医学生理学2：细胞的基本功能

细胞的跨膜物质转运功能、细胞信号转导功能、细胞生物电现象、肌细胞的收缩功能。

细胞的基本功能

• 细胞的跨膜物质转运功能
  • 单纯扩散
    • （顺浓度梯度）脂溶性小分子物质从高浓度一侧向低浓度一侧跨膜转运
    • 影响因素
      • 通透性
      • 浓度差 细胞膜两侧浓度差越大，扩散的量也就越多
    • 例如：氧气，二氧化碳，N2，乙醇，尿素，甘油
  • 易化扩散
    • 非脂溶性或难溶于脂质的物质/ 顺浓度梯度/ 借助膜蛋白
    • 载体转运
      • 水溶性小分子物质经载体蛋白
      • 例如： 葡萄糖，氨基酸
      • 特点
        • 结构特异性
        • 饱和现象
        • 竞争性抑制
    • 通道转运
      • 各种带电离子（cl, Na, k, Can) 借助通道蛋白
      • 特点
        • 转运速度快
        • 离子选择性
        • 门控特性
          • 受膜电位调控的电压门控通道
          • 化学门控通道
          • 机械门控通道
            • 例：血管平滑肌细胞具有机械门控制钙离子通道，在血压升高对管壁造成牵张时激活引起钙离子内流和血管收缩，从而实现血液的自身调节
      • 意义
        • 经通道转运的离子意义在于参与跨膜信号转导和细胞生物电话动
  • 主动转运
    • 逆浓度梯度
    • 原发性主动转运（直接耗能）
      • 特点
        • 逆浓度梯度或逆电位梯度转运
        • 须额外消耗能量，有分解的ATP提供
        • 依靠特殊膜蛋白（生物泵，具有ATP酶活性）的帮助
      • 例如：
        • ①钠-钾离子泵（钠泵）
          • 钠泵每分解1分子ATP释放的能量可以将3个钠离子移出胞外， 同时将2个钾离子移入胞内
          • 维持细胞内外的钠离子和钾离子的浓度差
          • 意义
        • ②钙泵
          • 广泛分布于质膜、内质网或肌浆网膜上
          • 质膜钙泵 每分解一分子ATP可将1个钙离子从胞质內移出胞外
          • 内质网或肌浆网钙泵每分解一分子ATP可以将2个钙离子从胞质内转移到内质网或肌浆网内
    • 继发性主动转运（间接耗能） （联合转运）
      • 特点
        • 能量来自膜两侧的钠离子浓度差
        • 逆浓度梯度或电位梯度
      • 分类
        • 同向转运
          • 联合转运的物质为同一方向
          • 例如：葡萄糖在小肠黏膜上皮处的吸收
        • 逆向转运（交换）
          • 联合转运的物质方向相反
          • 例如：心肌细胞上Na-Ca交换
  • 膜泡运输
    • 入胞
      • 吞饮 进入细胞物质为液态
      • 吞噬 进入细胞物质为固态
    • 出胞
      • 见于腺细胞的分泌以及神经末梢递质的释放等
• 细胞的信号转导功能
  • G蛋白耦联受体介导的信号转导
  • 离子通道受体介导的信号转导
    • 一种同时具有受体和离子通道功能的蛋白质分子
    • 化学门控通道
    • 特点： 路径简单，速度快
  • 酶联型受体介导的信号转导
    • 酪氨酸激酶受体
    • 酪氨酸激酶结合型受体
    • 鸟苷酸环化酶受体
• 细胞的生物电现象
  • 生物电：伴随机体生命活动过程而出现的电现象 膜电位：细胞生物电发生在细胞膜的两侧，故称膜电位
  • 静息电位（RP）
    • 概念
      • 指安静状况下细胞膜两侧存在的外正内负且相对平稳的电位差
      • 绝大多数细胞的静息电位都是负电位，范围在-10～-100mv之间
      • 静息电位的大小通常以负值的大小进行判断 负值越大表示膜两侧的电位差越大，即静息电位越大。
      • 内负外正 膜外电位为零时，膜内电位为负值
    • 状态
      • 极化
        • 安静时细胞膜两侧处于外正内负的状态
      • 超极化
        • 静息电位增大的过程或状态
      • 去极化
        • 静息电位减小的过程或状态
      • 反极化
        • 去极化至零电位后膜电位若进一步变为正值，使膜两侧的极性与原来的极化状态相反
      • 超射
        • 膜电位高于零电位的部分
      • 复极化
        • 细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程
    • 产生机制
      • 产生条件
        • 膜两侧离子分布不均匀存在浓度差
        • 膜对不同离子的通透性有选择性
      • 机制
        • 静息电位主要是钾离子外流形成的电-化学平衡电位
        • 静息电位接近但不完全等于或略低于钾离子平衡电位
        • 也有少量的钠离子内流河钠-钾泵的生理作用参与
        • 例如： 高血钾，细胞外钾离子浓度增高时，可使细胞内外钾离子浓度差减小，钾离子外流减少，即静息电位减小；钠离子通透性加大时，钠离子内流增加可使膜电位向钠离子平衡电位方向移动，静息电位减小
  • 动作电位（AP）
    • 它是细胞产生兴奋的标志
    • 概念
      • 指细胞在静息电位基础上接受有效刺激后产生的一个迅速的可向远处传播的膜电位波动
      • 正后电位（超极化后电位）
      • 负后电位（去极化后电位）
    • 特点
      • “全或无”现象
        • 刺激强度未达到阈值动作电位不会产生 达到阈值后，幅度达到该细胞动作电位最大值，不会因刺激强度的增大而继续增大
      • 不衰减式传播
      • 脉冲式发放
    • 产生机制
      • 上升支主要由电压门控钠离子通道激活后钠离子大量快速内流形成的
      • 下降支这是电压门控钠离子通道失活使得钠离子内流停止以及电压门控钾离子通道激活后钾离子快递速外流的结果
    • 产生条件
      • 1阈电位（TP）
        • 当某些刺激引起膜内正电荷增加，即负电位减少（去极化）并减少到一个临界值，细胞膜中大量钠通道才能开放而出发动作电位的产生，这个触发动作电位的膜电位临界值称为阈电位。
        • 去极化达到阈电位水平是细胞产生动作电位的必要条件
      • 2局部兴奋和总和
        • 概念
          • 动作电位可以由一次阈刺激或阈上刺激引起，也可以由多个阈下刺激产生的局部兴奋经总和而引发
        • 局部电位（局部兴奋）
          • 概念
            • 有少量钠离子通道激活而产生的去极化膜电位波动称为局部电位或局部兴奋
          • 特点
            • 等级性电位
            • 衰减式传导
            • 没有不应期
              • 空间总和
              • 时间总和
      • 3组织的兴奋性及其周期性变化
        • 绝对不应期
          • 兴奋后最初一段时间内，无论施加多大的刺激也不能使细胞再次兴奋
          • 阈值无限大，兴奋性为零（原因是，大部分钠离子通道已进入失活状态）
        • 相对不应期
          • 绝对不应期后，兴奋性逐渐恢复在一定时间内只有受到阈上刺激后可发生兴奋
        • 超常期
          • 兴奋性轻度增高时期
        • 低常期
          • 兴奋性轻度降低时期
        • 
    • 动作电位的传导
      • 传导机制--局部电流
      • 方向
        • 膜内局部电流由兴奋部位流向未兴奋部位
        • 膜外局部电流由未兴奋部位流向兴奋部位
• 肌细胞的收缩功能
  • 神经-肌肉接头处的兴奋传导
    • 神经-肌肉接头的结构特征
      • 接头前膜
        • 轴突末梢中含有大量囊泡，称为突触小泡（含乙酰胆碱Ach）
      • 接头后膜（运动终板或终板膜）
      • 接头间隙
    • 兴奋的传递过程
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    • 特点
      • 1、单向传递
        • 由接头前膜传向接头后膜
      • 2、时间延搁
        • 传递过程属于电-化学-电过程
      • 3、易受内环境变化的影响
        • 箭筒毒 可阻断终板膜上的N2型Ach受体
        • 子主题
  • 骨骼肌的兴奋-收缩耦联
    • 将骨骼肌细胞的电兴奋与肌丝滑行的机械收缩联系起来的中介过程
    • 肌管系统
      • 纵管（与肌原纤维平行，即肌浆网）
      • 横管（与肌原纤维垂直）
      • 三联管
        • 是实现骨骼肌兴奋-收缩耦联的重要结构基础
      • 概要
    • 过程
      • 兴奋通过横管传到三联管，三联管的信号传递，终池释放和回收钙离子，终池对钙离子的储存，钙离子与肌钙蛋白结合
      • 钙离子称为“兴奋-收缩耦联因子”
  • 骨骼肌的收缩机制
    • 肌原纤维和肌小节
      • 肌小节：两条相邻Z线之间的区域（包括一个位于中间部位的暗带和其两侧各1/2的明带 是肌细胞收缩的基本功能单位
    • 肌丝的分子组成
      • 粗肌丝： 由肌球蛋白（肌凝蛋白）
      • 细肌丝： 肌动蛋白（肌纤蛋白）、原肌球蛋白（愿肌凝蛋白）、肌钙蛋白
    • 肌肉的收缩过程
      • 肌丝滑行理论
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  • 骨骼肌收缩效能及影响因素
    • 骨骼肌的收缩效能
      • 等长收缩
        • 肌肉收缩时长度保持不变而只有张力增加 （站立时）
      • 等张收缩
        • 肌肉收缩时张力不变而长度缩短 （肢体运动时）
    • 影响骨骼肌收缩效能的因素
      • 前负荷--指肌肉在收缩前所承受的负荷，即肌肉的初长度 前负荷---肌肉的初长度---粗细肌丝的重叠程度---肌张力
      • 后负荷--指肌肉在收缩后所承受的负荷 在有后负荷作用下收缩，先有 张力的增加以克服后负荷的阻 力，后才有长度的缩短
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      • 肌肉收缩能力
        • 由兴奋收缩耦联期间肌浆中的钙离子浓度的变化和横桥的ATP酶活性所决定的
      • 收缩的总和
        • 多纤维总和： 多跟肌纤维同步收缩产生的叠加效应
        • 频率总和： 提高骨骼肌收缩频率而产生的叠加效应
          • 不完全强直收缩：后一次收缩过程叠加在前一次的舒张期
          • 完全强直收缩：提高刺激频率，后一次收缩过程叠加在前一次的的收 缩期
          • 机制：强直收缩是各单收缩的机械叠加 发生强直收缩取决于刺激频率
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