最新生理学杨莉细胞基本功能-PPT文档.ppt

第一节 细胞膜的物质转运功能,一、细胞膜的结构,细胞膜化学组成,（一）脂质双分子层 （二）蛋白质 （三）糖类,（一）脂质双分子层 1、双分子层形成必然 2、脂质类型 3、脂质在细胞内外层 分布特点,（二）蛋白质 蛋白质功能：决定生物膜的功能 1、与物质转运有关，如载体蛋白、通道蛋白、离子泵 2、与信息传递有关，如受体蛋白 3、与能量转化有关，如腺苷酸环化酶系统,（三）糖类 功能：识别标志,细胞的基本功能 两大基本功能 1、跨膜物质转运功能 2、跨膜信号转导功能,跨膜物质转运的方式 （一）单纯扩散 （simple diffusion ） 概念：脂溶性物质从高浓度侧向低浓度侧 跨膜转运,影响因素： *动力：浓度差 *阻力：通透性（ permeability ） 通透性 ：物质通过膜的难易程度,（二）易化扩散（facilitated diffusion ）（1） 概念：在膜蛋白的帮助下物质从高浓度侧向低 浓度侧跨膜转运,特点：从高浓度到低浓度 特异性 受调节 分类： *载体（ carrier） *通道（ channel）,载体（ carrier） ：有饱和现象,*通道（ channel）： 通透性大、变化快门控（Gating） 化学门控通道（chemically-gated channel） 电压门控通道（voltage-gated channel） 机械门控通道（mechanically-gated channel）,钾通道,水通道,（三）主动转运 （ active transport ） 1. 概念：通过细胞本身的耗能将物质从低浓度侧向高浓度侧跨膜转运 被动转运 （ passive transport ）单纯扩散、易化扩散,2. 分类： *原发性主动转运 （primary active transport ） 钠-钾泵（sodium-potassium pump，钠泵） 钙泵（ calcium pump） H+泵 *继发性主动转运 （secondary active transport ）,Jens C. Skou “for the first discovery of an ion-transporting enzyme, Na+, K+ -ATPase“ 1997年诺贝尔化学奖,钠-钾泵活动生理意义 *胞内低Na，维持细胞体积 *胞内高K，酶活性-新陈代谢正常进行 * 势能储备 钠、钾的易化扩散 继发性主动转运，联合转运（cotransport） * 影响膜电位,继发性主动转运，联合转运（cotransport） 同向转运（symport） 逆向转运（antiport） Na+-葡萄糖同向转运 Na+-Ca 2+逆向转运 Na+-H+逆向转运,细胞外 高钠，低糖,细胞内 低钠，高糖,Na+,Ca 2+,Anitport,（四）入胞（endocytosis）和 出胞（exocytosis）,入胞和出胞：大分子、团块 膜的运动 被动转运、主动转运：小分子,演示请单击图,入胞（ endocytosis） 吞噬 (phagocytosis) 吞饮 (pinocytosis),第三节 细胞的生物电,一、静息电位（Resting Potential,RP),安静状态下细胞膜两侧的电位差,极化 (polarization):,去极化（depolarization),超极化(hyperpolarization),复极化（repolarization),静息电位（Resting Potential,RP),RP的形成机理：,促进K+外流的浓度势能,阻碍K+外流的电场力,K+的净外流为零,RP的形成条件：,细胞内外K分布不均匀 安静时膜对K选择性通透,证明：,1、Nernst 公式 Ek= ln Ek= 59.5 Log K+ o/K+ i (mV) 理论值 87mV，实际值 77mV,2、改变细胞外液中的K+浓度,RT ZF,K+o K+i,RP的产生 * EK * Na内流 * Na泵,Em= Ek + ENa,PK PK+PNa,PK PK+PNa,PNa越大，Em越小,小结 * 少量的K+跨膜流动就可引起膜电位的明显变化 细胞内K+只降低1/100000 * 未配对的离子集中在膜的内外表面 * 膜电位与平衡电位的差值是驱动离子跨膜流动的动力 * 已知离子的浓度差可计算其平衡电位,二、动作电位 (Action Potential, AP),1.概念,二、动作电位 (Action Potential, AP),AP：细胞受刺激后在RP基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原 兴奋（excitation）：产生AP 兴奋性（excitability）：接受刺激产生AP的能力,上升支 去极化（-70 0 mV） 超射（0 +30mV） 下降支 复极化（+30mV 接近-70mV） 去极化后电位（负后电位） 超极化后电位（正后电位）,峰电位,后电位,AP,2. AP产生机制,膜内外Na+不均匀分布（外高内低） 膜突然对Na+通透增大（ Na+通道开放） Na+内流达Na+平衡电位,去极化,复极化 ：Na+通道关闭， K+通道开放， K+外流,1、Nernst公式 ENa= 59.5 Log Na+o/Na+i (mV) 超射值= ENa,2、改变细胞外液的Na浓度,3、河豚毒(tetrodotoxin,TTX）,4、电压钳或膜片钳,证据,河豚鱼,3. 钠通透性变化的本质,图2-15 膜片钳实验布置示意图 A：图中Ip为记录到的单通道电流，VCMD决定设定的膜电位数值 B：在大鼠胚胎骨骼肌细胞膜片上记录到的由ACH激活的单通道 离子电流，强度为pA（皮安）级,图2-16 电压门控Na+通道的膜片钳记录 A：随着静息电位（Em）由110mV突然固定到50mV， 在3次膜片钳实验记录到的离子电流 B：将144次膜片钳记录 到的离子电流曲线进行平均叠加，得到一条类似图2-13中曲 线C的Na+电流曲线，说明后者是多数Na+通道激活的结果,失活,复活,复极到RP,去极,自动,备用状态,失活状态,激活状态,去极化时，将引起 电压门控Na+通道的激活开放，膜对Na+的通透性可增高5000倍，Na+顺电-化学梯度迅速内流而形成AP的升支 电压门控Na+通道的时间依从性失活，导致Na+通道的关闭和Na+内流的停止 电压门控K+通道延迟性开放，膜对K+的通透性增高，K+顺电-化学梯度外流而形成动作电位的下降支，也使得Na+通道复活到备用状态,后电位的产生机制,去极化后电位（负后电位）：细胞外一过性K蓄积 超极化后电位（正后电位）： 膜对K+仍具有较高的通透性 Na泵活动增强,4.阈电位与动作电位的引起,阈电位（threshold membrane potential） 能引起Na通道大量开放而爆发AP的临界膜电位水平,刺激 Na通道开 Na内流 去极化 AP升支,K通道开,AP降支,K外流,再生性循环,5.局部电位（local potential),由阈下刺激引起的小的电位变化 *大小与刺激强度有关 *衰减传播-电紧张性扩布 （electrotonic propagation ） *可能总和 时间性和总（temporal summation） 空间性总和（spatial summation ）,6.动作电位的传导,局部电流（local current ） 跳跃传导（saltatory conduction ） 速度快 节能,7.影响传导的因素 细胞膜的被动电学特性,rm,ri,ro,Cm,等效电路,rm,ri,ro,Cm,Vx= Vo * e-x/ 当 x= Vx= Vo * e-1 空间常数 （） =,rm,ro,Cm,ri,时间常数（）,电位上升或下降达稳定值的63%所需要的时间,影响传导的因素 神经纤维的直径 半径增大，ri降低，增大，局部电流向前影响范围大，传导快 半径增大，ri降低，时间常数降低，局部电流向前影响加快，传导快 2. AP上升支的速度和幅度 速度快，幅度大，传导快,8.动作电位的特点：,* 大小与刺激强度无关,* 不衰减传导,* 不能融合,全或无 (all or none),9.兴奋性的周期性变化：,绝对不应期( absolute refractory period),相对不应期(relative refractory period),低常期(subnormal period),超常期( supranormal period),影响兴奋性的因素 1. RP 2. 阈电位 3. 细胞外Ca2+,三、兴奋在细胞间的传递 * 直接电传递-缝隙连接 * 化学性传递-神经肌接头,直接电传递-缝隙连接,直接电传递的特点 双向 无延搁,神经-肌接头兴奋的传递,神经骨骼肌接头处的信息传递,神经末稍AP,轴突末稍膜上Ca2+通道开放,Ca2+内流,接头前膜呈量子式释放ACh,ACh经间隙扩散,ACh与终板膜上ACh受体结合,终板膜上化学门控通道开放，对Na+ 、K+ （尤其是Na+ ）的通透性增加,Na+ 内流（主）、K+外流,终板膜去极化，终板电位,总和,邻近肌细胞膜去极化达阈电位,肌细胞产生AP,终板电位（endplate potential） *大小与Ach释放量有关 *电紧张性扩布 *可能总和 微终板电位（miniature endplate potential） 0.4 mV,神经肌接头化学传递的特征：,*：传递 足量释放，及时清除（胆碱脂酶）,*单向性传递,*时间延搁,*易受药物和其他环境因素的影响,影响神经肌接头化学传递的因素,肉毒杆菌毒素，可抑制Ach的释放。 有机磷农药可抑制胆碱酯酶，ACh积聚,出现肌细胞挛缩等中毒症状。 美洲箭毒可以同ACh竞争结合位点, 肌松剂。 接头后膜上ACh受体功能异常,重症肌肉无力。,箭毒木，又名见血封喉（Antiaris toxicaria）,专题三 肌细胞的收缩功能,一、骨骼肌收缩的分子机制 滑行理论（sliding theory ） （一）肌丝的分子结构 （二）收缩过程,骨骼肌纤维 (skeletal muscle),2. 骨骼肌,肌 节,暗 (A) 带,明 (I) 带,H 带,M 带 （线）,Z 线,Z线,暗带,暗带,明带,Z线,粗肌丝,细肌丝,Z线,肌动蛋白,肌钙蛋白,原肌凝蛋白,粗肌丝,肌凝蛋白,细肌丝,粗肌丝-肌凝蛋白（肌球蛋白） *头部：横桥（cross-bridge） 与肌动蛋白结合 ATP酶活性（需与肌动蛋白结合 ） *杆部 ： 粗肌丝主杆,细肌丝 * 肌动蛋白（actin） 组成细肌丝主杆 与横挢结合，激活其ATP酶 * 原肌球蛋白（tropomysin） 阻止肌动蛋白与横挢结合 * 肌钙蛋白（tropoin） TnT：与原肌球蛋白结合 TnI： 肌动蛋白结合 TnC：与Ca2+结合,MS,AT,TM,T,I,C,Ca2+,Ca2+,安静状态,胞浆Ca2+,肌钙蛋白复合物,原肌凝蛋白,肌凝蛋白与粗肌丝,肌钙蛋白,肌动蛋白,原肌凝蛋白,（三）兴奋收缩藕联 （Excitation-contraction coupling） 概念：动作电位为特征的兴奋与以肌丝滑行为特征的收缩联系起来的中介过程 1.肌管系统 T管 L管 终池 三联管结构,肌浆网,2.兴奋收缩藕联过程 电兴奋通过T管传入细胞内 三联管结构处的信息传递 L管释放Ca2+和再摄取Ca2+,心肌,骨骼肌,T小管粗 L小管少 终池少 二联体,三联管结构处的信息传递,二、骨骼肌收缩的力学分析（1） （一）骨骼肌收缩的外部表现 长度缩短 或/和 张力增高 等张收缩（isotonic contraction） 等长收缩 （isometric contraction） 单收缩（single twich） 强直收缩（tetanus）,单收缩,不完全强直收缩,不完全强直收缩,完全强直收缩,二、骨骼肌收缩的力学分析（2） （二）前负荷对收缩的影响 *前负荷（preload） 肌肉收缩之前所遇到的负荷， 决定初长度 *初长度（initial length） 肌肉收缩之前的长度 *长度-张力曲线,图2-24 肌肉初长度对肌肉收缩的影响 A：在实验布置中，下方是张力换能器，它位置固定，能把所受张力转变为相应的 电信号，上方旋钮可将肌肉初长在给肌肉刺激前固定于预定长度 B：3条曲线分别代表肌肉在初长度改变时的张力改变情况，被动张力指改变初长而 尚未收缩的肌肉的张力改变，总张力是在已有被动张力的基础上肌肉收缩时产生的 主动张力与前者之和,在一定范围内，前负荷越大，初长度越长，粗细肌丝的有效重叠越多，肌肉收缩越强。当肌肉收缩达到最大时所对应的为最适前负荷和最适初长度,二、骨骼肌收缩的力学分析（3） （二）后负荷对收缩的影响 *后负荷（after-load）肌肉收缩开始之后所遇到的负荷， 后负荷 肌肉收缩的张力 肌肉收缩的张力缩断速度 肌肉收缩的张力缩断长度 肌肉收缩的张力缩断开始的时间延后 * 张力-速度曲线,二、骨骼肌收缩的力学分析（4） （三）肌肉收缩能力对收缩的影响 肌肉收缩能力（contractility）：决定肌肉收缩效能的内在特性 肌肉收缩能力 收缩效能,谢 谢,