《生理学》课件-NO1.ppt

编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,第一章 细胞的基本功能,生理学,第一章 生理学概述,了解骨骼肌收缩的外部表现,掌握主动转运、静息电位和动作电位的概念,熟悉单纯扩散、易化扩散、出胞和入胞；细胞生物电的产生机制，兴奋的引起及传导；神经,-,肌肉接头的兴奋传递和兴奋,-,收缩耦联,章节概述,第一节细胞膜的物质转运功能,第二节细胞的跨膜信号转导功能,第三节细胞的生物电现象,第四节肌细胞的收缩功能,第一节 细胞膜的物质转运功能,细胞,细胞膜,细胞质,细胞核,一、细胞膜的基本结构,除细胞膜外，各种细胞器也具有相似的膜性结构，统称为生物膜。虽然从低等生物至高等动物的各种细胞的生物膜的位置、形态和功能不尽相同，但其分子结构和组成是相同的。,第一节 细胞膜的物质转运功能,1.,细胞膜化学成分,细,胞,膜,少量糖类,膜蛋白,膜脂质,第一节 细胞膜的物质转运功能,1.,细胞膜化学成分,脂质是细胞膜的主要成分，包括磷脂和胆固醇,胆固醇：为双嗜性分,子，散在分布于磷脂,分子之间。,磷脂：为双嗜性分子。,脂质的排列呈双分子,层结构。磷脂具有流,动性。,第一节 细胞膜的物质转运功能,1.,细胞膜化学成分,表面蛋白分布在膜的内表面或,者外表面。,整合蛋白则贯穿脂质双分子,层。整合蛋白占膜蛋白总量,的,70%,80%,。,表面蛋白,整合蛋白,膜蛋白,第一节 细胞膜的物质转运功能,1.,细胞膜化学成分,糖类：细胞膜含糖很少，绝大多数裸露在膜的外侧面。有些糖链与脂质相连构成糖脂，有些糖链与蛋白质相连构成糖蛋白。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2.,液态镶嵌模型学说,在电镜下，细胞膜可分为三层：内、外两侧各有一层厚度约为,2.5 nm,的电子致密带，中间夹有一条厚约为,2.5 nm,的透明带，细胞膜总厚度为,7.5 nm,左右。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2.,液态镶嵌模型学说,1972,年，辛格（,Singer,）和尼克尔森（,Nicholson,）提出了液态镶嵌模型学说，其主要内容是：膜以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质分子（见图,1-1,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2.,液态镶嵌模型学说,第一节 细胞膜的物质转运功能,3.,细胞膜的功能特性,细胞膜将内容物与细胞周围环境分隔开来，构成了细胞的屏障，对细胞起保护作用，可以使细胞的内容物不致丢失，并使细胞质的化学组成保持相对稳定，为细胞的正常生命活动提供了必要的条件。,第一节 细胞膜的物质转运功能,3.,细胞膜的功能特性,细胞膜上有多种转运物质的蛋白质（如通道、载体、离子泵、受体等）；膜外侧有糖链伸出，可作为细胞的,“,标记,”,。这些结构参与了物质跨膜转运、信号识别和传递、吸收、分泌、兴奋传导及免疫功能，在细胞的代谢、生长和生殖中起重要作用。细胞膜的结构与功能异常可导致多种疾病的发生。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,细胞在新陈代谢过程中，不断有各种物质进出细胞，这些物质包括,O2,和,CO2,、各种营养物质、中间代谢产物或终产物、被吞噬物质（如细胞碎片、脂质块等）和细胞分泌或释放物质（如激素、神经递质等）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,浓度差或电位,差,Your Text here,膜的通透性,物质分子量,的大小,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,3,主动转运,1,4,2,单纯扩散,易化扩散,出胞和入胞,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,单纯扩散（,simple diffusion,）是指脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧跨膜转运的过程，是一种简单的物理扩散现象（见图,1-2,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,二、细胞膜的物质转运方式,易化扩散（,facilitated diffusion,）是指非脂溶性或脂溶性很低的小分子物质在膜蛋白的帮助下由膜的高浓度一侧向低浓度一侧跨膜转运的过程。根据膜蛋白的不同，易化扩散可分为载体介导的易化扩散和通道介导的易化扩散两种类型。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,物质在细胞膜载体蛋白质（简称载体）的帮助下顺浓度梯度的跨膜转运称为载体介导的易化扩散（,facilitated diffusion via carrier,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,载体是一类贯穿脂质双分子层的整合蛋白，载体在物质浓度高的一侧与被转运物质结合，通过载体的构象改变将物质转运至浓度低的一侧，然后载体与被转运物质分离，恢复原来的构型（见图,1-3,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,载体介导的,易化扩散,特异性,饱和现象,竞争性抑制,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,通道也是整合蛋白，就像贯通细胞膜并带有闸门装置的一条管道，在一定条件下可以开放（激活）或关闭（失活）。通道开放时，物质经通道由浓度高的一侧向浓度低的一侧扩散；关闭时，即使膜两侧存在某种物质的浓度差或电位差，该物质也不能通过细胞膜（见图,1-4,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,第一节 细胞膜的物质转运功能,二、细胞膜的物质转运方式,通道介导的易化扩散主要转运各种带电离子，如,Na+,、,K+,、,Ca2+,、,Cl-,等。通道具有一定的特异性，可分为,Na+,通道、,K+,通道、,Ca2+,通道等，但这种特异性不是绝对的，如,K+,通道除主要对,K+,通透外，还允许少量的,Na+,通过；,Ca2+,通道也允许少量的,Na+,通过。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）通道介导的易化扩散,通道的开放和关闭是通过,“,闸门,”,来调控的，故通道又称门控通道。根据引起闸门开闭动因的不同，通道可分为三类。,第一节 细胞膜的物质转运功能,进行体力劳动,2,）通道介导的易化扩散,电压门控通道,化学门控通道,机械门控通道,第一节 细胞膜的物质转运功能,3.,主动转运,细胞通过本身的耗能过程，在膜蛋白的帮助下将物质分子或逆离子逆浓度梯度或电位梯度进行的转运过程称为主动转运（,active transport,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,3.,主动转运,继发性主动转运,原发性主动转运,第一节 细胞膜的物质转运功能,1,）原发性主动转运,细胞直接利用,ATP,分解释放的能量将物质逆浓度差或逆电位差转运的过程称为原发性主动转运（,primary active transport,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,1,）原发性主动转运,第一节 细胞膜的物质转运功能,1,）原发性主动转运,+,Na+,泵具有以下主要功能：,（,1,）细胞内高,K+,为细胞内许多代谢反应所必需，如核糖体合成蛋白质。,（,2,）细胞内低,Na+,能维持细胞渗透压，维持细胞容积的稳定，防止细胞水肿。,（,3,）建立,Na+,跨膜浓度差，为继发性主动转运的物质提供势能储备。,（,4,）,Na+,、,K+,分布的不均衡是可兴奋细胞产生生物电活动的基础。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）继发性主动转运,某些物质在进行逆浓度差或逆电位差转运时，所需的能量并不直接来自,ATP,的分解，而是来自,Na+,在膜两侧的势能储备，后者是,Na+,泵利用分解,ATP,释放的能量建立的。这种间接利用,ATP,能量的主动转运过程称为继发性主动转运（,secondary active transport,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）继发性主动转运,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）继发性主动转运,继发性主动转运分为同向转运和反向转运。与,Na+,转运的方向相同的物质转运称为同向转运，如葡萄糖、氨基酸在小肠黏膜上皮的吸收过程；与,Na+,转运的方向相反的物质转运称为反向转运或交换，如细胞普遍存在的,Na+-Ca2+,交换和,Na+-H+,交换。,第一节 细胞膜的物质转运功能,4.,出胞和入胞,进出细胞的物质中还有一些大分子物质或团块物质，如激素、细菌等，这就需要细胞膜具有更为复杂的结构和功能变化。,第一节 细胞膜的物质转运功能,1,）出胞,出胞（,exocytosis,）是指大分子物质或物质团块从细胞内排至细胞外的过程。例如，内分泌腺细胞分泌激素、消化腺细胞分泌消化酶、神经末梢释放递质等。,第一节 细胞膜的物质转运功能,4.,出胞和入胞,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）入胞,入胞（,endocytosis,）是指大分子物质或物质团块从细胞外进入细胞内的过程。例如，血浆中的脂蛋白颗粒、大分子营养物质、细菌、异物等进入细胞。固体物质的入胞过程称为吞噬（,phagocytosis,），液态物质的入胞过程称为吞饮（,pinocytosis,）。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）入胞,物质在入胞时，靠近物质团块的细胞膜向内凹陷或伸出伪足包绕异物，此后包裹的细胞膜融合、断裂，形成吞噬（吞饮）泡进入胞质内。不同的细胞入胞的意义不同，如中性粒细胞将细菌等吞噬后形成吞噬小泡，这些吞噬小泡可与溶酶体融合，被溶酶体内的蛋白水解酶消化分解。,第一节 细胞膜的物质转运功能,2,）入胞,出胞与入胞都伴随着细胞膜的变形运动，都需要消耗能量（来自,ATP,的分解）。在细胞分泌过程中，如果,ATP,合成受阻，则出胞过程不能进行，分泌物就无法被排到细胞外。,第一节 细胞膜的物质转运功能,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,机体各种器官、组织和细胞的活动是相互联系的，通过神经和体液调节成为一个有机整体，并与环境相适应。因此，细胞之间必须存在传递信息的信号交流机制，保证机体功能活动的完整性和统一性。能在细胞间传递信息，并能与受体发生特异性结合的信号物质称为配体（,ligand,），如神经递质、激素、细胞因子等。,根据作用方式，配体可大体分为两类：一类以疏水性的类固醇激素为代表，靠单纯扩散的方式透过细胞膜，与胞内受体结合发挥作用（详见第十章）；另一类是亲水性分子，其数量较大，首先作用于细胞膜上的受体，然后经跨膜和细胞内的信号转导而产生生物学效应。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、,G,蛋白耦联受体介导的信号转导,G,蛋白耦联受体（,G protein-linked receptor,）是指通过,G,蛋白发挥作用的膜受体，是存在于细胞膜上的一类整合蛋白。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、,G,蛋白耦联受体介导的信号转导,信号分子通过蛋白激酶或离子通道发挥信号转导作用，从而将胞外信号跨膜传递到胞内，影响细胞的功能活动（见图,1-8,）。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、,G,蛋白耦联受体介导的信号转导,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,二、离子通道型受体介导的信号转导,离子通道型受体是一种同时具有受体和离子通道两种功能的蛋白质，通常是指化学门控通道。通道的开放（或关闭）不仅涉及离子的跨膜转运，还可以实现化学信号的跨膜转导，因而这一信号转导途径称为离子通道型受体介导的信号转导。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,三、酶耦联型受体介导的信号转导,酶耦联型受体（,enzyme-linked receptor,）是存在于细胞膜上的一些蛋白质，它们既有受体的作用，又有酶的活性，或能激活与之相连的酶，从而能够完成信号的转导。其中，较重要的有酪氨酸激酶受体、鸟苷酸环化酶受体和酪氨酸激酶结合型受体三种类型。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,1.,酪氨酸激酶受体,酪氨酸激酶结合型受,体本身没有蛋白激酶,活性，但其与细胞外,配体结合后，引起细,胞内效应。,酪氨酸激酶受体的配,体结合位点位于细胞,外侧，而伸入细胞质,的一侧具有酪氨酸激,酶活性。,鸟苷酸环化酶受体,的配体结合位点位,于细胞外侧，而胞,质的一侧则具有鸟,苷酸环化酶活性。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,三、酶耦联型受体介导的信号转导,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,活的细胞无论是在安静状态还是在活动过程中都伴有电活动的产生，这种电现象是伴随细胞生命活动出现的，称为生物电。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、静息电位,动作电位,静息电位,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,1.,静息电位的概念,静息电位（,resting potential,，,RP,）是指细胞在静息状态下（未受刺激）存在于细胞膜两侧的电位差。,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,第三节细胞的生物电现象,1.,静息电位的概念,第三节细胞的生物电现象,2.,静息电位的产生机制,静息电位的产生机制目前用离子流学说来解释。该学说认为，生物电的产生有两个前提条件：细胞内、外某些离子的分布不均衡（见表,1-1,），细胞膜在不同的状态下对离子的通透性不同。,第三节细胞的生物电现象,2.,静息电位的产生机制,第三节细胞的生物电现象,2.,静息电位的产生机制,静息电位的实测值略小于,K+,平衡电位的理论值，这是因为静息时，细胞膜对,Na+,和,Cl,也具有一定的通透性，所以也有少量的,Na+,和,Cl,内流，从而抵消了一部分,K+,外流所造成的,“,内负外正,”,的极化状态。此外，,Na+-K+,泵对维持细胞内、外,Na+,、,K+,的浓度差，保持稳定的静息电位也有重要的作用。,第三节细胞的生物电现象,二、动作电位,1.,动作电位的概念及特点,动作电位（,action potential,，,AP,）是指可兴奋细胞受到有效刺激时，在静息电位的基础上发生的一次迅速、可逆、可扩布的电位变化过程（见图,1-11,）。,第三节细胞的生物电现象,二、动作电位,第三节细胞的生物电现象,1.,动作电位的概念及特点,动作电位具有以下特点：,（,1,）,“,全或无,”,现象：刺激强度达不到阈值时不产生动作电位（无）；刺激强度达到阈值时即产生动作电位且达到最大幅度（全），其值不随刺激强度的增大而继续增大。,（,2,）不衰减性传导：动作电位在同一细胞上的传导幅度不随传导距离的增大而减小。,（,3,）脉冲式：连续的刺激产生的多个动作电位不能叠加，而总是有一定的间隔，形成脉冲样波形。,第三节细胞的生物电现象,2.,动作电位的产生机制,当细胞受到刺激时，膜上少量,Na+,通道被激活而开放，,Na+,顺浓度差和电位差内流，使膜内电位负值减小，达到一定数值后，引起大量的电压门控,Na+,通道激活开放，使,Na+,大量内流，使膜内电位急剧上升，膜内正电荷迅速增加，膜内负电位消失，直至继续内流的,Na+,使膜电位发生逆转，形成,“,内正外负,”,的反极化状态。,第三节细胞的生物电现象,3.,动作电位的引起与传导,1,）动作电位的引起,局部电位,阈电位,局部电位,可以总和,为等级性电位,呈衰减性传导,局部电位,第三节细胞的生物电现象,第三节细胞的生物电现象,2,）动作电位的传导,细胞膜在任何一处爆发动作电位，该动作电位都可沿着细胞膜向周围不衰减地传播，直到整个细胞膜都产生动作电位为止。,第三节细胞的生物电现象,2,）动作电位的传导,第三节细胞的生物电现象,2,）动作电位的传导,第四节 肌细胞的收缩功能,根据肌肉的功能特性，可将其分为骨骼肌、心肌和平滑肌三类。虽然这三类肌肉组织在形态结构上有很多不同点，但从分子水平上看，其收缩机制有许多共同之处。骨骼肌是体内最多的组织，也是目前研究得最充分的肌肉组织，本节以骨骼肌为例来介绍肌细胞的收缩机制。,第四节肌细胞的收缩功能,一、神经,-,肌肉接头的兴奋传递,第四节 肌细胞的收缩功能,1.,神经,-,肌肉接头的结构,运动神经纤维在到达骨骼肌细胞前逐渐失去髓鞘，以裸露的轴突末梢嵌入肌细胞膜，形成神经,-,肌肉接头（见图,1-14,）。,第四节 肌细胞的收缩功能,Company,LOGO,神经,-,肌肉接头处兴奋传递始于神经轴突末梢的动作电位。骨骼肌神经,-,肌肉接头兴奋传递过程容易受到某些药物和病理因素的影响，从而使其正常的兴奋传递过程和肌肉收缩受到影响。,二、骨骼肌的收缩,第四节 肌细胞的收缩功能,1.,骨骼肌的微细结构,第四节 肌细胞的收缩功能,骨骼肌约占人体体重的,40%,，是人体内最多的组织。骨骼肌由大量的肌纤维（肌细胞）组成，包裹肌纤维的细胞膜又称肌膜，细胞质称肌质。肌质中含有大量的肌原纤维和丰富的肌管系统，这些结构排列有序，协同完成骨骼肌的收缩和舒张。,1,）肌原纤维和肌小节,第四节 肌细胞的收缩功能,2,）肌管系统,第四节 肌细胞的收缩功能,第四节 肌细胞的收缩功能,2.,骨骼肌的收缩机制,粗肌丝：主要由肌凝蛋白（肌,球蛋白）分子组成。,细肌丝：由肌纤蛋白（肌动,蛋白）、原肌凝蛋白（原肌,球蛋白）和肌钙蛋白三种蛋,白分子组成。,粗肌丝,细肌丝,膜蛋白,第四节 肌细胞的收缩功能,2.,骨骼肌的收缩机制,第四节 肌细胞的收缩功能,2.,骨骼肌的收缩机制,3.,骨骼肌的收缩过程,第四节 肌细胞的收缩功能,三、骨骼肌的兴奋,-,收缩耦联,第四节 肌细胞的收缩功能,四、骨骼肌收缩的外部表现,骨骼肌受到刺激收缩时可表现为张力或长度的变化，具体表现为等长收缩和等张收缩、单收缩和强直收缩。骨骼肌的收缩形式主要取决于外加刺激条件、收缩时所遇到的负荷及肌肉自身的收缩能力。,第四节 肌细胞的收缩功能,四、骨骼肌收缩的外部表现,1.,等长收缩和等张收缩,2.,单收缩和强直收缩,第四节 肌细胞的收缩功能,四、骨骼肌收缩的外部表现,第四节 肌细胞的收缩功能,第四节 肌细胞的收缩功能,五、影响骨骼肌收缩的因素,肌肉收缩能力,后负荷,前负荷,五、影响骨骼肌收缩的因素,第四节 肌细胞的收缩功能,五、影响骨骼肌收缩的因素,第四节 肌细胞的收缩功能,六、平滑肌的结构和特性,平滑肌细胞是呼吸道、消化道、血管、泌尿生殖器等器官的主要构成成分。平滑肌可产生持续性或紧张性收缩，收缩时产生张力并缩短，为其所在器官的运动提供动力，保持或改变这些器官的形状和张力。平滑肌的形态结构和收缩机制都与骨骼肌有所不同。,第四节 肌细胞的收缩功能,1.,平滑肌细胞的结构特点,平滑肌细胞呈梭形，直径较骨骼肌细胞小，但长度可变性大，变化范围为,8,800 m,；肌质网不像骨骼肌那样发达；细胞内肌丝排列不规则，没有明显的肌小节，因此没有横纹；细肌丝数量多，大约为相同体积的骨骼肌细胞中细肌丝的两倍，而粗肌丝则只有骨骼肌细胞的,1/4,；细肌丝不含肌钙蛋白，肌质中含有一种与肌钙蛋白功能类似的钙调蛋白。,第四节 肌细胞的收缩功能,2.,平滑肌细胞的收缩机制,平滑肌收缩具有以下特点：,（,1,）平滑肌细胞肌质网不发达，细胞内的,Ca2+,数量较少，因此收缩时主要依靠外源性,Ca2+,。,（,2,）骨骼肌是肌质,Ca2+,与肌钙蛋白结合触发的肌收缩，而平滑肌是,Ca2+,与钙调蛋白结合并引发肌凝蛋白激酶活化而触发肌收缩的，因此平滑肌收缩比骨骼肌收缩缓慢。,第四节 肌细胞的收缩功能,Thank You!,