生理学第二章.ppt

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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能v第一节 细胞膜的结构和物质转运功能v第二节 细胞的信号转导v第三节 细胞的电活动v第四节 肌细胞的收缩本章要求掌掌 握握v1.1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；v2.2.原发性主动转运的概念和转运机制；原发性主动转运的概念和转运机制；v3.3.静息电位、动作电位的概念及产生机制；静息电位、动作电位的概念及产生机制；v4.4.动作电位、局部反应的特点；动作电位、局部反应的特点；v5.5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；v6.6.兴奋兴奋-收缩耦联的概念及其耦联物质收缩耦联

2、的概念及其耦联物质。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。糖类物质。液态镶嵌模型（液态镶嵌模型（fluid mosaic modelfluid mosaic model）的基本内容是：的基本内容是：以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子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。结构和生理功能的蛋白质。细胞膜的液态镶嵌模型细胞膜的液态镶嵌模型细胞膜的特点：1.液态。2.脂溶性物质易通过，水溶性物质选择性通过。细胞膜

3、两侧正常的离子分布：膜外主要阳离子膜外主要阳离子NaNa+、CaCa2+2+膜外主要阴离子膜外主要阴离子ClCl、HCOHCO3 3膜内主要阳离子膜内主要阳离子+膜内主要阴离子膜内主要阴离子PrPr二、细胞膜的物质转运功能二、细胞膜的物质转运功能(一一)单纯扩散单纯扩散1 1、概念、概念：脂溶性物质通过细胞膜顺浓度梯度：脂溶性物质通过细胞膜顺浓度梯度的自由转运过程。的自由转运过程。特点：特点：1 1、顺浓度、顺浓度2 2、不耗能、不耗能3 3、不需要膜、不需要膜蛋白的帮助蛋白的帮助对象：对象：O O2 2、COCO2 22 2、扩散的方向和速度、扩散的方向和速度：取决于物质在膜两侧的浓度：取决

4、于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。差和膜对该物质的通透性。3 3、影响扩散量的因素、影响扩散量的因素：浓度差：是物质扩散的动浓度差：是物质扩散的动力；力；通透性：通透性愈大，扩散量也愈大。通透性：通透性愈大，扩散量也愈大。(二二)易化扩散易化扩散定义：水溶性物质在特殊膜蛋白的帮助下，顺浓度梯度的转定义：水溶性物质在特殊膜蛋白的帮助下，顺浓度梯度的转 运过程。运过程。特点：特点：1 1、顺浓度、顺浓度2 2、不耗能、不耗能3 3、必需要膜蛋白的帮助、必需要膜蛋白的帮助2.载体介导（载体介导（via carriervia carrier）的跨膜转运（载体运输）的跨膜转运（载体运输）定义：

5、在载体蛋白的帮助下进行的易化扩散。定义：在载体蛋白的帮助下进行的易化扩散。对象：水溶性的小分子物质如葡萄糖、氨基酸。对象：水溶性的小分子物质如葡萄糖、氨基酸。特点：特点：载体蛋白质有较高的结构特异性。载体蛋白质有较高的结构特异性。饱和现象。饱和现象。竞争性抑制竞争性抑制。1 1、通道介导的易化扩散示意图、通道介导的易化扩散示意图通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散门控离子通道分为三类：门控离子通道分为三类：v1.1.电压门控通道电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如神经元上的Na+通道；v2.2.化学门控通道化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而开放,这类化学物质（配基）主要来自细

6、胞外液，如激素、递质等；v3.3.机械门控通道机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。2.载体介导（载体介导（via carriervia carrier）的跨膜转运（载体运输）的跨膜转运（载体运输）定义：在载体蛋白的帮助下进行的易化扩散。定义：在载体蛋白的帮助下进行的易化扩散。对象：水溶性的小分子物质如葡萄糖、氨基酸。对象：水溶性的小分子物质如葡萄糖、氨基酸。特点：特点：载体蛋白质有较高的结构特异性。载体蛋白质有较高的结构特异性。饱和现象。饱和现象。竞争性抑制竞争性抑制。载体介导的易化扩散（三）主动转动（三）主动转动v概念概念：物质在泵蛋白

7、的帮助下，逆浓度梯度的转运过程。物质在泵蛋白的帮助下，逆浓度梯度的转运过程。特点：特点：1 1、逆浓度、逆浓度2 2、耗能、耗能3 3、必需要泵蛋白的帮助、必需要泵蛋白的帮助 对象：水溶性物质对象：水溶性物质v分类分类：原发性主动转运、继发性主动转运原发性主动转运、继发性主动转运v二者区别二者区别：原发性主动转运：直接利用原发性主动转运：直接利用ATPATP能量能量继发性主动转运：间接利用继发性主动转运：间接利用ATPATP能量能量钠钾泵钠钾泵（sodium-potassium pump）简称钠泵钠泵，也称Na+-K+依赖式。v作用作用：在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的3个Na+移出膜

8、外，同时把细胞外的2个K+移入膜内，因而保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡离子分布。v意义意义：钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件；钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；钠泵活动最重要的在于它能逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外Na+和K+等顺着浓度差和电位差移动的能量来源。原发性主动转运示意图继继发发性性主主动动转转运运（四）入（四）入 胞胞 和和 出出 胞胞第二节细胞的跨膜信号转导功能第二节细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导方式分为三类：跨膜信号转导方式分为三类：v G G蛋白耦联受体介导的信号转导

9、（如激素的信号转导）；蛋白耦联受体介导的信号转导（如激素的信号转导）；v 酶耦联受体介导的信号转导（如生长因子酶耦联受体介导的信号转导（如生长因子-表皮生长因子、表皮生长因子、血小板源生长因子、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子、血小板源生长因子、成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子、胰岛素）；胰岛素）；v 离子通道介导的信号转导（如神经递质）。离子通道介导的信号转导（如神经递质）。每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。由膜受体-G-蛋白-膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象v生

10、物电生物电（bioc-lectricity）：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。v两种表现形式两种表现形式：安静时具有的静息电位静息电位和受刺激时产生的动作电位动作电位。（一）静（一）静 息息 电电 位位v静息电位静息电位（resting potential，RP）是指是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差在的电位差。v意义意义：是动作电位产生的基础：是动作电位产生的基础。静息电位测定示意图A:电极A与B均置 于细胞外表面B：电极A置于 细胞外，电 极B插入细 胞内，记录 到细胞内外 的电位差静息电位产生的机制静息电位产生的机制产

11、生条件产生条件主要有两个：v细胞内外各种离子的浓度分布不均，细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差；即存在浓度差；v在不同状态下，细胞膜对各种离子在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。的通透性不同。膜电位几种状态v极极 化化：安静时存在于膜两侧的稳定的内负 外正的状态。v超极化超极化：膜内负电位增大。v去极化去极化：膜内负电位减小。v复极化复极化：细胞发生去极化后，膜电位有恢 复到极化状态。（二）动（二）动 作作 电电 位位v概念概念：动作电动作电 位位(action potential,AP)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。v意义意义：是细胞处于兴奋状态的

12、标志。单单一一神神经经纤纤维维的的动动作作电电位位示示意意图图v 动动 作作 电电 位位 的的 产产 生生机机制制动作电位的产生条件与阈电位动作电位的产生条件与阈电位v阈电阈电 位位：能触发动作电：能触发动作电 位的膜电位的膜电 位临界位临界值值。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小1020mV。v动作电动作电 位的产生条件位的产生条件：静息电位去极化达静息电位去极化达到阈电到阈电 位水平位水平。动动 作作 电电 位位 的的 特特 点点 v动作电位呈动作电位呈“全或无全或无”现象现象：动作电位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；v不衰减性传导不衰减性传导：动作电位一旦在细

13、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，可迅速扩布到整个细胞膜；v脉冲式脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。v 局局 部部 兴兴 奋奋局部兴奋的基本特性局部兴奋的基本特性（1 1）不是）不是“全或无全或无”的，而是随着阈下的，而是随着阈下 刺激的增大而增大；刺激的增大而增大；（2 2）不能在膜上作远距离的传播；）不能在膜上作远距离的传播；（3 3）局部兴奋是可以互相叠加的，）局部兴奋是可以互相叠加的，包括包括 空间性总和空间性总和 时间性总和时间性总和 兴兴奋奋在在同同一一细细胞胞上上的

14、的传传导导 A静息时B发生兴奋后C传导过程中五、可兴奋细胞及其兴奋性兴奋性兴奋性：机体感受刺激产生反应的特性或能力。：机体感受刺激产生反应的特性或能力。（一）刺激与反应（一）刺激与反应刺激：能被机体感受而产生反应的环境变化。刺激：能被机体感受而产生反应的环境变化。刺激的三个要素刺激的三个要素：刺激的强度：刺激的强度刺激的作用时间刺激的作用时间刺激强度的变化率刺激强度的变化率反应：接受刺激后，人体或其组成部分发生活动状态反应：接受刺激后，人体或其组成部分发生活动状态的改变。的改变。反应的两种表现形式：兴奋和抑制反应的两种表现形式：兴奋和抑制兴奋兴奋：机体接受刺激后，由相对静止状态转为活动状态或活

15、动：机体接受刺激后，由相对静止状态转为活动状态或活动状态的加强。状态的加强。抑制抑制：机体接受刺激后，由活动状态转为相对静止状态或活动：机体接受刺激后，由活动状态转为相对静止状态或活动状态的减弱。状态的减弱。可兴奋组织可兴奋组织:神经、肌肉、腺体神经、肌肉、腺体（二）兴奋性的指标（二）兴奋性的指标阈值阈值阈值（阈强度）阈值（阈强度）：引起组织产生反应的最小刺激强度。：引起组织产生反应的最小刺激强度。关系关系：反变关系。：反变关系。阈刺激、阈上刺激、阈下刺激阈刺激、阈上刺激、阈下刺激v（三）兴奋性的周期性变化v绝对不应期（absolute refractory period,ARP）:兴奋性为0

16、v相对不应期(relative refractory period,RRP)v兴奋性低于正常v超常期(supranormal period)：兴奋性高于正常v低常期(subnormal period)：兴奋性低于正常第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：v 运动神经的兴奋如何传递给骨骼肌细胞而使它运动神经的兴奋如何传递给骨骼肌细胞而使它产生兴奋；产生兴奋；v 骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩；骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩；v 肌细胞的收缩机制；肌细胞的收缩机制；v 骨骼肌的收缩形式；骨骼肌的收缩形式；v 影响骨骼肌收缩

17、的因素。影响骨骼肌收缩的因素。（一）骨骼肌神经（一）骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递肌接头处兴奋的传递v骨骼肌的神经骨骼肌的神经-肌接头处的结构肌接头处的结构：接头前膜接头前膜：是运动神经末稍嵌入肌细胞膜的部位；接头后膜接头后膜（运动终板运动终板或终板模）：是与头前膜相 对应的肌细胞膜；接头间隙接头间隙：间隔约50nm，充满了细胞外液。神经-肌接头处的超微结构示意图 （二）神经（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传骨骼肌接头处的兴奋传递过程递过程神经神经-骨骼肌接头处兴奋传递的特点骨骼肌接头处兴奋传递的特点v单向性传递单向性传递:即兴奋只能从接头前膜传向接头后膜，而不能反传；v时间延搁时间延搁:神经-

18、骨骼肌接头处的兴奋传递过程须经过许多步骤、耗时较长，一次兴奋传递约需0.51.0ms；v易受环境变化的影响易受环境变化的影响:因接头间隙充满了细胞外液，而细胞外液的成分易受内外环境变化的影响，如Ca+、H+等浓度及渗透压改变、胆碱酯酶活性、某些药物等，都可影响兴奋传递过程。（三）骨骼肌的兴奋（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联收缩耦联v概念概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩的机械变化的过程被称为兴奋-收缩耦联（excitation-contraction coupling）。v三个步骤三个步骤：电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处；三联管结构处的信息传递；肌浆网（即纵管系统）对 Ca2+

19、释放和再聚积。骨骼肌细胞的肌原纤维和肌管系统骨骨骼骼肌肌的的收收缩缩机机制制（四）骨骼肌的收缩形式（四）骨骼肌的收缩形式1.等长收缩和等张收缩等长收缩和等张收缩v等长收缩等长收缩：肌肉收缩时不产生长度的变化而仅产生肌张力的增加，这种形式的肌肉收缩称为等长收缩；v等张收缩等张收缩：在一定的张力基础上产生肌肉的收缩时，肌肉的张力不变而产生肌肉的缩短，这种形式的收缩称为等张收缩。2.单收缩和强直收缩单收缩和强直收缩v单收缩单收缩：骨骼肌受到一次有效刺激，引起肌肉一次迅速的收缩，称为单收缩。v强直收缩强直收缩：肌肉受到连续的有效刺激时，当刺激频率达到一定程度时，引起肌肉收缩的融合而出现强而持续的收缩，

20、称为强直收缩。单单 收收 缩缩 和和 强强 直直 收收 缩缩（五）影响骨骼肌收缩的主要因素（五）影响骨骼肌收缩的主要因素v1.前负荷前负荷：当肌肉前负荷逐渐增大时，它每次收缩所当肌肉前负荷逐渐增大时，它每次收缩所产生的主动张力也相应地增大；当前负荷超过最适初长度产生的主动张力也相应地增大；当前负荷超过最适初长度后，再增加前负荷反而会使主动张力越来越小，以致最后后，再增加前负荷反而会使主动张力越来越小，以致最后下降到零。下降到零。v2.后负荷后负荷：后负荷增加，收缩张力增加而收缩速度减后负荷增加，收缩张力增加而收缩速度减小，当后负荷增大到一定程度时肌肉产生最大的张力，而小，当后负荷增大到一定程度

21、时肌肉产生最大的张力，而缩短速度为零。缩短速度为零。v3.肌肉收缩能力肌肉收缩能力：肌肉收缩能力增强，使肌肉收缩肌肉收缩能力增强，使肌肉收缩的张力增加、收缩速度加快，使它的作功效率增加。的张力增加、收缩速度加快，使它的作功效率增加。不同初长度时粗、细肌丝重合程度和产生张力的关系示意图复习题复习题1.1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意钾泵的作用及意义。义。2.2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。3.3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。何谓动作电位？简述动作电位的产生原

22、理及特点。4.4.神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什么？么？5.5.试述骨骼肌神经试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。肌接头的兴奋传递过程及其特点。6.6.何谓兴奋何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？思思 考考 题题1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液K K+浓度时，其静息电位和动作电位有何变化浓度时，其静息电位和动作电位有何变化？为什么？为什么？2.2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓有何变化？何谓“全全”或或“无无”式的？式的？3.3.当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？肉不发生收缩，可能有哪些原因？