细胞的基本功能讲解.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,*,文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。,第一节,细胞的基本结构和功能特点,1,一、细胞的结构和化学组成,细胞是机体组成的基本单位,细胞由三个主要部分组成,细胞膜,(cell membrane,plasma membrane),细胞核(nucleus),细胞质(cytoplasm),2,细胞膜的电镜图像,分三层：两侧致密层，中间夹有透明层。,厚度：7.5 nm,三层各为2.5nm,3,细胞膜的化学成分与分子组成,主要由磷脂和胆固醇等,脂质,和,蛋白质,组成,还有极少量的,糖,类物质。,1、,脂质双分子层,液态镶嵌模型,细胞膜中的脂质大多数是磷脂,特点,功能,2、,细胞膜蛋白,分类,3、,细胞膜糖类,4,膜的化学组成和分子结构,5,磷脂分子结构,6,脂质双分子层的特点,流动性,脂质双分子层非刚性结构，而是液体状态。,稳定性,脂质双分子层的液态状态使细胞膜具有更好的柔韧性，可以改变细胞的形状。,7,细胞膜蛋白的分类,可分为表面蛋白和整合蛋白,膜蛋白的功能：,参与物质跨膜转运，如载体、通道、离子泵和转运体等转运蛋白,参与信息传递，如受体蛋白、G蛋白,参与能量转化，如ATP酶,8,细胞膜的糖类,多为短糖链，以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。,功能：,可作为抗原决定簇，代表某种免疫信息,膜受体的可识别部分，特异识别某种化学信号分子,9,第二节,细胞的跨膜物质转运功能,10,（一）,被动转运,(passive transport),概念：,指溶质,顺电-化学梯度,的,跨膜,转运,形式,。,特点,：,顺浓度差进行,不额外耗能,分类,：,单纯扩散,易化扩散,11,1.单纯扩散,(simple diffusion),(1),概念,:,小分子,脂溶性,物质,顺浓度,梯度,跨膜转运,。,CO,2,i,CO,2,o,O,2,o,O,2,i,12,(2)单纯扩散,转运的物质,：,O,2,、CO,2,、,NO,、尿素、乙醇等,脂溶性小分子物质,。,2.易化扩散,(facilitated diffusion),(1),概念,:,一些不溶于或难溶于脂质的小分子物质，在细胞膜中某些特殊蛋白质,帮助,下，顺,-电化学,梯度跨膜转运的过程,。,(2),分类,:,经通道的易化扩散,经载体的易化扩散,13,（1）,通道,介导,的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,K,+,i,K,+,o,Na,+,o,Na,+,i,14,离子通道(ion channel)特点：,启闭的“闸门”特征,阻断剂：,河鲀毒(TTX）,-钠通道,四乙胺（TEA）,-钾通道,维拉帕米（异搏定）,-钙通道,15,细胞膜上的,ion channel,16,1、电压门控通道：它们在膜去极化到一定电位时开放，因此也成为电压依从性通道。,2、配体门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而开放，因而也称为化学门控通道。,3、机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，如听觉的毛细胞等存在这类通道。,门控离子通道分为三类：,17,（2）载体,介导,的易化扩散,转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA),等物质,18,以载体为中介的,facilitated diffusion,特点：,1、,结构特异性高,2、,饱和现象,3、,竞争性抑制,19,(二)主动转运,(active transport),概念,：,指,通过,ATP分解耗能，将,物质,逆电-化学梯度跨膜转运的过程,。,特点,：是逆电-化学梯度进行的,需要消耗能量(能量由分解ATP提供),分类：,原发性主动转运,继发性主动转运,20,当Na,+,i,K,+,o,时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的,3,个Na,+,移至胞外和将胞外的,2,个K,+,移入胞内。,Na,+,-K,+,泵(,sodium-potassium pump,),(排Na,+,摄K,+,）,Na,+,-K,+,泵又称Na,+,-K,+,-ATPase，简称,钠泵,。,原发性主动转运（primary active transport),21,Na,+,-K,+,-ATP酶,钠泵的发现.1957年丹麦科学家Skou:发现钠钾ATP酶，1997年获诺贝尔化学奖,22,channel转运与,Na+pump,转运模式图,23,Na+pump活动的意义：,维持离子浓度梯度,；,维持细胞的正常体积与渗透压；为继发性主动转运提供能量,；为细胞代谢提供必需条件。,维持Na,+,o,高、K,+,i,高,原先的不均匀分布状态,3Na,+,泵出细胞;2K,+,泵入细胞,分解ATP产生能量,当Na,+,i,/K,+,o,激活,钠-钾泵:,生电,钠泵,24,继发性主动转运,(secondary active transport),概念：,间接,利用ATP能量,伴随Na+易化扩散的逆电-化学梯度转运,的主动转运过程。,分类：,同向转运,逆向转运,25,三、胞纳与胞吐(endocytosis and exocytosis),一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的。,胞纳,:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。,分为：,吞噬,(,phagocytosis),=转运物质为固体;,吞饮=转运物质为液体,胞吐,:指大分子物质或物质团块由细胞排出的过程。,主要见于细胞的分泌过程：如神经递质、激素、消化液的分泌,。,26,细胞膜上的受体对物质的“辨认”,发生特异性结合=复合物,复合物向膜表面的“有被小窝”移动,“有被小窝”处的膜凹陷,凹陷膜与细胞膜断离=吞食,泡,吞食泡,与胞内体的膜性结构相融合,胞纳:,27,Phagocytosis吞噬作用,A,B,C,Back,28,胞吐：,分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,膜性结构包被=分泌囊泡,高尔基复合体,粗面内质网合成蛋白性分泌物,囊泡膜与质膜的某点接触并融合,囊泡的膜成为细胞膜的组成部分,29,细胞的跨膜转运,单纯扩散,（simple diffusion）,易化扩散,(facilitated diffusion),主动转运,(active transport),被动转运,(passive transport),小分子,物质,大分子物质,胞纳(endocytosis),胞 吐(exocytosis),吞噬,吞饮,30,复习思考题,1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？,passive transport,和,active transport,的区别是什么?,2.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,Na+pump运转可使(),A.2个钠离子移出膜外,B.2个钾离子移入膜内,C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内,D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内,E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内,D,31,3、产生生物电的跨膜离子移动主要属于(),.单纯扩散.入胞.出胞,.载体中介的易化扩散.通道中介的易化扩散,4、葡萄糖进入red blood cell是属于(),A.,simple diffusion,B.主动转运,C.,facilitated diffusion,D.入胞作用,E.吞饮,E,C,32,第,四,节细胞的生物电现象,（Bioelectricity Phenomenon of the cell),33,生物电,：,活的细胞或组织不论在安静还是活动时，都具有电的变化，就称为生物电现象。,细胞的生物电活动是器官生物电产生的基础。临床上用于辅助性诊断（大量细胞的总和表现）,细胞外电位记录：,如心电图、脑电图等,细胞内电位记录：,单细胞电位测定,跨膜电位,（膜电位）,：膜内外两侧带电离子的不均匀分布和一定条件下离子的跨膜移动而产生的,细胞膜,内外,两侧的电位差,34,35,Bioelectrical phenomenon的观察和记录方法,阴极射线示波器（一条神经干）,微电极（单一神经纤维）,电压钳技术（细胞膜上的离子通道）,膜片钳技术（单一离子通道）,膜片钳技术：可记录细胞膜结构中单一离子通道的电流和电导，为从分子水平了解生物膜离子通道的开启和关闭、动力学选择性和通透性等膜信息提供了直接的手段。,36,静息电位(resting potential)及其产生原理,（一）,静息电位,(resting potential,RP,),细胞安静状态时，存在于细胞膜内外两侧的电位差,。,2.RP,实验现象：,37,证明RP的实验：,（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，,证明膜外无电位差,。,（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，,证明膜内、外间有电位差,。,（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，,证明膜内无电位差,。,性质：,内负外正（极化）,38,(1)细胞膜内、外离子分布不匀,Na,+,o,Na,+,i,101,K,+,i,K,+,o,301,Cl,-,o,Cl,-,i,141,A,-,i,A,-,o,41,（二）静息电位(RP)产生原理,1.产生条件,主要离子分布：,膜内：,膜外：,(2)静息状态下细胞膜对离子的通透具有选择性,39,2.,产生机制,K,i,顺浓度（动力）差向膜外扩散,K,+,i,膜内电位(负电场),K,+,o,膜外电位(正电场),膜,内,为,负,、膜,外,为,正,的极化状态,当动力与阻力达到平衡时，,K,的跨膜净通量为零,膜两侧K,+,差是促使K,+,扩散的,动力,，,但随着K+外流的增加,，,膜两侧不断加大的电位差，使同性电荷相排斥的力量也不断增加，即,K,+,外流的,阻力,也不断加大,，当动力和阻力达到动态平衡时，K,+,的净扩散通量为零膜两侧的平衡电位（Ek)。,结论,RP的形成主要是K外流产生,。,40,Nernst公式：,EK=RT/ZF,lnK,+,O,/K,+,i,RP并略,EK,(K,+,equilibrium potential),。,各种不同的细胞各有相对稳定的静息电位，不同的细胞静息电位数值不同，,一般以细胞内的电位值来表示resting potential。,膜内外离子浓度梯度的维持,：Na,+,K,+,pump,41,动作电位及其产生原理,（一）动作电位(action potential,AP,),指可兴奋细胞在受到一次有效刺激（阈值以上的刺激）后，在,静息电位的基础上,产生的,一次迅速而短暂的,膜,电位波动。,42,膜电位变化中的几种状态,极化(polarization),：细胞处于安静状态，内负外正,超极化(hyperpolarization),：膜内负值增大，polarization加剧细胞处于抑制状态,去极化(depolarization),:在极化的基础上，膜内外电位差减小细胞处于兴奋状态,反极化(reverse polarization),：膜内电位由负转正，膜外电位由正转负,复极化(repolarization),:depolarization polarization,43,（二）动作电位产生原理,产生,条件:,膜内外存在Na,+,差:Na,+,oNa,+,i 7-121；,膜在受到,阈刺激,而兴奋时，对Na,+,离子的通透性增加.,44,AP上升支,1.去极相（上升支）,细胞受刺激时，膜对钠的通透性增加，因膜外钠浓度高于膜内,且受膜内负电的吸引，钠内流引起上升支。,钠通道具有正反馈式开放的特点,。,45,2.复极相（下降支）,钠通道关闭，钾通道开放，钾外流引起下降支。随后钠泵工作，泵出钠、泵入钾，恢复膜两侧原浓度差。,AP下降支,46,Restingpotential,阈刺激,膜去极化达阈电位水平，电压门控Na,+,通道开放。Na,+,进入细胞。,去极化：Na,+,迅速进入细胞,Na,+,通道关闭，K,+,通道开放,K,+,从细胞内转移到细胞外液使细胞复极化,负后电位（negative after-potential),8,TP,7,正后电位（positive after-potential):超级化,47,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na,+,通道激活而开放,当膜内电位变化到阈电位时Na,通道大量开放,Na,+,i,、K,+,O,激活Na,+,K,+,泵,2.AP的产生机制:,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）,Na,+,通道关Na,+,内流停+同时K,+,通道激活而开放,K,顺浓度差K,迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）,Na,+,泵出、K,+,泵回，离子恢复到兴奋前水平,48,结论,：,AP的上升支（去极相）由Na,内流形成,，,下降支（复极相）是K,外流形成的。,AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（Na,K,泵的活动）。,49,2.动作电位特征,“全或无”,特性,(all-or-none),：,即同一细胞上的AP大小不随刺激强度而改变的特性。,不衰减传导,：,AP可沿细胞膜,迅速向周围扩播,，,其幅度不因传导距离的增加而减小。,有,不应期：,在AP发生的一段时间内，兴奋性会短暂消退,50,细胞的兴奋与兴奋性,（一)有关概念,刺激：,能引起细胞、组织或机体发生反应的内、外环境变化。,兴奋：组织受刺激后由静息活动,或由活动 弱强的过程。,抑制：组织受刺激后由活动静息,或由活动,强弱的过程。,动作电位(AP)是细胞兴奋的标志.,兴奋性（excitability),：,可兴奋细胞接受刺激产生动作电位的能力和特性。,51,（二）刺激(stimulus)引起兴奋(excitation)的条件,刺激,强度,刺激的,持续时间,强度时间变化率,阈值（强度阈值threshold intensity）：,即在刺激作用时间和强度时间变化率固定不变的条件下，,能引起组织细胞兴奋所需的最小刺激强度。,阈值是衡量组织兴奋性高低的指标,组织兴奋性 阈值（反变关系）,52,强度时间曲线,53,（三）阈电位（TP）,2阈值与阈电位异同,同点：均为引起组织细胞兴奋的必要条件,异点：阈值是,从外部,加给细胞的刺激强度来考,虑；阈电位是,从细胞本身,的膜电位数值来考虑。,1,阈电位（Threshold potential)：能够引起膜对Na+通透性突然增大并产生动作电位的临界膜电位。,TP通常比RP的绝对值小1020mV。,54,（四）阈下刺激,与,局部反应,阈下刺激（低于阈值的刺激）引起的低于阈电位的去极化，称,局部反应(,local response,),。,55,局部反应特点,：,不,符合,“,全或无,”,定律,。,其幅值可随刺激强度的增加而增大。,电紧张方式扩布。,其幅值随着传播距离的增加而减小。,没有不应期，,有总和,现象,：时间性总和,、,空间性总和。,。,56,时间性总和,空间性总和,57,（,五,）兴奋在同一细胞上的传导,1、传导机制：,局部电流,(local current),58,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位,兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动,膜内的正电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升,膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流,：,59,2、传导方式,：,无髓鞘N纤维的兴奋传导为,近距离局部电流,；,有髓鞘N纤维的兴奋传导为,远距离局部电流(,跳跃式,),。,60,1、简述RP和AP的概念及形成机制。,2、刺激引起兴奋必须具备的三个条件是：,刺激强度刺激时间刺激的强度的时间变化率。,3、蛋白质从细胞外液进入细胞的转运方式是,A.主动转运B.单纯扩散C.载体中介易化扩散D.通道中介易化扩散E.胞纳作用,答案：E,思 考 题,61,4、细胞在安静时膜内钾离子向膜外移动是属于（）,A.simple diffusion B.易化扩散C.主动转运 D.胞吐 E.胞纳,答案：B,5、可兴奋细胞安静时的膜内外电位（）,A.相等B.内负外正C.内正外负D.内外皆正但不相等E.内外皆负但不相等,答案B,62,6、判断组织兴奋性高低常用的简便指标是 A.阈电位 B动作电位 C.阈值D强度-时间变化率 E刺激频率,7、人工地增加细胞浸浴液中的K,+,浓度，则静息电位的绝对值将 A.不变 B.增大 C.减小 D.先增大后减小 E.先减小后增大,C,C,63,第,五,节,肌,细胞,的收缩功能,(Contraction of Skeletal Muscle),64,一、骨骼肌细胞的结构,65,1.,肌小节,:,是肌肉收缩和舒张的最基本单位。,=1/2明带暗带1/2明带=2条Z线间的区域,66,2.肌管系统：,横管系统,：T管（肌膜内凹而成。肌膜AP沿T管传导）。,纵管系统,：L管（也称肌浆网。肌节两端的L管称终池，富含Ca,2+,)。,三联体,：,T管+终池2,67,3.肌原纤维,：,粗肌丝,:,由肌球（肌凝）蛋白,(myosin),组成，其头部有一膨大部,横桥。,每个横桥都能分别同环绕它们的条细肌丝相对。,细肌丝,:,肌动蛋白,(actin),原肌球蛋白,(tropomyosin),肌钙蛋白,(troponin),肌动蛋白和肌球蛋白称为收缩蛋白。原肌球蛋白和肌钙蛋白成为调节蛋白,。,原肌球蛋白,68,二、骨骼肌收缩机制,原理：,肌丝滑行,(并不是肌丝本身缩短,而是细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行),。,69,原肌球蛋白,70,三.兴奋-收缩,偶,联,(Excitation-contraction coupling),以肌细胞膜动作电位引发机械收缩的中介机制称为兴奋-收缩偶联。,三个主要步骤：,肌膜电兴奋的传导,三联管处的信息传递,肌浆网（纵管系统）中Ca,2+,的释放,Ca,2+,是兴奋-收缩耦联的,偶,联物,71,肌节缩短=肌细胞收缩,横桥摆动,横桥与结合位点结合，,分解ATP释放能量,Ca,2,+,与肌钙蛋白结合,肌钙蛋白的构型改变,终池膜上的钙通道开放,终池内的Ca,2,+,进入肌浆,原肌球蛋白位移，,暴露细肌丝上的结合位点,牵拉细肌丝朝肌节中央滑行,72,四、骨骼肌收缩的外部表现,1,.,等张收缩与等长收缩,等张收缩,(Isotonic contraction),:,肌肉收缩时,只有长度缩短而张力不变的收缩,称为等张收缩。,等长收缩,(Isometric contraction),:,肌肉收缩时,只有张力增加而长度不变的收缩,称为等长收缩。,73,.单收缩与强直收缩,（）,单收缩(single twitch),：肌肉受到一次刺激，可发生一次A，随后引起肌肉产生一次迅速而短暂的收缩。可分为收缩期和舒张期。,（）,强直收缩（tetanus),-收缩的总和:肌肉受到连续刺激，前一次收缩和舒张尚未结束，新的收缩在此基础上出现的过程。,不完全强直收缩:当后刺激落在前一次收缩的舒张期,所出现的收缩过程。,完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩的缩短期,所出现的张力变化和长度缩短完全融合的收缩。,74,75,3.前负荷和后负荷,前负荷：指在肌肉收缩前所承受的负荷，其作用是使肌肉在收缩前处于某种被拉长的状态。,后负荷：指肌肉在收缩过程中所遇到的负荷或阻力,。,76,复习思考题,1.何谓肌小节？,2.何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？Ca,2+,起 何作用？,3.肌细胞收缩是怎样发生的？,4.何谓单收缩和强直收缩？,77,5.正常人体骨骼肌收缩都属于(),A.完全强直收缩,B.强直收缩,C.不完全强直收缩,D.单收缩,E.单收缩与强直收缩交替,6.肌肉兴奋-收缩偶联关键在于(),A.横桥运动,B.动作电位,C.Na迅速内流,D.胞浆内Ca的浓度增加,E.ATP酶的激活,B,D,78,名词解释：主动转运 被动转运 单纯扩散 易化扩散,兴奋性 静息电位 动作电位 阈值 阈电位,1.兴奋在同一细胞上的传导机制是由于,局部电流的传导.,2.膜内负电位变小，但未达到阈电位的这种电位变化是,局部去极化,.,3.骨骼肌细胞静息电位的形成机制主要是由于,K外流。,4.扩布性的兴奋是细胞膜产生了,AP,.,5.骨骼肌兴奋-收缩偶联的关键部位是-,三联体结构,6.肌肉收缩和舒张的最基本单位,肌小节,79,1.决定刺激有效性的因素是,A.刺激强度 B.刺激种类 C.刺激的持续时间,D.刺激的强度时间变化率 E.刺激引起的化学变化,（,A.C.D,）,2可兴奋组织兴奋性的高低与下列哪项的大小呈反变关系,A.局部电位 B.动作电位 C.阈值 D.阈电位 E.膜通透性,(,C,),3根据离子学说，神经细胞动作电位的上升支产生主要是由 A.K+突然迅速外流 B.K+外流逐渐衰减 C.Na+迅速大量内流 D.CI-大量内流 E.Na+K+泵的活动,(,C,),80,4细胞静息电位的大小主要取决于,A.膜对K的通透性 B.膜两侧K,、Na,浓度比 C.膜对Na的通透性,D.Na,-K,泵的活动 E.膜对CI,-,的通透性,(,A,),5判断：当细胞膜受到刺激时,膜对Na通透性增 高，Na内流的过程是属于主动转运,错。,属于通道介导的易化扩散,6何谓动作电位？简述神经细胞动作电位形成的机理。,81,a段,82,a段,83,b段,84,c段,85,c段,86,c段,87,