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文檔簡介

1、第二章 細胞的基本功能,第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能 第二節(jié) 細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 第三節(jié) 細胞的電活動 第四節(jié) 肌細胞的收縮,本章要求,掌 握 1.單純擴散、易化擴散的概念、形式和特點; 2.原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的概念和轉(zhuǎn)運機制; 3.靜息電位、動作電位的概念及產(chǎn)生機制; 4.動作電位、局部反應(yīng)的特點; 5.興奮在同一細胞上傳導(dǎo)的形式及特點; 6.興奮-收縮耦聯(lián)的概念及其耦聯(lián)物質(zhì)。,第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,一、細胞膜的結(jié)構(gòu)概述 細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成,此外還有極少量的糖類物質(zhì)。,液態(tài)鑲嵌模型(fluid mosaic model)的基本內(nèi)容是:以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架,其中鑲嵌

2、著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)。,細胞膜的液態(tài)鑲嵌模型,細胞膜的特點: 1.液態(tài) 。 2.脂溶性物質(zhì)易通過,水溶性物質(zhì)選擇性通過。 細胞膜兩側(cè)正常的離子分布: 膜外主要陽離子Na+、Ca2+ 膜外主要陰離子Cl、HCO3 膜內(nèi)主要陽離子+ 膜內(nèi)主要陰離子Pr,二、細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,(一) 單純擴散 1、概念:脂溶性物質(zhì)通過細胞膜順濃度梯度的自由轉(zhuǎn)運過程。 特點:1、順濃度2、不耗能3、不需要膜蛋白的幫助 對象:O2、CO2 2、擴散的方向和速度:取決于物質(zhì)在膜兩側(cè)的濃度差和膜對該物質(zhì)的通透性。 3、影響擴散量的因素:濃度差:是物質(zhì)擴散的動力;通透性:通透性愈大,擴散量也愈大。,(二)

3、 易化擴散,定義:水溶性物質(zhì)在特殊膜蛋白的幫助下,順濃度梯度的轉(zhuǎn) 運過程。 特點:1、順濃度2、不耗能3、必需要膜蛋白的幫助 2. 載體介導(dǎo)(via carrier)的跨膜轉(zhuǎn)運(載體運輸) 定義:在載體蛋白的幫助下進行的易化擴散。 對象:水溶性的小分子物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸。 特點: 載體蛋白質(zhì)有較高的結(jié)構(gòu)特異性。 飽和現(xiàn)象。 競爭性抑制。,1、通道介導(dǎo)的易化擴散示意圖,通道介導(dǎo)的易化擴散,門控離子通道分為三類: 1. 電壓門控通道:在膜去極化到一定電位時開放,如神經(jīng)元上的Na+ 通道; 2. 化學(xué)門控通道:受膜環(huán)境中某些化學(xué)物質(zhì)的影響而開放,這類化學(xué)物質(zhì)(配基)主要來自細胞外液,如激素、遞質(zhì)等

4、; 3. 機械門控通道:當(dāng)膜的局部受牽拉變形時被激活,如觸覺的神經(jīng)末梢、聽覺的毛細胞等都存在這類通道。,2. 載體介導(dǎo)(via carrier)的跨膜轉(zhuǎn)運(載體運輸) 定義:在載體蛋白的幫助下進行的易化擴散。 對象:水溶性的小分子物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸。 特點: 載體蛋白質(zhì)有較高的結(jié)構(gòu)特異性。 飽和現(xiàn)象。 競爭性抑制。,載體介導(dǎo)的易化擴散,(三)主動轉(zhuǎn)動,概念:物質(zhì)在泵蛋白的幫助下,逆濃度梯度的轉(zhuǎn)運過程。 特點:1、逆濃度2、耗能3、必需要泵蛋白的幫助 對象:水溶性物質(zhì) 分類:原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運、繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 二者區(qū)別: 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運:直接利用ATP能量 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運:間接利用ATP能量,鈉鉀

5、泵(sodium-potassium pump),簡稱鈉泵,也稱Na+-K+依賴式。 作用:在消耗代謝能的情況下逆濃濃度差將細胞內(nèi)的3個Na+移出膜外,同時把細胞外的2個K+移入膜內(nèi),因而保持了膜內(nèi)高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布 。 意義:鈉泵活動造成的細胞內(nèi)高K+是許多代謝過程的必需條件;鈉泵將Na+排出細胞將減少水分子進人細胞內(nèi),對維持細胞的正常體積有一定意義;鈉泵活動最重要的在于它能逆濃度差和電位差進行轉(zhuǎn)運,因而建立起一種勢能貯備。這種勢能是細胞內(nèi)外Na+和K+等順著濃度差和電位差移動的能量來源。,原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運示意圖,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,(四)入 胞 和 出 胞,第二節(jié)細胞的跨膜信號

6、轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式分為三類: G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(如激素的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)); 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(如生長因子-表皮生長因子、血小板源生長因子、成纖維細胞生長因子、肝細胞生長因子、胰島素); 離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)(如神經(jīng)遞質(zhì))。 每類都通過各自不同的細胞信號分子完成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。,由膜受體-G-蛋白-膜效應(yīng)器酶組成的跨膜信號傳遞系統(tǒng)和第二信使類物質(zhì)的生成,第三節(jié) 細胞的生物電現(xiàn)象,生物電(bioc-lectricity) :是指一切活細胞無論處于靜息狀態(tài)還是活動狀態(tài)都存在的電現(xiàn)象。 兩種表現(xiàn)形式:安靜時具有的靜息電位和受刺激時產(chǎn)生的動作電位。,(一)靜 息 電 位,靜息電位(re

7、sting potential,RP)是指細胞處于靜息狀態(tài)時,細胞膜兩側(cè)存在的電位差。 意義:是動作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)。,靜息電位測定示意圖,A: 電極A與B均置 于細胞外表面,B:電極A置于 細胞外,電 極B插入細 胞內(nèi),記錄 到細胞內(nèi)外 的電位差,靜息電位產(chǎn)生的機制,產(chǎn)生條件主要有兩個: 細胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均,即存在濃度差; 在不同狀態(tài)下,細胞膜對各種離子的通透性不同。,膜電位幾種狀態(tài),極 化:安靜時存在于膜兩側(cè)的穩(wěn)定的內(nèi)負 外正的狀態(tài)。 超極化:膜內(nèi)負電位增大。 去極化:膜內(nèi)負電位減小。 復(fù)極化:細胞發(fā)生去極化后,膜電位有恢 復(fù)到極化狀態(tài)。,(二)動 作 電 位,概念:動作電 位(

8、action potential,AP)是指細胞受刺激時在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可擴布的電位變化。 意義:是細胞處于興奮狀態(tài)的標志。,單一神經(jīng)纖維的動作電位示意圖,動 作 電 位 的 產(chǎn) 生機制,動作電位的產(chǎn)生條件與閾電位,閾電 位:能觸發(fā)動作電 位的膜電 位臨界值 。閾電位大約比正常靜息電位的絕對值小1020mV 。 動作電 位的產(chǎn)生條件:靜息電位去極化達到閾電 位水平。,動 作 電 位 的 特 點,動作電位呈“全或無”現(xiàn)象:動作電位一旦產(chǎn)生就達到它的最大值,其變化幅度不會因刺激的加強而增大; 不衰減性傳導(dǎo):動作電位一旦在細胞膜的某一部位產(chǎn)生,就會立即向整個細胞膜傳布,而它的幅度不會因為傳布距

9、離的增加而減小,可迅速擴布到整個細胞膜; 脈沖式:由于絕對不應(yīng)期的存在,動作電位不能重合在一起,動作電位之間總有一定的間隔而形成脈沖式圖形。,局 部 興 奮,局部興奮的基本特性,(1)不是“全或無”的,而是隨著閾下 刺激的增大而增大; (2)不能在膜上作遠距離的傳播; (3)局部興奮是可以互相疊加的, 包括 空間性總和 時間性總和,興奮在同一細胞上的傳導(dǎo),A靜息時,B 發(fā) 生 興 奮 后,C 傳 導(dǎo) 過 程 中,五、可興奮細胞及其興奮性 興奮性:機體感受刺激產(chǎn)生反應(yīng)的特性或能力。 (一)刺激與反應(yīng) 刺激:能被機體感受而產(chǎn)生反應(yīng)的環(huán)境變化。 刺激的三個要素:刺激的強度 刺激的作用時間 刺激強度的

10、變化率 反應(yīng):接受刺激后,人體或其組成部分發(fā)生活動狀態(tài)的改變。,反應(yīng)的兩種表現(xiàn)形式:興奮和抑制 興奮:機體接受刺激后,由相對靜止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為活動狀態(tài)或活動狀態(tài)的加強。 抑制:機體接受刺激后,由活動狀態(tài)轉(zhuǎn)為相對靜止?fàn)顟B(tài)或活動狀態(tài)的減弱。 可興奮組織:神經(jīng)、肌肉、腺體 (二)興奮性的指標閾值 閾值(閾強度):引起組織產(chǎn)生反應(yīng)的最小刺激強度。 關(guān)系:反變關(guān)系。 閾刺激、閾上刺激、閾下刺激,(三)興奮性的周期性變化 絕對不應(yīng)期(absolute refractory period,ARP):興奮性為0 相對不應(yīng)期(relative refractory period,RRP ) 興奮性低于正常 超常期(s

11、upranormal period):興奮性高于正常 低常期(subnormal period):興奮性低于正常,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,本節(jié)主要以骨骼肌為例討論以下內(nèi)容: 運動神經(jīng)的興奮如何傳遞給骨骼肌細胞而使它產(chǎn)生興奮; 骨骼肌細胞的興奮如何引發(fā)它收縮; 肌細胞的收縮機制; 骨骼肌的收縮形式; 影響骨骼肌收縮的因素。,(一)骨骼肌神經(jīng)-肌接頭處興奮的傳遞,骨骼肌的神經(jīng)-肌接頭處的結(jié)構(gòu) : 接頭前膜:是運動神經(jīng)末稍嵌入肌細胞膜的部位 ; 接頭后膜(運動終板或終板模):是與頭前膜相 對應(yīng)的肌細胞膜; 接頭間隙 :間隔約50nm ,充滿了細胞外液。,神經(jīng)-肌接頭處的超微結(jié)構(gòu)示意圖,(二)神經(jīng)-

12、骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程,神經(jīng)-骨骼肌接頭處興奮傳遞的特點,單向性傳遞: 即興奮只能從接頭前膜傳向接頭后膜,而不能反傳; 時間延擱: 神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞過程須經(jīng)過許多步驟、耗時較長,一次興奮傳遞約需0.51.0ms; 易受環(huán)境變化的影響: 因接頭間隙充滿了細胞外液,而細胞外液的成分易受內(nèi)外環(huán)境變化的影響,如Ca+、H+ 等濃度及滲透壓改變、膽堿酯酶活性、某些藥物等,都可影響興奮傳遞過程。,(三)骨骼肌的興奮-收縮耦聯(lián),概念:骨骼肌細胞興奮時肌膜產(chǎn)生的電變化導(dǎo)致肌肉收縮的機械變化的過程被稱為興奮-收縮耦聯(lián)(excitation-contraction coupling)。 三個步驟:

13、 電興奮通過橫管系統(tǒng)傳向肌細胞的深處; 三聯(lián)管結(jié)構(gòu)處的信息傳遞; 肌漿網(wǎng)(即縱管系統(tǒng))對 Ca2+釋放和再聚積。,骨骼肌細胞的肌原纖維和肌管系統(tǒng),骨骼肌的收縮機制,(四)骨骼肌的收縮形式,1.等長收縮和等張收縮 等長收縮:肌肉收縮時不產(chǎn)生長度的變化而僅產(chǎn)生肌張力的增加,這種形式的肌肉收縮稱為等長收縮; 等張收縮:在一定的張力基礎(chǔ)上產(chǎn)生肌肉的收縮時,肌肉的張力不變而產(chǎn)生肌肉的縮短,這種形式的收縮稱為等張收縮。 2.單收縮和強直收縮 單收縮:骨骼肌受到一次有效刺激,引起肌肉一次迅速的收縮,稱為單收縮。 強直收縮:肌肉受到連續(xù)的有效刺激時,當(dāng)刺激頻率達到一定程度時,引起肌肉收縮的融合而出現(xiàn)強而持續(xù)的

14、收縮,稱為強直收縮 。,單 收 縮 和 強 直 收 縮,(五)影響骨骼肌收縮的主要因素,1.前負荷:當(dāng)肌肉前負荷逐漸增大時,它每次收縮所產(chǎn)生的主動張力也相應(yīng)地增大;當(dāng)前負荷超過最適初長度后,再增加前負荷反而會使主動張力越來越小,以致最后下降到零。 2.后負荷 : 后負荷增加,收縮張力增加而收縮速度減小,當(dāng)后負荷增大到一定程度時肌肉產(chǎn)生最大的張力,而縮短速度為零。 3.肌肉收縮能力:肌肉收縮能力增強,使肌肉收縮的張力增加、收縮速度加快,使它的作功效率增加。,不同初長度時粗、細肌絲重合程度和產(chǎn)生張力的關(guān)系示意圖,復(fù)習(xí)題,1.細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式有哪些?簡述鈉-鉀泵的作用及意義。 2.簡述靜息電位的產(chǎn)生機制及影響靜息電位大小的因素。 3.何謂動作電位?簡述動作

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