细胞的基本功能

中医大专学历自用思维导图，生理学之细胞的基本功能部分，包括细胞的跨膜物质转运功能、细胞的生物电现象两部分内容。

细胞的基本功能

• 细胞膜的物质转运功能
  • 细胞膜的化学组成
    • 脂质
      • 具有稳定性、流动性
        • 双嗜性分子 - -两端是亲水区，内部的脂肪酸烃链构成疏水区
      • 以液态的磷脂双分子层为基架
        • 少量糖脂
        • 胆固醇（<30%）
        • 磷脂(>70%)
    • 蛋白质
      • 表面膜蛋白（20%～30%）（亲水）
      • 整合膜蛋白（70%～80%）（疏水）
    • 糖脂/糖蛋白
    • 少量糖类物质
      • 有些作为抗原决定免疫信息（血型）
      • 能特异地和激素、递质等结合
  • 跨细胞膜的物质转运
    • 单纯扩散
      • 特点
        • 扩散速率高
        • 无饱和性
        • 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”
        • 不需另外消耗能量
        • 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用扩散通量表示
      • 转运物质
        • O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。
    • 易化扩散
      • 经通道的易化扩散
        • 特点
          • 离子选择性：通道转运有一定的特异性
          • 门控特性：通道的开放和关闭受到一定因素的控制( 电位、化学、机械因素等)
          • 离子扩散通量受膜两侧离子浓度差和电场力的双重影响
        • 转运物质
          • 非脂溶性的小分子物质或带电离子
      • 经载体的易化扩散
        • 特点
          • 顺浓度梯度转运
          • 较高的结构特异性
          • 饱和现象
          • 竞争性抑制
        • 转运物质
          • 葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质
    • 被动转运
      • 不耗能
      • 依靠或不依靠特殊膜蛋白的“帮助”
      • 顺电-化学梯度进行
    • 主动转运
      • 原发性主动转运（泵转运）
        • 直接利用能量
        • 钠钾泵
        • 钙泵
        • 质子泵
      • 继发性主动转运（联合转运）
        • 间接利用能量
        • 同向转运
        • 反向转运
      • 特点
        • 需要消耗能量，能量由分解ATP来提供
        • 依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”
        • 是逆电化学梯度进行的
    • 膜泡运输
      • 出胞
        • 持续性出胞
        • 调节性出胞
        • 主要见于激素、神经递质、消化液的分泌
      • 入胞
        • 吞噬
          • 转运固态物质
        • 吞饮
          • 转运液态物质
• 细胞的信号传导
  • 信号转运的概述
    • 信号转导概念
      • 生物学信息（兴奋或抑制）在细胞间或细胞内转换和传递，并产生生物效应的过程。
    • 信号转导的意义
      • 本质上就是细胞和分子水平的功能调节，是机体生命活动中生理功能调节的基础。
    • 主要的信号转导通路
      • 1. 离子通道型受体介导的信号转导
      • 2. G蛋白偶联受体介导的信号转导
      • 3. 酶联型受体介导的信号转导
      • 4. 招募型受体介导的信号转导
      • 水溶性配体
      • 5. 核受体介导的信号转导
        • 脂溶性配体
  • 离子通道型受体介导的信号传导
    • 1. 化学门控通道
    • 2. 电压门控通道
    • 3. 机械门控通道
    • 当配体与受体结合时，离子通道开放，细胞膜对特定离子的通透选择性增加，引起细胞膜电位变化，表现出路径简单和速度快的特点。
  • G蛋白耦联受体介导的信号传导
    • G蛋白耦联受体
      • 膜外N端：识别结合第一信使
      • 膜内C端：激活G蛋白
      • 配体＋G蛋白耦联受体＝激活的G蛋白耦联受体
    • G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）
      • 发挥信号转导的分子开关的作用
      • α
        • G蛋白主要的功能亚单位
        • 既有结合GTP或GDP的能力，又具有GTP酶活性
      • β、y
        • 通常形成功能复合体发挥作用
      • 与GDP结合失活，与GTP结合激活
      • 激活的G蛋白耦联受体＋G蛋白＝激活的G蛋白
    • G蛋白效应器
      • 作用：催化生成（或分解）第二信使物质
      • 主要有腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、磷脂酶A2（PLA2）、磷酸二酯酶（PDE）等
      • 激活的G蛋白＋G蛋白效应器＝激活的G蛋白效应器
    • 第二信使
      • 是指激素、神经递质、细胞因子等细胞外信使分子（第一信使）作用于膜受体后产生的细胞内信使因子
      • 由G蛋白激活的效应器酶再分解细胞内底物所产生的小分子物质
      • 主要有cAMP、IP3、DG、cGMP、Ca2＋、AA及其代谢产物等
      • 激活的G蛋白效应器＋第二信使＝第二信使浓度↑或↓
    • 蛋白激酶
      • 是一类将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白而产生蛋白磷酸化的酶类
      • 由第二信使激活的蛋白激酶常称为第二信使依赖性蛋白激酶，如cAMP依赖性蛋白激酶即蛋白激酶A（PKA）、Ca2＋依赖性蛋白激酶即蛋白激酶C（PKC）等
      • 第二信使浓度↑或↓＋第二信使依赖性蛋白激酶＝酶或通道或转录因子被激活或抑制
    • 常见的信号转导同路
      • 受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路
      • 受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2＋和DG-PKC通路
      • Ca2＋信号系统
  • 酶联型受体介导的信号转导
    • 酪氨酸激酶受体
    • 鸟苷酸环化酶受体
    • 丝氨酸/苏氨酸激酶受体
  • 招募型受体介导的信号转导
    • 是单跨膜受体，受体分子的胞内域并没有任何酶的活性，故不能进行生物信号的放大
    • 胞外域与配体结合，如JAK-STAT信号通路
    • 涉及细胞因子受体、整联蛋白受体、Toll及Toll-like受体、肿瘤坏死因子受体、T细胞受体等众多种类
  • 核受体介导的信号转导
    • 实质是激素调控特定蛋白质转录的一大类转录调节因子
    • I型核受体（类固醇激素受体）
      • 如在胞质中的糖皮质激素受体、盐皮质激素受体，在胞质、胞核均有的性激素受体，在胞核中的维生素D3受体
    • II型核受体
      • 如存在于胞核中的甲状腺激素受体
    • III型核受体
      • 如维甲酸受体等
• 肌细胞的收缩
  • 横纹肌
    • 骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递
      • 结构特征
        • 由接头前膜、接头后膜和接头间隙构成
      • 传递过程
        • 具有电-化学-电传递的特点
        • 运动神经末梢释放ACh是一种量子释放
        • 终板电位（EPP）
          • Na＋的净内流使终板膜发生去极化反应
        • 微终板电位（MEPP）
          • 在静息状态下，因囊泡的随机运动也会发生单个囊泡的自发释放，并引起终板膜电位的微弱去极化
    • 横纹肌细胞的结构特征
      • 肌原纤维
        • 明带（I）
        • 暗带（A）
        • M线
          • 暗带中央横线
        • H带
          • M线两侧相对较亮的区域
        • Z线
          • 明带中央横线
      • 肌节
        • 相邻两Z线之间的区段
        • 1/2I＋A＋1/2I
        • 肌肉收缩和舒张的基本单位
      • 肌管纤维
        • 横管
          • 传AP至肌细胞深部
        • 纵管
          • 贮存、释放、聚积钙
        • 三联管
          • T管与其两侧终池形成（骨骼肌）
        • 二联管
          • T管与单侧的终池形成（心肌）
        • 兴奋-收缩耦联的关键部位
    • 横纹肌细胞的收缩机制
      • 肌丝的分子结构
        • 粗肌丝
          • 数百个肌凝蛋白聚合而成
          • 横桥
            • 与肌纤蛋白结合，扭动、解离、复位、再结合
            • 有ATP酶活性
        • 细肌丝
          • 主要由肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白构成
            • 7：1：1
      • 肌丝滑行的过程
        • 横桥周期
          • 肌球蛋白的横桥与肌动蛋白结合、扭动、复位过程
      • 横桥周期的运转模式与肌肉收缩的表现
        • 肌肉收缩所能产生的张力由每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥数决定
        • 肌肉收缩的速度取决于横桥周期的长短
    • 横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
      • 影响因素
        • 等张收缩
          • 肌肉收缩时，只有长度缩短而张力不变的收缩
        • 等长收缩
          • 肌肉收缩时，只有张力增加而长度不变的收缩。
        • 前负荷
          • 肌节最适初长(2.0-2.2μm)
            • 粗细肌丝重叠，肌缩速度、幅度和张力最大
          • 大于最适初长时
            • 粗细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力↓
          • 小于最适初长时
            • 粗细肌丝重叠↓，肌缩速度、幅度和张力虽然↑，但不如最适初长时
        • 后负荷
          • 后负荷为0→肌缩速度、幅度↑和张力最小
          • 后负荷↑→肌缩速度、幅度↓和张力↑
          • 后负荷↓→肌缩速度、幅度↑和张力↓
          • 后负荷过大，虽肌缩张力↑，但肌缩速度、幅度↓，不利作功；后负荷过小，虽肌缩速度、幅度↑，但肌缩张力↓，也不利作功。
        • 肌肉收缩能力
          • 是指与负荷无关、决定肌缩效应的内在特性。
          • 肌缩能力↑→肌缩速度、幅度和张力↑
          • 肌缩能力↓→肌缩速度、幅度和张力↓
          • 决定肌缩效应的内在特性
            • 兴奋-收缩耦联期间胞浆内Ca2+的水平
            • 肌球蛋白的ATP酶活性。
          • 调节和影响内在特性的因素
            • 许多神经递质、体液物质、病理因素和药物
        • 收缩的总和
          • 多纤维总和
            • 指多根肌纤维同步收缩产生的叠加效应
          • 频率总和
            • 指提高骨骼肌收缩频率而产生的叠加效应
          • 收缩形式
            • 单收缩
              • 肌肉受到一次刺激，引起一次收缩和舒张的过程
            • 复合收缩
              • 不完全强直收缩
                • 当新刺激落在前一次收缩的舒张期,所出现的强而持久的收缩过程
              • 完全强直收缩
                • 当新刺激落在前一次收缩的缩短期,所出现的强而持久的收缩过程
  • 平滑肌
    • 平滑肌的分类
      • 单个单位平滑肌
        • 能自发地产生节律性兴奋和舒缩活动
      • 多单位平滑肌
        • 无自律性，其收缩活动受自主神经的控制
    • 平滑肌细胞的结构特点
      • 细长纺锤体形
      • 致密体
        • 机械链接
      • 致密斑
      • 子主题
    • 生物电现象
      • 单个单位平滑肌的静息电位不稳定，可出现缓慢的自发节律性波动，称为慢波
    • 收缩机制
      • 平滑肌收缩的触发因子
      • 平滑肌细胞的肌丝滑行
      • 平滑肌活动的神经调节
• 细胞的电活动
  • 静息电位（RP）
    • 概念
      • 细胞在安静状态 下存在于细胞膜内、外两侧的电位差
    • 静息电位大小表示
      • 细胞内负值大小
    • RP的五种状态
      • 极化
        • 安静状态下细胞膜两侧外正内负的稳定状态
      • 去极化
        • 静息电位减小或细胞内负值减小的过程或状态
      • 超极化
        • 静息电位增大或细胞内负值增大的过程或状态
      • 复极化
        • 细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程
      • 反极化
        • 外负内正的状态
    • 产生机制
      • 细胞膜两侧离子的浓度差与电位平衡
      • 静息时细胞膜对离子的相对通透性
      • 钠泵的生电作用
    • 产生机制影响因素
      • 细胞外液K＋浓度
        • 细胞外K＋浓度↑，RP↓
      • 膜对K＋和Na＋的相对通透性
        • K＋通透性↑，RP↑
        • Na＋通透性↑，RP↓
      • 钠泵活动水平
        • 钠-钾泵活动增强，细胞膜发生超极化
  • 动作电位（AP）
    • 概念
      • 在静息电位基础上，细胞受到- -个适当的刺激后膜电位发生的迅速、可逆、可以向远距离传播的电位波动
    • 特点
      • 产生“全或无”
      • 传导不衰减
      • 连续刺激不融合-脉冲式发放
    • 产生机制
      • 电-化学驱动力及其变化
        • 决定离子流动方向和速度
      • 动作电位期间细胞膜通透性的变化
        • Na＋通透性↑，引起膜的去极化
        • K＋通透性↑，引起膜的复极化
        • ←
          • 有效的去极化刺激→GNa迅速增加→Na+内流→膜迅速去极化
          • GNa↓，Gk↑ →K+外流→膜复极化
          • 峰电位的产生过程
      • 膜电导改变的实质
        • 膜电导反映的是膜对离子的通透性
        • 离子通道的开放和闭合
      • 离子通道的功能状态
        • Na＋
          • 静息态
            • 激活门关闭，失活门开放
          • 激活态
            • 激活门开放，失活门开放
          • 失活态
            • 激活门开放，失活门关闭
          • 两闸三态
        • K＋
          • 静息态
            • 激活门关闭
          • 激活态
            • 激活门开放
          • 一闸两态
    • AP的触发
      • 阈强度
        • 引起动作电位的最小刺激强度
        • 阈刺激
          • 指刺激强度相当于阈强度的刺激
        • 阈上刺激
          • 小于阈强度的刺激
        • 阈下刺激
          • 大于阈强度的刺激
      • 阈电位
        • 指刚刚能够引起Na+通道大量开放、产生动作电位的膜电位临界值，也称为燃点（通常较RP小10～20mV )
    • AP的传播
      • AP在同一细胞上的传播
        • 局部电流
        • 无髓神经纤维
          • 兴奋传导中局部电流在细胞膜上是顺序发生的
        • 有髓神经纤维
          • “跳跃式传导”
      • AP在细胞之间的传播
        • 缝隙连接
          • 使某些功能一致的同类细胞快速发生同步化活动
    • 兴奋性及其变化
      • 兴奋性
        • 用阈值大小衡量
        • 机体的组织或细胞接受刺激后发生反应的能力或特性。对于可兴奋细胞即为产生动作电位的能力
        • 兴奋
          • 细胞接受刺激后，功能活动由弱变强或由静止变为活动的过程。在现代生理学中，兴奋就是指动作电位或动作电位的产生过程
      • 细胞兴奋后兴奋性的变化
        • 绝对不应期
          • 多大刺激强度也不能再次兴奋( Na+通道处于失活状态)
            • 意义
              • 锋电位不叠加
              • 限制锋电位发生最大频率
        • 相对不应期
          • 阈刺激不能、但阈上刺激可引起动作电位( Na+通道少量复活)
        • 超常期
          • 阈下刺激可引起兴奋(Na＋通道基本复活，膜电位距阈电位近)
        • 低常期
          • 阈上刺激可兴奋(Na+通道完全复活，但膜电位距离阈电位较远)
  • 电紧张电位和局部电位
    • 细胞膜和胞质的被动电学特征
      • 膜电容
        • 细胞膜表面积↑，细胞的总的膜电容↑
      • 膜电阻
        • 反映膜对离子的通透性
      • 轴向电阻
        • 直径↓，轴向延伸的距离↑，轴向电阻↑
        • 相当于并联的阻容耦合电路
    • 电紧张电位
      • 概念
        • 由膜的被动电学特性决定其空间分布和时间变化的膜电位
      • 传播范围和生成速度
        • 空间常数（τ）
          • 指膜电位上升或下降到稳态值63%所需的时间
          • τ愈小(如减小膜电容)，电紧张电位发生速度愈快，AP传导速度也愈快。( τ -般为1 ~ 20ms )
        • 时间常数（λ）
          • 指膜电位衰减至最大值的37%时所扩布的空间距离
          • λ愈大(增大膜电阻或减小轴向电阻)， 电紧张电位扩布范围愈大，AP传导速度也愈快。( λ一般为0.1 ~ 1mm)
      • 极性
        • 去极化电紧张电位
          • 产生于细胞外负电极部位(相当于细胞内注入正电荷)
          • 兴奋性增高，可诱发动作电位
        • 超极化电紧张电位
          • 产生于细胞外正电极部位(相当于细胞内注入负电荷)
          • 兴奋性降低
      • 特征
        • 随刺激强度增大而增大( 等级性)
        • 随扩布距离延长而指数性衰减(衰减性)
        • 反应大小可融合叠加，去极化电紧张电位达到一定程度可引起局部电位(膜的主动特性)
    • 局部电位
      • 细胞膜被动特性( 无通道激活) →电紧张电位
      • 细胞膜主动特性( 部分通道激活) →局部电位(去极化和超极化)
      • 特征
      • 意义
        • 达到阈电位后，引发动作电位
        • 信息整合、编码
• 有髓纤维：膜电阻大，故空间常数大；膜电容小，故时间常数小。因此，AP传导速度也愈快
• 缝隙链接—电耦联