生理学第9版 第二章 细胞的基本功能

特点：①不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。②电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。③具有总和效应：时间性和空间性总和。。

第二章 细胞的基本功能

• 第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
  • 一、膜的化学组成和分子结构
    • 化学组成
      • 细胞膜的脂质
        • 膜脂质主要由磷脂（70%以上）胆固醇（不超过30%）和少量糖脂（不超过10%）
        • 各种膜脂质在膜上呈不对称分布，均为双噬性分子（分子一端具有亲水性，一端具有疏水性）
        • 膜脂质可因温度改变而呈凝胶或溶胶状态，具有一定程度的流动性
      • 细胞膜的蛋白
        • 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。如载体、通道离子泵等。
        • 分类
          • 表面膜蛋白（20%～30%）
            • 膜骨架蛋白和锚定蛋白
          • 整合膜蛋白（70～80%）
            • 一般来说，与物质跨膜转运功能和受体功能有关的蛋白都属于整合膜蛋白
      • 细胞膜的糖类
        • 多为短糖链，以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。大多数整合蛋白都是糖蛋白，近1/10的膜脂质是糖脂
        • 作用
          • 有些作为抗原决定族=免疫信息(血型)；
          • 有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与递质等结合。
    • 分子结构
      • 脂质双分子层
        • 以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性
  • 二、物质的跨膜转运
    • 单纯扩散
      • 概念
        • 一些脂溶性高分子量小的物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程
      • 特点
        • ①扩散速率高 ②无饱和性 ③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” ④不需另外消耗能量 ⑤扩散量与浓度梯度和膜通透性呈正相关
      • 转运物质
        • O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素 等少数几种脂溶性高的小分子物质。 注：∵膜对H2O具高度通透性，∴H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。
    • 易化扩散
      • 概念
        • 非脂溶性的小分子物质或带电离子在跨膜蛋白的帮助下，顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运
      • 分类
        • 经通道的易化扩散
          • 各种带电粒子在通道蛋白的介导下顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运
          • 特点
            • 离子选择性
              • 特殊膜蛋白质存在的结构特异性
            • 门控特性
              • 电压门控通道
              • 化学门控通道
              • 机械门控通道
            • 饱和性
              • 通道数量有限
            • 竞争抑制性
              • 经同一特殊膜蛋白质转运
            • 浓度和电压依从性
          • 转运物质
            • 各种带电粒子
        • 经载体的易化扩散
          • 水溶性小分子物质在载体蛋白介导下顺浓度梯度进行的跨膜转运
          • 特点
            • 较通道传导慢
            • 高度特异性
              • 特殊膜蛋白质存在的结构特异性
            • 高度饱和性
              • 结合位点有限
            • 竞争抑制性
              • 经同一特殊膜蛋白质转运
          • 转运物质
            • 葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质
      • 共同特点
        • ①需依靠特殊膜蛋白质的“帮助”  ②不需另外消耗能量；始终顺浓度梯度
    • 主动转运
      • 概念
        • 指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程（耗能）。
      • 分类
        • 原发性主动转运
          • 细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和（或）电位梯度转运的过程称为原发性主动转运 底物通常为带电粒子，故介导此过程的膜蛋白或载体称为离子泵，离子泵化学本质为ATP酶
          • 分类
            • 钠钾泵（Na+-K+泵）
              • 当[Na+]i↑ [K+ ]o↑时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内
              • 意义
                • ①细胞内高K+为胞质内许多代谢反应所必须 ②生物电活动产生的前提 ③维持胞质渗透压和细胞容积的稳定 ④维持胞内PH值 ⑤为Na+-Ca2+交换提供动力 ⑥生电效应，影响RP ⑦为继发性主动转运其他物质提供动力
            • 钙泵
            • 质子泵
        • 继发性主动转运
          • 间接利用ATP能量的主动转运过程 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量非直接来自ATP的分解，是来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的
          • 分类
            • 同向转运
              • 同向转运体 葡萄糖在肾小管上皮： 葡萄糖在小肠粘膜上皮（Na—Glu同向转运体）
            • 逆向转运
              • 交换体或反响转运体 Na-Ca交换体（3:1）：所有细胞 Na-H交换体：肾近端小管上皮细胞 维持酸碱平衡
      • 特点
        • ①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； ②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”； ③是逆电-化学梯度进行的。
    • 膜泡运输
      • 大分子和颗粒物质进出细胞并不直接穿过细胞膜，而是由膜包围形成囊泡，通过膜包裹，膜融合和膜离断等一系列过程完成转运，故称为膜泡运输
      • 出胞
        • 指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程 主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。
        • 分类
          • 调节性出胞
          • 持续性出胞
      • 入胞
        • 指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程
        • 分类
          • 吞噬
          • 吞饮
• 第二节 细胞的信号传导
  • 受体
    • 细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质
      • 胞质受体
      • 核受体
    • 能与受体发生特异性结合的活性物质称为配体
  • G蛋白耦连受体介导的信号传导
    • 主要的信号蛋白和第二信使
      • G蛋白耦连受体
        • 分布广泛，1000种，是最著名的药物靶标分子 超过30%的临床处方药是直接作用在GPCR上 配体：儿茶酚胺、Ach受体 5-羟色胺 嗅觉 视觉 结构：7次跨膜受体 特点：激活G蛋白 功能：离子通道、生长、代谢
      • G蛋白
        • 存在于细胞膜的内侧面，通常指由α、β、γ三个亚单位形成的异源三聚体G蛋白。 体内还存在小G蛋白和转录因子两类G蛋白
        • α亚单位：功能亚单位，具有结合GTP或GDP的能力 和GTP酶活性
      • G蛋白效应器
        • 膜效应器酶有：AC，鸟苷酸环化酶(GC),磷酯酶C等。存在于膜上，可改变细胞内第二信使的量，实现细胞外信号向细胞内转导。
        • 效应器酶的作用是催化形成（或分解）第二信使物质
      • 第二信使
        • 是指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子 如：环-磷酸腺苷（cAMP，简称环磷腺苷）三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油（DG）环-磷酸鸟苷（cGMP）NO Ca2+
    • 主要的G蛋白耦连受体信号传导途径
  • 酶偶联受体介导的信号传导
• 第四节 肌细胞的收缩
  • 一、横纹肌
    • 骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递
      • 结构
        • 接头前膜
          • 囊泡内含 ACh,并以囊泡为单位释放ACh（称量子释放）。
        • 接头间隙
        • 接头后膜
          • 又称终板膜。存在ACh受体（N2受体），能与ACh发生特异性结合。无电压性门控性钠通道。
      • 兴奋传递过程
      • 兴奋传递特征
        • 1. 是电-化学-电的过程： N末梢AP→ACh＋受体→EPP→肌膜AP
        • 2. 具1对1的关系： ①接头前膜传来一个AP，便能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因每次ACh释放的量，产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3-4倍）。 ②神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩（因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶，能迅速水解ACh）。
        • 3. 单项传递
        • 4. 时间延搁
        • 5. 易受环境因素影响
      • 影响N-M接头处兴奋传递的因素
        • （1）阻断ACh受体：箭毒和α银环蛇毒，肌松剂（驰肌碘）。 （2）抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明。 （3）自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏ACh受体），肌无力综合征（抗体破坏N末梢Ca2+通道）。 （4）接头前膜Ach释放↓：肉毒杆菌中毒。
      • 终板电位（EPP）的特征
        • 无“全或无”现象；无不应期；有总和现象；EPP的大小与Ach释放量呈正相关。
    • 横纹肌细胞的结构特征
      • 1. 肌管系统
        • 横管系统：T管 纵管系统：L管即肌质网（SR） 三联管： T管＋ 2终池（JSR) L型钙通道 钙释放通道
      • 2. 肌小节
        • 是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。
    • 横纹肌的收缩机制
      • 肌丝的分子组成
        • 粗肌丝
          • 横桥：由肌球或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部
            • ①能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合; ②具有ATP酶的作用,与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动（肌丝滑行）和作功的能量
        • 细肌丝
          • 肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；
          • 原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点
          • 肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。
      • 肌丝滑行的过程
        • 粗肌丝与细肌丝间的相互滑行，是通过横桥周期完成的 横桥周期：肌球蛋白的横桥与肌动蛋白结合、扭动、复位的过程
    • 兴奋-收缩耦联
      • 概念：将横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程与肌丝滑行的机械收缩联系起来的中介机制，称为兴奋-收缩耦联
      • 兴奋-收缩耦联基本步骤
        • ①肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生AP后,AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管和肌节附近。 ②三联管处的信息传递：AP激活T膜上的L型钙通道使其变构直接触发终池膜上的钙释放通道的开放和Ca2＋的释放（骨骼肌）或L型钙通道激活释放Ca2+ ， Ca2+再激活JSR膜上的钙释放通道促使Ca2+的释放（心肌） ③肌浆网（纵管系统）中Ca2+的释放:指终池膜上的钙通道开放，终池内的Ca2+ 顺浓度梯度进入肌浆，触发肌丝滑行，肌细胞收缩。 ∴Ca2+是兴奋-收缩的耦联物
    • 影响横纹肌收缩效能的因素
      • 等长收缩:肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩,称为等长收缩。
      • 等张收缩:肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩,称为等张收缩。
      • 注：等长收缩和等张收缩与肌肉收缩时所遇到的负荷大小有关: ①当负荷小于肌张力时,出现等张收缩； ②当负荷等于或大于肌张力时,出现等长收缩； ③正常人体骨骼肌的收缩大多是混合式的,而且总是等长收缩在前,当肌张力增加到超过后负荷时,才出现等张收缩。
      • 1. 前负荷：肌肉在收缩前所承受的负荷，决定肌肉在收缩前的长度，即初长度；在一定范围内，肌肉收缩张力随初长度的增加而增加。前负荷↑或↓→肌节最适初长↑或↓→肌张力↓
      • 后负荷：
  • 二、平滑肌
• 第三节 细胞的电活动
  • 一、静息电位
    • 静息电位的测定和概念
      • 静息电位:细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。
      • 极化：通常将安静时细胞膜两侧处于外正内负的稳定状态称为极化
      • 超极化：静息电位增大表示膜的极化状态增强，这种静息电位增大的过程或状态称为超极化
      • 去极化：静息电位减小的过程或状态称为去极化
      • 反极化：膜内电位变为正值，膜两侧极性倒转的状态称为反极化
      • 复极化：细胞膜去极化后再向静息电位方向回复的过程则称为复极化
    • 静息电位的产生机制
      • 静息电位的产生条件
        • (1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀
          • [Na+]i<[Na+]o≈1:10,[K+]i＞[K+]o≈30∶1 [Cl-]i<[Cl-]o≈1:14, [A-]i＞[A-]o≈ 4∶1
        • （2）静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性
          • 通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A- 膜对某种离子通透性越高，该离子扩散对静息电位形成的作用越大，静息电位也越接近该离子平衡电位 因此静息电位接近于K+外流的平衡电位。
    • 静息电位的影响因素
      • ① 细胞外K+浓度的改变； ② 膜对K+和Na+的相对通透性； K+的通透性↑,则RP↑,更趋向于EK Na+的通透性↑,则RP↓,更趋向于ENa ③ 钠-钾泵活动的水平。
        • 肌肉：急性低血钾造成膜内外钾浓度差增大， 静息电位增大
        • 心脏：急性低血钾，膜对钾通透性降低，静息 电位减小
  • 二、动作电位
    • 1.概念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩布的电位波动称为动作电位。本质是带电离子的跨膜运动。
    • 2.动作电位的图形
    • 3.动作电位的特征
      • ①不衰减传播传播性：是非衰减式传导的电位即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。
      • ②具有“全或无”的现象：即刺激强度未达到阈值，动作电位不会发生；刺激达到阈值，就引发动作电位，动作电位一经产生就达到一定的数值，不因刺激的强度增大而随之增大。
      • ③脉冲式发放：连续刺激所产生的多个动作电位总有一定间隔而不会融合起来，呈现一个个分离的脉冲式发放。
    • 4.动作电位产生的基本条件
      • ①膜内外存在[Na+]差:[Na+]i＞[Na+]O ≈ 1∶10；
      • ②膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加： 即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。
    • 5.动作电位的产生机制
      • ①AP的上升支由Na＋内流形成，下降支是K＋外流形成的，后电位是Na＋－K＋泵活动引起的 ②AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（Na＋－K＋泵的活动）。 ③AP=Na＋的平衡电位。
    • 6.动作电位的传播
      • 传导机制：局部电流
      • 传导方式： 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流； 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式)。
  • 三、细胞兴奋后兴奋性的变化
    • 绝对不应期
    • 相对不应期
    • 超常期
    • 低常期
  • 四、局部电位
    • 概念： 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化（即局部电位），称局部反应或局部兴奋。
    • 特点： ①不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。 ②电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。 ③具有总和效应：时间性和空间性总和。。