《緒論細胞生理》PPT課件.ppt

1、人體生理學,Human Physiology,主 講：,課程安排： 總學時 68 教 材： 唐四元生理學 第2版 參 考 書：姚泰生理學第6版 夏強人體生理學 王玢人體及動物生理學第版 王會平生理學試題精解,第一章 緒 論 （Introduction),第一節(jié) 生理學的對象、任務、 研究 內(nèi)容及方法,什么是生理學(physiology)？,生理學研究的對象,生理學的任務,研究內(nèi)容,研究方法,什么是生理學？,生理學是研究機體生命活動 及其規(guī)律的科學。,生理學研究的對象,機體的生命活動。,生理學的任務,研究生命活動的產(chǎn)生機制、 過程、意義及影響因素。,生理學研究的三個水平： 整體水平(integr

2、ative physiology) 器官和系統(tǒng)水平(organ system physiology) 細胞和分子水平( cell physiology),研究內(nèi)容,研究方法,慢性實驗,急性實驗,在體實驗,離體實驗,第二節(jié) 生命的基本特征,新陳代謝,興奮性,適應性,生殖,同化作用：物質(zhì)合成、能量存儲 異化作用：物質(zhì)分解、能量釋放、排泄,一、新陳代謝,物質(zhì)代謝,能量代謝,二、興奮性（excitability),有生命的細胞、組織或機體對刺 激產(chǎn)生反應的能力或特性。,刺激,具有興奮性的細 胞、組織或機體,反應,刺激的概念：能引起細胞、組織、 器官或機體發(fā)生反應的內(nèi)外環(huán)境變化。,刺激的種類：物理性、化

3、學性、 生物性、社會心理性。,刺激的三要素：足夠的強度 足夠的作用時間 強度-時間變化率,反應的概念：細胞或機體接受刺 激后所發(fā)生的一切變化。,反應的形式：興奮和抑制,可興奮細胞或組織：指興奮時能 產(chǎn)生動作電位的細胞或組織。如神 經(jīng)、肌肉和腺體。,（三）細胞興奮后興奮性的變化 分 期 興奮性 反 應 絕對不應期 無 對任何刺激不起反應 相對不應期 低于正常 對閾上刺激起反應 超 常 期 高于正常 對閾下刺激可起反應 低 常 期 低于正常 對閾上刺激起反應,三、適應性(adaptability),指機體根據(jù)外環(huán)境變化而調(diào)整體內(nèi) 活動的功能。,四、生殖(reproduction),第三節(jié) 機體與環(huán)

4、境,一、人體與外環(huán)境,外環(huán)境,自然環(huán)境,社會環(huán)境,人與外環(huán)境的關系如何？,（一）體液(body fluid)及分布 細胞內(nèi)液(40%) 體液（體重的 60） 組織液 15 細胞外液 血漿 5 (20%) 腦脊液 淋巴液,二、內(nèi)環(huán)境與穩(wěn)態(tài),（二）內(nèi)環(huán)境的概念（Internal environment） 指機體內(nèi)部細胞生存的環(huán)境。 即細胞外液（extracellular fluid ） （三）穩(wěn)態(tài)的概念及意義 Homeostasis：指細胞外液中的化學成分和理化性質(zhì)保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)。是細胞進行正常生命活動的必要條件。,第四節(jié) 人體生理功能的調(diào)節(jié),nervous regulation 包括 hum

5、oral regulation autoregulation,調(diào)節(jié)的方式：,基本方式-Reflex: 在中樞神經(jīng)系統(tǒng)參與下，機體對刺激作出的有規(guī)律的反應。1反射.exe,一、神經(jīng)調(diào)節(jié) （nervous regulation）,概念,結(jié)構基礎 -Reflex arc,非條件反射 類型 條件反射,（三）神經(jīng)調(diào)節(jié)特點和意義： 特點：迅速、局限、短暫。,意義：對內(nèi)外環(huán)境變化作出快速 的反應。,二. 體液調(diào)節(jié) humoral regulation 概念 方式：全身性體液調(diào)節(jié)-遠距分泌 局部性體液調(diào)節(jié)-旁分泌 神經(jīng)體液調(diào)節(jié)1體液調(diào)節(jié).exe 特點： 緩慢, 廣泛, 持久,三、自身調(diào)節(jié) autoregula

6、tion 概念 特點: 簡單、局限、幅度小、靈敏 度低,第五節(jié)體內(nèi)的控制系統(tǒng),一、非自動控制系統(tǒng)開環(huán)系統(tǒng) Non-automatic control system is a open loop system 二、自動控制系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng) Feedback control system is aclosed loop system -automatic control system,控制部分,受控部分,監(jiān)測裝置,比較器,反饋信息,控制 信息,偏差 信息,干擾信息,輸出 變量,反饋的概念:受控部位通過反饋信息對控 制部位的作用稱 feedback 反饋的類型: 負反饋 negative feedbac

7、k 正反饋 positive feedback,負反饋和正反饋的生理意義,三、前饋控制系統(tǒng)（feed-forward control) 概念: 在受控部分的狀態(tài)尚未發(fā)生之前，機體通過某種監(jiān)測裝置以更便捷的方式調(diào)整控制部分的活動，用以對抗干擾信號對受控部分穩(wěn)態(tài)的破壞。 意義：避免負反饋缺點（滯后、波動） 更好的維持穩(wěn)態(tài)。1前饋.exe,監(jiān)測裝置,干擾 信號,受控部分,控制部分,反應,反饋,思考題： 人體對環(huán)境的變化能作出適應 性反應，保持內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定。 試問這是如何實現(xiàn)的？,第二章 細胞的基本功能,本章主要內(nèi)容有： 細胞膜的結(jié)構與功能 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導 細胞的生物電現(xiàn)象 肌細胞的收縮功能,

8、一. 細胞膜 (cell membrane)的結(jié)構,第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,液態(tài)鑲嵌模型（1972） fluid mosaic model,以脂質(zhì)雙分子層為支架，其中鑲嵌著各種結(jié)構、功能不同的蛋白質(zhì)。,Biologic membrane 液態(tài)鑲嵌模型,化學組成： 蛋 白 質(zhì) （protein) 脂 質(zhì) (lipid) 糖 ( carbohydrate),（一）脂質(zhì)雙分子層 磷脂（phospholipid) 70% 膽固醇 (cholesterol) 30% 意義：能承受較大壓力。 能變形易修復。 水溶性物質(zhì)不能自由通過。 （二）膜蛋白質(zhì)： 表在蛋白和整合蛋白。功能： 參與跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)

9、運 受體 酶,圖：電壓門控性鈉通道,（三）糖類 常作為細胞的標志記，如：血型抗原,二、物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運（重點） Transport across cell membranes （一）單純擴散（Simple Diffusion） 1.定義：脂溶性物質(zhì)由高濃度向低濃度擴散。 2.決定因素：濃度差2單純擴散.exe 膜通透性(Permeability),（二）易化擴散（facilitated diffusion） 定義：非脂溶性物質(zhì)在膜蛋白質(zhì)幫助下，順濃度差或電位差擴散的過程。 方式：通道中介的易化擴散 載體中介的易化擴散,1、載體介導的易化擴散靠載體幫助 特點：2載體.exe 飽和現(xiàn)象2飽和性.ex

10、e 結(jié)構特異性 2載體特異.exe 競爭性抑制 例：葡萄糖、氨基酸進入細胞。,2、通道介導的易化擴散-靠離子通道幫助,通道的特征:,離子選擇性,轉(zhuǎn)運速度快,順電-化學梯度擴散,通道的類型： （1）電壓門控性通道 2電壓門控通道.exe voltage-gated ion channel 通道開、閉受膜兩側(cè)電位差控制 （2）化學門控通道 chemically-gated ion channel 通道的開、閉受化學物質(zhì)控制 （3）機械門控通道 mechanically-gated ion channel,單純擴散和易化擴散的共同點 是：物質(zhì)順濃度差或電位差進行擴 散，無需消耗能量，稱為被動轉(zhuǎn)運。,

11、（三）主動轉(zhuǎn)運 定義：通過細胞本身耗能的過程將物質(zhì)從低濃度向高濃度一側(cè)轉(zhuǎn)運。 1、原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（primary active transport） 細胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將物質(zhì)逆濃度差或電位差轉(zhuǎn)運的過程。 例：Na+、K+主動轉(zhuǎn)運2泵活動.exe 工具：Na+-K+泵 （Na+-K+依賴式ATP酶） 泵的本質(zhì)：膜蛋白質(zhì)（ATP酶）,作用：排Na+吸K+ （ 3Na+：2K+/ATP） 意義：維持細胞內(nèi)高K+是代謝所必需 建立勢能貯備 維持細胞正常體積,2、繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運（secondary active transport） 繼發(fā)某種物質(zhì)主動轉(zhuǎn)運后形成的勢能儲備,引起另一種物質(zhì)的逆濃度差

12、轉(zhuǎn)運（間接利用ATP轉(zhuǎn)運）稱為繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。 例：腎小管上皮細胞主動轉(zhuǎn)運葡萄 糖；小腸上皮細胞吸收葡萄糖,（三）入胞與出胞（endocytosis and exocytosis） 概念：某些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊 進出細胞 過程。 1 、入胞 endocytosis 固體吞噬 液體吞飲 入胞過程 （了解）： 辯認結(jié)合膜結(jié)構功能改變 膜內(nèi)陷形成吞噬泡處理,2、出胞 exocytosis 以細胞分泌過程為例 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)形成分泌物高爾基復合體加工 包裝形成分泌囊泡向細胞膜靠近 與細胞膜融合外排。,思考題： 1、單純擴散與易化擴散有何異同點？ 2、何謂鈉泵？其化學本質(zhì)、運轉(zhuǎn)機制、 生理意義是什么？,第二節(jié)

13、 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導,跨膜信號轉(zhuǎn)導概念： 信號分子作用于細胞時，通常并不進入細胞或直接影響細胞內(nèi)過程，而是作用于細胞膜表面，通過膜結(jié)構中的一種或數(shù)種特殊蛋白質(zhì)的變構作用，將外界信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)，引發(fā)細胞相應的功能變化。,一、G-蛋白耦聯(lián)受體介導的跨膜信號轉(zhuǎn)導 G-蛋白耦聯(lián)受體 （一）系統(tǒng)組成 G蛋白 G蛋白效應器 第二信使,1、G-蛋白耦聯(lián)受體： （G protein-linked receptor) 又稱七次跨膜受體:(7-transmembrane receptor),2、G蛋白 （G protein） 又稱鳥苷酸結(jié)合蛋白 由3個亞單位組成： 2種存在形式：失活型，激活型,3、

14、G蛋白效應器 催化生成第二信使的酶或離子通道 如AC、GC、PLC,4、第二信使（second messenger） cAMP cGMP Ca2+ IP3 等； 第一信使( first messenger )指激素、神經(jīng)遞質(zhì)和某些化學物質(zhì)。,（二）信號轉(zhuǎn)導途徑 1、受體G蛋白AC途徑 2、受體G蛋白PLC途徑,信號分子與膜受體結(jié)合 G蛋白 激活AC（效應器酶） ATP cAMP（第二信使） 激活PKA 酶活性改變、 通道開放等,信號分子與膜受體結(jié)合 G蛋白 激活PLC（效應器酶） 二磷酸磷脂酰肌醇IP3 和DG（第二信使） 促使肌漿網(wǎng)釋放Ca2+ 激活PKC,二、離子通道受體介導的信號轉(zhuǎn)導 離

15、子通道受體（促離子型受體） ionotropic receptor 如：N型乙酰膽堿受體,N-型Ach門控通道的分子結(jié)構示意圖,三、酶耦聯(lián)受體介導的信號轉(zhuǎn)導 既是受體又是酶的蛋白質(zhì)介導 （一）酪氨酸激酶受體 （二）鳥苷酸環(huán)化酶受體,第三節(jié) 細胞的生物電現(xiàn)象,生物電：生物體內(nèi)表現(xiàn)的電現(xiàn)象如心電、腦電、肌電。 細胞的生物電發(fā)生在細胞膜兩側(cè)，故稱跨膜電位。,細胞生物電現(xiàn)象的表現(xiàn)： 安靜時：靜息電位（resting potential） 興奮時：動作電位（action potential） 一、靜息電位及產(chǎn)生機制 （一）細胞靜息電位的概念 實驗現(xiàn)象：,圖 靜息電位的記錄,1、RP定義 細胞安靜時存在于

16、膜兩側(cè)的電位差。 2、RP特點 穩(wěn)定的直流電位，內(nèi)負外正 一般膜內(nèi)比膜外低70-90mV。 記作-70mV ，-90 mV。 3、幾個概念： 極化：Polarization 細胞安靜時膜的內(nèi)負外正的狀態(tài) 。,超極化 hyperpolarization 與靜息狀態(tài)相比膜內(nèi)外電位差加大 去極化 depolarization 膜內(nèi)外電差減小 倒極化 Overpolarization 內(nèi)正外負的狀態(tài) 復極化： 恢復極化的過程 2膜電位狀態(tài).exe,（二）RP產(chǎn)生的機制 1、 RP產(chǎn)生條件（前提） （1）細胞內(nèi)外離子分布不均。 細胞內(nèi)高K+，細胞外高Na+。 （2）不同狀態(tài)下細胞膜對各種離子通透 性不同

17、。 細胞安靜時膜對K+有通透性，對其它離子通透性很低。,內(nèi),外,2、RP產(chǎn)生機理K+向細胞外擴散 動力：膜 內(nèi)外K+濃度差2靜息電位.exe 阻力：膜兩側(cè)電場力 當動力=阻力時，達到電化學平衡， K+凈外流=0 ，即達K+平衡電位，形成穩(wěn)定的內(nèi)負外正電位差。,3、證據(jù) 用Nernst公式計算 Ek=RT/ZFlnK+o/ K+i 實際測量 標本 K+平衡電位理論值 RP實測值 蛙縫匠肌 -90mV -90mV 哺乳動物骨骼肌 -95mV -90mV,4、影響RP的因素 （1）膜內(nèi)外K+濃度差 （2）細胞膜對K+、Na+的通透性 （3）鈉鉀泵活動,二、動作電位及其產(chǎn)生機制 （一）細胞的動作電位

18、1、AP定義： 細胞受到有效刺激后，膜 內(nèi)、外電位差經(jīng)歷一次快速、可逆的變化。 2、AP波形：,上升支（去極化相） 鋒電位 AP 下降支（復極化相） 后電位 負后電位 正后電位,（二）AP產(chǎn)生機制 前提條件： 膜內(nèi)外離子分布不均 有效刺激產(chǎn)生膜電流,2、引起動作電位的離子流 上升支：Na+內(nèi)流 細胞受到有效刺激膜上Na+通道開放 Na+少量內(nèi)流膜內(nèi)電位上升達閾電位 Na+通道大量開放Na+大量內(nèi)流 膜內(nèi)電位迅速上升 達到Na+平衡電位。,閾電位：能引起膜上鈉通道開放并 形成正反饋過程的臨界膜電位。,下降支： K+外流2鉀通道.exe 后電位 ： 負后電位: K+外流緩慢 正后電位:鈉鉀泵活動(

19、生電),AP產(chǎn)生機理總結(jié) 離子流 動力 去極化 Na+內(nèi)流 濃度差+電位差 復極化 Na+內(nèi)流停止K+外流 濃度差 復極后 排Na+吸K+ ATP分解供能,3、證據(jù) : （1）人工改變細胞外液Na+濃度 （2）使用通道阻斷劑 用Na+通道阻斷劑河豚毒 和K+ 通道阻斷劑應用。 （3）電壓鉗（voltage clamp)實驗 -測膜電導 （4）膜片鉗(patch clamp)實驗,電壓鉗實驗,膜片鉗實驗,4、AP特點 （1）幅度不隨刺激強度加大而加大 “全或無” (all or none) （2）幅度不隨傳導距離增加而遞減 不衰減性傳導 （3）不能疊加 (總和) 脈沖式,AP產(chǎn)生的最大頻率=1/

20、絕對不應期 （理論值）2不應期.exe,三、局部興奮及其特性 細胞受到閾下刺激時膜內(nèi)外電位差發(fā)生的輕度變化。,特點： （1）分級性 幅度隨刺激強度加大而加大，無“全或無” 現(xiàn)象。 （2）衰減傳導 幅度隨傳導距離增加而遞減（電緊張性傳播）。 （3）可以總合（疊加） 有時間總和與空間總和。,四、興奮在同一細胞上的傳導 （一）傳導機制 -局部電流學說2AP傳導.exe,圖： AP在神經(jīng)纖維上的傳導,閾刺激 去極化 內(nèi)正外負 局部電流 刺激未興奮部位 AP產(chǎn)生。 AP傳導實質(zhì)是興奮沿膜依次產(chǎn)生的過程。 可雙向傳導。 有髓鞘纖維是跳躍式傳導。（saltatory conduction)。,圖 神經(jīng)纖維,

21、node of Ranvier,（二）興奮傳導的特點：,1、雙向傳導,2、絕緣性,3、相對不疲勞性,4、不衰減傳導,5、不融合性,作業(yè)題：,1、動作電位與靜息電位有什么區(qū)別？,2、降低細胞外液鉀離子濃度，靜息 電位 、動作電位 ，為什么？ 降低細胞外液鈉離子濃度，靜息 電位 、動作電位 ，為什么？,第四節(jié) 肌細胞的收縮,一、神經(jīng)肌接頭處興奮傳遞過程 （一）神經(jīng)肌接頭結(jié)構 （Neuromuscular junction） 接頭前膜prejunctional membrane（內(nèi)含乙酰膽堿） 接頭間隙 junctional cleft 接頭后膜（終板膜） 有特異性受體 postjunctional

22、 membrane (endplate membrane),圖 神經(jīng)肌接頭的結(jié)構,神經(jīng)肌接頭,肌纖維,運動神經(jīng),軸突末梢,囊泡（接頭小泡）,ACh,接頭前膜,N型受體,接頭后膜,（二）傳遞過程transmission processes AP傳到運動神經(jīng)未梢 Ca2+內(nèi)流 未梢釋放遞質(zhì) 擴散到終板膜 N型受體結(jié)合 化學門控性通道開放 Na+內(nèi)流（為主）K+外流 終板電位產(chǎn)生 總和達到鄰近肌膜閾電位 肌膜AP。 2N-M傳遞.exe 終板電位endplate potential： 終板膜輕度去極化電位變化（局部電位）。,（三）神經(jīng)肌接頭處興奮傳遞的特點,1、單向傳遞,2、時間延擱,3、易受環(huán)境變

23、化及藥物的影響,二、骨骼肌的興奮收縮耦聯(lián),定義：將肌膜 AP和肌絲滑行連接起來的中介過程。 關健部位：三聯(lián)體 甘油可破壞三聯(lián)體 關鍵物質(zhì)（耦聯(lián)因子）：Ca2+,圖 肌管系統(tǒng),肌管系統(tǒng),sarcotubular system,1、肌管系統(tǒng) sarcotubular system 橫管（transverse tubule）2T管.exe 作用：將肌膜傳到肌內(nèi)部。 縱管（longitudinal tubule） 作用：貯存、釋放、攝取Ca2+ 三聯(lián)體 一個橫管+兩側(cè)終池（縱管膨大部位） 作用：將肌膜電變化和肌肉收縮耦聯(lián)起來。,、興奮-收縮耦聯(lián)的三個步驟： AP沿橫管傳入肌細胞內(nèi)部2T管.exe 三聯(lián)

24、體處信息傳遞 肌漿網(wǎng)對Ca2+釋放和再聚積,（三）骨骼肌收縮機制 肌絲滑行學說 細肌絲向粗肌絲間滑行。 肌小節(jié) Sarcomere 是肌肉收縮舒張的基本單位。,圖 電鏡下肌原纖維結(jié)構,圖 肌小節(jié)示意圖,圖 肌小節(jié)，肌絲和肌管,、肌絲的分子組成 粗肌絲thick filament 由肌凝蛋白 （myosin）分子組成 桿狀部 myosin 球狀部又稱橫橋 Cross bridge,橫橋 Cross bridge,肌凝蛋白（myosin）,粗肌絲的分子結(jié)構圖,粗肌絲的分子組成的模型,橫橋 Cross bridge,圖 肌凝蛋白分子在粗肌絲中的排列,橫橋特性： a. 與細肌絲特定點結(jié)合，拖細肌絲 向

25、M線方向滑行。 b. 具有ATP酶活性，可分解ATP供能。,細肌絲 thin filament 肌動蛋白（actin） 構成主干，有橫 橋位點 原肌凝蛋白（tropomyosin） 掩蓋位點作用 肌鈣蛋白（Troponin）有三個亞單位 C T I （Ca2+受體）（結(jié)合）（傳遞）,圖 細肌絲組成,肌纖蛋白actin,tropomyosin,troponin,細肌絲的分子結(jié)構,I亞單位,C亞單位,T亞單位,滑行學說的主要內(nèi)容： 肌細胞收縮時，細肌絲向粗肌絲中間滑行。粗、細肌絲本身都沒有縮短。,肌肉收縮和舒張時肌小節(jié)的變化,、肌絲滑行的基本過程,肌漿中Ca2+Ca2+與肌鈣蛋白結(jié)合 原肌凝蛋白構型改變肌纖蛋白上“位點”暴露橫橋與“位點”結(jié)合ATP分解供能 橫橋擺動拖細絲向粗絲中間（M線）滑行 肌小節(jié)縮短 （肌肉收縮）,乙.舒張,甲.收縮,肌肉舒張的過程,當肌漿中Ca2+ Ca2+與肌鈣蛋白的C亞單位分離 原肌凝蛋白復位回到肌動蛋白上的作用點，橫橋停止擺動 細肌絲恢復原來位置 肌小節(jié)恢復到原來長度，肌肉舒張。 Ca2+在肌絲滑行中起很重要作用。2肌舒縮.exe,（四）骨骼肌收縮的形式,骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)