绪论细胞生理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,人体生理学,Human Physiology,主 讲：,课程安排：,总学时 6,8,教 材：,唐四元生理学 第2版,参 考 书：,姚泰生理学第6版,夏强人体生理学,王玢人体及动物生理学第版,王会平生理学试题精解,第一章 绪 论 （,Introduction),第一节 生理学的对象、任务、研究,内容及方法,什么是生理学(,physiology)？,生理学研究的对象,生理学的任务,研究内容,研究方法,什么是生理学？,生理学是研究机体生命活动,及其规律的科学。,生理学研究的三个水平：,整体水平(,integrative physiology),器官和系统水平(,organ system physiology),细胞和分子水平(,cell physiology,),研究内容,研究方法,慢性实验,急性实验,在体实验,离体实验,第二节 生命的基本特征,新陈代谢,兴奋性,适应性,生殖,同化作用：物质合成、能量存储,异化作用：物质分解、能量释放、排泄,一、新陈代谢,物质代谢,能量代谢,二、兴奋性（,excitability),有生命的细胞、组织或机体对刺,激产生反应的能力或特性。,刺激,具有兴奋性的细,胞、组织或机体,反应,刺激的概念：,能引起细胞、组织、,器官或机体发生反应的内外环境变化。,刺激的种类：,物理性、化学性、,生物性、社会心理性。,刺激的三要素：,足够的强度,足够的作用时间,强度-时间变化率,反应的概念：,细胞或机体接受刺,激后所发生的一切变化。,反应的形式：,兴奋和抑制,可兴奋细胞或组织：,指兴奋时能,产生动作电位的细胞或组织。如神,经、肌肉和腺体。,（三）细胞兴奋后兴奋性的变化,分 期 兴奋性 反 应,绝对不应期 无 对任何刺激不起反应,相对不应期 低于正常 对阈上刺激起反应,超 常 期 高于正常 对阈下刺激可起反应,低 常 期 低于正常 对阈上刺激起反应,三、适应性(,adaptability),指机体根据外环境变化而调整体内,活动的功能。,四、生殖(,reproduction),第三节 机体与环境,一、人体与外环境,外环境,自然环境,社会环境,人与外环境的关系如何？,（一）体液(,body fluid),及分布,细胞内液(40%),体液（体重的,60）,组织液 15,细胞外液,血浆 5,(20%),脑脊液,淋巴液,二、内环境与稳态,（二）内环境的概念,（,Internal environment）,指机体内部细胞生存的环境。,即,细胞外液,（,extracellular fluid）,（三）稳态的概念及意义,Homeostasis：,指细胞外液中的化学成分和理化性质保持相对稳定的状态。是细胞进行正常生命活动的必要条件。,。,第四节 人体生理功能的调节,nervous regulation,包括,humoral regulation,autoregulation,调节的方式：,基本方式-,Reflex:,在中枢神经系统参与下，机体对刺激作出的有规律的反应。,1,反射,.exe,一、神经调节（,nervous regulation）,概念,结构基础,-,Reflex arc,非条件反射,类型,条件反射,（三）神经调节特点和意义：,特点：,迅速、局限、短暂。,意义：,对内外环境变化作出快速,的反应。,二.体液调节,humoral regulation,概念,方式：,全身性体液调节-远距分泌,局部性体液调节-旁分泌,神经体液调节,1,体液调节,.exe,特点：,缓慢,广泛,持久,三、自身调节,autoregulation,概念,特点:,简单、局限、幅度小、灵敏 度低,第五节体内的控制系统,一、非自动控制系统开环系统,Non-automatic control system is a open loop system,二、自动控制系统闭环系统,Feedback control system is aclosed loop system-automatic control system,控制部分,受控部分,监测装置,比较器,反馈信息,控制,信息,偏差,信息,干扰信息,输出,变量,反馈的概念:,受控部位通过反馈信息对控,制部位的作用称,feedback,反馈的类型:,负反馈,negative feedback,正反馈,positive feedback,负反馈和正反馈的生理意义,三、前馈控制系统（,feed-forward control),概念:,在受控部分的状态尚未发生之前，机体通过某种监测装置以更便捷的方式调整控制部分的活动，用以对抗干扰信号对受控部分稳态的破坏。,意义：避免负反馈缺点（滞后、波动）,更好的维持稳态。,1,前馈,.exe,监测装置,干扰,信号,受控部分,控制部分,反应,反馈,思考题：,人体对环境的变化能作出适应,性反应，保持内环境的相对稳定。,试问这是如何实现的？,第二章 细胞的基本功能,本章主要内容有：,细胞膜的结构与功能,细胞的跨膜信号转导,细胞的生物电现象,肌细胞的收缩功能,一.细胞膜(,cell membrane),的结构,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,液态镶嵌模型（1972）,fluid mosaic model,以脂质双分子层为支架，其中镶嵌着各种结构、功能,不同,的蛋白质。,Biologic membrane,液态镶嵌模型,化学组成：,蛋 白 质（,protein),脂 质 (,lipid),糖 (,carbohydrate),（一）脂质双分子层,磷脂（,phospholipid)70%,胆固醇(,cholesterol)30%,意义：能承受较大压力。,能变形易修复。,水溶性物质不能自由通过。,（二）膜蛋白质：,表在蛋白和整合蛋白。功能：,参与跨膜物质转运,受体,酶,图：电压门控性钠通道,（三）糖类,常作为细胞的标志记，如：血型抗原,二、物质的跨膜转运（重点）,Transport across cell membranes,（一）单纯扩散,（,Simple Diffusion）,1.定义：,脂溶性物质由高浓度向低浓度扩散。,2.决定因素：,浓度差,2,单纯扩散,.exe,膜通透性,(,Permeability),（二）,易化扩散（,facilitated diffusion）,定义：,非脂溶性物质在膜蛋白质帮助下，顺浓度差或电位差扩散的过程。,方式：,通道中介的易化扩散,载体中介的易化扩散,1、载体介导的易化扩散,靠载体帮助,特点：,2,载体,.exe,饱和现象,2,饱和性,.exe,结构特异性,2,载体特异,.exe,竞争性抑制,例：葡萄糖、氨基酸进入细胞。,2、通道介导的易化扩散,-靠离子通道帮助,通道的特征,:,离子选择性,转运速度快,顺电,-,化学梯度扩散,通道的类型：,（1）电压门控性通道,2,电压门控通道,.exe,voltage-gated ion channel,通道开、闭受膜两侧电位差控制,（2）化学门控通道,chemically-gated ion channel,通道的开、闭受化学物质控制,（3）机械门控通道,mechanically-gated ion channel,单纯扩散和易化扩散的共同点,是：物质顺浓度差或电位差进行扩,散，无需消耗能量，称为,被动转运,。,（三）主动转运,定义：,通过细胞本身耗能的过程将物质从低浓度向高浓度一侧转运。,1、原发性主动转运,（,primary active transport）,细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度差或电位差转运的过程。,例：,Na,+,、K,+,主动转运,2,泵活动,.exe,工具：,Na,+,-K,+,泵（,Na,+,-K,+,依赖式,ATP,酶）,泵的本质：膜蛋白质（,ATP,酶）,作用：排,Na,+,吸,K,+,（3Na,+,：2K,+,/ATP）,意义：维持细胞内高,K,+,是代谢所必需,建立势能贮备,维持细胞正常体积,2、继发性主动转运,（,secondary active transport）,继发某种物质主动转运后形成的势能储备,引起另一种物质的逆浓度差转运（间接利用,ATP,转运）称为继发性主动转运。,例：肾小管上皮细胞主动转运葡萄,糖；小肠上皮细胞吸收葡萄糖,（三）入胞与出胞,（,endocytosis and exocytosis）,概念：,某些大分子物质或物质团块,进出细胞 过程。,1、入胞,endocytosis,固体吞噬,液体吞饮,入胞过程 （了解）：,辩认结合膜结构功能改变 膜内陷形成吞噬泡处理,2、出胞,exocytosis,以细胞分泌过程为例,内质网形成分泌物高尔基复合体加工,包装形成分泌囊泡向细胞膜靠近,与细胞膜融合外排。,思考题：,1,、单纯扩散与易化扩散有何异同点？,2,、何谓钠泵？其化学本质、运转机制、,生理意义是什么？,第二节 细胞的跨膜信号转导,跨膜信号转导概念：,信号分子作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过膜结构中的一种或数种特殊蛋白质的变构作用，将外界信息以新的信号形式传递到膜内，引发细胞相应的功能变化。,一、,G-,蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导,G-,蛋白耦联受体,（一）系统组成,G,蛋白,G,蛋白效应器,第二信使,1,、,G-,蛋白耦联受体：,（,G protein-linked receptor),又称七次跨膜受体,:(7-transmembrane receptor),2,、,G,蛋白（,G protein,）,又称鸟苷酸结合蛋白,由,3,个亚单位组成：,2,种存在形式：失活型，激活型,非活化型,活化型,3,、,G,蛋白效应器,催化生成第二信使的酶或离子通道,如,AC,、,GC,、,PLC,4,、第二信使,（,second messenger,）,cAMP cGMP Ca,2+,IP3,等；,第一信使(,first messenger),指激素、神经递质和某些化学物质。,（二）信号转导途径,1、受体,G,蛋白,AC,途径,2、受体,G,蛋白,PLC,途径,信号分子与膜受体结合,G,蛋白,激活,AC,（效应器酶）,ATP,cAMP（,第二信使）,激活,PKA ,酶活性改变、,通道开放等,信号分子与膜受体结合,G,蛋白,激活,PLC,（效应器酶）,二磷酸磷脂酰肌醇,IP3,和,DG,（第二信使）,促使肌浆网释放,Ca,2+,激活,PKC,二、离子通道受体介导的信号转导,离子通道受体（促离子型受体）,ionotropic receptor,如：,N,型乙酰胆碱受体,N-,型,Ach,门控通道的分子结构示意图,三、酶耦联受体介导的信号转导,既是受体又是酶的蛋白质介导,（一）酪氨酸激酶受体,（二）鸟苷酸环化酶受体,第三节 细胞的生物电现象,生物电：生物体内表现的电现象如心电、脑电、肌电。,细胞的生物电发生在细胞膜两侧，故称跨膜电位。,细胞生物电现象的表现：,安静时：静息电位（,resting potential）,兴奋时：动作电位（,action potential）,一、静息电位及产生机制,（一）细胞静息电位的概念,实验现象：,图 静息电位的记录,1、,RP,定义,细胞安静时存在于膜两侧的电位差。,2、,RP,特点,稳定的直流电位，内负外正,一般膜内比膜外低70-90,mV。,记作-70,mV，-90 mV。,3、几个概念：,极化：,Polarization,细胞安静时膜的内负外正的状态。,超极化,hyperpolarization,与静息状态相比膜内外电位差加大,去极化,depolarization,膜内外电差减小,倒极化,Overpolarization,内正外负的状态,复极化：,恢复极化的过程,2,膜电位状态,.exe,（二）,RP,产生的机制,1,、,RP,产生条件（前提）,（,1,）细胞内外离子分布不均。,细胞内高,K,+,，,细胞外高,Na,+,。,（,2,）不同状态下细胞膜对各种离子通透 性不同。,细胞安静时膜,对,K,+,有通透性，对其它离子通透性很低。,2,、,RP,产生机理,K,+,向细胞外扩散,动力：,膜 内外,K,+,浓度差,2,静息电位,.exe,阻力：,膜两侧电场力,当动力=阻力时，达到电化学平衡，,K,+,净外流=0，即达,K,+,平衡电位，形成稳定的内负外正电位差。,3,、,证据,用,Nernst,公式计算,Ek=RT/ZFln,K,+,o,/K,+,i,实际测量,标本,K,+,平衡电位理论值,RP,实测值,蛙缝匠肌 -90,mV,-90,mV,哺乳动物骨骼肌 -95,mV,-90,mV,4,、影响,RP,的因素,（,1,）膜内外,K,+,浓度差,（,2,）细胞膜对,K,+,、,Na,+,的通透性,（,3,）钠钾泵活动,二、动作电位及其产生机制,（一）细胞的动作电位,1、,AP,定义：,细胞受到有效刺激后，膜 内、外电位差经历一次快速、可逆的变化。,2,、,AP,波形：,上升支（去极化相）,锋电位,AP,下降支（复极化相）,后电位 负后电位,正后电位,（二）,AP,产生机制,前提条件：,膜内外离子分布不均,有效刺激产生膜电流,2,、引起动作电位的离子流,上升支：,Na,+,内流,细胞受到有效刺激膜上,Na,+,通道开放,Na,+,少量内流膜内电位上升达阈电位,Na,+,通道大量开放,Na,+,大量内流 膜内电位迅速上升 达到,Na,+,平衡电位,。,阈电位：,能引起膜上钠通道开放并,形成正反馈过程的临界膜电位。,下降支：,K,+,外流,2,钾通道,.exe,后电,位,：,负后电位,:,K,+,外流缓慢,正后电位,:,钠钾泵活动,(,生电,),AP,产生机理总结,离子流,动力,去极化,Na,+,内流,浓度差+电位差,复极化,Na,+,内流停止,K,+,外流,浓度差,复极后 排,Na,+,吸,K,+,ATP,分解供能,3,、,证据:,（,1,）人工改变细胞外液,Na,+,浓度,（,2,）使用通道阻断剂,用,Na,+,通道阻断剂河豚毒 和,K,+,通道阻断剂应用。,（,3,）电压钳（,voltage clamp),实验,-测膜电导,（,4,）膜片钳(,patch clamp),实验,膜电位固定指令,巨大轴突,电极,2,电极,1,跨膜离子,电流测量,装置,IA,V,膜电,位监,视,电压钳实验,膜片钳实验,4,、,AP,特点,（,1,）幅度不随刺激强度加大而加大,“全或无”(,all or none),（,2,）幅度不随传导距离增加而递减,不衰减性传导,（,3,）不能叠加,(,总和,),脉冲式,AP,产生的最大频率,=1/,绝对不应期,（理论值）,2,不应期,.exe,三、局部兴奋及其特性,细胞受到阈下刺激时膜内外电位差发生的轻度变化。,特点：,（,1,）分级性,幅度随刺激强度加大而加大，无“全或无”现象。,（,2,）衰减传导,幅度随传导距离增加而递减（电紧张性传播）。,（,3,）可以总合（叠加）,有时间总和与空间总和。,四、兴奋在同一细胞上的传导,（一）传导机制,-局部电流学说,2AP,传导,.exe,图：,AP,在神经纤维上的传导,阈刺激 去极化 内正外负 局部电流 刺激未兴奋部位,AP,产生。,AP,传导实质是兴奋沿膜依次产生的过程。,可双向传导。,有髓鞘纤维是跳跃式传导。（,saltatory conduction)。,图 神经纤维,node of Ranvier,（二）兴奋传导的特点：,1、双向传导,2、绝缘性,3、相对不疲劳性,4、不衰减传导,5、不融合性,作业题：,1,、动作电位与静息电位有什么区别？,2,、降低细胞外液钾离子浓度，静息,电位,、动作电位,，为什么？,降低细胞外液钠离子浓度，静息,电位,、动作电位,，为什么？,第四节 肌细胞的收缩,一,、,神经肌接头处兴奋传递过程,（一）神经肌接头结构,（,Neuromuscular junction）,接头前膜,prejunctional membrane（,内含乙酰胆碱,）,接头间隙,junctional cleft,接头后膜（终板膜）,有特异性受体,postjunctional membrane,(,endplate membrane),图 神经肌接头的结构,神经肌接头,肌纤维,运动神经,轴突末梢,囊泡（接头小泡）,ACh,接头前膜,N,型受体,接头后膜,（二）传递过程,transmission processes,AP,传到运动神经未梢,Ca,2+,内流 未梢释放递质 扩散到终板膜,N,型受体结合 化学门控性通道开放,Na,+,内流（为主）,K,+,外流 终板电位产生 总和达到邻近肌膜阈电位 肌膜,AP。,2N-M,传递,.exe,终板电位,endplate,potential：,终板膜轻度去极化电位变化（局部电位）。,（三）神经肌接头处兴奋传递的特点,1、单向传递,2、时间延搁,3、易受环境变化及药物的影响,二、骨骼肌的兴奋收缩耦联,定义：将肌膜,AP,和肌丝滑行连接起来的中介过程。,关健部位：三联体,甘油可破坏三联体,关键物质（耦联因子）：,Ca,2+,图 肌管系统,肌管系统,sarcotubular system,1,、肌管系统,sarcotubular system,横管（,transverse tubule）,2T,管,.exe,作用：将肌膜传到肌内部。,纵管（,longitudinal tubule）,作用：贮存、释放、摄取,Ca,2+,三联体,一个横管+两侧终池（纵管膨大部位）,作用：将肌膜电变化和肌肉收缩耦联起来,。,、兴奋,-,收缩耦联的三个步骤：,AP,沿横管传入肌细胞内部,2T,管,.exe,三联体处信息传递,肌浆网对,Ca,2+,释放和再聚积,（三）骨骼肌收缩机制,肌丝滑行学说,细肌丝向粗肌丝间滑行。,肌小节,Sarcomere,是肌肉收缩舒张的基本单位。,图 电镜下肌原纤维结构,图 肌小节示意图,图 肌小节，肌丝和肌管,、肌丝的分子组成,粗肌丝,thick filament,由,肌凝蛋白,（,myosin）,分子组成,杆状部,myosin,球状部又称横桥,Cross bridge,横桥,Cross bridge,肌凝蛋白（,myosin）,粗肌丝的分子结构图,粗肌丝的分子组成的模型,横桥,Cross bridge,图 肌凝蛋白分子在粗肌丝中的排列,横桥特性：,a.,与细肌丝特定点结合，拖细肌丝,向,M,线方向滑行。,b.,具有,ATP,酶活性，可分解,ATP,供能。,细肌丝,thin filament,肌动蛋白（,actin）,构成主干，有横 桥位点,原肌凝蛋白（,tropomyosin）,掩盖位点作用,肌钙蛋白（,Troponin）,有三个亚单位,C T I,（,Ca,2+,受体）（结合）（传递）,图 细肌丝组成,肌纤蛋白,actin,tropomyosin,troponin,细肌丝的分子结构,I,亚单位,C,亚单位,T,亚单位,滑行学说的主要内容：,肌细胞收缩时，细肌丝向粗肌丝中间滑行。粗、细肌丝本身都没有缩短。,肌肉收缩和舒张时肌小节的变化,、肌丝滑行的基本过程,肌浆中,Ca,2+,Ca,2+,与肌钙蛋白结合,原肌凝蛋白构型改变肌纤蛋白上“位点”暴露横桥与“位点”结合,ATP,分解供能 横桥摆动拖细丝向粗丝中间（,M,线）滑行 肌小节缩短,（肌肉收缩）,乙.舒张,甲.收缩,肌肉舒张的过程,当肌浆中,Ca,2+,Ca,2+,与肌钙蛋白的,C,亚单位分离 原肌凝蛋白复位回到肌动蛋白上的作用点，横桥停止摆动 细肌丝恢复原来位置 肌小节恢复到原来长度，肌肉舒张。,Ca,2+,在肌丝滑行中起很重要作用。,2,肌舒缩,.exe,（四）骨骼肌收缩的形式,骨骼肌收缩的外部表现,1.缩短 (,shortening),2.产生张力(,force),根据负荷大小分等张收缩与等长收缩。,等张收缩,isotonic contraction,肌肉收缩时长度缩短张力不变。,等长收缩,isometric contraction,肌肉收缩时长度不变张力增加。,根据刺激频率不同分单收缩和强直收缩,单收缩,twitch,：,肌肉每兴奋一次引起肌肉一次收缩、舒张，分潜伏期、收缩期、舒张期。,不完全强直收缩,incomplete tetanus,：,肌肉兴奋的间隔小于单收缩的时间。,完全强直收缩,complete tetanus,：,肌肉兴奋的间隔小于收缩期的时间。,肌肉收缩形式,（五）影响骨骼肌收缩的主要因素,1,、,前负荷,Preload,前负荷定义：,肌肉收缩之前所遇到的负荷,前负荷作用：,将初长度加长（将肌肉拉长）,前负荷对肌肉收缩影响,前负荷：肌肉收缩前遇到的负荷。,在一定范围内，随着前负荷增加，肌肉,收缩张力增加（长度张力曲线）。,超过最适初长，收缩张力减弱。,最适前负荷,optimal initial length:,能使肌肉产生最好收缩效果时的前负荷。,机理：,在一定范围内，前负荷增加初长加长。粗、细肌丝重叠越理想（起作用的横桥数目越多）肌肉收缩张力越大。,2,、,后负荷,定义：肌肉开始收缩时遇到的负 荷称后负荷,afterload,后负荷作用,阻止肌肉缩短程度和缩短速度,对肌肉收缩影响（张力-速度曲线）,当后负荷为0时，缩短速度最大。,在一定范围内，后负荷越大，产生张力越大，缩短速度越小。,当后负荷超过某一值时，肌肉不缩短 （等长）但张力达最大。,3.肌肉收缩能力,contractility,指肌肉本身功能状态改变时对肌,肉收缩的影响，与前、后负荷无关。,缺,O2、,酸中毒、能量缺乏时收缩,能力均下降。,心肌收缩的特点：,全或无式收缩,对细胞外液的,Ca,2+,依赖性大,不发生完全强直收缩,能抵抗过度延伸,思考题：,试述从运动神经兴奋到肌肉,收缩的全过程。,Thank you,