专升本生理学-2细胞的基本功能

细胞的基本功能

第一节细胞膜的物质转运功能

物质跨膜转运形式

一、单纯扩散

概念：脂溶性小分子物质顺浓度梯度跨细胞膜转运，不耗能

影响因素：浓度差、膜的通透性

举例：O2、CO2、N2、乙醇、尿素

二、易化扩散

概念：不溶于脂质或脂溶性较小的物质，在膜蛋白帮助下，顺电-化学梯度转运的形式

分类

（一）载体运输

举例：葡萄糖、氨基酸

本质：不耗能、由载体蛋白介导、顺浓度梯度

特点：特异性、饱和现象、竞争性抑制

（二）通道运输

举例：Na+、K+、Ca+、Cl-等

本质：不耗能、由通道蛋白介导、顺电-化学梯度

特点：离子选择性、门控特性

三、主动转运

概念：指在细胞膜泵蛋白作用下，将物质逆电-化学梯度转运的过程

本质：耗能、由膜蛋白介导、逆电-化学梯度

分类

原发性主动转运

直接利用ATP

举例：钠-钾泵（简称钠泵）、钙泵、氢泵（质子泵）等

钠泵（Na+-K+依赖式ATP酶）功能

生电性泵：每分解一分子ATP，可泵出3个Na+和泵入2个K+，膜外净增加一个电荷

建立势能贮备，供细胞的其他耗能过程利用

是细胞内外K+、Na+顺浓度差移动的基础，也是可兴奋细胞产生动作电位的基础

继发性主动转运

间接利用ATP

举例：Na+-葡萄糖同向转运体、Na+-Ca+交换体

四、入胞与出胞

本质：耗能、需蛋白质参与，伴细胞膜面积改变

入胞：大分子物质或物质团块，如蛋白质、脂肪颗粒、细菌和异物等进入细胞的过程

出胞：大分子物质、固态或液态的物质团块由细胞排出的过程

第二节细胞的生物电现象及其产生机制

一、细胞生物电现象及其产生机制

（一）静息电位

1.

概念：细胞未受刺激（安静）时存在于细胞膜两侧的电位差

此电位差理论值为K+平衡电位，实际值略小

极化状态：安静时存在于膜两侧的稳定的内负外正电位状态

以极化（或静息电位）为准，膜内负电位增大，称为超极化

膜内负电位减小，称为去极化

细胞发生去极化后，膜电位又恢复到极化状态，称为复极化

2.机制

膜内、外离子的不均匀分布

安静状态下K+选择性跨膜移动

（二）动作电位

1.

概念：可兴奋细胞在静息电位基础上受到有效刺激时，细胞膜两侧电位产生的一次快速、短暂和可扩布的膜电位的波动

动作电位幅度=静息电位+超射部分

动作电位的出现可作为细胞兴奋的标志。细胞具有产生动作电位的能力称为兴奋性

2.机制

细胞膜受到有效刺激时，先Na+内流引起去极化，后K+外流引起复极化

特点

全或无现象

不衰减性传导

脉冲式发放

（三）膜通透性改变与离子通道

河鲀毒素可阻断Na通道四乙基铵可阻断K+通道

离子通道状态：备用、激活（开放）、失活（关闭）

二、兴奋的引起和兴奋的传导机制

（一）兴奋的引起和阈电位

阈电位概念：细胞膜去极达到产生动作电位的临界膜电位数值阈电位是引起动作电位的最小膜电位，它对动作电位只起触发作用

一般可兴奋细胞的阈电位比静息电位的绝对值小10～20mV

（二）兴奋在同一细胞上传导机制

已兴奋部分通过局部电流“刺激”相邻的未兴奋部分，使之出现动作电位

有髓神经纤维动作电位表现为在相邻郎飞结处跳跃式传导，速度快得多

（三）兴奋在细胞之间传导机制

通过缝隙链接

（四）局部电位

概念：阈下刺激使受刺激细胞膜局部少量Na+通道开放，少量Na+内流，细胞膜轻度去极化，但未达到阈电位

基本特性

①等级性：不是“全或无”的，其幅度随着阈下刺激的强度增大而增大

②衰减性：局部兴奋以电紧张形式扩布，并随扩布的距离增加而衰减，不能作远距传播

③可总和：局部兴奋可互相叠加总和。没有不应期

三、兴奋性在兴奋过程中的变化

绝对不应期ab

无论多大刺激，都不会兴奋。Na+通道处于失活状态，兴奋性为零绝对不应期相当于锋电位组织能发生兴奋的最大频率=绝对不应期的倒数

相对不应期bc

Na+通道开始复活，需阈上刺激才能引发动作电位相对不应期相当于动作电位的负后电位前期

超常期cd

距离阈电位较近，大多数Na+通道已恢复到备用状态阈下刺激就可引起细胞兴奋，此时细胞的兴奋性比正常时高超常期相当于动作电位的负后电位后期

低常期de

细胞兴奋性低于正常，需用阈上刺激才能引起细胞产生动作电位低常期相当于动作电位的正后电位

第三节肌细胞的收缩功能

一、神经-骨骼肌接头处的兴奋传递

（一）神经-骨骼肌接头处的微细结构

大量含ACh的囊泡量子式释放。终板膜上有胆碱酯酶以降解释放出来的ACh。

（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程

终板电位

一种局部电位，无“全或无”特性，大小与接头前膜释放的ACh量成比例，无不应期，可总和

二、骨骼肌细胞的微细结构

（一）肌原纤维和肌小节

肌小节：肌原纤维上位于两条Z线之间的区域，是肌肉张缩的最基本单位，包含中间1个暗带和两侧各1/2明带

肌丝

粗肌丝：肌凝蛋白（肌球蛋白）组成

细肌丝=肌纤蛋白（肌动蛋白）+原肌凝蛋白+肌钙蛋白

（二）肌管系统

横管或称T管：与细胞外液相通，将肌细胞膜上的动作电位传入细胞深部

纵管或称为L管：由肌浆网形成。终末池含有大量的Ca2+，为钙库

一条横管+两端终末池=三联管结构，是骨骼肌兴奋收缩耦联的关键部位

三、骨骼肌的收缩原理

（一）肌丝的滑行过程

（二）骨骼肌的兴奋-收缩耦联

①兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处

②三联管结构处的信息传递

③肌浆网（即纵管系统）对Ca2+释放和回收

关键部位在三联管，关键物质是Ca2+

四、骨骼肌收缩的外部表现

（一）骨骼肌收缩的外部表现

1

前负荷：肌肉收缩前所承受的负荷。前负荷决定肌小节初长度

后负荷：肌肉开始收缩后承受的负荷。后负荷影响收缩形式

2

等长收缩：后负荷高于肌肉产生的最大张力时，肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短

等张收缩：后负荷存在下，肌肉收缩产生的张力等于负荷时，肌肉长度变化使负荷发生位移，但其张力保持不变

大多数情况下总是张力增加在前，长度缩短在后

3

单收缩：肌肉受到一次刺激时，爆发一次动作电位，引起一次收缩

强直收缩：指在连续刺激下，肌肉产生的多个单收缩发生融合

不完全强直收缩：后一刺激落在前一收缩的舒张期内，表现为舒张不完全

完全强直收缩：后一刺激落在前面的缩短期内

（二）影响肌肉收缩的因素

1.前负荷

最适初长度产生最大肌张力，此时的前负荷称为最适前负荷

最适初长度时肌张力最大，收缩速度最快，做功效率最高

2.后负荷

后负荷为零时，肌肉缩短速度最快。

后负荷增大时，肌肉收缩力和速度呈反变关系

3.肌肉收缩能力

指肌肉本身的功能状态，与前、后负荷无关

取决于肌浆中Ca2+水平、ATP酶活性、神经、体液因素

细胞的基本功能

第一节细胞膜的物质转运功能

物质跨膜转运形式

一、单纯扩散

概念：脂溶性小分子物质顺浓度梯度跨细胞膜转运，不耗能

影响因素：浓度差、膜的通透性

举例：O2、CO2、N2、乙醇、尿素

二、易化扩散

概念：不溶于脂质或脂溶性较小的物质，在膜蛋白帮助下，顺电-化学梯度转运的形式

分类

（一）载体运输

举例：葡萄糖、氨基酸

本质：不耗能、由载体蛋白介导、顺浓度梯度

特点：特异性、饱和现象、竞争性抑制

（二）通道运输

举例：Na+、K+、Ca+、Cl-等

本质：不耗能、由通道蛋白介导、顺电-化学梯度

特点：离子选择性、门控特性

三、主动转运

概念：指在细胞膜泵蛋白作用下，将物质逆电-化学梯度转运的过程

本质：耗能、由膜蛋白介导、逆电-化学梯度

分类

原发性主动转运

直接利用ATP

举例：钠-钾泵（简称钠泵）、钙泵、氢泵（质子泵）等

钠泵（Na+-K+依赖式ATP酶）功能

生电性泵：每分解一分子ATP，可泵出3个Na+和泵入2个K+，膜外净增加一个电荷

建立势能贮备，供细胞的其他耗能过程利用

是细胞内外K+、Na+顺浓度差移动的基础，也是可兴奋细胞产生动作电位的基础

继发性主动转运

间接利用ATP

举例：Na+-葡萄糖同向转运体、Na+-Ca+交换体

四、入胞与出胞

本质：耗能、需蛋白质参与，伴细胞膜面积改变

入胞：大分子物质或物质团块，如蛋白质、脂肪颗粒、细菌和异物等进入细胞的过程

出胞：大分子物质、固态或液态的物质团块由细胞排出的过程

细胞的基本功能

第二节细胞的生物电现象及其产生机制

一、细胞生物电现象及其产生机制

（一）静息电位

1.

概念：细胞未受刺激（安静）时存在于细胞膜两侧的电位差

此电位差理论值为K+平衡电位，实际值略小

极化状态：安静时存在于膜两侧的稳定的内负外正电位状态

以极化（或静息电位）为准，膜内负电位增大，称为超极化

膜内负电位减小，称为去极化

细胞发生去极化后，膜电位又恢复到极化状态，称为复极化

2.机制

膜内、外离子的不均匀分布

安静状态下K+选择性跨膜移动

（二）动作电位

1.

概念：可兴奋细胞在静息电位基础上受到有效刺激时，细胞膜两侧电位产生的一次快速、短暂和可扩布的膜电位的波动

动作电位幅度=静息电位+超射部分

动作电位的出现可作为细胞兴奋的标志。细胞具有产生动作电位的能力称为兴奋性

2.机制

细胞膜受到有效刺激时，先Na+内流引起去极化，后K+外流引起复极化

特点

全或无现象

不衰减性传导

脉冲式发放

（三）膜通透性改变与离子通道

河鲀毒素可阻断Na通道四乙基铵可阻断K+通道

离子通道状态：备用、激活（开放）、失活（关闭）

二、兴奋的引起和兴奋的传导机制

（一）兴奋的引起和阈电位

阈电位概念：细胞膜去极达到产生动作电位的临界膜电位数值阈电位是引起动作电位的最小膜电位，它对动作电位只起触发作用

一般可兴奋细胞的阈电位比静息电位的绝对值小10～20mV

（二）兴奋在同一细胞上传导机制

已兴奋部分通过局部电流“刺激”相邻的未兴奋部分，使之出现动作电位

有髓神经纤维动作电位表现为在相邻郎飞结处跳跃式传导，速度快得多

（三）兴奋在细胞之间传导机制

通过缝隙链接

（四）局部电位

概念：阈下刺激使受刺激细胞膜局部少量Na+通道开放，少量Na+内流，细胞膜轻度去极化，但未达到阈电位

基本特性

①等级性：不是“全或无”的，其幅度随着阈下刺激的强度增大而增大

②衰减性：局部兴奋以电紧张形式扩布，并随扩布的距离增加而衰减，不能作远距传播

③可总和：局部兴奋可互相叠加总和。没有不应期

细胞的基本功能

第二节细胞的生物电现象及其产生机制

三、兴奋性在兴奋过程中的变化

绝对不应期ab

无论多大刺激，都不会兴奋。Na+通道处于失活状态，兴奋性为零绝对不应期相当于锋电位组织能发生兴奋的最大频率=绝对不应期的倒数

相对不应期bc

Na+通道开始复活，需阈上刺激才能引发动作电位相对不应期相当于动作电位的负后电位前期

超常期cd

距离阈电位较近，大多数Na+通道已恢复到备用状态阈下刺激就可引起细胞兴奋，此时细胞的兴奋性比正常时高超常期相当于动作电位的负后电位后期

低常期de

细胞兴奋性低于正常，需用阈上刺激才能引起细胞产生动作电位低常期相当于动作电位的正后电位

细胞的基本功能

第三节肌细胞的收缩功能

一、神经-骨骼肌接头处的兴奋传递

（一）神经-骨骼肌接头处的微细结构

大量含ACh的囊泡量子式释放终板膜上有胆碱酯酶以降解释放出来的ACh

（二）神经-骨骼肌接头处的兴奋传递过程

终板电位

一种局部电位，无“全或无”特性，大小与接头前膜释放的ACh量成比例，无不应期，可总和

二、骨骼肌细胞的微细结构

（一）肌原纤维和肌小节

肌小节：肌原纤维上位于两条Z线之间的区域，是肌肉张缩的最基本单位，包含中间1个暗带和两侧各1/2明带

肌丝

粗肌丝：肌凝蛋白（肌球蛋白）组成

细肌丝=肌纤蛋白（肌动蛋白）+原肌凝蛋白+肌钙蛋白

（二）肌管系统

横管或称T管：与细胞外液相通，将肌细胞膜上的动作电位传入细胞深部

纵管或称为L管：由肌浆网形成。终末池含有大量的Ca2+，为钙库

一条横管+两端终末池=三联管结构，是骨骼肌兴奋收缩耦联的关键部位

细胞的基本功能

第三节肌细胞的收缩功能

三、骨骼肌的收缩原理

（一）肌丝的滑行过程

（二）骨骼肌的兴奋-收缩耦联

①兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处

②三联管结构处的信息传递

③肌浆网（即纵管系统）对Ca2+释放和回收

关键部位在三联管，关键物质是Ca2+

四、骨骼肌收缩的外部表现

（一）骨骼肌收缩的外部表现

1

前负荷：肌肉收缩前所承受的负荷。前负荷决定肌小节初长度

后负荷：肌肉开始收缩后承受的负荷。后负荷影响收缩形式

2

等长收缩：后负荷高于肌肉产生的最大张力时，肌肉收缩时只有张力的增加而无长度的缩短

等张收缩：后负荷存在下，肌肉收缩产生的张力等于负荷时，肌肉长度变化使负荷发生位移，但其张力保持不变

大多数情况下总是张力增加在前，长度缩短在后

3

单收缩：肌肉受到一次刺激时，爆发一次动作电位，引起一次收缩

强直收缩：指在连续刺激下，肌肉产生的多个单收缩发生融合

不完全强直收缩：后一刺激落在前一收缩的舒张期内，表现为舒张不完全

完全强直收缩：后一刺激落在前面的缩短期内

（二）影响肌肉收缩的因素

1.前负荷

最适初长度产生最大肌张力，此时的前负荷称为最适前负荷

最适初长度时肌张力最大，收缩速度最快，做功效率最高

2.后负荷

后负荷为零时，肌肉缩短速度最快。

后负荷增大时，肌肉收缩力和速度呈反变关系

3.肌肉收缩能力

指肌肉本身的功能状态，与前、后负荷无关

取决于肌浆中Ca2+水平、ATP酶活性、神经、体液因素