)細胞核(nucleus)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系3膜的化學組成和分子結構Components:脂質(lipid)+蛋白質(protein)（4:1-1:4)+糖70年代，液態(tài)鑲嵌模型（fluidmosaicmodel）骨架——脂質雙分子層(Lipidbilayer)(phospholipid+cholesterol)

雙嗜分子膜蛋白：表面(peripheralprotein)、鑲嵌(integralprotein)細胞膜糖類——特異性標志(glycoproteinandglycolipid)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系4跨膜物質轉運——膜功能之一防止內容物流出，化學成分相對穩(wěn)定，維持正常功能物質跨膜轉運(transmembranetransport)外界獲得氧(oxygen)和營養(yǎng)物質(nutrients)排除代謝產物(metabolites)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系5跨膜轉運方式：交換物質多樣——多樣性單純擴散(simplediffusion)易化擴散(facilitateddiffusion)經通道易化擴散(facilitateddiffusionviaionchannel)經載體易化擴散(facilitateddiffusionviacarrier)主動轉運(activetransport)原發(fā)性主動轉運(primaryactivetransport)繼發(fā)性主動轉運(secondaryactivetransport)膜泡運輸：出胞(exosytosis)和入胞(endosytosis)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系6單純擴散(simplediffusion)分子熱運動：高濃度到低濃度(concentrationgradientacrossmembrane)膜屏障存在：脂溶性，小分子物質(O2、CO2、甾體激素steroidhormone)水通透性(permeability)：2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系7易化擴散(facilitateddiffusion)高濃度——低濃度不消耗ATP特殊蛋白介導載體(carrier)：也稱轉運體(transporter)通道(channel)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系8經載體介導的易化擴散葡萄糖(glucose)、氨基酸(aminoacid)等特點：高度特異(specificity)

飽和現象(saturation)

競爭抑制(competition)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系9經通道介導的易化擴散鈉、鉀、鈣、氯等無機離子特點（與載體比較）：轉運速度快開放時間短選擇性較差受理化因素精細調節(jié)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系10通道分類化學門控通道(chemically-gatedionchannel)電壓門控通道(voltage-gatedionchannel)機械門控通道(mechanically-gatedionchannel）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系11化學門控通道(chemically-gatedionchannel)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系12電壓門控通道(voltage-gatedionchannel)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系13機械門控通道（mechanically-gatedionchannel）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系14原發(fā)性主動轉運(primaryactivetransport)低濃度到高濃度耗能借助蛋白的作用典型：離子泵（ionpump）Na+-K+-ATP酶(sodium-potassiumpump)Calciumpump(鈣泵)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系15Sodium-potassiumpump存在于所有細胞1分子ATP轉運3個鈉和2個鉀離子維持細胞內高鉀，外高鈉激活：細胞內鈉升高或外鉀升高阻斷劑:哇巴因（ouabain）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系16繼發(fā)性主動轉運(Secondaryactivetransport)腸道、腎小管：葡萄糖，氨基酸沒有直接利用ATP伴有鈉同向進入細胞必須條件鈉：高濃度到低濃度葡萄糖：低濃度到高濃度2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系17Secondaryactivetransport分類：同向轉運(symport)鈉-葡萄糖同向轉運體逆向轉運(antiport)（交換exchange）鈉－鈣交換體2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系18出胞(exocytosis)與入胞(endocytosis)出胞：細胞分泌入胞：吞噬：單核細胞、巨噬細胞、中性粒細胞吞飲：所有細胞液相入胞受體介導入胞2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系19體內細胞間的信息傳遞外環(huán)境變化——多樣性體內：信號在細胞間傳遞——化學、電信號從細胞外到細胞內——跨膜信號轉導2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系20跨膜信號轉導(transmembranesignaltransduction)60年代以前，幾乎一無所知特點：外界信號不進入細胞內通過幾種類似途徑實現——符合生物學經濟原則2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系21跨膜信號轉導方式G蛋白耦聯受體酶耦聯受體離子通道胞內受體：核受體招募型受體2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系22細胞的生物電(bioelectricity)現象生物電現象——普遍存在心電圖(electrocardiogram)腦電圖(electroencephalogram)肌電圖(electromyogram)基礎－細胞生物電2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系23跨膜電位的測量膜電位(transmembranepotential)Squidaxon2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系24細胞靜息電位(restingpotential)-90mv去極化depolarization超極化hyperpolarization復極化repolarization0mv極化(polarization)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系25Restingpotential產生機制1902年，Bernstein:膜只對鉀高度通透性(permeablity)——鉀平衡電位(K+equilibriumpotential)Nernstformula：膜電導(membraneconductance)：鉀遠大于鈉（少量鈉內流）鈉-鉀泵的生電作用：5mV2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系26動作電位(actionpotential)的波形SpikepotentialAfterpotential2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系27動作電位(actionpotential)的特點刺激達到一定強度“全或無”特性(All-or-none)可擴播性(propagable)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系28動作電位(actionpotential)產生機制去極化——內向電流(inwardcurrent)？Na＋內流葡萄糖代替NaCl溶液（Hodgkin,Huxley）電壓鉗(voltageclamp)——測定膜電導(membraneconductance)改變膜片鉗(patchclamp)——離子通道的活動2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系29跨膜電流的離子成分——電壓鉗2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系30膜片鉗(patchclamp)技術總和2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系31動作電位的發(fā)生去極化刺激——部分鈉通道激活——局部反應(localresponse)（局部興奮）去極化刺激——鈉內流足以超過鉀外流——進一步去極化——正反饋——鈉平衡電位（動作電位）全或無——動作電位特性之一2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系32動作電位的發(fā)生——復極化2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系33動作電位的發(fā)生閾電位(thresholdpotential)——引起正反饋的臨界電位(firinglevel)閾刺激(thresholdstimulus)——達到閾電位的最小刺激2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系34局部反應(localresponse)及特點閾下刺激——局部反應(localresponse)不是“全或無”電緊張擴播(electrotonicpropagation)沒有不應期(后面講)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系35局部反應(localresponse)及特點可以疊加（總和summation）時間總和(temporalsummation)空間總和(spatialsummation)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系36動作電位的傳導(conductance)——局部電流(localcurrent)學說2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系37動作電位的傳導有髓神經纖維(myelinatedfiber)郎飛結處跳躍式傳導(saltatoryconduction)生物進化的結果特點：快，節(jié)能2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系38影響動作電位傳導的因素膜的被動電學特性：直徑(diameter)去極化的速度(velocity)和幅度(altitude)鈉通道功能狀態(tài)鈉內流的驅動力2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系39縫隙連接(gapjunction)Connexonchannelconnexin2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系40興奮性(excitability)和興奮(excitation)興奮性：環(huán)境改變——相應反應生命的基本特征之一興奮(excitation)：活動少——多抑制(inhibition)：活動多——少2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系41關于興奮性(excitability)不一定要完整生物體才具有興奮性神經、肌肉、腺細胞——可興奮細胞(excitablecell)（可興奮組織）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系42興奮的本質外在表現不同電生理研究：有細胞膜兩側的電位變化——動作電位興奮——產生動作電位興奮性——能產生動作電位興奮性高低——閾刺激衡量2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系43刺激(stimulus)定義：能引起機體或組織反應的環(huán)境變化三要素：強度(intensity)持續(xù)時間(duration)強度時間變化率(changeratioofintensity/time)三者相互關聯2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系44細胞興奮時的興奮性變化AB:絕對不應期BC:相對不應期CD:超常期DE:低常期2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系45影響細胞興奮性的因素——靜息電位減小——興奮性升高過小——降低（閾電位上移）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系46影響細胞興奮性的因素——閾電位上移——興奮性降低決定閾電位水平的因素鈉通道密度鈉通道功能狀態(tài)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系47影響興奮性的因素ABCD2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系48影響細胞興奮性的因素－胞外鈣胞外鈣離子濃度(concentrationofextracellularcalcium)細胞外鈣濃度升高——興奮性降低原因：膜蛋白等電點為酸性2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系49肌細胞的收縮肌肉組織：分類：功能：骨骼肌(skeletalmuscle)、心肌(cardiacmuscle)、平滑肌(smoothmuscle)形態(tài)學特點：橫紋肌(striatedmuscle)、平滑肌神經支配：隨意肌(voluntarymuscle)（軀體神經）、非隨意肌(involuntarymuscle)（自律神經）2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系50骨骼肌神經-骨骼肌接頭(neuromuscularjunction)處興奮傳遞細胞的細微結構收縮過程興奮-收縮耦聯(excitation-contractioncoupling)影響收縮效能的因素2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系51神經-骨骼肌接頭結構和興奮傳遞過程接頭前膜(prejunctionalmembran)終板膜（接頭后膜）(endplatemembrane)接頭間隙(junctionalcleft)突觸小泡(synapticvesicle)神經遞質（acetylcholineACh）終板電位(endplatepotential)量子釋放(quantalrelease)微終板電位(miniatureendplatepotential)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系52神經-骨骼肌接頭重癥肌無力——自身免疫，破壞ACh受體肌無力綜合癥——自身免疫，破壞突觸末梢鈣通道肉毒梭菌——毒素阻礙ACh釋放筒箭毒——阻礙ACh受體有機磷——抑制膽堿脂酶2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系53骨骼肌結構肌原纖維(myofibril)和肌節(jié)(sarcomere)肌原纖維明帶（lightband），暗帶(darkband)H帶，M線，Z線肌節(jié)肌絲（filament）:粗肌絲，細肌絲細胞骨架橫向：M線，Z線縱向：肌聯蛋白，伴肌動蛋白2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系54骨骼肌的細微結構肌管系統(sarcotubularsystem)橫管（T管）縱管（肌漿網sarcoplasmicreticulum）縱行肌漿網——RYR連接肌漿網（終末池）——L－型鈣通道三聯管2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系55（三）橫紋肌收縮機制1954年，肌絲滑行理論(myofilamentslidingtheory)：內容：肌絲長度不變粗細肌絲相互滑動，證據：肌小節(jié)縮短明帶縮短，暗帶不變，同時H帶變窄2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系56肌絲的分子結構粗肌絲(Thickfilament)肌球蛋白（myosin）橫橋（300-400個）細肌絲(thinfilament)肌動蛋白（actin）調節(jié)蛋白原肌球蛋白(tropomyosin)肌鈣蛋白(troponin)肌鈣蛋白T——原肌球蛋白肌鈣蛋白I——肌動蛋白肌鈣蛋白C——鈣離子2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系57骨骼肌收縮過程橫橋的作用：當胞內鈣離子濃度升高橫橋與肌動蛋白結合橫橋周期(crossbridgecycling)肌球蛋白肌動蛋白原肌球蛋白肌鈣蛋白2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系58橫紋肌的興奮-收縮耦聯(excitation-contractioncoupling)定義：中介電興奮和機械收縮的過程基本過程：動作電位進入T管激活L型鈣通道激活ryanodine受體胞內鈣升高和回收SR釋放鈣的機制：鈣觸發(fā)鈣釋放心肌和骨骼肌不同2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系59影響橫紋肌收縮的因素根據外在表現：等張收縮(isotoniccontraction)等長收縮(isometriccontraction)影響因素：前負荷(preload)后負荷(afterload)肌肉收縮能力(contractility)S1S22023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系60前負荷對肌肉收縮的影響前負荷——肌肉初長(initiallength)被動張力(passivetension)主動張力(activetension)最適初長(optimalinitiallength)2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系61最適初長產生的原因最適初長(optimalinitiallength)——最適肌小節(jié)長度（2.0-2.2微米）——有效橫橋數最多2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系62后負荷對骨骼肌收縮的影響——張力-速度關系曲線后負荷為0——最大收縮速度后負荷無窮大——最大收縮張力后負荷約為1/3最大收縮張力——輸出功率最大2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系63肌肉收縮能力(contractility)與前后負荷無關神經遞質、體液因素、病理因素、藥物NE:增加鈣通道開發(fā)時間、幾率H＋:競爭鈣鈣增敏劑2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系64單收縮和強直收縮單收縮(twitch)總和（融合）(tetanus)不完全強直收縮完全強直收縮融合——肌張力增加體內——完全強直收縮最低融合頻率2023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系652023/11/2復旦大學上海醫(yī)學院生理與病理生理學系66（一）G蛋白耦聯受體介導的信號轉導受體G