生理学—第2章 细胞的基本功能

参考教材：人卫出版中医专业《生理学》第三版 郭健、杜连主编，包含了细胞膜跨膜物质转运功能，细胞生物电现象等内容。

细胞的基本功能

• 细胞膜（质膜）
  • 基本结构和功能特点
    • 1、半透膜 2、总厚度约7.5nm（3层，每层2.5nm） 3、约脂质45-55%，蛋白质40-50%，糖类5%组成
    • 液态镶嵌模型
      • 脂质双分子层
        • 一定的流动性
      • 细胞膜蛋白质
        • 表面蛋白；整合蛋白
        • 参与跨膜运输；能量传递；能量转化
      • 细胞膜糖类
        • 与膜的脂质和蛋白质结合→形成糖脂和糖蛋白 →细胞特异性识别标志
• 细胞膜跨膜物质转运功能
  • 是否需要额外耗能
    • 被动转运 （不需要能量）
      • 单纯扩散
        • 动力—物质的跨膜浓度差
        • 物质—小分子或脂溶性分子，例氧气，NO
        • 不需要特殊蛋白、无饱和性
      • 易化扩散
        • 载体介导 （小分子有机物）
          • 分类
            • 单转运
              • 只能将一种物质从一侧转至另一侧
              • 其载体—单转运体
            • 联合转运 (同时转运物质≥2)
              • 同向转运 对应载体—同向转运体
              • 反向转运 对应载体—反向转运体
          • 浓度依从性 需要特殊膜蛋白 选择性/饱和性/竞争性
        • 通道介导 （带电离子）
          • 分类
            • 门控离子通道
              • 电压门控通道
              • 机械门控通道
              • 配体/化学门控通道
            • 非门控离子通道
          • 浓度、电压依从性 需要特殊蛋白质 选择性，竞争性，饱和性
          • 附： 通道阻断剂—河豚毒（钠离子） 四乙胺（钾离子） 维拉帕米（钙离子）
    • 主动转运 （需要能量）
      • 原发性主动转运
        • 消耗能量直接由ATP分解
        • 典型例子—钠-钾泵
          • 钠离子或钾离子浓度↑ →钠-钾泵激活 →分解ATP产生能量 →2钾离子至cell外，3钠离子至cell内 →维持cell外c(钠离子)高，内c(钾离子)高的原先不均匀分布状态
          • 生理意义： 维持细胞的正常体积与渗透压 维持细胞正常的兴奋性 为继发性主动转运提供能量 为代谢提供必须条件
      • 继发性主动转运
        • 动力：间接利用ATP(原发性主动转运形成的离子浓度梯度）
        • 例如：小肠粘膜上皮、肾小管上皮对葡萄糖、氨基酸的吸收
  • 大分子物质或物质团块
    • 入胞(胞纳)
      • 固体—吞噬→特殊细胞：单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等 吞噬泡直径较大 液体—吞饮→体内几乎所有细胞 吞饮泡直径较小
      • 分类
        • 受体介导入胞
          • 被转运物与膜上特异性受体结合 膜内陷形成吞噬泡 入胞
        • 液相入胞
          • 细胞外液及其所含溶质 以吞饮泡形式 入胞
      • 过程：物质被细胞膜识别、接触→质膜内陷或伸出伪足将其包绕→膜融合并断离→进入胞内
      • 附：吞噬泡、吞饮泡通常与溶酶体融合，被溶酶体内的酶消化
    • 出胞(胞吐)
      • 主要见于细胞的分泌活动
      • 例:神经末梢释放神经递质，内分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原颗粒和黏液
      • 大多数分泌物:粗面内质网中合成→高尔基复合体中加工→被膜性结构包被→分泌囊泡→囊泡沫与质膜接触并融合→破裂排出囊泡内容物，囊泡膜与细胞膜融合
• 细胞膜跨膜信号转导功能
  • 总介绍
    • 配体
      • 脂溶性配体
        • 胞内受体
      • 亲水性配体
        • 膜受体
  • G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导
    • 参与的有关组件及其效应
      • 参与的信号蛋白
        • G蛋白耦联受体
        • G蛋白
        • G蛋白效应器
          • AC、PLC、PDE、Ca或Na通道
        • 第二信使
          • cAMP、IP3，Ca+、DG、cGMP
        • 蛋白激酶
          • PKA、PKC、PKG
    • 几种主要信号转导通路
      • 受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA信号转导通路
      • 受体-G蛋白-PLC-磷脂酰肌醇信号转导通路
  • 酶联型受体介导的跨膜信号转导
    • 酪氨酸激酶型受体与酪氨酸激酶结合型受体
    • 鸟苷酸环化酶受体
  • 离子通道介导的跨膜信号转导
    • 化学门控通道
      • 大多是神经递质
      • 又称离子通道型受体/促离子型受体
    • 电压门控通道和机械门控通道
      • 通常不称为受体
• 细胞生物电现象
  • 机体的组织细胞无论是处于安静还是活动状态，都具有电的变化
  • 观察和记录方法
    • 细胞内记录
    • 电压钳技术 膜片钳技术
    • 离子学说
  • 膜的被动电学特性
    • 膜电阻
      • 膜电阻很高
    • 膜电导
      • 膜电阻的倒数称膜电导
    • 膜电容
      • 基本不受膜内外离子浓度影响
    • 膜电位(跨膜电位)
      • 包括静息电位、动作电位
  • 静息电位及其产生原理
    • 静息电位
      • 未受刺激 膜内外电位差 内负外正
      • 极化状态
        • 增强—超极化
        • 减弱—去极化(除极化)
        • 至零电位后变成正值—反极化(超射)
        • 去极化后向静息电位方向恢复—复极化
    • 产生原理
      • 1、膜两侧离子分布不均匀：膜内高钾，膜外高钠； 2、膜对离子的选择透过性：k+通透性高，Na+、蛋白质通透性低
      • 静息电位≈K+平衡电位
  • 动作电位及其产生原理
    • 动作电位
      • 可兴奋细胞 有效刺激 电位波动
      • 波形基本特征
        • 去极相（去极化、反极化）（锋电位）
        • 复极相（后电位—去极化/超极化后电位）
      • 是可兴奋细胞兴奋的标志
      • 特性
        • 全或无定律
        • 可扩播性，不衰减传导
        • 连续产生的动作电位不会发生融合
    • 产生原理
      • 去极相（上升支）
        • 细胞外Na+快速内流
        • Na+通道激活
        • 动作电位≈Na+平衡电位
      • 复极相（下降支）
        • 细胞内K+外流产生
        • Na+通道关闭；K+通透性增大
      • 不消耗能量
    • 恢复
      • Na+—K+泵
        • 消耗能量
    • 电压门控性Na＋通道和K＋通道的开放与关闭是神经纤维动作电位产生的机制
  • 细胞的兴奋与兴奋性
    • 刺激与兴奋
      • 刺激引起兴奋的条件
        • 刺激量
          • 基强度
            • 在刺激作用时间足够长的条件下，能引起兴奋的最小刺激强度
          • 利用时
            • 用基强度作刺激引起细胞兴奋所需的最短作用时间
          • 时值
            • 在保持强度-时间变化率不变的条件下，两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短刺激持续时间
          • 阈强度
            • 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
            • 阈刺激
              • 达到强度阈值的刺激
        • 强度-时间曲线
          • 子主题
      • 阈电位
        • 能够引起膜对Na+通透性突然增大，产生锋电位（动作电位）的临界膜电位水平称为阈电位
      • 电紧张电位和局部反应
        • 电紧张电位
          • 正极
            • 超极化——超极化/阳极电紧张电位
          • 负极
            • 去极化——去极化/阴极电紧张电位
          • 衰减式传导
        • 局部反应
          • 提高细胞膜兴奋性
            • 易化
          • 特点
            • 不符合全或无定律
            • 电紧张形式扩布
            • 总和现象（无不应期）
              • 时间总和
              • 空间总和
    • 可兴奋细胞的兴奋性
      • 绝对不应期
        • 相当于锋电位时期
          • Na+通道失活
      • 相对不应期
        • 相当于负后电位的早期
          • Na+通道开始复活
      • 超常期
        • 相当于负后电位的后期
          • Na+通道基本恢复
      • 低常期
        • 相当于正后电位
          • 膜呈现超级化状态
    • 兴奋在同一细胞上的传导
      • 无髓鞘
        • 沿细胞膜顺序传导
      • 有髓鞘
        • 在郎飞结之间传导
          • 跳跃式传导
• 肌细胞的收缩功能
  • 骨骼肌细胞收缩
    • 骨骼肌微细结构
      • 肌原纤维和肌节
        • 明带，暗带
        • M线，H带，Z线
        • 粗肌丝，细肌丝
        • 两条Z线之间的区域
      • 肌管系统
        • 横管系统
          • 横管
        • 纵管系统
          • 连接肌质网（JSR）
          • 纵行肌质网（LSR）
        • 横管+两侧连接肌质网=三联管
          • 发生兴奋-收缩耦联活动的关键结构
    • 肌丝的分子结构
      • 粗肌丝
        • 肌球蛋白
          • 横桥
            • 臂部+头部
          • 1个长杆部+2个球形头部
      • 细肌丝
        • 肌动蛋白
          • 分子单体呈球状 双螺旋聚合
          • 每个单体结合一个分子ADP，ADP是与粗肌丝横桥结合的位点
        • 原肌球蛋白
          • 双螺旋状
          • 肌肉安静时，掩盖肌动蛋白分子上的活化位点
        • 肌钙蛋白
          • 球形
          • 与Ca+结合，解除对横桥和肌动蛋白结合的障碍
    • 骨骼肌细胞收缩原理
      • 兴奋收缩耦联
        • 三个主要步骤
          • 兴奋通过横管传向肌细胞内部
          • 三联管处的信息传递
          • 肌质网释放Ca+进入胞质以及Ca+由胞质向肌质网的再聚集
        • 中介因子
          • Ca+
        • 结构基础
          • 三联管
      • 肌丝滑行过程
        • 收缩过程
          • Ca+结合肌钙蛋白→原肌球蛋白移位→活化位点暴露→横桥头部接合肌动蛋白
        • 舒张过程
          • 钙泵被激活，胞质内Ca+浓度下降→Ca+与肌钙蛋白脱离→原肌球蛋白变构→活化位点被掩盖
    • 骨骼肌收缩的形式
      • 前负荷与后负荷
        • 前负荷
          • 肌肉收缩之前肌肉所承受的负荷，即具有一定的初长度
        • 后负荷
          • 肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力
      • 等长收缩与等张收缩
        • 等长收缩
          • 只有肌肉张力增大而长度并无缩短
        • 等张收缩
          • 肌肉长度明显缩短而张力始终不变
      • 单收缩和强直收缩
        • 单收缩
          • 迅速而短暂的收缩+舒张（刺激频率较低）
        • 强直收缩
          • 不完全强直收缩
            • 后一个刺激落在前一个刺激引起的收缩过程的舒张期
          • 完全强直收缩
            • 后一个刺激落在前一个刺激引起的收缩过程的收缩期
          • 产生基础
            • 绝对不应期很短
    • 骨骼肌收缩力学分析
      • 前负荷对肌肉的影响
        • 前负荷决定肌肉的长度
        • 产生最大收缩张力的前负荷、初长度分别称为最适前负荷、最适初长度
      • 后负荷对肌肉收缩的影响
        • 当其他因素不变时，后负荷在最大张力处肌肉完成的机械功最大
      • 肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响
        • 肌肉收缩能力是决定肌肉收缩效能的内在特性
        • 例如： Ca+浓度，咖啡因，肾上腺素——提高肌肉收缩 缺氧，酸中毒——降低肌肉收缩
  • 平滑肌的收缩功能
    • 分类
      • 单个单位平滑肌（内脏平滑肌）
        • 所有细胞对刺激反应基本同步
        • 牵张刺激可使其收缩
        • 具有自动节律性
      • 多个单位平滑肌
        • 每个肌细胞活动彼此独立
        • 牵张刺激不能引起其收缩
        • 无自律性
    • 收缩形式
      • 时相性收缩
        • 间断的或节律的收缩
      • 紧张性收缩
        • 持续性收缩
    • 微细结构
      • 机械性耦联，电耦联，化学耦联