生理學教案 第二章 細胞的基本功能VIP

1、精品課程生理學教案第二章 細胞的基本功能目的要求1、了解細胞膜的分子結構，掌握細胞膜的物質(zhì)轉運的形式和影響因素2、掌握靜息電位和動作電位的概念、特點和形成的離子機制，并了解靜息電位和動作電位形成的理論的主要證據(jù)3、掌握局部興奮特點和產(chǎn)生機制，掌握動作電位的引起和興奮在同一細胞上的傳導機制及特點4、了解神經(jīng)-骨骼肌接頭的結構特點、掌握神經(jīng)-骨骼肌接頭興奮傳遞過程，熟悉影響神經(jīng)-骨骼肌接頭興奮傳遞的主要因素及其臨床意義5、掌握肌肉收縮原理和前負荷、后負荷、肌肉收縮能力的概念，熟悉前負荷、后負荷、肌肉收縮能力對肌肉收縮的影響講授重點1細胞膜的物質(zhì)轉運的形式和影響因素2. 靜息電位和動作電位的概念和形

2、成的離子機制 3. 局部興奮、動作電位的引起和興奮在同一細胞上的傳導機制4. 神經(jīng)-骨骼肌接頭處的興奮傳遞及影響因素5. 肌肉收縮原理和前負荷、后負荷、肌肉收縮能力對肌肉收縮的影響講授難點1.繼發(fā)性主動轉運2. 靜息電位和動作電位形成的離子機制3. 前負荷、后負荷對肌肉收縮的影響教材生理學(5版),姚泰主編,人民衛(wèi)生出版社,2000,北京案例：某男性患者，16歲，近來運動后感到極度無力，尤其是在進食大量淀粉類食物后加重。門診檢查血清鉀正常（4.5 mEqL），但運動后血清鉀明顯降低（2.2mEqL），經(jīng)補鉀治療后癥狀緩解。1.為什么低血鉀會引起極度肌肉無力？2.為什么在進食大量淀粉后癥狀加重？

3、3.血鉀增高時對肌肉收縮有何影響？為什么？細胞是組成人體和其他生物體的基本結構單位和功能單位。體內(nèi)所有的生理功能和生化反應都是在細胞及其產(chǎn)物的物質(zhì)基礎上進行的。只有在了解細胞和細胞器的分子組成和功能的基礎上，才能闡明整個人體和各器官、系統(tǒng)的功能活動及其機制。一、 細胞膜的物質(zhì)轉運功能（一） 細胞膜的結構1 細胞膜的分子組成 主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和少量糖類組成(圖2-1)。膜中脂質(zhì)的分子數(shù)超過蛋白質(zhì)分子數(shù)100倍以上。圖2-1 A 細胞膜的分子組成 B 磷脂的分子結構模式圖2 液態(tài)相嵌模型（fluid mosaic model）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構和不同生理功能的

4、球形蛋白質(zhì)（圖2-2）。圖2-2 細胞膜液態(tài)相嵌模型示意圖二、跨膜物質(zhì)轉運的方式（一）單純擴散 （simple diffusion ）概念：脂溶性物質(zhì)從高濃度側向低濃度側跨膜轉運。體內(nèi)依靠單純擴散通過細胞膜的物質(zhì)只有脂溶性氣體分子O2和CO2。圖2-3 擴散示意圖影響因素：*動力：濃度差*阻力：通透性（ permeability ）通透性 ：物質(zhì)通過膜的難易程度濃度差增大、通透性增高，擴散增大（二）易化擴散（facilitated diffusion ）1. 概念：在膜蛋白的幫助下物質(zhì)從高濃度側向低濃度側跨膜轉運2. 特點： * 從高濃度到低濃度* 特異性* 受調(diào)節(jié)3. 分類：*載體（ car

5、rier）為中介的易化擴散：特點：結構特異性高;有飽和現(xiàn)象;有競爭性抑制現(xiàn)象：有飽和現(xiàn)象*通道（ channel）為中介的易化擴散：特點：有一定特異性，但沒有載體嚴格;可以處于開放或關閉的不同功能狀態(tài)，其通透性變化快化學門控通道（chemically-gated channel）電壓門控通道（voltage-gated channel）機械門控通道（mechanically-gated channel）4. 影響因素離子的易化擴散（三）主動轉運 （ active transport ）1. 概念：通過細胞本身的耗能將物質(zhì)從低濃度側向高濃度側跨膜轉運 被動轉運 （ passive transpo

6、rt ）單純擴散、易化擴散2. 分類：*原發(fā)性主動轉運 （primary active transport ）鈉-鉀泵（sodium-potassium pump，鈉泵）*繼發(fā)性主動轉運 （secondary active transport ）鈉-鉀泵活動生理意義*胞內(nèi)低Na，維持細胞體積*胞內(nèi)高K，酶活性-新陳代謝正常進行* 勢能儲備鈉、鉀的易化擴散繼發(fā)性主動轉運，聯(lián)合轉運 （cotransport）同向轉運（symport）逆向轉運（antiport）（四）入胞（endocytosis）和 出胞（exocytosis）入胞和出胞：大分子、團塊，需膜的運動被動轉運、主動轉運：小分子二、 細

7、胞的生物電活動（一） 靜息電位（Resting potential, RP)1概念 安靜狀態(tài)下細胞膜兩側的電位差極化 (polarization)：外正內(nèi)負，膜兩側電位差等于RP去極化（depolarization)：膜兩側電位差低于RP復極化（repolarization)：由去極化恢復極化超極化(hyperpolarization)：膜兩側電位差高于RP證明：1、Nernst 公式 Ek= 59.5 Log K+ o/K+ i (mV)理論值 -87mV，實際值 -77mV2、改變細胞外液中的K+濃度，RP變化與Nernst 公式預期的理論值相似（二）動作電位1概念 細胞受刺激后在RP基礎

8、上發(fā)生的一次膜兩側電位快速倒轉和復原，稱動作電位(Action Potential, AP)（圖2-10）興奮（excitation）：產(chǎn)生AP興奮性（excitability）：接受刺激產(chǎn)生AP的能力2. Action Potential,產(chǎn)生機制去極化 膜內(nèi)外Na+不均勻分布（外高內(nèi)低）膜突然對Na+通透增大（ Na+通道開放）Na+內(nèi)流達Na+平衡電位復極化 ：Na+通道關閉， K+通道開放， K+外流證據(jù)：（1）Nernst公式ENa= 59.5 Log Na+o/Na+i (mV)超射值= ENa（2）改變細胞外液的Na濃度，AP變化與Nernst 公式預期的理論值相似（3）河豚毒(

9、tetrodotoxin,TTX）阻斷鈉通道，AP不再產(chǎn)生（4）電壓鉗或膜片鉗測定不同離子膜電流和膜通透性變化3. 鈉通透性變化的本質(zhì)和細胞興奮性周期性變化4.興奮性的周期性變化：絕對不應期( absolute refractory period)相對不應期(relative refractory period)超常期( superanormal period)低常期(subnormal period)5.后電位的產(chǎn)生機制去極化后電位（負后電位）：細胞外一過性K蓄積超極化后電位（正后電位）：Na泵活動增強6.電位的引起和傳導閾電位（threshold membrane potential）能引

10、起Na通道大量開放而爆發(fā)AP的臨界膜電位水平。有效刺激本身可以引起膜部分除極，當除極水平達到閾電位時，便通過再生性循環(huán)機制而正反饋地使Na+通道大量開放。7動作電位的傳導局部電流（local current ）在膜的已興奮區(qū)與相鄰接的未興奮區(qū)之間,由于存在電位差而產(chǎn)生局部電流。局部電流的強度數(shù)倍于閾強度，并且局部電流對于未興奮區(qū)是可以引起除極的出膜方向，因此，局部電流是一個有效刺激，使未興奮區(qū)的膜除極達到閾電位而產(chǎn)生動作電位。興奮在同一細胞上的傳導，實際上是由局部電流引起的逐步興奮過程。 跳躍傳導（saltatory conduction ）有髓神經(jīng)纖維的髓鞘有電絕緣性，局部電流只能產(chǎn)生在兩個

11、郎飛結之間，稱為跳躍傳導。 速度快節(jié)能8動作電位的特點：* 大小與刺激強度無關* 不衰減傳導* 不能融合9局部電位（local potential)由閾下刺激引起的小的電位變化*大小與刺激強度有關*衰減傳播-電緊張性擴布 （lectrotonic propagation ）*可能總和時間性總和（temporal summation）空間性總和（spatial summation ）三、 肌細胞的收縮功能（一） 神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞1. 神經(jīng)-肌接頭的結構2. 神經(jīng)-肌接頭興奮的傳遞過程3. 終板電位（endplate potential）*大小與Ach釋放量有關*電緊張性擴布 *可能總和微終

12、板電位（miniature endplate potential）0.4 mV4. 神經(jīng)肌接頭化學傳遞的特征*：傳遞 足量釋放，及時清除（膽堿脂酶）*單向性傳遞*時間延擱*易受藥物和其他環(huán)境因素的影響5. 影響神經(jīng)肌接頭化學傳遞的因素 肉毒桿菌毒素，可抑制Ach的釋放。有機磷農(nóng)藥可抑制膽堿酯酶，ACh積聚,出現(xiàn)肌細胞攣縮等中毒癥狀。美洲箭毒可以同ACh競爭結合位點, 肌松劑。接頭后膜上ACh受體功能異常,重癥肌肉無力。（二）骨骼肌收縮的分子機制滑行理論（sliding theory ）1.肌絲的分子結構 粗肌絲-肌凝蛋白（肌球蛋白）*頭部：橫橋（cross-bridge） 與肌動蛋白結合 AT

13、P酶活性（需與肌動蛋白結合 ）*桿部 ： 粗肌絲主桿細肌絲* 肌動蛋白（actin）組成細肌絲主桿與橫撟結合，激活其ATP酶* 原肌球蛋白（tropomysin）阻止肌動蛋白與橫撟結合* 肌鈣蛋白（tropoin）TnT：與原肌球蛋白結合TnI： 肌動蛋白結合TnC：與Ca2+結合3. 收縮過程依照肌絲滑行理論,基本過程是:肌細胞產(chǎn)生動作電位引起肌漿中Ca2+濃度升高時,Ca2+與肌鈣蛋白亞單位C結合, 肌鈣蛋白及原肌凝蛋白相繼發(fā)生構象改變,位阻效應解除,肌纖蛋白上的結合位點暴露,橫橋與之結合,橫橋發(fā)生扭動, 將細肌絲往粗肌絲中央方向拖動。經(jīng)過橫橋與肌纖蛋白的結合、扭動、解離和再結合、再扭動所

14、構成的橫橋循環(huán)過程，細肌絲不斷滑行，肌小節(jié)縮短。其間伴有ATP 消耗和化學能向機械能的轉換。（三）興奮收縮藕聯(lián)（Excitation-contraction coupling）概念：動作電位為特征的興奮與以肌絲滑行為特征的收縮聯(lián)系起來的中介過程 1.肌管系統(tǒng)T管L管 終池三聯(lián)管結構2.興奮收縮藕聯(lián)過程動作電位通過橫管膜傳向肌細胞深處，終末池膜上的Ca2+通道開放,Ca2+順濃差流入肌漿,使肌漿Ca2+濃度比安靜時增高100倍之多。Ca2+觸發(fā)肌絲滑行,是興奮-收縮耦聯(lián)中的關鍵因子,由橫管及其兩旁的終末池所形成的三聯(lián)管是興奮-收縮耦聯(lián)的關鍵結構。（四）骼肌收縮的力學分析1.骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)長

15、度縮短 或/和 張力增高等張收縮（isotonic contraction）肌肉作等張收縮時長度縮短,張力不變。等長收縮 （isometric contraction）肌肉作等長收縮長度不變，張力增加。單收縮（single twich）肌肉對單個刺激產(chǎn)生一次迅速的機械反應,稱為單收縮強直收縮（tetanus）2.前負荷對收縮的影響*前負荷（preload）肌肉收縮之前所遇到的負荷， 決定初長度*初長度（initial length）肌肉收縮之前的長度*長度-張力曲線在一定范圍內(nèi)，前負荷越大，初長度越長，粗細肌絲的有效重疊越多，肌肉收縮越強。當肌肉收縮達到最大時所對應的為最適前負荷和最適初長度 3.后負荷對收縮的影響*后負荷（after-load）肌肉收縮開始之后所遇到的負荷，后負荷肌肉收縮的張力肌肉收縮的張力縮斷速度肌肉收縮的張力縮斷長度 肌肉收縮的張力縮斷開始的時間延后*力-速度曲線：固定前負荷不變,讓肌肉在不同的后負荷條件下進行等張收縮。把肌肉所產(chǎn)生的張力和縮短初速度繪成坐標曲線。4.肌肉收縮能力對收縮的影響肌肉收縮能力（contractility）：決定肌肉收縮效能的內(nèi)在特性肌肉收縮能力 收縮效能思考題