1、生理学,山西医科大学生理学系 李建国,第二章 细胞的基本功能,Cell Function,Cell Function,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第二节 细胞的信号转导 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩,细胞膜的结构和物质转运功能,电镜下的细胞膜,一. 细胞膜的结构概述,液态镶嵌模型,细胞膜的结构和物质转运功能,液态镶嵌模型,脂质,蛋白质,糖类（极少）,一. 细胞膜的结构概述,（一）脂质双分子层胆固醇 70% 亲水的磷酸和碱基朝向细胞内外。疏水的脂肪酸烃链朝向膜中间。,细胞膜的结构和物质转运功能,一. 细胞膜的结构概述,细胞膜的结构和物质转运功能,脂质双层是一种二维流体,
2、一. 细胞膜的结构概述,细胞膜的结构和物质转运功能,（二）细胞膜蛋白质,整合蛋白 ：受体、载体、通道、离子泵,2.表面蛋白 ：,一. 细胞膜的结构概述,细胞膜的结构和物质转运功能,一. 细胞膜的结构概述,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,物质转运的两个必备条件1）细胞膜对物质有通透性 2）转运动力：如浓度差、电位差、渗透压差,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,概念：小分子物质从高浓度一侧向低浓度一侧跨细胞膜转运的过程，是一种物理现象。,特点： 顺浓度梯度/电位差； 不耗能； 不需膜蛋白协助。,单纯扩散,细胞膜的结
3、构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,O2、CO2,单纯扩散,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,易化扩散,概念： 大部分水溶性物质，在膜蛋白的帮助下，由高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧的扩散。,特点： 顺浓度梯度/电位差； 不耗能； 需膜蛋白协助。,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易化扩散,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易化扩散,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易化扩散,通道的两个特性,离子选择性门控特性,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易
4、化扩散,离子选择性：钠通道、钾通道、钙通道、 氯通道，非选择性阳离子通道、水通道等,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易化扩散,门控特性：,电压门控通道化学门控通道/配体门控通道机械门控通道,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（1）通道介导的易化扩散,转运特点：,转运速度快，可达每秒106-108个离子 有一定的离子选择性 门控特性,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（2）载体介导的易化扩散,如葡萄糖、氨基酸 机制：结合构象变化解离,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（2）载体介导的易化扩散,饱和现象特异性竞争性抑
5、制,转运特点：,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（2）载体介导的易化扩散,单向转运体 同向转运体 交换体,载体的类型（转运体）,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,耗 能 逆浓度差 需要载体,特点,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,原发性主动转运,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,钠-钾泵特点,具有ATP酶的活性：ATPADP双向转运Na+、K+：每分解一个ATP分子3个Na+出胞，2个K+入胞,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,细胞膜的结构和物质转运
6、功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,保持Na+、K+在细胞内外的浓度差，是一些重要生理功能的基础。 建立势能储备，促进其它物质逆浓度差跨膜转运。 维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定。 钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位。,钠泵的意义,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,继发性主动转运,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（3）主动转运,分类,同向协同 葡萄糖和氨基酸在小肠粘膜上皮细胞的吸收和在肾小管上皮细胞的重吸收,逆向协同 Na+/Ca2+交换 H/神经递质,继发性主动转运,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,细胞膜的结构和
7、物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（4）入胞和出胞,大分子物质或团块状物质通过形成质膜包被囊泡的跨膜转运。,概念,出胞入胞,吞噬吞饮,细胞膜的结构和物质转运功能,二. 物质的跨膜转运,（4）入胞和出胞,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第二节 细胞的信号转导 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩,Cell function,细胞的信号转导,生物物种的繁衍生物个体的生长、发育生命活动的维持机体内环境的稳定,多细胞生物所有的生命活动,细胞的信号转导,细胞的信号转导是机体生存必需的,细胞的信号转导,物理信号： 电， 光，机械,化学信号： 递质，激素,受体 是指能与信号分子特异结合而发挥
8、信号转导作用的蛋白质。,细胞的信号转导,离子通道受体介导的信号转导 G-蛋白耦联受体介导的信号转导 酶耦联受体介导的信号转导,细胞的信号转导,一. 离子通道受体介导的信号转导,离子通道受体属于递质门控通道。,细胞的信号转导,二. G蛋白耦联受体介导的信号转导,G蛋白耦联受体,配体,G蛋白 效应器,G蛋白,第二信使,酶 通道,细胞的信号转导,第二信使,环磷酸腺苷( cAMP) 三磷酸肌醇(IP3) 二酰甘油(DG) 环磷酸鸟苷( cGMP) Ca2+,二. G蛋白耦联受体介导的信号转导,细胞的信号转导,三.酶耦联受体介导的信号转导,受体分子的膜外侧有配体结合位点，膜内侧结构域本身具有酶的活性或能
9、与酶分子直接结合,Cell function,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第二节 细胞的跨膜信号转导 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩,第三节 细胞的生物电现象,Cell function,人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象。,第三节 细胞的生物电现象,Cell function,电鳐,静息电位及其产生机制 动作电位及其产生机制 组织的兴奋和兴奋性,第三节 细胞的生物电现象,Cell function,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,（一）细胞的静息电位,指细胞在未受刺激时（静
10、息状态下）存在于细胞膜内、外两侧的电位差（极化）。,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,骨骼肌细胞约：90mV 心肌细胞约： 90mV 神经细胞约： 70mV 平滑肌细胞约：55mV,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,电生理的几个基本概念:极化: 内负外正去极化: 负值减小复极化: 去极化后恢复极化状态超极化: 负值增大,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,哺乳动物骨骼肌,Outside cells,Inside Cell,Na+ 145 mM 12 mMK+ 4 mM 155 mM Cl- 120 mM 4 mM有机负离子 385 mMCa2+ 1mM 0.1
11、 uM,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,决定离子跨膜扩散的驱动力:浓度差-化学驱动力电位差-电驱动力,平衡电位: 当电化学驱动力为零时的跨膜电位。,细胞的生物电现象,（a) K在细胞内外的浓度差,一. 静息电位及其产生机制,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,（b） K由细胞内向细胞外的跨膜扩散,（a) K在细胞内外的浓度差,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,细胞的生物电现象,一. 静息电位及其产生机制,影响静息电位水平的因素,膜内外K+浓度差； 膜对K+和Na+的相对通透性； 钠-钾泵活动的水平。,细胞的生物电
12、现象,静息电位及其产生机制 动作电位及其产生机制 组织的兴奋和兴奋性,细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制,动作电位： 指细胞受到刺激时在静息电位基础上产生的可传布的电位变化。,ENa (+50 +70 mV) EK (-70 -90 mV),细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制,锋电位：是动作电位的标志后电位： 在锋电位后出现膜电位的低幅、缓慢的波动。,细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制, “全或无”现象; 不衰减性传导; 不发生总和。,动作电位的特点,细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制,膜电位的波动是由于带电离子跨膜流动产生的。离子电流 内向电流引起膜的
13、去极化 外向电流引起膜的复极化或超极化,细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制,膜电位的波动是由于带电离子跨膜流动产生的。离子电流 内向电流引起膜的去极化 外向电流引起膜的复极化或超极化离子电流的方向和速度取决于 离子在膜两侧受到的驱动力 膜对该离子的通透性(膜电导）,Na电流正反馈,细胞的生物电现象,二. 动作电位及其产生机制,动作电位产生的条件,钠通道通透性的变化,二. 动作电位及其产生机制,复活,AP的传播,二. 动作电位及其产生机制,AP的传播,二. 动作电位及其产生机制,AP的传播,二. 动作电位及其产生机制,局部电位,二. 动作电位及其产生机制,定义: 阈下刺激所引起受刺激局
14、部出现的较小的去极化电位波动,局部电位,二. 动作电位及其产生机制,局部电位,二. 动作电位及其产生机制,1.不是全或无2.衰减式传播3.电位可以总和,细胞的生物电现象,静息电位及其产生机制 动作电位及其产生机制 组织的兴奋和兴奋性,细胞的生物电现象,三.组织的兴奋和兴奋性,兴奋：细胞对刺激发生反应的过程。 可兴奋细胞：神经细胞、肌细胞、腺细胞。,（一) 兴奋和可兴奋组织,兴奋收缩耦联,兴奋分泌耦联,细胞的生物电现象,三.组织的兴奋和兴奋性,（一) 兴奋和可兴奋组织,阈强度:使组织发生兴奋的最小刺激强度,（二) 细胞兴奋后兴奋性的变化,细胞的生物电现象,三.组织的兴奋和兴奋性,（二) 细胞兴奋
15、后兴奋性的变化,细胞的生物电现象,三.组织的兴奋和兴奋性,连续刺激不可能引起AP的融合。,绝对不应期的意义:,细胞的生物电现象,三.组织的兴奋和兴奋性,Cell function,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第二节 细胞的跨膜信号转导 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩,Cell function,第四节 肌细胞的收缩,肌肉分类：,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,接头前膜：裸露的轴突末梢 电压门控钙通道 突触小泡（每个小泡约含有1万个ACh分子） 间 隙：50nm，充满细胞外液 接头后膜
16、：也称终板膜，含N2型乙酰胆碱受体、乙酰胆碱酯酶,神经冲动传到轴突末,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡中的ACh释放(量子释放),肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜
17、内囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，对Na、K (尤其Na)通透性,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，对Na、K (尤其Na)通透性,终板膜去极化MEPPEPP,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体
18、结合，对Na、K (尤其Na)通透性,终板膜去极化MEPPEPP,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，对Na、K (尤其Na)通透性,终板膜去极化MEPPEPP,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,爆发肌细胞膜动作电位,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,肌细胞的收缩,横纹肌,（一).骨骼肌神经肌接头处兴
19、奋的传递,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,（一).骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递,横纹肌,横纹肌,（二).横纹肌细胞微细结构,1. 肌原纤维和肌小节,横纹肌,（二).横纹肌细胞微细结构,横纹肌,（三).横纹肌的收缩机制,横纹肌,（三).横纹肌的收缩机制,肌丝滑行,横纹肌,（三).横纹肌的收缩机制,肌丝滑行,横纹肌,（四).横纹肌的兴奋收缩耦联,将电兴奋与机械收缩联系起来的中介机制,横纹肌,（四).横纹肌的兴奋收缩耦联,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,收缩效能: 张力缩短,收缩形式: 等张收缩等长收缩,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,前负荷 后负荷 肌肉收缩能力,内在的功
20、能状态,外部作用在骨骼肌上的力,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,定义：肌肉收缩前承受的负荷,作用：长度-张力关系曲线,1. 前负荷,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,机制：,粗、细肌丝重叠程度,初长度,作用：长度-张力关系曲线,1. 前负荷,定义：肌肉收缩前承受的负荷,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,2. 后负荷,定义： 肌肉在收缩过程中承受的负荷,作用： 张力-速度曲线,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,3.肌肉收缩能力对收缩的影响,定义：与负荷无关的、决定肌肉收缩效能的在特性。,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,4. 收缩的总和,运动单位数量的总和 频率效应的总和,目的：快速调节骨骼肌收缩的强度,形式：,横纹肌,（五).影响横纹肌收缩效能的因素,横纹肌,4. 收缩的总和,1、兴奋收缩耦联 2、激动剂收缩耦联,平滑肌,
