第一章细胞的基本结构精选PPT.ppt
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1、第一章第一章 细胞的基本细胞的基本结构结构第1页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology2第一章第一章 细胞的基本功能细胞的基本功能第2页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology3第一章第一章 细胞的基本功能细胞的基本功能目的和要求目的和要求1、了解细胞兴奋和兴奋性的关系。、了解细胞兴奋和兴奋性的关系。2、掌握静息电位和动作电位的概念、特点和形成、掌握静息电位和动作电位的概念、特点和形成的离子机制的离子机制3、掌握局部兴奋特点和产生机制,和兴奋在同一、掌握局部兴奋特点和产生机制,和兴奋在同一细胞上的传导机制及特点细胞上的传导机制及特点4、
2、掌握兴奋在细胞间传递的方式和特点。、掌握兴奋在细胞间传递的方式和特点。第3页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology4主要内容主要内容第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能(自学自学)第二节第二节 细胞的跨膜信息传递(省略)细胞的跨膜信息传递(省略)第三节第三节 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象 -重点、难点重点、难点第四节第四节 兴奋在细胞间的传递兴奋在细胞间的传递第五节第五节 肌肉的收缩肌肉的收缩(选讲选讲)第4页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology5第三节第三节 细胞的兴奋性细胞的兴奋
3、性和生物电现象和生物电现象一、细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件一、细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件二、细胞的生物电现象及其产生机制二、细胞的生物电现象及其产生机制三、动物电位的引起和同一细胞上的传导三、动物电位的引起和同一细胞上的传导第5页,本讲稿共68页动作电位涉及的离子转运通道动作电位涉及的离子转运通道 Na+-K+泵泵-Na+外流、内流,构成细胞内外离子浓度差。外流、内流,构成细胞内外离子浓度差。K+非门控通道非门控通道-K+外流,构成静息电位。外流,构成静息电位。Na+快门控通道快门控通道-Na+内流构成动作电位的上升支内流构成动作电位的上升支K+慢门控通道慢门控通道-K+外流,构成动
4、作电位的下降支外流,构成动作电位的下降支Na+-K+泵泵构成离子浓度差构成离子浓度差Na+外流K+内流Na+快门控通道K+非门控通道K+慢门控通道膜外为膜外为0 0,膜内为负,膜内为负跨膜电位升高跨膜电位升高正值正值跨膜电位降低跨膜电位降低负值负值第6页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology7离子通道介导的跨膜信号传导离子通道介导的跨膜信号传导化学门控通道化学门控通道(chemical gated ion channel)-N型型Ach受体、受体、-氨基丁酸受体、甘氨酸受体氨基丁酸受体、甘氨酸受体等。等。电压门控通道电压门控通道(voltage gated ion
5、 channel)-Na+、K+、Cl-、Ca2+通道。机械门控通道机械门控通道(mechanically-gated ion channel)-内耳毛细胞顶部细胞膜的通道蛋白,可被听毛弯曲(机械振动引起)变形牵拉而激活(详感官章)。补充内容第7页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology13一、细胞的兴奋性和一、细胞的兴奋性和刺激引起兴奋的条件刺激引起兴奋的条件第13页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology1.细胞的兴奋性细胞的兴奋性(excitability)组织或细胞受到外界刺激发生反应的能力,组织或细胞受到外界刺激发生反应的能力,
6、称为兴奋性,或应激性。称为兴奋性,或应激性。兴奋兴奋(excitation)-发生反应(肌细胞收缩或腺细胞分泌)发生反应(肌细胞收缩或腺细胞分泌)由静到动、或由弱变强;由静到动、或由弱变强;抑制抑制(inhibition)-反之称为抑制。反之称为抑制。习惯上称习惯上称神经、肌细胞以及某些腺细胞神经、肌细胞以及某些腺细胞为可兴奋为可兴奋细胞或可兴奋组织。兴奋的细胞或可兴奋组织。兴奋的共同特征是产生动作电位共同特征是产生动作电位(action potential,Ap)。故。故兴奋等同于动作电位的同义兴奋等同于动作电位的同义语。语。14第14页,本讲稿共68页刺激三要素刺激三要素 刺激的强度、持续
7、时刺激的强度、持续时间及强度对于时间的变化间及强度对于时间的变化率(斜率)率(斜率)临界值临界值(最小最小值值)最小刺激强度与时间最小刺激强度与时间呈反比。呈反比。基强度(基强度(rheobase)时值(时值(chronaxie)阈值(阈值(threshold)-阈下阈下 阈上阈上2023/4/17Animal physiology152.刺激引起兴奋的条件刺激引起兴奋的条件时间-强度曲线(strength-duration curve)第15页,本讲稿共68页细胞兴奋性变化细胞兴奋性变化神经反射试验神经反射试验2023/4/17Animal physiology161 先行阈上刺激先行阈上刺
8、激-神经元兴奋神经元兴奋2 固定不同时间间隔,再行第二次阈上刺激固定不同时间间隔,再行第二次阈上刺激3 稍后,第三次阈下刺激稍后,第三次阈下刺激结果结果1 1 神经元兴奋时,第二次刺激强度无论多强大,神经元不神经元兴奋时,第二次刺激强度无论多强大,神经元不会第二次兴奋会第二次兴奋-兴奋性下降为零2 2 在第一次兴奋后一段时间内,第二次阈上刺激可以引起在第一次兴奋后一段时间内,第二次阈上刺激可以引起第二次的兴奋第二次的兴奋-兴奋性开始恢复3 3 阈下刺激也可以引起兴奋阈下刺激也可以引起兴奋-兴奋性超过正常第16页,本讲稿共68页细胞兴奋性变化细胞兴奋性变化2023/4/17Animal phys
9、iology17第17页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology18 从静息电位达到去极化的阈电位是产生从静息电位达到去极化的阈电位是产生动作电位的必要条件。动作电位的必要条件。一般说来,一般说来,细胞兴奋性细胞兴奋性的高低的高低与细胞的与细胞的静息电位和阈电位的差值呈反变关系静息电位和阈电位的差值呈反变关系,即差,即差值愈大,细胞愈不容易产生动作电位,兴奋值愈大,细胞愈不容易产生动作电位,兴奋性愈低;差值愈小,细胞愈容易产生动作电性愈低;差值愈小,细胞愈容易产生动作电位,兴奋性愈高。位,兴奋性愈高。第18页,本讲稿共68页生物电生物电 (Bioelectricit
10、y)(Bioelectricity)有生命的物质活动过程中伴随的电变化有生命的物质活动过程中伴随的电变化(现象现象)。2023/4/17Animal physiology19二、细胞的生物电现象及其产生机制二、细胞的生物电现象及其产生机制第19页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology20第20页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology21静息电位静息电位(transmembrane resting potential,RP)未受刺激、处于静息状态时,细胞膜内外两侧的电位未受刺激、处于静息状态时,细胞膜内外两侧的电位差称为跨膜静息电位,简
11、称静息电位,表现为差称为跨膜静息电位,简称静息电位,表现为“内负外内负外正正”。高:高:NC和心肌和心肌 70mv;骨骼肌;骨骼肌 90mv;平滑肌平滑肌C-50-60mv低:红细胞低:红细胞 -10mv。表示表示:以膜外为生理零电位,大小是指其绝对值。以膜外为生理零电位,大小是指其绝对值。第21页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology22静息电位产生的机制静息电位产生的机制 膜学说膜学说(1902年年Bernstein)认为:认为:细胞膜内、外细胞膜内、外K+分布不均匀;分布不均匀;细胞膜不同功能状态下,对离子通透性不同;细胞膜不同功能状态下,对离子通透性不同;
12、这种离子分布的不均匀,靠这种离子分布的不均匀,靠Na+泵活动维持泵活动维持 Na+-K+泵泵将将K+泵入细胞内、泵入细胞内、Na+泵到细胞外泵到细胞外第22页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology27药理学的解释药理学的解释 Na+-K+泵将泵将K+泵入细胞内、泵入细胞内、Na+泵到细泵到细胞外,而细胞内高的胞外,而细胞内高的K+浓度使(非门控通道)浓度使(非门控通道)K+通道打开,通道打开,K+外流(不能离细胞膜很远),外流(不能离细胞膜很远),而细胞内而细胞内Cl-和大分子蛋白不能透出,形成内和大分子蛋白不能透出,形成内负外正的膜电位布局负外正的膜电位布局-静
13、息电位,阻止静息电位,阻止K+进进一步外流,最终形成一步外流,最终形成K+平衡电位。平衡电位。Na+-K+泵泵维持静息电位具有重要的意义。维持静息电位具有重要的意义。第27页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology28静息静息电电位位K+平衡平衡电电位位 1939年年Hodgkin等第一次精确地测出静等第一次精确地测出静息电位:枪乌贼实测息电位:枪乌贼实测 77mv,计算,计算-87mv;骨;骨骼肌实测骼肌实测 90mv,计算,计算-95mv。实测值与。实测值与K+平衡电位计算值非常接近(略小于后者)。平衡电位计算值非常接近(略小于后者)。一般认为静息时膜对一般认为
14、静息时膜对Na+也有极小的通也有极小的通透性,小量的透性,小量的Na+透入膜内抵消一部分透入膜内抵消一部分K+外移外移的结果。的结果。第28页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology29动作电位动作电位(action potential,AP)当神经或肌肉细胞受到一次短促的阈刺激当神经或肌肉细胞受到一次短促的阈刺激或阈上刺激而发生兴奋时,细胞膜在静息电位或阈上刺激而发生兴奋时,细胞膜在静息电位的基础上会发生一次迅速而短暂的、可向周围的基础上会发生一次迅速而短暂的、可向周围扩布的电位波动,称为动作电位。扩布的电位波动,称为动作电位。第29页,本讲稿共68页2023/4
15、/17Animal physiology307070第30页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology31超超超超第31页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology32动作电位的电位变化,以神经细胞动作电位的电位变化,以神经细胞 70mv为例。为例。极化状态极化状态(polarization):通常把静息电位):通常把静息电位内负外正状态,称为膜的极化。内负外正状态,称为膜的极化。去极化去极化(depolarization):静息电位减小、极:静息电位减小、极化现象减弱称为去极化。化现象减弱称为去极化。超极化超极化(hyperpolariza
16、tion):静息电位增大、:静息电位增大、极化现象加剧称为超极化。极化现象加剧称为超极化。第32页,本讲稿共68页复极化复极化(repolarization):细胞膜去极化后再:细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复称为复极化。向静息电位方向恢复称为复极化。超射超射(overshoot):膜电位去极化,由:膜电位去极化,由0 mv进而到进而到2040mv的部分称为超射,此时膜的的部分称为超射,此时膜的状态为反极化状态状态为反极化状态去极化、超射(反极化)构成了动作电位的去极化、超射(反极化)构成了动作电位的上升支上升支;由复极化过程构成了动作电位的;由复极化过程构成了动作电位的下下降支。降支。第3
17、3页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology34动作电位产生的机制动作电位产生的机制去极化去极化-Na+通道开放通道开放(内流(内流电位升高)电位升高)阈刺激或阈上刺激阈刺激或阈上刺激钠通道被激活,少量的钠通道被激活,少量的Na+内流内流轻度去极化,达到阈电位时,电压门控轻度去极化,达到阈电位时,电压门控的的Na+通道开放通道开放Na+通透性突然增大,通透性突然增大,Na+迅速迅速大量内流大量内流强的去极化直到膜内正电位增大到足强的去极化直到膜内正电位增大到足以阻止以阻止Na+内流,形成动作电位的上升支,此时膜内流,形成动作电位的上升支,此时膜两侧电位差称为两侧电位
18、差称为Na+平衡电位平衡电位。较强的去极化会使更多的钠通道开放和形成更较强的去极化会使更多的钠通道开放和形成更强的强的Na+内流,如此形成钠通道激活对膜去极化的内流,如此形成钠通道激活对膜去极化的正反馈,又称正反馈,又称Na+的再生性循环的再生性循环。第34页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology35复极化复极化-K通道开放(外流)通道开放(外流)NaNa+通道很快进入失活状态,使膜对通道很快进入失活状态,使膜对NaNa+通透性变通透性变小。电压门控式小。电压门控式K K+通道开放,膜内通道开放,膜内K K+在浓度差和电在浓度差和电位差的推动下由膜内向膜外扩散,膜
19、内电位由正值位差的推动下由膜内向膜外扩散,膜内电位由正值向负值发展,直至恢复到静息电位水平。向负值发展,直至恢复到静息电位水平。第35页,本讲稿共68页第36页,本讲稿共68页2023/4/17Animal physiology37细胞兴奋时的兴奋性变化细胞兴奋时的兴奋性变化绝对不应期绝对不应期-Na+通道失活:通道失活:神经的兴奋性下降神经的兴奋性下降至零。对任何刺激均归于至零。对任何刺激均归于“无效无效”。相对不应期相对不应期-Na+通道开始恢复通道开始恢复(电位差大电位差大):要要引起再次兴奋,所用的刺激强度必须大于阈强度。引起再次兴奋,所用的刺激强度必须大于阈强度。超常期超常期-Na+
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