生理学-第二章-细胞的基本功能.ppt
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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能生理学基础 章目录1细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能 2细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象3肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能重点与难点细胞膜转运物质的主要方式及特点;细胞膜转运物质的主要方式及特点;细胞膜转运物质的主要方式及特点;细胞膜转运物质的主要方式及特点;静息电位和动作电位的概念和产生的离子基础。静息电位和动作电位的概念和产生的离子基础。静息电位和动作电位的概念和产生的离子基础。静息电位和动作电位的概念和产生的离子基础。细胞生物电产生原理
2、细胞生物电产生原理细胞生物电产生原理细胞生物电产生原理 ;骨骼肌收缩机制。骨骼肌收缩机制。骨骼肌收缩机制。骨骼肌收缩机制。概述概述一、细胞:一、细胞:构成人构成人体的基本结构和功体的基本结构和功能单位能单位。人体的各。人体的各种生理活动都是在种生理活动都是在细胞功能活动的基细胞功能活动的基础上进行的。础上进行的。(一一)膜的化学组成膜的化学组成:脂质脂质(62%)-主要由磷脂主要由磷脂(70%)和胆固醇和胆固醇(25%);还有少量的鞘脂还有少量的鞘脂(5%)。磷脂中最多的是磷脂酰胆。磷脂中最多的是磷脂酰胆碱,最少的是磷脂酰甘油和磷脂碱,最少的是磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇酰肌醇。蛋白质蛋白质(35%
3、)-从分子数看,从分子数看,脂脂蛋蛋100倍倍,从重量看从重量看,蛋蛋脂脂1-4倍。倍。糖类糖类(3%)二、膜的化学组成、分子结构和基本特性二、膜的化学组成、分子结构和基本特性 1、脂质双层脂质双层-头端亲水。头端亲水。磷酸和碱基是极性基团;尾端疏水。磷酸和碱基是极性基团;尾端疏水。长烃链是非极性基团。这种排列具长烃链是非极性基团。这种排列具有稳定性和流动性。有稳定性和流动性。(二二)膜的分子结构膜的分子结构液态镶嵌模型液态镶嵌模型:以液态的脂质以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质不同生理功能的蛋白质。2、膜蛋白质膜蛋白质-整合蛋白整合蛋
4、白(贯穿全层或镶嵌其中贯穿全层或镶嵌其中,作为离子通道、载体作为离子通道、载体和离子泵和离子泵),表面蛋白,表面蛋白(附着于膜的外或内表面附着于膜的外或内表面)3、糖链外露糖链外露-作为细胞的标志作为细胞的标志(如如ABO血型血型)。有些作为膜受体的。有些作为膜受体的“可识别可识别”部分,能特异地与激素、递质等结合。部分,能特异地与激素、递质等结合。细胞膜细胞膜细胞膜细胞膜vv是包被在细胞表面的薄膜,是具是包被在细胞表面的薄膜,是具是包被在细胞表面的薄膜,是具是包被在细胞表面的薄膜,是具有特殊结构和功能的有特殊结构和功能的有特殊结构和功能的有特殊结构和功能的半透膜半透膜半透膜半透膜;vv将细胞
5、内容物与细胞外液隔开,将细胞内容物与细胞外液隔开,将细胞内容物与细胞外液隔开,将细胞内容物与细胞外液隔开,使细胞独立地存在;使细胞独立地存在;使细胞独立地存在;使细胞独立地存在;vv直接与内环境接触,是物质进出直接与内环境接触,是物质进出直接与内环境接触,是物质进出直接与内环境接触,是物质进出细胞及信息传递的必经之路。细胞及信息传递的必经之路。细胞及信息传递的必经之路。细胞及信息传递的必经之路。第一节第一节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能一、小分子物质和离子的跨膜转运一、小分子物质和离子的跨膜转运二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运一、小分子物质和离子
6、的跨膜转运一、小分子物质和离子的跨膜转运(一一)被动转运被动转运(二二)主动转运主动转运(一一)被动转运被动转运概念:概念:是指物质从是指物质从高浓度高浓度一侧向一侧向低浓度低浓度一侧(顺浓度差)的跨膜一侧(顺浓度差)的跨膜转运形式,转运过程转运形式,转运过程不不需要细胞代谢提供能量,其需要细胞代谢提供能量,其动力动力为细为细胞膜两侧存在的胞膜两侧存在的浓度差浓度差(或或电位差电位差)。分类:分类:1单纯扩散(不需膜蛋白辅助)单纯扩散(不需膜蛋白辅助)2易化扩散(需膜蛋白辅助)易化扩散(需膜蛋白辅助)1单纯扩散单纯扩散概念:是指概念:是指脂溶性小分子脂溶性小分子物质从物质从高浓度一侧向低浓度一
7、侧转运的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程,是一种简单的物理扩散。过程,是一种简单的物理扩散。方向:方向:动力:动力:转运的物质:转运的物质:O2、CO2、N2及甘油等脂溶性物及甘油等脂溶性物质。质。O2 2 o O2 2 i iCO2 2 i CO2 2 o o高高浓度浓度低低浓度浓度浓度差浓度差 通透性通透性 不耗能不耗能2易化扩散易化扩散概念:是指概念:是指非脂溶性非脂溶性小分子物质或离子,在细胞膜中一些小分子物质或离子,在细胞膜中一些特殊蛋特殊蛋白质白质的协助下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。的协助下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。方向:方向:动力:动力:(4)据膜蛋
8、白质的功能不同,可分为:据膜蛋白质的功能不同,可分为:1)以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散 2)以通道为中介的易化扩散以通道为中介的易化扩散高高浓度浓度低低浓度浓度浓度差浓度差不耗能不耗能 1)以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散u蛋白质类型蛋白质类型:载体载体-与被转运物质与被转运物质结合结合,发生构象改变发生构象改变u转运物质举例转运物质举例:葡萄糖葡萄糖(红细胞)(红细胞)、氨基酸和中、氨基酸和中间代谢产物的进出细胞间代谢产物的进出细胞u特征特征:高度的特异性高度的特异性 饱和现象饱和现象 竞争性抑制竞争性抑制K+i K+o oNa+o Na+i i 2)以通道为中介
9、的易化扩散以通道为中介的易化扩散u蛋白质类型蛋白质类型:通道通道-带有闸门装置的带有闸门装置的一条管道,开放时具有转运功能,一条管道,开放时具有转运功能,具有具有离子选择性离子选择性。u转运物质举例转运物质举例:带电离子,如带电离子,如Na+、K+、Ca2+、Cl-等。等。u门控性:门控性:根据引起闸门开闭的原因根据引起闸门开闭的原因不同,通道分成不同的类型:不同,通道分成不同的类型:化学门控通道化学门控通道 电压门控通道电压门控通道 机械门控通道机械门控通道(二二)主动转运主动转运 概念:是指细胞膜通过本身的某种概念:是指细胞膜通过本身的某种耗能耗能过程,将某种物质的过程,将某种物质的分子或
10、离子从细胞膜的分子或离子从细胞膜的低浓度低浓度一侧向一侧向高浓度高浓度一侧转运的过程。一侧转运的过程。根据是否直接利用分解根据是否直接利用分解ATP的能量,可分为:的能量,可分为:1原发性主动转运原发性主动转运 2继发性主动转运继发性主动转运1原发性主动转运原发性主动转运概念:细胞概念:细胞直接直接利用代谢产生的能量将物质利用代谢产生的能量将物质逆浓度差和(或)逆浓度差和(或)电位差电位差进行跨膜转运的过程。进行跨膜转运的过程。方向:方向:低低浓度浓度高高浓度浓度介导蛋白质:离子泵介导蛋白质:离子泵举例:举例:钠泵钠泵、质子泵、钙泵等。、质子泵、钙泵等。vv正常情况下,正常情况下,正常情况下,
11、正常情况下,K K K K+、NaNaNaNa+在细胞内外的分布有在细胞内外的分布有在细胞内外的分布有在细胞内外的分布有很大的不同,以神经细胞为例:很大的不同,以神经细胞为例:很大的不同,以神经细胞为例:很大的不同,以神经细胞为例:K K K K+NaNaNaNa+细胞内细胞内细胞内细胞内细胞外细胞外细胞外细胞外30303030倍倍倍倍12121212倍倍倍倍vv这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普遍存在,是通过消耗能量来形成和维持的。遍存在,是通过消耗能量来形成和维持的。遍存在
12、,是通过消耗能量来形成和维持的。遍存在,是通过消耗能量来形成和维持的。N N+-K-K+依赖式依赖式依赖式依赖式-ATP-ATP酶(钠泵)酶(钠泵)酶(钠泵)酶(钠泵)过程:过程:当当NaNa+i i/K/K+o o被激活被激活ATPATP分解分解能量能量2K2K+i i;3 Na;3 Na+o o维持维持Na+o o高、高、K+i i高高原先的不均匀分布状态原先的不均匀分布状态通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图钠泵生理意义钠泵生理意义:造成的细胞内高造成的细胞内高K+是许多代谢反应如蛋白质和糖原的合成是许多代谢反应如蛋白质和糖原的合成等提供了必需条件;等提供了必需条件;造
13、成的膜内外造成的膜内外K+、Na+的浓度差,是神经、肌肉等可兴奋细的浓度差,是神经、肌肉等可兴奋细胞产生电活动,维持细胞兴奋性的基础;胞产生电活动,维持细胞兴奋性的基础;形成的形成的Na+势能贮备,也是其它物质继发性主动转运的动力。势能贮备,也是其它物质继发性主动转运的动力。概念:间接利用概念:间接利用ATPATP能量的主动转运过程。能量的主动转运过程。即逆浓度梯度或即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时,逆电位梯度的转运时,能量非直接来自能量非直接来自ATPATP的分解,是的分解,是来自膜两侧来自膜两侧NaNa+浓度浓度差差,而,而NaNa+差是差是NaNa+-K-K+泵分解泵分解ATPATP释放
14、的能量建立的。释放的能量建立的。2.继发性主动转运继发性主动转运Na+2.继发性主动转运继发性主动转运Na+低低高高方向:方向:介导蛋白质:转运蛋白介导蛋白质:转运蛋白分类:分类:转运物质举例:转运物质举例:同向转运同向转运逆向转运逆向转运葡萄糖葡萄糖(小肠上皮、肾小小肠上皮、肾小管上皮管上皮)、氨基酸、氨基酸小分子物质跨膜运输方式的比较小分子物质跨膜运输方式的比较单纯扩散单纯扩散易化扩散易化扩散主动转运主动转运运输方向运输方向顺顺浓度梯度浓度梯度顺顺浓度梯度浓度梯度逆逆浓度梯度浓度梯度载体载体不不需要需要需要需要需要需要能量能量不不耗能耗能不不耗能耗能耗能耗能举例举例O2、CO2、H2O、甘
15、油、乙醇、苯甘油、乙醇、苯等等葡萄糖进入红细葡萄糖进入红细胞胞Na+、K+、Ca+等等离子离子;小肠吸收葡萄糖、小肠吸收葡萄糖、氨基酸氨基酸等等二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运(一一)入胞入胞1.吞噬吞噬2.吞饮吞饮(二二)出胞出胞(一一)入胞入胞概念:是指细胞外的大分子物质或颗粒物质转运到细胞内的概念:是指细胞外的大分子物质或颗粒物质转运到细胞内的过程。过程。如白细胞吞噬细菌等如白细胞吞噬细菌等1.吞噬吞噬2.吞饮吞饮1.吞噬吞噬 颗粒物质或团块进入细胞的过程。如单核细胞、巨噬颗粒物质或团块进入细胞的过程。如单核细胞、巨噬细胞和中性粒细胞等,防御微生物的入
16、侵,清除衰老和死亡细胞和中性粒细胞等,防御微生物的入侵,清除衰老和死亡的细胞。的细胞。2.吞饮吞饮 大分子液态物质进入细胞的过程。几乎出现于所有的大分子液态物质进入细胞的过程。几乎出现于所有的细胞。细胞。(一一)入胞入胞(二二)出胞出胞大分子物质或颗粒物质通大分子物质或颗粒物质通过细胞膜的运动从细胞内过细胞膜的运动从细胞内排到细胞外的过程称为出排到细胞外的过程称为出胞。胞。见于激素、消化酶的分泌见于激素、消化酶的分泌及神经递质释放等。及神经递质释放等。复习:复习:1、细胞膜的主要组成物质包括哪些?其结构、细胞膜的主要组成物质包括哪些?其结构模型是什么?模型是什么?2、什么是被动运输?主动运输?
17、、什么是被动运输?主动运输?3、单纯扩散有何特点?、单纯扩散有何特点?4、易化扩散有何特点?、易化扩散有何特点?5、主动运输有何特点?、主动运输有何特点?6、什么是入胞?出胞?、什么是入胞?出胞?7、什么是受体?、什么是受体?第二节第二节 细胞的生物电活动细胞的生物电活动一、静息电位一、静息电位二、动作电位二、动作电位三、局部电位三、局部电位概概 述述 恩格斯在恩格斯在100100多年前就指出:多年前就指出:“地球上几乎没有一种变化发生而地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化不同时显示出电的变化”。生物体在安静和活动时都存在电活动生物体在安静和活动时都存在电活动,这种电活动称为这种电
18、活动称为生物电生物电。生物电发生在细胞膜两侧,故称为生物电发生在细胞膜两侧,故称为跨膜电位跨膜电位,简称简称膜电位。膜电位。无论无论安静时的安静时的静息电位静息电位或活动时的或活动时的动作电位动作电位都是跨膜电位。都是跨膜电位。特点特点:很微弱很微弱,用用mvmv或或WvWv计算计算.如临床上广泛应用的如临床上广泛应用的心电图、脑电心电图、脑电图、肌电图图、肌电图及及视网膜电图视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。化的表现。静息电位静息电位:动作电位动作电位:可兴奋细胞受到刺激时,在RP的基础上产生的可扩布的电位变化过程。细胞处于安静状
19、态时,膜内外存在的电位差。细胞的生物电现象细胞的生物电现象一、静息电位(一、静息电位(RP)(一一)静息电位的概念静息电位的概念 指细胞处于指细胞处于生理静息生理静息状态时存在于细胞膜状态时存在于细胞膜两侧两侧的电位差。的电位差。静息状态的标志:静息状态的标志:极化极化-安静状态下膜外为正、膜内为负安静状态下膜外为正、膜内为负的状态,即的状态,即“内负外正内负外正”。实验记录:实验记录:(甲甲)当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜外外,无无电电位位改改变变,证证明明膜膜外外无电位差无电位差。(乙乙)当当A A电电极极位位于于细细胞胞膜膜外外,B B电电极极插插入入膜膜内内时时,有
20、有电电位位改改变,变,证明膜内、外间有电位差证明膜内、外间有电位差。(丙丙)当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜内内,无无电电位位改改变变,证证明明膜膜内内无电位差无电位差。极化极化:指细胞在安静状态下所保持的“外正内负外正内负”的状态称为极化。是细胞处于静息状态的标志。去极化去极化:静息电位减小。反极化(超射)反极化(超射):去极化至零电位后进一步变为正值。复极化复极化:细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程。超极化超极化:静息电位增大。基本概念基本概念-70mV-50mV-70mV-50mV-70mV0mV+30mV-70mV0mV+30mV+30mV/-50mV-70mV
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