细胞的基本功能 (4).ppt

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1、关于细胞的基本功能关于细胞的基本功能(4)现在学习的是第1页，共52页跨膜转运被动被动主动主动扩散扩散易化扩散易化扩散原发原发继发继发载体载体通道通道方向方向高高低低低低高高介导蛋白介导蛋白无无有有有有有有有有饱和饱和无无有有无无有有有有特异性特异性无无有有有有有有有有能量能量不需要不需要不需要不需要不需要不需要需要需要需要需要举例举例COCO2 2,OO2 2葡萄糖、葡萄糖、氨基酸氨基酸K K+,Na,Na+,CaCa2+2+NaNa+,K,K+,CaCa2+2+,H,H+葡萄糖、葡萄糖、氨基酸氨基酸现在学习的是第2页，共52页Summary of Membrane Receptors现在学

2、习的是第3页，共52页第三节细胞的生物电现象（Bioelectricity Phenomena of the cell)现在学习的是第4页，共52页细胞的生物电现象细胞的生物电现象Bioelectric Phenomena of CellBioelectric Phenomena of Cell生物电：生物电：伴随着细胞生命活动，可兴奋细胞无论在静息状伴随着细胞生命活动，可兴奋细胞无论在静息状态还是在活动过程中都表现有电的变化态还是在活动过程中都表现有电的变化细胞的生物电活动是器官生物电产生的基础。临床上用细胞的生物电活动是器官生物电产生的基础。临床上用于辅助性诊断于辅助性诊断 大量细胞的总和

3、表现大量细胞的总和表现跨膜电位：跨膜电位：膜内外两侧带电离子的不均匀分布和一定膜内外两侧带电离子的不均匀分布和一定条件下离子的跨膜移动而产生的细胞膜两侧的电位差条件下离子的跨膜移动而产生的细胞膜两侧的电位差细胞外电位记录：细胞外电位记录：如心电图、脑电图等如心电图、脑电图等细胞内电位记录：细胞内电位记录：单细胞电位测定单细胞电位测定现在学习的是第5页，共52页细胞的生物电现象细胞的生物电现象Bioelectric Phenomena of CellBioelectric Phenomena of Cell细胞的静息电位及其产生原理细胞的动作电位及其产生原理组织的兴奋和兴奋性现在学习的是第6页，

4、共52页 静息电位静息电位静息电位静息电位(resting potential)(resting potential)膜内为负，膜外为正的跨膜电位差膜内为负，膜外为正的跨膜电位差 大小一般在大小一般在-10 mV-100 mV-10 mV-100 mV 骨骼肌细胞：骨骼肌细胞：-90mV;-90mV;神经细胞：神经细胞：-70-90 mV;-70-90 mV;平滑肌细胞：平滑肌细胞：-50-60 mV;-50-60 mV;红细胞：红细胞：-10mV-10mV 绝大多数细胞的静息电位是一种均匀分布的、稳定绝大多数细胞的静息电位是一种均匀分布的、稳定的直流电位的直流电位静息电位是活细胞的一种表现静

5、息电位是活细胞的一种表现 Fig 2细胞的静息电位细胞的静息电位现在学习的是第7页，共52页膜电位变化中的几种状态膜电位变化中的几种状态膜电位变化中的几种状态膜电位变化中的几种状态 极化极化极化极化(polarization)(polarization)(polarization)(polarization)：细胞处于安静状态，内负外正：细胞处于安静状态，内负外正反极化反极化反极化反极化(reverse polarization)(reverse polarization)(reverse polarization)(reverse polarization)：膜内电位由负转正，膜：膜内电位由

6、负转正，膜外电位由正转负外电位由正转负 去极化去极化去极化去极化(depolarization)(depolarization)(depolarization)(depolarization):在极化的基础上，膜内外电位差减在极化的基础上，膜内外电位差减小小细胞处于兴奋状态细胞处于兴奋状态 复极化复极化复极化复极化(repolerization)(repolerization)(repolerization)(repolerization):depolarization polarization:depolarization polarization超极化超极化超极化超极化(hyperpola

7、rization)(hyperpolarization)(hyperpolarization)(hyperpolarization)：膜内负值增大，：膜内负值增大，polarizationpolarization加剧加剧细胞处于抑制状态细胞处于抑制状态Fig 3细胞的静息电位细胞的静息电位现在学习的是第8页，共52页生物电产生的原理生物电产生的原理 Resting potential产生的原理 细胞膜内、外离子不均衡分布；细胞膜内、外离子不均衡分布；细胞膜内、外离子不均衡分布；细胞膜内、外离子不均衡分布；安静时膜对K+有permeability；K的电化学驱动力：K有向细胞外扩散的动力膜两侧的

8、离子浓度梯度膜两侧的电位差形成的电位梯度；为细胞膜保持膜内较膜外为负的基础离子流学说：离子流学说：离子流学说：离子流学说：现在学习的是第9页，共52页 Resting potentialEk Why?nongated ion channel(非门控通道)K+外流Na+内流Resting potentialResting potential膜内外离子浓度梯度的维持：Na+K+pump影响静息电位的主要因素：膜内、外K+浓度差；膜对K+和Na的相对通透性；NaK泵活动的水平。现在学习的是第10页，共52页动作电位动作电位动作电位 (action potential)(action potentia

9、l)n n可兴奋细胞受到一个阈刺激或阈上时，膜电位在静息可兴奋细胞受到一个阈刺激或阈上时，膜电位在静息电位的基础上产生一个迅速的、可逆的、可传导的电位的基础上产生一个迅速的、可逆的、可传导的电位变化。电位变化。n n不同组织细胞受到刺激后所产生的动作电位的波不同组织细胞受到刺激后所产生的动作电位的波形不同形不同n n三种可兴奋细胞动作电位三种可兴奋细胞动作电位 运动神经元：运动神经元：2 ms2 ms 骨骼肌细胞：骨骼肌细胞：5 ms5 ms 心室肌细胞：心室肌细胞：200 ms200 ms现在学习的是第11页，共52页动作电位动作电位动作电位动作电位(action potential)(ac

10、tion potential)峰电位峰电位峰电位峰电位(spike):(spike):(spike):(spike):相当于绝对不应期相当于绝对不应期 上升支上升支:DepolarizationDepolarization 下降支下降支:Repolarization Repolarization 后电位后电位(afterpotential)(afterpotential)负后电位负后电位(negative afterpotential)(negative afterpotential)或去极化后或去极化后电位电位 (after-depolarization):(after-depolariza

11、tion):相当于超常期相当于超常期 正后电位正后电位(positive afterpotential)(positive afterpotential)或超极化后电位或超极化后电位(after-(after-hyperpolarization)hyperpolarization)：相当于低常期：相当于低常期Fig 动作电位现在学习的是第12页，共52页动作电位的特点n n“全或无”(all-or-none)现象阈刺激 n n不衰减性传导整个细胞依次产生波幅和波形不变的动作电位n n脉冲式现在学习的是第13页，共52页膜通透性：膜通透性：膜允许某种物质从膜的一侧转移到另一侧的能力膜电导膜电导(

12、G)：膜运送带电离子，形成离子电流的能力电压钳（电压钳（voltage clamp）：又叫电压固定）：又叫电压固定原理：原理：欧姆定律 V=IR；膜电导(G)=1/膜电阻(R)跨膜离子电流(I)=V/R=VG;只要固定膜电位(V),测出的跨膜电流(I)的变化，既可反应膜通透性的改变工具药：工具药：Na+通道阻断剂河豚毒(tetrodotoxin,TTX)K+通道阻断剂 四乙基胺(tetraethylammonium,TEA)膜片钳膜片钳(patch clamp)是一种记录膜结构中单一通道的开放和关闭，测量单通道离子电流I和电导G的技术 Fig电压钳（voltage clamp）和膜片钳(pat

13、ch clamp)的应用 Fig现在学习的是第14页，共52页Action potential(AP)和门控通道和门控通道 膜对膜对Na、K通透性发生变化而形成。通透性发生变化而形成。AP 原理：原理：depolarizationNa+内流(Na+ion channel)repolarizationK+外流(K+ion channel)AP和细胞兴奋性的变化和细胞兴奋性的变化绝对不应期：绝对不应期：兴奋性兴奋性0，Na通道失活状态通道失活状态相对不应期：相对不应期：阈上刺激才引起兴奋，阈上刺激才引起兴奋，Na通道尚未恢复正常通道尚未恢复正常超常期：超常期：阈下刺激既可引起兴奋，阈下刺激既可引起

14、兴奋，Na通道恢复正常通道恢复正常低常期：低常期：阈上刺激才引起兴奋，阈上刺激才引起兴奋，Na通道恢复正常，但通道恢复正常，但Na泵活动增强，泵活动增强，超极化超极化状态状态FigFig动作电位的形成机制现在学习的是第15页，共52页Summary:膜的 depolarization Na+channel打开Na+内流 Na+equilibrium potentialFigNa+channel关闭K+channel延迟开放repolarizationAfter hyperpolarization voltage gated channel 在膜电位返回resting potential 之后才

15、开始关闭现在学习的是第16页，共52页n n阈电位：引起AP的最低膜电位n n阈下刺激：引起膜内电位升高，但达不到AP的刺激n n局部电位：引起膜内电位升高特点：1 1、局部电紧张性扩布，指数衰减；、局部电紧张性扩布，指数衰减；2 2、等级性，不是、等级性，不是“全和无全和无”；3 3、可以总和（或叠加）、可以总和（或叠加）空间总和刺激强度空间总和刺激强度(intensity)(intensity)时间总和刺激的持续时间时间总和刺激的持续时间(duration)(duration)阈电位、阈下刺激和局部电位Fig现在学习的是第17页，共52页n n局部电流：局部电流：兴奋部位和尚未兴奋部位之间

16、存在电位差，引起兴奋部位和尚未兴奋部位之间存在电位差，引起由正极向负极的小电流由正极向负极的小电流n n局部电流提高邻近部位膜电位达阈电位，产生局部电流提高邻近部位膜电位达阈电位，产生APAP特点：特点：1 1、局部电流局部电流 阈电位，阈电位，“安全安全”2 2、双向传导双向传导 3 3、不衰减不衰减 （AP AP 传导不衰减）传导不衰减）4 4、有髓鞘神经纤维的传导：有髓鞘神经纤维的传导：“跳跃式传导跳跃式传导”n n影响传导速度的因素：影响传导速度的因素：1 1、轴突直径、轴突直径2 2、NaNa通道密度通道密度3 3、神经纤维有无髓鞘、神经纤维有无髓鞘AP在同一细胞上的传导Fig现在学

17、习的是第18页，共52页CytosolExtracellularfluidCation+Anion-VoltmeterAnion-Anion-Anion-Cation+60-0 +现在学习的是第19页，共52页现在学习的是第20页，共52页+0 -Er=70-75 mV神经元静息电位的检测神经元静息电位的检测现在学习的是第21页，共52页-0 +DiffusionInsideOutside(a)Developing membrane potentialmVCell90DiffusionChargeInsideOutsideCell(b)Electrochemical equilibriummV

18、Potassium ionOrganic anion-0 +现在学习的是第22页，共52页+-StimulatorAxonMicroelectrodeInside axonCROOvershoot现在学习的是第23页，共52页Stimulus appliedTime(msec)After-hyperpolarizationgKgNaRepolarizationDepolarizationVm(mV)Overshoot膜电导变化与膜电位变化的关系现在学习的是第24页，共52页CLOSEDOPEN(a)Ion channel(b)Voltage-gated channel(c)Ligand-gat

19、ed channel离子通道的种类现在学习的是第25页，共52页Resting state-90 mVVoltage-gated sodium ion channelActivation state-60+30mVInactivation state+30-90mV现在学习的是第26页，共52页Voltage-gated potassium channelOpen+30-90mVClosed-90+30mV现在学习的是第27页，共52页Na+channelsK+channels1.Resting state2.Depolarization3.Depolarization4.Repolariza

20、tionThresholdRestingRestingRestingRestingRestingThresholdThresholdThresholdThreshold5.Hyperpolarization现在学习的是第28页，共52页Stimulus appliedTime(msec)gKgNaVm(mV)少量少量Na 通道开放通道开放大量大量Na 通道开放通道开放Na 通道关闭，通道关闭，K通道完全开放通道完全开放K通道延迟开放通道延迟开放Na K泵运转泵运转After-hyperpolarizationRepolarizationDepolarizationK通道持续开放通道持续开放现在

21、学习的是第29页，共52页现在学习的是第30页，共52页Stimulus#1Stimulus#2(stronger)Time(milliseconds)Note the changes in threshold potential and AP amplitudeNon-refractoryperiodRelative Refractory Period(RRP)Absolute Refractory Period(ARP)Action Potential(AP)ThresholdThresholdMembrane Potential(mV)现在学习的是第31页，共52页Axonhillock

22、Short Time ConstantTimeLong Time ConstantThresholdTimeMembrane potential at axon hillock(mV)Membrane potential at axon hillock(mV)现在学习的是第32页，共52页AxonhillockTime Single excitatory postsynaptic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock(mV)现在学习的是第33页，共52页AxonhillockTime Single excitatory pos

23、tsynaptic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock(mV)现在学习的是第34页，共52页AxonhillockTime Simultaneous excitatory postsynaptic potentialThresholdMembrane potential at axon hillock(mV)现在学习的是第35页，共52页ABCDESinkSource现在学习的是第36页，共52页PropagationPropagationNodes of Ranviert1t2t3t4Sink SourceSink Sou

24、rceSink SourceSink SourceSink SourceSink Source Sink SourceSink SourceUNMYELINATED AXONAction potential generated at each succeeding adjacent membrane segmentMYELINATED AXONSaltatory conduction action potential jumps from node to node现在学习的是第37页，共52页现在学习的是第38页，共52页IonIonCytoplasm Cytoplasm(mmol/L)(mm

25、ol/L)Extracellular Extracellular fluid(mmol/L)fluid(mmol/L)Nernst potential Nernst potential(mV)(mV)K+K+4004002020-75-75Na+Na+5050440440+55+55Cl-Cl-5252560560-60-60A-A-385385-Distribution of the Major Ions Across the Membrane of the Squid Giant Axon现在学习的是第39页，共52页膜对膜对K K+通透通透现在学习的是第40页，共52页膜对膜对膜对膜对N

26、aNaNaNa+通透通透通透通透现在学习的是第41页，共52页现在学习的是第42页，共52页现在学习的是第43页，共52页现在学习的是第44页，共52页组织的兴奋和兴奋性组织的兴奋和兴奋性兴奋性兴奋性 ExcitabilityExcitability 刺激刺激(stimulus)(stimulus)反应反应(reaction)(reaction)动作电位动作电位 (action potential)(action potential)兴奋兴奋 ExcitationExcitation excitation action potential excitation action potential

27、 产生产生action potential action potential 的过程的过程可兴奋组织可兴奋组织 Excitable tissue:Nerves,Gland,MuscleExcitable tissue:Nerves,Gland,MuscleExcitability and factors for stimulus inducing excitationExcitability and factors for stimulus inducing excitation现在学习的是第45页，共52页兴奋产生的条件 刺激强度(intensity)刺激的持续时间(duration)强度对

28、时间的变化率(intensity-duration)阈强度 阈值(threshold)*组织的excitability 与 threshold 呈反比为衡量组织兴奋性高低的标准现在学习的是第46页，共52页现在学习的是第47页，共52页组织组织excitableexcitable及其恢复过程中及其恢复过程中excitabilityexcitability的变化的变化 绝对不应期绝对不应期(absolute refractory period):(absolute refractory period):兴奋性为零兴奋性为零相对不应期相对不应期(relative refractory period

29、):(relative refractory period):阈上刺激产生反应阈上刺激产生反应 超常期超常期(supranormal period):(supranormal period):阈下刺激产生反应阈下刺激产生反应 低常期低常期(subnormal period)(subnormal period)：超常期后一段时间内兴奋性超常期后一段时间内兴奋性低于低于正常，阈上刺激产生反应正常，阈上刺激产生反应绝对不应期存在的意义绝对不应期存在的意义绝对不应期存在的意义绝对不应期存在的意义：绝对不应期的长短决定了两次兴奋间的最小时间间隔。不论细胞受到绝对不应期的长短决定了两次兴奋间的最小时间间隔

30、。不论细胞受到多高频率的连续刺激，它在单位时间内所能兴奋的次数，亦即它产生多高频率的连续刺激，它在单位时间内所能兴奋的次数，亦即它产生动作电位的次数不会超过某一个最大值，后者恒小于绝对不应期所占动作电位的次数不会超过某一个最大值，后者恒小于绝对不应期所占时间的倒数。时间的倒数。现在学习的是第48页，共52页化学信号的传导化学信号的传导n nCalcium 细胞内细胞内细胞间细胞间现在学习的是第49页，共52页Intracellular calcium waves现在学习的是第50页，共52页Intercellular calcium waves现在学习的是第51页，共52页感谢大家观看现在学习的是第52页，共52页