最新第二章.细胞的基本功能-PPT文档.ppt

第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,一、细胞膜的结构概述 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。,液态镶嵌模型（fluid mosaic model） 膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。,The cell membrane & its transport,Fluid mosaic model of membrane,二、物质跨膜转运,(一) 单纯扩散Simple diffusion 概念：脂溶性小分子物质从高浓度向低浓度转运。 是简单的物理扩散，为被动转运。 影响因素： 浓度差：是物质扩散的动力； 通透性：通透性愈大，扩散量也愈大。,O2, CO2, NH3, NO, etc.,(二) 易化扩散Facilitated diffusion,概念：非脂溶性或脂溶性小的物质借助细胞膜上蛋白质，从高浓度 向低浓度转运。属被动转运。 1.载体介导的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier 结构特异性 饱和现象 竞争性抑制 Glucose, amino acids, some ions, etc.,Facilitated diffusion via carrier,2.通道介导的易化扩散 Facilitated diffusion via ion channel,门控离子通道分为三类： 1. 电压门控通道： Voltage-gated channel Na+, K+, Ca2+, Cl channel 2. 化学门控通道：Chemically gated channel 3. 机械门控通道： Mechanically gated channel,Facilitated diffusion via ion channel,（三）主动转动 Active transport,概念：物质由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧。 耗能. 分类： 原发性主动转运：直接利用ATP能量 继发性主动转运：间接利用ATP能量 Secondary active transport,钠钾泵（sodium-potassium pump）,简称钠泵，也称Na+-K+依赖式酶。 作用：逆浓浓度差将细胞内的3个Na+移出膜外，同时把细胞外的2个K+移入膜内， 意义： 保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡分布 ,建立势能贮备. 钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件.,Sodium-potassium pump,Secondary active transport,逆浓度梯度或电位梯度转运，能量来自膜两侧Na+差， 而Na+差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。,（四）出胞和入胞 Exocytosis & endocytosis 概念：一些大分子物质或团块通过细胞本身的吞吐进出细胞的转运方式。,Exocytosis & endocytosis,Receptor mediated endocytosis,单纯扩散,经通道易化扩散,转运的物质:各种带电离子,转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质,经载体易化扩散,通道转运与钠-钾泵转运模式图,出胞：,入胞:,第二节 细胞的跨膜信号转导（略） Transmembrane signal transduction,跨膜信号转导方式分为三类： 离子通道介导的信号转导 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,第三节 细胞的电活动 Bioelectrical phenomena of the cell,生物电（bio-electricity） ：是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在的电现象。 两种表现形式： 安静时的静息电位和受刺激时的动作电位,一、膜的被动电学特征和电紧张电位 二、静息电位（resting potential，RP）,（一）概念 是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差。 意义：是动作电位产生的基础。,Measurement of resting potential (RP), Genesis of resting potential * Differences in the distribution of major ions between intra- & extra-cellular fluids * Variations in membrane permeability to those ions during rest * Outward diffusion of K+EK * Electrogenesis of sodium pump,（二）产生机制K+外流,静息状态下细胞膜内、外离子分布不均,Na+oNa+i 101, K+iK+o301,静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+ Cl- Na+ A-,K向膜外扩散至平衡电位(RP =K的平衡电位),膜电位几种状态,极 化：安静时存在于膜两侧的稳定的内负外正的状态。 超极化：膜内负电位增大。 去极化：膜内负电位减小。 复极化：去极化后膜电位恢复到极化状态。,三、动 作 电 位 action potential (AP),(一)概念 是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。 意义：是细胞处于兴奋状态的标志。,Action potential, Genesis of action potential * Depolarization phase Membrane permeability to Na+ENa Depolarization+overshoot * Repolarization phase Membrane permeability to Na+ Membrane permeability to K+Em Repolarization * After repolarization (resting phase) Sodium pumps work recovery of the distribution of K+i & Na+O,(二)产生机制,1、上升支由Na内流形成， 下降支是K外流形成的， 后电位是NaK泵活动引起的。 2、 AP=Na的平衡电位。,Changes of membrane conductance during AP, Several physiological terms * Polarization * Depolarization * Overshoot * Repolarization * Hyperpolarization * Spike & after-potential Negative & positive after-potential, The further mechanism Why does the membrane permeability change when the cell receives a stimulus? * Na+ channel is voltage dependent Stimulusa few Na+ channels open membrane depolarizationwhen reached the firing levela great amount of Na+ channels open (regenerative cycle) APs burst * Na+ channel has 3 states Resting, active & inactive states,Three states of Na+ channel, Experimental evidence * Voltage clamp technique By Hodgkin & Huxley in 1940 Principle: GNa=1/RNa=INa/(EmENa) GK=1/RK=IK/(EmEK) * Combined with pharmacological technique Na+ channel blocker: tetrodotoxin (TTX) K+ channel blocker: tetraethylammonium (TEA) * Patch clamp technique By Neher & Sakmann in 1976,1、膜内外存在Na+差: Na+O Na+i 101； 2、膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。 3、静息电位去极化达到阈电位水平。 阈电位： thresholdfiring level 能触发动作电位的膜电位临界值,一般比静息电位绝对值小1020mV 。 Threshold stimulus or Several subthreshold stimulidepolarizationfiring level,AP的产生条件与阈电位,（三）AP 的 特 点, “全或无”现象：AP一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大； 不衰减性传导：AP一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小； 脉冲式：由于绝对不应期的存在，AP不能重合在一起，总有一定的间隔而形成脉冲式图形。,A静息时,B 发 生 兴 奋 后,C 传 导 过 程 中,传导Conduction of action potential 1、Mechanism: local current,Conduction of AP along an unmyelinated fiber,Conduction of AP along an myelinated fiber,unmyelinated fiber,myelinated fiber,2、Characteristics: 1、生理完整性 2、双向性 3、相对不疲劳性 4、绝缘性 5、不衰减性或“全或无”现象,四、局部电位（局部兴奋）Local response 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化,Local response,Local response and its contribution to AP,局部兴奋的基本特性,（1）非“全或无”式； （2）衰减式传导； （3）可以总和。 空间性总和；时间性总和,五、可兴奋细胞及其兴奋性 1、有关概念 兴奋性：活组织或细胞对外界刺激产生AP的能力。 可兴奋细胞：受刺激后能产生AP的细胞。,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制 绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活 相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复 超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复 低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,2、细胞兴奋后兴奋性的变化,Relationship between excitation & AP,第四节 肌细胞的收缩(骨骼肌), 兴奋如何从运动神经传递给骨骼肌细胞； 骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩； 肌细胞的收缩机制； 骨骼肌的收缩形式； 影响骨骼肌收缩的因素。,Contraction of skeletal muscle,一、骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递,1、骨骼肌的神经-肌接头处的结构 neuromuscular junction 接头前膜运动神经末稍嵌入肌细胞膜的部位 ； 接头后膜（运动终板或终板模）与前膜相对应的肌细胞膜； 接头间隙 ：间隔约50nm ，充满了细胞外液。,Neuromuscular transmission,Neuromuscular transmission,2、神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程,Process of neuromuscular transmission,AP of somatic efferent nerve reach the terminal voltage gated Ca2+ channels open Ca2+ enter the terminal AChs quantal release, get across the cleft and then bond the N type ACh gated channels channels open, more Na+ enter & fewer K+ outflow the muscle cell endplate potential（EPP）AP,3、神经-骨骼肌接头处兴奋传递的特点,单向性传递: One-way conduction 时间延搁: Temporal delay 一次兴奋传递约需0.51.0ms 易受环境变化的影响: Easily affected by internal environmental factors 如Ca+、H+浓度及渗透压改变、胆碱酯酶活性、某些药物等,Characteristics of neuromuscular transmission,Myofibril, myotube system & sarcomere,二、骨骼肌的细微结构,骨骼肌细胞的结构,1、肌原纤维： 粗肌丝: 由肌球蛋白（肌凝蛋白）组成，横桥 细肌丝: 肌动蛋白：结合位点 原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点； 肌钙蛋白：与Ca2+结合 原肌球蛋白位移 暴 露结合位点。,2、肌管系统： 横管系统：T管； 纵管系统：L管； 三联管,3、肌(小)节: 肌细胞收缩的基本结构和功能单位。,Thick & thin filament,Molecular mechanism of contraction * Sliding theory * Directed proof: Shortening of muscle only seen in light band & not in dark band * Relative structure: myofibril & sarcomere Sarcomere: thick & thin filament Thick filament: myosin (contain cross bridge) Thin filament: actin, tropomyosin, troponin,三、骨骼肌的收缩原理,* Basic process Ca2+iCa2+ bond troponin troponins conformation changes tropomyosins conformation changes binding sites in the actin exposure cross bridge bond the binding site and draw thin filament sliding to the midline muscle shortening,Process of contractionfilament sliding,filament sliding,contract,relax,概念：中介机制 Triad: Longitudinal-Transversal- Longitudinal tubule 耦联剂：Ca2+(10-7M 10-5M) 步骤：肌膜AP沿横管膜传至三联管； 三联管结构处的信息传递；(L型钙通道) 肌质网（SR,即终池）对 Ca2+释放和回收. (JSR-RYR与LSR-钙泵),四、骨骼肌的兴奋-收缩耦联,Excitation-contraction coupling,骨骼肌收缩全过程小结：,1.兴奋传递,2.兴奋-收缩耦联,3.肌丝滑行,(一)骨骼肌的收缩形式 1.等长收缩和等张收缩 Isometric & isotonic contractions 2.单收缩和强直收缩 Single twitch & compound contraction 单收缩：一次有效刺激 一次迅速的收缩。 强直收缩：连续的一定频率的有效刺激 强而持续的收缩。,五、影响骨骼肌收缩效能的因素,Single twitch & compound contraction, Factors affecting muscular contraction * Preload * Afterload * Contractility of muscles,(二)影响骨骼肌收缩的因素,Length-tension curve,1、Preload,Preload & initial length Optimal preload & optimal length,（Isometric）,Force velocity relation curve,2、Afterload,Tension velocity & distance of shortening,（isotonic）,3、 Contractility of muscles 肌缩能力肌缩速度、幅度和张力 肌缩能力肌缩速度、幅度和张力 内在特性： .兴奋-收缩耦联期间胞浆内Ca2+的水平； .肌球蛋白的ATP酶活性。 调节因素： 神经递质、体液物质、病理因素和药物。,4、收缩的总和,运动单位的总和 频率效应的总和,