生理學__第一章_細胞的基本功能.ppt

第一章 細胞的基本功能,第一節(jié) 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能 一、細胞膜的結(jié)構(gòu)液態(tài)鑲嵌模型 以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)分子。,第一章 細胞的基本功能,二、細胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,（一）被動轉(zhuǎn)運：當同種物質(zhì)不同濃度的兩種溶液相鄰放在一起時，溶質(zhì)的分子會順著濃度差和電位差產(chǎn)生凈流動稱。 1. 單純擴散：物質(zhì)的分子或離子順著電化學梯度通過細胞膜的方式，稱。如O2 和CO2。,第一章 細胞的基本功能,2. 易化擴散：一些不溶于脂質(zhì)或溶解度很小的物質(zhì)，在膜結(jié)構(gòu)中的一些蛋白質(zhì)的幫助下，從膜的高濃度一側(cè)擴散到低濃度的一側(cè)，稱。 以載體為中介的易化擴散：如葡萄糖 特點：高度的結(jié)構(gòu)特異性； 飽和現(xiàn)象； 競爭性抑制。,第一章 細胞的基本功能,由載體中介的易化擴散,以通道為中介的易化擴散：如Na+，K+，Ca2+等。 特點：速度快； 具有選擇性； 機械門控（壓力） 門控性 電壓門控（電位差） 化學門控（化學信號）,第一章 細胞的基本功能,由通道中介的易化擴散,（二）主動轉(zhuǎn)運：指細胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)分子或離子逆著電化學梯度由膜的一側(cè)移向另一側(cè)的過程。 特點：（1） 需載體 （2） 需能量 （3）逆濃度差,第一章 細胞的基本功能,（1）原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運：所需能量由ATP直接提供。 例：鈉-鉀的主動轉(zhuǎn)運（鈉-鉀泵，簡稱Na+泵）：每水解一分子ATP，便有3個Na+流出和2個K+進入細胞。 Na+的泵出伴隨著泵的磷酸化，K+泵入是繼酶脫磷酸反應之后的一個反應過程。 構(gòu)象改變，親合力改變。 （2）繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運：逆著濃度差轉(zhuǎn)運的能量間接來自ATP的主動轉(zhuǎn)運過程。,第一章 細胞的基本功能,鈉-鉀-ATP依賴式酶,第一章 細胞的基本功能,第一章 細胞的基本功能,（三）出胞與入胞式轉(zhuǎn)運： 一些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊（固態(tài)或液態(tài)）能通過更復雜的結(jié)構(gòu)和功能變化通過細胞膜。包括： 1. 出胞：如內(nèi)分泌腺分泌H。 2. 入胞：如白細胞吞噬病毒。,第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導,一、信息到達靶細胞的方式 1. 遠距離分泌：由內(nèi)分泌腺分泌的H和其它體液性調(diào)節(jié)因子，經(jīng)血液循環(huán)到達靶細胞。 2. 突觸傳遞：由神經(jīng)末梢釋放的神經(jīng)遞質(zhì)和調(diào)質(zhì)，在極短的距離經(jīng)突觸間隙擴散到突觸后神經(jīng)元或效應器細胞膜上。 3. 旁分泌：由細胞分泌的化學物質(zhì)在細胞外液以擴散的方式到達鄰近細胞膜上。 4. 自分泌：細胞自身分泌的物質(zhì)又作用于自身的膜上。,第一章 細胞的基本功能,細胞間信息傳遞的方式,二、跨膜信號轉(zhuǎn)導（跨膜信號傳遞）,各種形式的外界信號作用于細胞時，不需要進入細胞內(nèi)直接影響細胞內(nèi)過程，只需作用于細胞膜，通過引起細胞膜上一種或數(shù)種特異蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用，將外界環(huán)境變化的信息以一種新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，再引起被作用細胞（即靶細胞）相應功能的改變，包括細胞出現(xiàn)的電反應或其它功能改變。這一過程稱。 方式有： 1. 由離子通道介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導 2. 由G蛋白耦聯(lián)受體介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導 3. 由酶耦聯(lián)受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導,第三節(jié) 細胞的興奮性和生物電現(xiàn)象,一、細胞的興奮性和刺激引起興奮的條件 （一）相關概念 興奮：由相對靜止狀態(tài)變?yōu)轱@著活動狀態(tài)或由活動弱變?yōu)榛顒訌姷倪^程。 抑制：由顯著活動狀態(tài)變?yōu)橄鄬o止狀態(tài)或由活動強變?yōu)榛顒尤醯倪^程。 刺激：能被生物體感受并引起生物體發(fā)生反應的環(huán)境變化。 興奮性：活組織或細胞對刺激發(fā)生反應的能力。 可興奮組織或可興奮細胞：神經(jīng)細胞、肌細胞和腺體細胞興奮性較高，較弱刺激也能引起反應。,(二)神經(jīng)肌肉標本 1刺激神經(jīng)引起組織興奮 2. 興奮沿神經(jīng)干傳導 3興奮從神經(jīng)到肌肉 4. 肌肉收縮,第一章 細胞的基本功能,(三)刺激引起興奮的條件,1.強度 閾強度：在一定的時間內(nèi)，引起組織興奮的最低刺激強度，也叫閾值，閾刺激。有閾上刺激和閾下刺激。 2. 持續(xù)時間 3. 強度對時間變化率,第一章 細胞的基本功能,強度-時間曲線： 把能夠引起興奮的不同刺激強度和它們相對應的作用時間描繪在坐標紙上得到的一條曲線，稱。,第一章 細胞的基本功能,刺激強度與肌肉收縮強度的關系,(四) 興奮性的變化,例：首先給神經(jīng)一個閾上刺激以引起神經(jīng)的興奮，然后間隔不同的時間再給第二個電刺激（檢驗電刺激），用來檢驗神經(jīng)興奮性的變化，即求出第二個刺激的閾強度，發(fā)現(xiàn)神經(jīng)受刺激后興奮性的變化分為四個時期。 1絕對不應期：興奮性 = 0 2相對不應期：興奮性 正常 4低常期：興奮性 正常,第一章 細胞的基本功能,第一章 細胞的基本功能,二、細胞的生物電現(xiàn)象及其產(chǎn)生機制,1.靜息電位（resting potential, R.P.） 概念：細胞在未受刺激處于靜息狀態(tài)時，膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（呈膜外為正、膜內(nèi)為負的極化狀態(tài)）稱或跨膜靜息電位。 R.P.為內(nèi)負外正，如規(guī)定膜外為 0 ，則膜內(nèi)就是負值。神經(jīng)細胞約-70mV，骨骼肌細胞約-90mV，紅細胞約-10mV。,第一章 細胞的基本功能,第一章 細胞的基本功能,產(chǎn)生機制膜內(nèi)外離子分布的不同狀況，是膜電位產(chǎn)生的決定因素。 a：膜內(nèi)外離子分布不同：K+內(nèi) K+外=20-50倍，A-內(nèi)A-外=10倍， Na+外Na+內(nèi)=5-14倍，Cl-外Cl-內(nèi)=4-25倍 b：膜對K+有通透性： K+順濃度差向膜外擴散。 c：膜內(nèi)外K+濃度差（K+外流動力）與電位差（K+外流阻力）達平衡時，K+跨膜凈轉(zhuǎn)運等于0，膜內(nèi)外電位動態(tài)穩(wěn)定于一定水平，即形成R.P.。 R.P.實質(zhì)上是K+外流的跨膜電位（or稱K+的平衡電位）,第一章 細胞的基本功能,槍烏賊巨大軸突及脊椎動物神經(jīng)元的跨膜濃度及平衡電位,2.動作電位（action potential, A.P.) 是細胞興奮的標志。,概念：當神經(jīng)或肌肉細胞受一次短促的閾刺激或閾上刺激而發(fā)生興奮，細胞膜在靜息電位的基礎上會發(fā)生一次迅速而短暫的、可向周圍擴布的電位波動，稱。包括三個基本過程： a.去極化 b.反極化 c.復極化 產(chǎn)生機制實質(zhì)上是 Na+的跨膜電位。 a.當細胞受刺激而興奮時膜對Na+的通透性突然增大 Na+迅速內(nèi)流去極化和反極化。 b.膜對 K+通透性增大 K+外流復極化。,動作電位的形成及其記錄方法,三、閾電位和興奮在同一個細胞上的傳導,1.閾電位：能進一步誘發(fā)動作電位去極化的臨界值，稱。閾電位是可興奮細胞的一項重要功能指標，一般比正常靜息電位低10-15mv。 2局部興奮和局部電位（自學）,第一章 細胞的基本功能,3.興奮在同一細胞上的傳導 （1）局部電流傳導：興奮部位與靜息部位存在電位差局部電流刺激鄰近的靜息部位，使膜去極化，這種去極化足以達到閾電位水平引發(fā)新的A.P.。 動作電位沿神經(jīng)纖維（細胞）的傳導就是神經(jīng)沖動。 （2）跳躍式傳導：有髓鞘的神經(jīng)纖維，因髓鞘的脂質(zhì)不導電或不允許帶電離子通過，只有在髓鞘暫時中斷的朗飛氏結(jié)傳導，使興奮以跳躍的方式向前傳導。,第一章 細胞的基本功能,動作電位在神經(jīng)纖維上的傳導,第一章 細胞的基本功能,神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)模式圖,第一章 細胞的基本功能,第四節(jié) 興奮在細胞間的傳遞,一經(jīng)典的突觸（化學突觸）傳遞 （一）突觸微細結(jié)構(gòu)：突觸前膜、突觸間隙、突觸后膜。 （二）經(jīng)典的突觸傳遞過程 是一個電 - 化學 - 電的過程。,第一章 細胞的基本功能,突觸前過程 神經(jīng)沖動突觸前膜前膜去極化 Ca2+通道開放(Ca2+從間隙進入膜內(nèi)）突觸小泡與突觸前膜接觸、融合及破裂神經(jīng)遞質(zhì)釋放。,第一章 細胞的基本功能,突觸后過程 神經(jīng)遞質(zhì)間隙擴散突觸后膜，作用于后膜上的特異受體或化學門控通道后膜上某些離子通道通透性發(fā)生改變 一定程度的去極化和超級化。 突觸后膜上的電位變化稱突觸后電位，有興奮性突觸后電位和抑制性突觸后電位兩種。,第一章 細胞的基本功能,二接頭傳遞神經(jīng)-肌肉間的興奮傳遞 （一）神經(jīng)-肌肉接頭：也叫運動終板，是由運動神經(jīng)末梢與骨骼肌細胞膜接觸形成的。每條運動神經(jīng)纖維分出數(shù)十至數(shù)百支，每一分支支配一條肌纖維，神經(jīng)纖維末端失去髓鞘嵌入到肌細胞膜上形成運動終板。,第一章 細胞的基本功能,（二）神經(jīng)-肌肉的興奮傳遞,1. 神經(jīng)沖動末梢軸膜去極化 Ca2+通透性 （內(nèi)流）囊泡破裂釋放Ach 接頭間隙。 2.Ach擴散與終板膜受體結(jié)合終板膜的離子通透性發(fā)生變化（Na+內(nèi)流去極化，K+外流） 產(chǎn)生終板電位。 3. Ach釋放量增加 終板電位增大 鄰近肌膜去極化達閾電位肌細胞產(chǎn)生動作電位。（總和） 4. 終板膜上的膽堿酯酶使Ach迅速水解成乙酸和膽堿而失去作用。 例 ： 有機磷農(nóng)藥中毒,第一章 細胞的基本功能,乙酰膽堿突觸的遞質(zhì)化學元素,（三）經(jīng)典突觸傳遞與神經(jīng)-骨骼肌接頭傳遞的特點,單方向性 有時間延遲（突觸延擱-0.3-0.5ms） 易受環(huán)境因素和藥物的影響 易疲勞性 三神經(jīng)-平滑肌和神經(jīng)-心肌接頭傳遞(自學),第一章 細胞的基本功能,四電突觸,結(jié)構(gòu)基礎是細胞間的縫隙連接，借助電流為媒介傳遞信息。神經(jīng)沖動可以由一個細胞直接傳給下一個細胞，幾乎沒有潛伏期，雙向的，傳遞速度快，不易受外界因素的影響和改變。,第一章 細胞的基本功能,電突觸及縫隙連接通道示意圖,第五節(jié) 肌細胞的收縮機理,一骨骼肌細胞超微結(jié)構(gòu) 骨胳肌細胞也叫肌纖維，肌纖維外有肌膜，內(nèi)有肌漿、細胞器，以及豐富的肌紅蛋白和肌原纖維。與收縮有關的是肌原纖維和管道系統(tǒng)。,第一章 細胞的基本功能,（一）肌原纖維：每兩條Z線之間的部分，叫肌節(jié)，由A帶和兩側(cè)各1/2I帶組成。 肌節(jié)是骨骼肌收縮的結(jié)構(gòu)和功能的基本單位。,第一章 細胞的基本功能,1. 肌凝蛋白（肌球蛋白） 橫橋特性： 一定條件下，可與細肌絲中的肌纖蛋白發(fā)生可逆結(jié)合，并隨之發(fā)生構(gòu)型改變。 與肌動蛋白結(jié)合后，可被激活而具有ATP酶活性，能分解ATP供能。,第一章 細胞的基本功能,粗肌絲結(jié)構(gòu)示意圖,第一章 細胞的基本功能,2. 肌纖蛋白（肌動蛋白） 3. 原肌凝蛋白（原肌球蛋白） 4. 肌鈣蛋白:由T,C,I三個亞單位組成的復合體。 肌動蛋白直接參與收縮，與肌球蛋白均被稱為收縮蛋白，原肌球蛋白和肌鈣蛋白對收縮蛋白活動有調(diào)節(jié)作用，合稱調(diào)節(jié)蛋白。 （二）肌管系統(tǒng)：包括橫管和縱管系統(tǒng)（肌漿網(wǎng)）,第一章 細胞的基本功能,第一章 細胞的基本功能,（一）肌絲滑行理論（滑行學說） 肌纖維收縮時，肌節(jié)的縮短不是因為肌微絲本身的長度有所改變，而是由于兩種穿插排列的肌微絲之間發(fā)生滑行運動，結(jié)果使I帶縮短，H帶變窄，Z線被牽引向A帶靠攏，于是肌纖維的長度縮短。 需Ca2+參與，Ca2+，肌纖維收縮，Ca2+，肌纖維舒張。,二骨骼肌的收縮原理和興奮收縮耦聯(lián),第一章 細胞的基本功能,（二）興奮-收縮耦聯(lián) 以膜電位的變化為特征的興奮過程與肌絲滑行為基礎的收縮活動之間，存在某種中介過程將兩者聯(lián)系起來，這一過程稱為骨胳肌的興奮-收縮耦聯(lián)，耦聯(lián)因子是Ca2+。,三肌肉收縮的外部表現(xiàn) （一）單收縮：肌肉受到單個刺激就產(chǎn)生一次收縮，稱，包括： 潛伏期 縮短期 舒張期,單收縮曲線 1-2潛伏期，2-3收縮期，3-4舒張期,第一章 細胞的基本功能,（二）等張收縮和等長收縮 1.等張收縮：肌肉收縮時長度發(fā)生變化而張力不變的，稱。肌肉長度變化可完成各種運動，如關節(jié)伸屈。 2.等長收縮：肌肉收縮時張力發(fā)生變化而長度不變的，稱。肌肉張力變化可以負荷一定的重量，如提水，舉重。,第一章 細胞的基本功能,（三）強直收縮 機體來自運動神經(jīng)的沖動或刺激的頻率增加到一定數(shù)值時，使許多單收縮融合在一起，肌肉持續(xù)處于收縮狀態(tài)。,第一章 細胞的基本功能,第六節(jié) 動物的放電,電魚：具有一個能放電的器官的魚類，如電鯰，電鰩，電鰻。 電魚的電器官大多分布于頭部，尾部，背部或胸鰭與頭部之間的體側(cè)部的皮下。 一、電器官的一般結(jié)構(gòu)和神經(jīng)支配 構(gòu)成電器官的基本單位是電細胞，由肌細胞演變而來，也叫電板。,第一章 細胞的基本功能,電鰻 電鰩,第一章 細胞的基本功能,二、電器官放電原理,電細胞也是放電的基本單位。 例（電鰻） ： 靜息時，R.P.約-90mv，有神經(jīng)和無神經(jīng)面電位相等。 活動時，有神經(jīng)的一面發(fā)生去極化直至反極化，最終膜電位可達60 mv，而無神經(jīng)一面沒有變化，出現(xiàn)約150 mv的電位差，每一個電細胞就成為一個小電池。 單個電細胞產(chǎn)生的A.P.只有幾十-幾百mv，但在電細胞柱中，電細胞是串聯(lián)的，電細胞柱兩端的電壓等于各電細胞電位差的總和，電鰻的每一個電細胞柱約有6000個電細胞，如每個電細胞產(chǎn)生100 mv的電壓，整個電細胞柱的電壓高達600 v，成為巨大的電擊。,第一章 細胞的基本功能,三、電器官放電的生物學意義,1. 強電魚主要用于獵食，攻擊和防衛(wèi)；弱電魚以電定位作用探測水下目標，進行水下通訊。 2.辨別種群（不同魚類，甚至同種魚不同個體放電的頻率和波形不同） 3. 生殖季節(jié)雌雄間對答，發(fā)放定型的電脈沖串，對招引異性，促進排卵，排精起著很重要作用。,第一章 細胞的基本功能,第七節(jié) 細胞周期與程序性死亡,一. 細胞周期(cell cycle) 從親代細胞分裂結(jié)束到子代細胞分裂結(jié)束之間的間隔時間。 1. 有絲分裂過程 2. 細胞生長期,第一章 細胞的基本功能,二細胞程序性死亡維持機體的穩(wěn)態(tài) 1.概念：生物個體在生長發(fā)育過程中不斷發(fā)生的細胞生理性死亡，稱- （programmed cell death, PC