第4章 细胞的基本功能2

(二) 易化扩散
1.载体转运：载体介导的易化扩散 ①载体蛋白质有较高的结构特异性； ②饱和现象； ③竞争性抑制。
载体介导的易化扩散
2、通道转运
①离子选择性 ②转运速度快 ③门控性
通道介导的易化扩散示意图
通道介导的易化扩散
门控离子通道分为三类： • 1. 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如
• 意义：是动作电位产生的基础。
静 息 电 位 测 定 示 意 图
静息电位产生的机制
产生条件主要有两个： • ①细胞内外各种离子的浓度分布不均，
即存在浓度差； • ②在不同状态下，细胞膜对各种离子
的通透性不同。
膜电位几种状态
• 极 化：安静时存在于膜两侧的稳定的内负 外正的状态。
• 超极化：膜内负电位增大。 • 去极化：膜内负电位减小。 • 复极化：细胞发生去极化后，膜电位有恢
第四章 细胞的基本功能 Chapter 4 The basic function of cells
细胞是组成人体和其他生物体的基本结 构单位和功能单位。体内所有的生理功能和 生化反应都是在细胞及其产物的物质基础上 进行的。只有在了解细胞和细胞器的分子组 成和功能的基础上，才能阐明整个人体和各 器官、系统的功能活动及其机制
兴A
奋静
在
息 时
同 一
B
发
细
生 兴
胞
奋 后
上
的
C
传
传
导 过
导
程 中
局部电位
➢ 概念：由阈下刺激引起的小的电位变化 ➢ 特点： （1）幅度大小呈“等级”性：不是“全或无”的，而是
随着阈下刺激的增大而增大； （2）呈电紧张式扩布：不能在膜上作远距离的传播； （3）总和效应：局部兴奋是可以互相叠加
包括 ①空间性总和 ②时间性总和
一、骨骼肌神经-肌接头的传递
（Transmission of Skeletal Neuromuscular Junction）
（一）神经-肌接头（NMJ）微细结构
微细结构： • 接头前膜
（prejunctional membrane）
• 接头后膜或终板膜
（endplate membrane）
• 接头间隙
（二）兴奋-收缩耦联的关键离子——Ca2+
（一）L型钙通道和钙释放通道 （二）骨骼肌细胞和心肌细胞的钙释放 （三）骨骼肌细胞和心肌细胞的钙回收
（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联过程
➢ 三个步骤： ① 电兴奋通过横管系统传到三联管，激活横管膜上
L型钙通道， ② L型钙通道激活终池膜上的钙通道，使Ca2+聚积
使其达到阈电位、爆发动作电位
胆碱、 乙酸
（三）神经-骨骼肌接头处兴奋传递特点
①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； ②时间延搁: 神经-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0.5～ 1.0ms； ③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。
3、影响横纹肌收缩效能的因素
（1）前负荷（preload）
概念
长度-张力关系曲线
最适前负荷时，粗、 细肌丝处于最适重叠 状态，所有的横桥都 可能与细肌丝接触。
(2)后负荷（afterload）
概念 张力-速度曲线 最大缩短速度（Vmax） 最大收缩张力（P0）
缩短速度取决于：横桥周期 的长短；
张力取决于：每瞬间与肌动 蛋白结合的横桥数。
思考题
1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液 K+浓度时，其静息电位和动作电位有何变 化？为什么？
2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位 有何变化？何谓“全”或“无”式的？
3.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？
Ca2+与肌钙蛋白结合 肌钙蛋白构型改变 原肌球蛋白位移，
暴露细肌丝上的结合位点 横桥与结合位点结合，头 部分解ATP贮存的能量释
放 横桥向M线方向摆动将细
肌丝牵拉到粗肌丝内
肌节缩短,肌细胞收缩
四wenku.baidu.com骨骼肌的收缩形式
1.等长收缩和等张收缩 • 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； • 等张收缩：在一定的张力基础上产生肌肉的收缩时，肌肉的
必需条件；②维持细胞内低Na+，维持胞内渗透压， 保持细胞正常形态和功能；③维持细胞外高Na+， 建立细胞兴奋的基础（势能贮备）
原 发 性
主 动 转
运 示 意
图
继发性主动转运分为：1、同向转运 2、逆向转运
（四）入 胞 和 出 胞
第二节 细胞的信号转导功能
Signal transduction of cell
复到极化状态。
（二）动 作 电 位
• 概念：细胞受刺激后在RP基础上发生的一 次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电 位(Action Potential, AP)
• 意义：是细胞兴奋和兴奋性的标志。
单 一 神 经 纤 维 的 动 作 电 位 示 意 图
•动 作 电 位 的 产 生 机 制
动作电位的产生条件与阈电位
• 分类：原发性主动转运、继发性主动转运 • 二者区别：
原发性主动转运：直接利用ATP能量 继发性主动转运：间接利用ATP能量
钠-钾泵（sodium-potassium pump）
简称钠泵，也称Na+-K+依赖式ATP • 作用：每消耗1分子ATP，可逆浓浓度差将3个Na+
移出细胞，同时把2个K+移入细胞。 • 意义：①维持细胞内高K+，这是许多代谢过程的
动作电位的特征
⑴动作电位呈“全或无”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； ⑵不衰减性传导：动作电位一旦在细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； ⑶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。
嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质
细胞膜的液态镶嵌模型
二、细胞膜的物质转运功能
(一) 单纯扩散 • 概念：是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机
制参与。 • 扩散的方向和速度：取决于物质在膜两侧的浓度差和
膜对该物质的通透性。 • 影响扩散量的因素：①浓度差：是物质扩散的动力；
②通透性：通透性愈大，扩散量也愈大。
二、横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
（Excitation-Contraction Coupling of Striated Mucle Cell）
（一）肌管是兴奋-收缩耦联的结构基础
• 横管（transverse tubule ） • 纵管（longitudinal tubule） • 三联管 （triad）
神经元上的Na+ 通道； • 2. 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）主要来自细胞外液，如 激素、递质等； • 3. 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。
（三）主动转动
• 概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物 质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一 侧的过程。
• 阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。 阈电位大约比正常静息电位的绝对值小 10～20mV 。
• 动作电位的产生条件：静息电位去极化达
到阈电位水平。
细胞兴奋性的周期性变化
• 绝对不应期( absolute refractory period) • 相对不应期(relative refractory period) • 超常期( superanormal period) • 低常期(subnormal period)
肌球蛋白（myosin） 横桥（cross-bridge）
细肌丝（thin filament）
肌动蛋白（actin) 原肌球蛋白（tropomyosin） 肌钙蛋白（troponin ）
（2）横桥周期 （cross-bridge cycling ）
3.肌肉收缩过程
终池膜上的钙通道开放 终池内的Ca2+进入肌质
（junctional cleft）
（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传 递过程
神经冲动到达末稍，接头前膜去极化
电压门控Ca2＋通道开放、Ca2＋内 流
囊泡向接头前膜移动、融合、 破裂，ACh释放至接头间隙
AChE
AC膜h与对终Na板＋膜和NK2＋受通体透结性合↑ 、
Na＋内流使终板膜去极化→EPP EPP电紧张性扩布至周围肌膜
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(3)肌肉的收缩能力（contractility）
概念
肌肉的收缩能力提高的表现：
1）长度-张力曲线上移
2）张力-速度曲线右上移位
4. 收缩总和（sumation of contraction）
运动单位总和 运动单位（motor unit）；大小原则（size principle）
频率效应总和 • 单收缩（twitch）、强直收缩（tetanus）
•
局 部 兴 奋
第四节 肌细胞的收缩功能
Contraction of muscle cells
本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容： • ① 运动神经的兴奋如何传递给骨骼肌细胞而使它
产生兴奋； • ② 骨骼肌细胞的兴奋如何引发它收缩； • ③ 肌细胞的收缩机制； • ④ 骨骼肌的收缩形式； • ⑤ 影响骨骼肌收缩的因素。
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：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。 • 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，称 为强直收缩 。
单 收 缩 和 强 直 收 缩
跨膜信号转导方式分为三类
① 离子通道 ② G蛋白耦联受体 ③酶耦联受体
神经-骨骼 肌胆碱能 受体
每类都通过各自 不同的细胞信号 分子完成信号转 导
酪氨酸激酶 底物磷酸化
环磷酸腺苷（AMP）
➢ G蛋白即鸟苷酸调节蛋白，其耦联膜上受 体和胞内效应器
第三节 细胞的生物电现象
Bioelectricity of cell
• 生物电：细胞在进行生命活动时都伴有电 现象，称为细胞生物电。由一些带电离子 （如Na+、K+、Cl¯、Ca2+等）跨膜流动产 生，表现为一定的跨膜电位，简称膜电位。
• 两种表现形式：安静时具有的静息电位和 受刺激时产生的动作电位。
（一）静 息 电 位
• 静息电位（resting potential，RP）是指细 胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在 的电位差。
顺浓度差进入肌浆，提高细胞Ca2+浓度； ③ Ca2+到达肌原纤维的肌丝区，最终引发肌肉收缩
三、横纹肌的收缩
（Contraction of Striated Muscle）
（一）横纹肌细胞的微细结构 （二）横纹肌的收缩机制
1、肌丝滑行的直接证据
2、横桥扭动
（1）肌肉收缩的蛋白分子基础
粗肌丝（thick filament）
第一节 细胞的跨膜物质转运功能
Transmembrane transport function of cells
一、细胞膜的结构与化学组成
基本组成：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。
液态镶嵌模型理论（fluid mosaic model） 膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶
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复习题
1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意义。 2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。 3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。 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
么？ 5.试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。 6.何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？