生理学第二章细胞的基本功能

肌细胞的收缩功能：神经-肌肉接头（N-M接头）处的兴奋传导、骨骼肌收缩机制；细胞（构成人体最基本的结构和功能单位）。

生理学第二章 细胞的基本功能

• 细胞（构成人体最基本的结构和功能单位）
  • 细胞核
  • 细胞质
  • 细胞膜
    • 蛋白质
    • 脂质
    • 糖类
    • 细胞膜特性
      • 高度选择透过性
      • 流动性
    • 1972年提出细胞膜的液态镶嵌模型学说（基本内容:膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构、生理功能的蛋白质分子（称为膜蛋白））
    • 细胞膜结构:在电镜下细胞膜分内、中、外3层，即在膜的靠内外两侧各有一条电子致密带，中间夹有一条透明带
• 细胞膜的跨膜物质转运功能
  • 被动转运
    • 单纯扩散（物理扩散）
      • 定义:是指脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程
      • 扩散的方向和速度取决于物质分子在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性
      • 能通过的物质
        • 脂溶性高的小分子物质
          • 气体:CO、CO2、NO、N2、NH3、O2
          • 乙醇、乙醚、尿素
        • 不带电荷的极性小分子（水）由于脂质双分子层对水的通透性较低，故扩散速度较慢
      • 特点:不需要外力帮助也不需要消耗细胞的能量，被转运的物质是顺浓度差进行的
    • 易化扩散
      • 定义:指一些非脂溶性的小分子物质或带电离子在细胞膜上的特殊蛋自质的帮助下，由膜的高浓废一侧转移向低浓度一侧转运的过程
      • 分为两种形式
        • 载体转运(以载体蛋白为中介的易化扩散)
          • 载体也称转运体是贯穿脂质双分子层的整合蛋白，在浓度高的一侧与底物被转运物)结合后，在浓度低的一侧解离、释放。
          • 转运过程中载体蛋白并不被破坏或减少，故可反复使用。葡萄糖、氨基酸等一些小分子亲水物质就是依靠载体转运进入细胞
          • 特点
            • 高度特异性(一种载体只能选择性地与一种或几种物质分子特异性结合
            • 饱和现象(膜一侧底物浓度还到一定程度时，再增加浓度也不能使转运通量增加其原因是载体蛋白数量有限
            • 竞争性抑制(结构相似的多种物质可竞争性地占用同一载体，即在其中一种物质比较多的情况下，其他类似物质的转运能力就会减弱)
        • 通道转运(以通道蛋白为中介的易化扩散)
          • 通道蛋白镶嵌在细胞膜上，开放时被转运的物质由高浓度转移到低浓度一侧，关闭时不通过 各种离子如钠离子、钾离子、钙离子、氯离子等，主要以此方式进出细胞，因此也叫离子通道
          • 特点
            • 转运速度快 (离子扩散速率的大小取决于该离子在膜两侧的电位差或浓度差
              • 电一化学梯度
            • 离子选择性(每种湎道通常只对一种或几种离子通透性较高，其他离子则不易或不能通过。可将通道分为钠离子通道、钾离子通道、钙离子通道、氯离子通道等
            • 门控性(开放时，离子可顺电-化学梯度进行转运；关闭时，即使膜两侧存在电-化学梯度，离子也不能通过
              • 化学门控通道(膜外侧化学信号控制)
              • 电压门控通道(膜两侧电位差控制)
              • 机械门控通道
  • 主动转运(细胞通过消耗自身的能量，将某种物质的分子或离子逆浓度差和(或)电位差转运的过程。又称("泵"转运) 细胞膜上主动转运功能的完成是靠一种特殊的镶嵌全层的蛋白质实现，这种蛋白质称为"离子泵"或转运体。
    • 原发性主动转运(指离子泵直接利用ATP分解产生的能量将离子逆浓度梯度和(或)电位梯度进行跨膜转运的过程 原发性主动转运的物质通常为带电离子，因此介导的膜蛋白称离子泵，由于其具有水解ATp的能力，故也是一种ATP酶
      • 钠-钾泵
        • 生理意义
          • 细胞内高钾，是许多代谢反应进行的必需条件。如核糖体合成蛋白就需要高钾环境
          • 防止细胞内高钠，有利于防止水肿，维持细胞的正常形态和功能
          • 膜内外钾、钠离子的浓度差，是细胞生物电产生的基础
          • 膜内、外钠离子浓度差，是一些上汤质继发性主动转动的动力
      • 钙泵
    • 继发性主动转运又称联合转运(细胞间接利用ATP的能量将物质逆浓度差转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称转运体
      • 同向转运(被转运物质与钠离子转运的方向相同)如
        • 葡萄糖、氨基酸在小肠黏膜上皮细胞的吸收
        • 葡萄糖、氨基酸在肾小管上皮细胞的重吸收
      • 逆向转运(被转运物质与钠离子转运的方向相反)又称交换如
        • 心肌细胞上的钠离子-钙离子交换
        • 肾小管上皮细胞上的钠离子-氢离子交换
  • 入胞和出胞
    • 入胞:指细胞外的大分子物质或物质团块(如细菌、细胞碎片等)进入细胞的过程。 过程:细胞膜识别并与膜互相接触→膜内陷包裹→与膜离断并移入细胞内部形成包含摄入物的小泡。
      • 吞噬:固态物质进入细胞的过程 如:白细胞吞噬细菌或细胞碎片的过程
      • 吞饮:液态物质进入细胞的过程 如:蛋白质分子进入细胞的过程
    • 出胞:指大分子物质或物质团块通过细胞膜的运动从细胞内排到细胞外的过程。(主要见于细胞的分泌活动) 如内分泌腺把激素分泌到细胞外，外分泌腺把酶颗粒分沁到腺管腔甲。
    • 特点:运输大分子物质或物质团 消耗能量，能量来自细胞内线粒体氧化过程中形成的ATP所释放的能量。
• 细胞膜的跨膜信号转导功能
  • 概念
    • 信号:含有信息内容的一种物质或刺激(能在徊胞间传递信息)
    • 人体内的信号:存在于细胞外液中含有倍息内容的化学物质，或机械的、电的、电磁波等刺激。
    • 信号类型
      • 化学信号 激素，递质，细胞因子
      • 机械信号 声音
      • 电磁信号 光
      • 电信号 电流
  • 跨膜信号转导:外界信号→细胞膜表面→一种或几种膜蛋白分子构象改变→胞内信号分子变化→引起相应的效应
  • 细胞跨膜信号转导的方式
    • G蛋白耦联受体介导信号转导
    • 酶耦联受体介导的信号转导
    • 离子通道介导的信号转导
  • 受体:是指能与信号分子作特异性结合而发挥信号转导作用的蛋白质
    • 分类
      • 膜受体
      • 胞浆受体
      • 核受体
    • 特征
      • 特异性:具有识别功能
      • 饱和性:数量及能力有限
      • 可逆性:既可以和信号分子结合又可分离
    • 能与受体结合的化学物质依据引起的效果不同分两类
      • 受体激动剂:与其结合后引发特定的生理效应
      • 受体阻断剂:不能引发特定的生理效应或使减弱
• 细胞的生物电现象:指细胞进行生命活动时始终伴随的电现象。 跨膜电位(膜电位):由于生物电发生在细胞膜的两侧
  • 静息电位RP:指细胞处于安静状态时存在于细胞膜内、外两侧的电位差
    • RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果 ∴RP=K+的平衡电位
    • • 极化:膜外带正电、膜内带负电 去极化：膜电位降低的过程(内负值减小) 如：-90mv～-70mv 超极化：膜电位加大的过程(内负值加大) 如：-90mv～-110mv 复极化：膜电位去极化后又恢复到静息水平 如：-90mv～-70mv～ -90mv 反极化：外负内正 超射:膜电位高于零电位的部分
  • 动作电位AP:是指细胞接受有效刺激后，在静息电位基础上发生的快速、可传播的膜电位波动
    • 产生机制: 前提:1、膜两侧离子分布不均衡；2、细胞受刺激时对Na+的通透性增加 机制: 去极化: Na+内流形成的电-化学平衡电位 复极化: K+外流 负后电位: K+快速外流造成膜外暂时堆积 致使K+继续外流速度减慢 正后电位: 钠泵活动增强
    • 形成过程:
    • 特点
      • "全或无"现象:动作电位要么不产生(无)，一旦产生即达最大(全)。
      • 不哀减性传播:动作电位在同一细胞的传播过程中，其幅度和波形不会因为传播距离的增加而减小
      • 脉冲式:由于不应期的存在，连续剌激产生的多个动作电位总有一定间隔，不可能融合
    • 动作电位产生条件(钠通道开放的过程) 　 刺激阈电位AP 1、阈电位 　TP： 　　　是一种膜电位的临界值，能触发AP， 　　　是引起钠通道大量开放的膜电位值。 　　 RP和TP的差值大，细胞兴奋性低； 　　差值小，兴奋性高。 2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小 　　　　　 刺激强度
      • 阈电位: 膜上Na+通道大量开放的临界膜电位值。
    • 局部电位(局部反应或局部兴奋):如果刺激造成的电位变化没有达到阈电位(只发生在受刺激的局部，不能引发动作电位的产生)
      • 特点
        • 呈衰减性传导:即局部电位的幅值随传播距离的增加而减小，最后消失，不能在膜上佾远距离传导(称为电紧张性扩布)
        • 没有"全或无"现象:局部电位的幅值可以随阈下刺激的增强而增大
        • 总和效应:一次阈下刺激只能引起一个局部电位，不能引发动作电位，但如里距离较近的多个局部电位在时间上或空间上总和起来，就可能使膜去极化达到阈电位水平，从而引发动作电位。
  • 静息电位与动作电位的比较: RP是一个稳定的电位差，而AP是一个连续的电位变化过程。 RP不可传播，而 AP一旦在细胞的某一部位产生，就会迅速向四周传播。 RP标志细胞处于静息状态，而AP则标志细胞处于兴奋状态。
  • 动作电位的传导
    • • 有髓鞘N纤维呈跳跃式传导 有髓神经纤维比无髓神经纤维传导速度快,节能 传导原理：局部电流学说
      • • 特点： a 不衰减 b 双向传导 c 速度与神经纤维结构有关，而与刺 激强度无关
• 肌细胞的收缩功能
  • 神经-肌肉接头（N-M接头）处的兴奋传导
    • （一）神经－肌肉接头的结构 接头前膜：有囊泡，含神经递质（乙酰胆碱） 接头间隙：有胆碱酯酶（AchE） 接头后膜：有受体，能与递质特异性结合
    • 神经-肌肉接头处的兴奋传递过程（电-化学-电传递）
    • 神经-肌肉接头处兴奋传递的特点
      • 单向传递
      • 时间延搁
      • 易受环境因素影响
      • 保持一对一的关系
      • 电-化学-电传递
  • 骨骼肌收缩机制
    • 骨骼肌细胞的微细结构
      • 1.肌原纤维 2.肌管系统 : 横管系统（T管） 纵管系统（L管）： 肌浆网 三联管结构：横管+两侧终末池
      • 子主题
      • 肌管系统 横管：肌管走行方向和肌原纤维垂直，是由肌细胞的表面膜向内凹入而成，因而是细胞表面质膜的延续（形成闭合的管道，不与胞浆相通而与细胞外液相通） 纵管：也称肌浆网。走行方向和肌原纤维平行，主要包绕每个肌小节中间部分，它们也互相沟通，但不与胞浆或细胞外液相通，只是在肌小节两端接近横管时管腔出现膨大，称终末池，内储大量Ca2+
      • 肌管的作用 横管：传AP至肌细胞深部 纵管：贮存、释放、聚积钙 三联管：兴奋-收缩耦联部位
    • 肌肉收缩的分子机制 1. 肌丝滑行学说： 肌肉的伸长或缩短是粗、细肌丝在肌节内相互滑动而发生的，肌小节长度发生变化，而肌丝的长度不变。
      • 肌丝分子的组成: ●横桥的功能 1、与细肌丝的肌动蛋白结合； 2、具ATP酶的作用，可分解ATP供能； 3、供能时，可做摆动将细肌丝拉向M线，使肌小节缩短。 粗肌丝： ●结构特点 肌凝蛋白（收缩蛋白）构成，分头部和杆部；杆部朝向Ｍ线呈束状排列。头部规律地分部在粗肌丝表面，为横桥。
      • 细肌丝: 肌钙蛋白 C亚单位：与Ca2+结合； T亚单位：将肌钙蛋白连接在原肌凝蛋白上； I亚单位：传递信息，使原肌凝蛋白构形和位置改变， 将肌动蛋白结合位点暴露出来，促进两者的结合。 肌动蛋白 是收缩蛋白的一部分。 原肌凝蛋白 肌动蛋白与横桥之间，阻止两者的结合
      • 肌细胞收缩过程： Ca2+入肌浆 →Ca2+升高→结合肌钙蛋白→牵拉原肌凝蛋白→暴露肌纤蛋白的结合位点→横桥与肌纤蛋白结合→ ATP分解供能→横桥摆动带动细肌丝向肌小节中心（M线）滑行→肌小节缩短→肌肉收缩（反复进行） 肌细胞的收缩
    • 骨骼肌的兴奋-收缩耦联
      • 将肌细胞的兴奋（电变化）和肌细胞的收缩（机 械变化）联系起来的过程。 结构基础：（肌管系统的）三联体 偶联的关键因子：Ca2+
      • • 兴奋-收缩偶联过程： 肌膜兴奋（AP）→横管系统→三联体→ 终池（释放Ca2+ ）→ Ca2+入胞浆→Ca2+ 浓度升高→肌细胞收缩
      • 基本过程 1、电兴奋通过横管系统传向肌细胞深处; 2、三联管处的信息传递; 3、肌浆网对Ca+的释放和再聚集。
    • 骨骼肌收缩形式
      • 单收缩和强直收缩： 单收缩 不完全强直收缩 强直收缩 完全强直收缩
      • • 等长收缩：（静态收缩） 肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短 （当肌肉承受的负荷﹥肌肉的收缩力时） 例如：提重物，健美造型，用力握拳时的肌收缩 意义：维持身体姿势、平衡，为克服后负荷蓄积能量
      • • 等张收缩：（动态收缩） 肌肉收缩时只有长度的缩短而肌张力保持不变 （当肌肉承受的负荷〈肌肉的收缩力时） 例如：四肢的自由屈曲 意义：克服后负荷，使机体发生位移而做功！ 在正常人体内，骨骼肌的收缩多为混合型，且总是等长收缩在先，等张收缩在后。
    • • 影响肌肉收缩的因素
        • • 前负荷: 定义：肌肉在收缩之前就承受的负荷。 意义：它使肌肉在收缩之前处于被拉长状态（初长度）。 作用：在一定的范围内，前负荷增加即肌肉的 初长增加，肌肉收缩产生的张力也增加。 超过该范围则相反。
        • 后负荷: 定义：肌肉在开始收缩时承受的负荷（作用的对象） 作用：决定肌肉的收缩形式 后负荷 ﹥收缩力---等长收缩 后负荷﹤收缩力---等张收缩