细胞的基本功能

生理学第二章细胞的基本功能，分享了细胞膜的物质转运功能、肌细胞的收缩、细胞的电活动的知识，欢迎大家学习。

细胞的基本功能

• 细胞膜的物质转运功能
  • 细胞膜的化学组成及其分子排列形式
    • 化学组成
      • 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%）构成。膜脂质可因温度改变 成凝胶或溶胶状态，正常人体温高于膜脂质的熔点，已 超过两种状态的转换温度，故膜脂质在人体内呈溶胶状态， 具有一定的流动性。
      • 主要由脂质和蛋白质组成，还有少量糖类物质
      • 膜蛋白：分为表面膜蛋白和整合膜蛋白
      • 膜糖类：主要是一些寡糖和多糖链
    • 分子排列形式
      • 液态镶嵌模型
        • 液态脂质双层构成膜的基架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌在其中 ，糖类分子与脂质、蛋白结合后附在膜的外表面。
  • 跨细胞膜的物质转运
    • 主动转运
      • 主动转运是指某些物质在膜蛋白的帮助下， 由细胞代谢提供能量进行的逆浓度梯度和电位梯度跨膜转运
      • 原发性主动转运
        • 细胞直接利用代谢产生的能量直接 逆浓度梯度和电位梯度转运的过程
          • 质子泵
            • 氢钾泵
              • 分泌氢离子和摄入钾离子可逆 浓度梯度的将氢离子有效 地分泌到胃液或尿液中分别 参与胃酸形成和肾脏的排酸功能
            • 氢泵
              • 维持胞质的中性和细胞器内的酸性， 同时也建立起跨细胞器膜的氢离子浓度梯度
          • 钠钾泵 （钠—钾依赖式ATP酶）
            • 钠离子泵每分解一分子的ATP可将三个钠离子 泵出细胞外及将两个钾离子泵入细胞内
            • 钠离子泵有重要的生理作用： 1.维持细胞内高浓度钾离子， 有利于胞内许多代谢反应 2.维持细胞内渗透压和细胞容积 3.钠泵活动形成的钠离子 和钾离子跨膜浓度梯度是细胞发 生电活动的基础 4.钠泵活动 的生电效应，可使膜内电位的负值 增大参与了静息电位的形 成 5.钠泵活动建立的钠离子跨膜浓 度梯度可为继发性主动转 运提供势能准备
          • 钙泵
            • 质膜上的钙泵称为质膜钙ATP酶,肌质网 和内质网膜上的钙泵称为肌质网和 内质网钙ATP酶
      • 继发性主动转运
        • 某些物质的主动转运不直接来自ATP的分解 ,而是利用原发性主动转运机制建立 起的钠离子或氢离子的浓度梯度在钠 离子或氢离子顺浓度梯度扩散的同时 使其他物质逆浓度梯度和电位梯度跨 膜转运的过程
          • 同向转运（载体为同向转运体）
          • 反向转运（载体为反向转运体）
    • 单纯扩散
      • 概念
        • 单纯扩散是指物质从质膜的高浓度一侧通过脂质 分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散，经单纯 扩散转运的物质都是脂溶性物质或少数不带电荷 的极性小分子物质
      • 特点
        • 1.顺浓度梯度 2.不消耗能量
    • 易化扩散
      • 易化扩散是指非脂溶性的小分子物质或带 电离子在跨膜蛋白帮助下顺浓度梯度和电位梯度进行的跨膜转运
      • 经载体的易化扩散
        • 特点:1.结构特异性 2.饱和现象 3.竞争性抑制
      • 经通道的易化扩散（离子通道）
        • 特点
          • 1.离子选择性 2.门控性 3.高速
        • 分类
          • 电压门控通道
          • 化学门控通道
          • 机械门控通道
    • 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
      • 出胞
        • 持续性出胞
        • 调节性出胞
      • 入胞（内化）
        • 吞噬
        • 吞饮
• 肌细胞的收缩
  • 影响骨骼肌收缩的因素
    • 前负荷
      • 肌肉在收缩前存在的负荷 前负荷使肌肉处于某种被拉长的状态，使肌肉在收缩前 处于一定的长度，也称初长度。常用初长度表示前负荷
      • 最适初长度：肌肉收缩时产生最大张力的初长度，对应肌 节长度2-2.2um 整体情况，肌肉一般都处于最适初长度，以利于产生最大收缩力
    • 后负荷
      • 肌肉开始收缩时承受的负荷，是肌肉收缩时的阻力
      • 后负荷为0，缩短速度最大 后负荷增加，张力增大，肌肉缩短速度变慢 后负荷增加到张力最大时，肌肉不缩短，缩短速度为0
    • 肌肉收缩能力
      • 是与前、后负荷无关的影响肌肉收缩效能的肌肉内在特性
      • 影响因素 胞质Ca2+浓度、横桥ATP酶活性、肌细胞能量 代谢水平、机体的神经和体液调节系统
    • 收缩的总和
      • 多纤维总和：肌细胞收缩具有叠加特性，可以多根肌 纤维同步收缩产生叠加效应 频率总和：提高骨骼肌的收缩频率而产生的叠加效应。 按动作电位频率的不同，骨骼肌可以分为单收缩、 不完全强直收缩、完全强直收缩三种表现形式。
  • 骨骼肌神经-肌接头处的传递
    • 神经-肌肉接头的构成 神经-肌肉接头：是运动神经末档与其所支配的骨骼肌细胞 之间的特化结构，由接头前膜、接头后膜和接头间隙构成
    • 1.突触前过程 ACh的合成与贮存 乙酰辅酶A和胆碱在胆碱乙酰 化酶作用下在末稍合成，贮存 在突触小泡内 ACh的释放一量子式释放 通过出胞方式释放到接头间 隙 释放为Ca2+依赖式的 Action potential-突触前膜周围电压门控性钙离子通道开放 -Ca2+进入突触前膜一突触小泡与突触前膜融合→ACh释放 2.突触后过程 终板电位 (EPP)及动作电位的引起 ACh与受体结合 一突触后膜化学 门控离子通道开放一Na+内流 >K+外流一 终板膜去极化→形 成终板电位→终板膜电位使临 近肌膜达到threshold potential水 平 →Action potential
      • 终板膜电位 (EPP) 属于局部电位 不表现“全或无”特征 其大小与接头前膜释放的ACh的量成比例 不是AP，无不应期 可表现总和现象 可通过电紧张电位刺激周围肌膜产生动作电位，并传播至 整个肌细胞膜
    • 神经-肌肉接头传递的特点（电-化学-电） 与神经纤维动作电位相比： 单向传递 时间延搁(0.5~1.0 ms) 易受环境因素和药物的影响 “一对一”的关系，每个肌纤维（细胞）上都有一个神 经-肌接头
    • 影响神经-肌接头兴奋传递的因素 1) 阻断ACh受体：简箭毒碱和α银环蛇毒，肌松剂 2)平 释放递质、递质耗竭：黑寡妇蜘蛛毒 3)抑制胆碱酯酶活性：有机磷农药，新斯的明 4）自身免疫性疾病：重症肌无力（抗体破坏Ach受体）
  • 兴奋收缩偶联
    • 骨骼肌兴奋-收缩遇联过程 ①肌膜上AP沿肌膜传到横管，激活横管膜上的L型钙通道； ②L型钙通道变构（拔塞），激活终池膜上的钙通道，终池 中Ca2+释放入胞浆，引发肌肉收缩； ③肌浆网膜上的钙泵回收Ca2+并贮存在肌浆网，肌肉舒张
    • 骨骼肌细胞的电兴奋和骨骼肌的机械收缩联系起来 的中介过程 结构基础：三联管/二联管 耙联因子：Ca2+ 实质：肌细胞膜上的动作电位通过肌管系统，让肌 质网释放或回收钙离子
    • 神经-肌接头兴奋的传导（电-化学-电） 兴奋-收缩栽联（电-收缩） 骨骼肌细胞的收缩机制（肌丝滑行）
  • 骨骼肌细胞的收缩机制
    • 骨骼肌收缩的过程 钙离子另肌钙蛋白结合→原肌球蛋白变构， 暴露肌动蛋白横桥结合位点→横桥与肌动蛋 白结合，横桥周期性摆动→细肌丝在粗肌丝 之间向M线方向滑行→肌小节缩短
    • 肌丝滑行学说： 肌细胞收缩时肌原纤维的缩短，是 由于细肌丝在粗肌丝之间滑行的结果
    • 整个肌肉缩短 肌纤维缩短 肌小节缩短 肌丝并无缩短
• 细胞的电活动
  • 动作电位
    • 细胞兴奋后兴奋性的变化 (1)绝对不应期：在兴奋发生后的最初一段时间内，无论施加多强的刺激也不 能使细胞再次兴奋，这段时间称为绝对不应期(absolute refractory period) (2) 相对不应期：绝对不应期之后，细胞的兴奋性逐渐恢复 ，再次接受刺激后可发生兴奋，但刺激强度必须大于原来的阈值 ，这一时期称为相对不应期(relative refractory period) (3)超常期，相对不应期过后，有的细胞还会出现兴奋性轻度增高的时期，此期称为超常期 (4)低常期，超常期后有的细胞又出现兴奋性的轻度减低，此期称为低常期(subnormal period)
    • 产生机制:主要是钠离子内流产生的，当膜电位恢复到静息水平后 钠离子的电压门控通道才能被再次激活
    • 阈电位(threshold potential) 当某些刺激引起膜内正电荷增加，即发生去极化使膜电位 减小到一个临界值时，细胞膜中的钠通道大量开放而触发 动作电位，这个能触发动作电位的膜电位临界值称为阈电位
      • 影响因素:钠离子通道的密度 钠离子通道的状态 胞外钙离子浓度
    • 包括锋电位（由去极化和复极化组成）和后电位两部分
    • 细胞在静息电位基础上接受有效刺激后受产生的一 个迅速的、 可向远处传播的膜电位变化
    • 动作电位在细胞之间的传播通过缝隙连接 意义：使某些同类细胞活动同步化 心肌细胞同步化，， 有利于射血；子宫平滑肌 同步化有利于分娩；呼 吸中枢同步化， 有利于呼吸活动的进行。
    • 动作电位在同一细胞上的传播 -无髓神经： 连续性传导 一有髓神经： 跳跃式传导
    • 动作电位在同一细胞上的传播 兴奋的传导 原理：局部电流
    • 特点：“全或无”现象 不衰减传播 脉冲式发放
  • 静息电位
    • 细胞外液K+的浓度 1) 细胞外液K+浓度↑，平衡电位↓，静息电位↓ 2) 临床上高血钾可以强烈抑制心脏的收缩（原因：高钾引起静息电位↓， 引起膜去极化，使电压门控钠通道失活)膜对Na+和K+的相对通透性 K+通透性↑，静息电位↑；Na+通透性↑，静息电位↓ 钠钾泵的活动水平 钠钾泵活动增强，膜超极化， 静息电位↑ 钠钾泵活动抑制， 膜超极化， 静息电位↓
    • 细胞在静息未受刺激时存在于膜两侧的电位差 细胞外液固定为0时，各类细胞膜电位安静状态 下均为负值。细胞在静息未受刺激时存在于膜两侧的电位差
    • 产生机制:1.物质：带电离子(K+) 2.动力：电-化学驱动力 浓度差（因） -电场力（果） 3..媒介：钾漏通道（对K+有较高通透性） 4.钠钾泵的状态 静息电位的绝对值略小于K+的平衡电位
  • 局部电位
    • 局部电位：细胞膜出现部分离子通道开放，形成轻度的去 极化或超极化反应
    • 局部电位的基本特性 (1) 不是“全或无”的，随着刺激强度的增大而增大； (2)电紧张性扩布； (3)没有不应期，局部兴奋可以互相叠加。 包括 ①空间性总和 ②时间性总和