《生理学基础》第二章 细胞的基本功能

2. 出胞
内分泌腺分泌激素 外分泌腺分泌酶粘液 神经末梢分泌神经递质
胞纳和胞吐
细胞通过膜的变形和破裂，使某些大分子物 质或团块进出细胞的过程，分别称为出胞和入胞。 出胞和入胞均需消耗能量，故也属于主动转运。 胞吐:是指细胞内某些大分子物质或物质团块 排出细胞的过程，又称出胞。 如：分泌 胞纳:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞 的过程，又称胞纳入胞。 如：吞噬；吞饮。
细胞膜脂质双层是一个天然屏障，各种 离子和水溶性分子都很难穿越细胞膜脂质双 层的疏水区，从而使胞质中溶质的成分和浓 度与细胞外液显著不同。 在新陈代谢过程中，细胞不断地通过细胞膜 与内环境进行物质交换。而交换的物质种类繁多， 理化性质各异，这决定了进出细胞的形式也是多 种多样的。常见的物质跨膜转运形式包括四种类 型。
锋电位 动作电位 后电位
去极化 上升支 反极化或超射 下降支 —复极化
负后电位 正后电位
单一神经或肌细胞动作电位的特性： 1.“全或无”定律 2.可扩播性 3.不衰减传导
动作电位的图形
刺激
锋电位、后电位
局部电位 上 升 支
阈电位 去 极 相
去极化
零电位 反极化（超射）
下 降 支
复极化
胞吐示意图
胞纳示意图
第二节 细胞的生物电现象
任何组织细胞在产生功能活动之前，最先在细胞膜上 产生的是生物电变化。
膜电位:生物细胞以膜为界，膜内外的电位 差简称跨膜电位。
静息电位 安静状态 —— 静息电位(RP) 动作电位 兴奋状态 —— 动作电位(AP)
生物电现象
1.细胞的跨膜静息电位：(RP) 静息电位:细胞处于安静状态时，膜内外 存在的电位差。
K+的跨膜净通量 ＝ 零，此时的电位差
值称为K+的平衡电位。
∴静息电位（RP）= K+的平衡电位
3.动作电位与Na+的平衡电位
动作电位（AP）是细胞受到刺激后，在静息电位 基础上发生的一次可扩布的快速而可逆的电位变化，
3.动作电位的产生机制
（1）动作电位产生的条件 ①膜内外存在[Na+]的浓度差: [Na+]i＜[Na+]O ≈ 1∶10；
生理学基础
第二章 细胞的基本功能
章目录
1
2 3
细胞膜的物质转运功能 细胞的生物电现象 肌细胞的收缩功能
重点与难点
细胞膜转运物质的主要方式及特点； 静息电位和动作电位的概念和产生的离子基础。
细胞生物电产生原理 ； 骨骼肌收缩机制。
细胞是构成人体最基本的结构和功 能单位。人体各器官和系统的功能活动 都与构成该器官和系统的细胞群体密不 可分。人体内共有10^14个，按其功能 可分为两百余种。每一种细胞主要执行 一种特定的功能，也有的细胞可执行多 种功能，但对所有细胞或某些细胞群体 而言，许多基本的功能活动具有普遍性。
§静息电位的产生条件
①静息状态下细胞膜内、外离子分布不均：
细胞膜外的主要是Na+、Cl细胞膜内的主要是K+、 A②静息状态下细胞膜对各种离子的通透性不同： 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A静息状态下细胞膜主要对K+有通透性。
膜内： 膜外：
静息状态下细胞膜主要对K+有通透性：
促使K+外流的动力：膜两侧[K+]的浓度差， 阻止K+外流的阻力：膜两侧的电位差 当动力（浓度差）＝ 阻力（电位差）
兴奋时：膜对Na+的通透性突然增大
2.静息电位与K+的平衡电位
细胞处于安静状态时，膜内外两侧存在的电位差， 称为静息电位(resting potential RP) 。 •
RP实验现象：
1.证明静息电位的实验
（甲）当A、B电极都位于 细胞膜外，无电位改变， 证明膜外无电位差。 （乙）当 A 电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。 （丙）当A、B电极都位于 细胞膜内，无电位改变， 证明膜内无电位差。
载体、通道
需要膜蛋白帮助；
特点
也不消耗能量；
被动过程；
特异性 载体转运特点 饱和性 竞争性抑制
通道转运特点：
不同的通道有不同的离子选择性： Na+通道、K+通道、Ca2+通道、Cl-通道 不同的通道有不同的开闭控制条件：
(1)膜两侧(外侧)化学信号 (2)膜两侧的电位差 化学门控通道 电压门控通道
膜两侧该物质的浓度差（高→低） 转运速率取决于 膜对该物质的通透性 脂溶性 小分子
2.转运的物质
O2、CO2
特点：
不需要外力帮助； 也不消耗能量； 被动过程。
二、易化扩散
1、定义
非脂溶性小分子物质或离子由细胞膜的高浓度一侧 向低浓度一侧转运的过程。
2、帮助易化扩散的膜蛋白
经载体扩散 类型 经通道扩散
细胞内
K+ 30倍
Na+ 12倍
细胞外
这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普 遍存在，是通过消耗能量来形成和维持的。
主动转运与被动转运的区别：
被动转运 顺浓度差 顺电位差 主动转运 逆浓度差 逆电位差
不直接耗能
消耗能量
四、入胞和出胞
1. 入胞
指细胞外大分子物质或物质团块（细菌、 病毒、异物等）进入细胞的过程。 吞噬 吞饮
日常应用中，最简便的方法是采用阈 值作为衡量组织兴奋性高低的指标。
即：在刺激作用时间和强度－时间变化率 固定不变的条件下，能引起组织细胞兴奋 所需的最小刺激强度即为强度阈值。 阈值∝1/兴奋性
达到强度阈值的刺激称为阈刺激，
强度小于阈值的刺激称为阈下刺激，
强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。
（二）阈电位与动作电位
结论：
①AP的去极相：由Na＋快速内流形成 Na＋通道阻断剂：河豚毒（TTX） ②AP的复极相：是Na＋内流停止、 K＋外流形成 K＋通道阻断剂：四乙胺（TEA） ③复极后：Na＋－K＋泵加速活动，排Na＋摄K＋
二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导
（一）刺激引起兴奋的条件
刺激的种类：
化学、机械、温度、光、电、声等。 刺激需要具备三个条件： 一定的强度 一定的持续时间 一定的时间－强度变化率
阈刺激和阈电位的概念不同，但对于导致细 胞最后产生动作电位的结果相同，故都能反映细 胞的兴奋性 。
阈电位一般比静息电位的绝对值小10～20mV， 如：神经和肌肉细胞，阈电位为-50～-70mV。
（三） 阈下刺激、局部反应及其总和
概念：阈下刺激引起的低于阈电位的去极化（即 局部电位），称局部兴奋。
来自百度文库
后电位 （负、正）
复 极 相
去极化（除极）：
膜内、外电位差向小于RP值的方向变化的过程。 (例如由-70 → -50mV) 反极化（超射）: 细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的 极性反转过程。 复极化: 去极化后再向极化状态恢复的过程。 超极化: RP的绝对值增大(例如由-70 → -90mV)
直流电刺激仪
阈电位：膜电位去 极化达到能触发细胞 膜产生动作电位的 临 界膜电位。
阈刺激：
是从外部加给细胞的刺激 强度，是膜被动去极化到 阈电位的外部条件。
阈电位：
是从细胞膜本身膜电位的 数值来考虑，是膜自动去 极化产生动作电位的膜本 身条件。
简而言之，外部给细胞一个阈刺激，使细胞的膜 电位到达阈电位因而爆发动作电位。
复极化：膜电位恢复到极化的过程。
超极化：膜内负电位超过静息电位的过程。
（二）静息电位的产生机制
条件： ①安静时膜内高K+ ②安静时膜对K+的通透性高
只对K+有通透性 对其他离子通透性极低
—— K+外流
K+外流的动力：膜内的高K+势能 K+外流的条件：安静时膜对K+有通透性
二、动作电位 （AP）
（一）动作电位的概念
第一节
细胞膜
细胞膜的物质转运功能
是包被在细胞表面的薄膜，是具有特殊
结构和功能的半透膜； 将细胞内容物与细胞外液隔开， 使细胞 独立地存在； 直接与内环境接触，是物质进出细胞及
信息传递的必经之路。
细胞膜的主要功能：
1.屏障作用：使细胞内各种物质成分保持 相对稳定，及物质在细胞内、外的浓度差。
2.物质转运功能：营养物质与代谢产物的 进入和排出都经过细胞膜转运。
3.受体功能：细胞膜受体具有识别和接受 刺激信号的能力，并引起细胞内信号转 导过程。
细胞膜的分子排列结构，目前公认的是 “液态 镶嵌模型”。其基本内容为：细胞膜是以液态脂质双 分子层为基本骨架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白 质，细胞膜的外表面的糖类分子，与脂质和蛋白质形 成糖脂或糖蛋白。
静息电位的范围： -10 ～ -100mV之间
极 化:以膜为界，外正内负的状态。
一、静息电位(RP)
（一）静息电位的概念 安静时细胞膜两侧的电位差 神经细胞、骨骼肌细胞 -70mV～-90mV 平滑肌细胞：-55mV
红细胞：-10mV
极
化：安静时膜两侧稳定的内负外正的状态。
去极化：膜内负电位减小的过程。 反极化：膜内电位由零变为正值的过程。
细胞受到有效刺激时，细胞膜在静息电位的基础上发生一次快速的、
可传导的电位变化，称为动作电位。是细胞兴奋的标志。
（1）上升支（去极相） -70 mv ～ +30 mv （2）下降支（复极相） +30 mv ～ -70 mv
2.细胞的动作电位：(AP) 动作电位：神经细胞、肌肉细胞在受到刺 激发生兴奋时细胞膜在原有静 息电位的基础上发生一次迅速 而短暂的电位波动，细胞兴奋 时发生的这种短暂的电位波动 是细胞兴奋的指标。
电刺激仪提供的电刺激操作方便、刺激的条件易于控制，
对组织、细胞不易损伤且重复性好。
为研究刺激的各参数之间的相互关系，可固定 一个参数值，观察其余两个参数的相互关系。 例如：当使用方波电脉冲作为刺激时,时间－强度变 化率固定不变。 ↑ 强 度 刺激的持续时间
时间→
实验结果描绘曲线如下：
时间－强度曲线
（三）生物电现象产生的机制
1.细胞膜内外两侧的离子分布
离子浓度
（mmol/L）
主要 离子
Na K
+ +
膜内 14 155 8 60
膜外 142 5 110 15
膜内与膜 膜对 外离子比 透 例
1:10 31:1 1:14 4:1
通透
通透
Cl A-
通透
无通
细胞膜对各种离子的通透性不同： 安静时：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
（1）AP的产生机制 细胞受到刺激时
细胞膜上少量Na+通道激活而开放 Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓→局部电位 当膜内电位变化到阈电位时→Na＋大量内流 膜内负电位减小到零并变为正电位（超射） Na+通道关→Na+内流停+同时K+通透性增加 K＋顺浓度差和膜内正电位的吸引→K＋迅速外流 膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支） ∵ [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵 Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平→后电位
一、细胞膜的物质转运功能
小分子物质或离子的跨膜运转根据其是顺浓 度差还是逆浓度差，或消耗能量与否，分为被动 转运和主动转运两大类：
被动转运
是指小分子物质顺电位差或化学梯度的转运 过程。 特点：①不直接消耗能量； ②顺电-化学梯度进行 分类：①单纯扩散； ②易化扩散
一、单纯扩散
1.定义
脂溶性小分子物质由细胞膜的高浓度一侧向 低浓度一侧转运的过程。
脂质：又称脂类，由脂肪酸和醇作用生成的酯及 其衍生物统称为脂类，这是一类一般不溶于水而 溶于脂溶性溶剂的化合物。 脂类包括油脂（甘油三酯）和类脂（磷脂、固醇类） 细胞膜脂质中，磷脂占总量的70%,胆固醇占30%，糖脂10% 脂质双层是细胞膜的基本骨架 细胞膜的功能主要是通过膜蛋白来实现的 细胞膜的糖类物质与蛋白质或脂质结合，生 成糖蛋白或糖脂，具有受体或抗原的功能
(3)机械刺激
机械门控通道
离子移动的方向取决于该离子在膜两侧的浓度差和电位差
三、主动转运
1.定义
膜上“泵”的作用，由低浓度一侧向高浓度一侧转运。 2.特点 逆浓度差、逆电位差（低→高）
需要泵蛋白帮助
消耗能量 3.意义 膜内外不均衡离子分布
正常情况下，K+、Na+在细胞内外的分布有 很大的不同，以神经细胞为例：
即细胞膜外Na+浓度比细胞膜内高10倍左右。
②膜受到刺激时，对Na+的通透性突然增加： 即细胞膜上的电压门控性Na+通道激活开放。
细胞膜电压门控性Na+通道激活开放，Na+内流
• 促使Na+内流的动力： Na+浓度差、电场引力 • 阻止Na+内流的阻力： 电位差
当动力和阻力达到动态平 衡时， Na+的净扩散通量为 零，此时的电位差值称为 Na+的平衡电位。 Na+通道失活， K+继续外流， 使膜电位恢复到RP水平。 [Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵