生理学细胞基本功能.ppt
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1、关于生理学细胞的基本功能第一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月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 第二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月被动转运被动转运主动转动主动转动入胞和出胞入胞和出胞第三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 被动转运被动转运(passive transport)概念概念:物质顺电位或化学梯度的转运过程。:物质顺电位或化学梯度的转运过程。分类分类:单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散第四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(1)(1)概念概念:一些脂溶性物质由膜的高浓一些脂溶性
2、物质由膜的高浓 度一侧向低浓度一侧移动的过程。度一侧向低浓度一侧移动的过程。(2)(2)特点特点:不需另外消耗能量不需另外消耗能量 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”无饱和性无饱和性 扩散速率高扩散速率高 扩散量与浓度梯度、温度、分子大小和膜通透性呈正相扩散量与浓度梯度、温度、分子大小和膜通透性呈正相 关,扩散的最终结果是该物质在膜两侧的浓度差消失关,扩散的最终结果是该物质在膜两侧的浓度差消失(3)(3)转运的物质转运的物质:O2、CO2,水也是高度通透。,水也是高度通透。遵循单纯的物理学规律遵循单纯的物理学规律 第五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 易化扩散易化扩
3、散(facilitated diffusion)(1)(1)概念概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需在特殊需在特殊膜蛋白质的膜蛋白质的“帮助帮助”下下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。移动的过程。第六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(2)2)特点特点:不需另外消耗能量不需另外消耗能量 需依靠特殊膜蛋白质的需依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”饱和性饱和性 转运速率更高转运速率更高 立体构象特异性立体构象特异性 竞争性抑制竞争性抑制第七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(3)3)分类分类:经通道的易化扩散经通道
4、的易化扩散经载体的易化扩散经载体的易化扩散(4)4)转运的物质转运的物质:葡萄糖、氨基酸;葡萄糖、氨基酸;K+、Na+、Ca2+等等第八张,PPT共六十八页,创作于2022年6月主动转运主动转运(active transport)概念概念:指通过细胞本身的耗能,物质逆浓度梯度或电位梯:指通过细胞本身的耗能,物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。度的转运过程。特点特点:需要消耗能量需要消耗能量,能量由分解能量由分解ATPATP来提供;来提供;依靠特殊膜蛋白质依靠特殊膜蛋白质(泵泵)的的“帮助帮助”;是逆电是逆电-化学梯度进行的。化学梯度进行的。分类分类:原发性主动转运(简称:泵转运);原发性主动转
5、运(简称:泵转运);继发性主动转运(简称:联合转运);继发性主动转运(简称:联合转运);第九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月1.1.原发性主动转运原发性主动转运 概念概念:细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯:细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和电位梯度进行跨膜转运的过程度和电位梯度进行跨膜转运的过程 Na+-K+泵泵(又称又称Na+-K+-ATPase,简称钠泵,简称钠泵)第十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月钠钠-钾钾钾钾泵泵泵泵:是是是是镶镶镶镶嵌嵌嵌嵌在在在在细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜脂脂脂脂质质质质双双双双分分分分子子子子层层层层中中中中,具具具具有有有有
6、ATPATP酶酶活活性性的的一一种种特特殊殊蛋蛋白白质质,可可分分解解ATPATP使使使使之之之之释释释释放放放放能能能能量量量量,用用用用于于于于NaNa+和和KK+的主动转运的主动转运的主动转运的主动转运当当Na+内内,K+外外时时,钠钠-钾钾泵泵被被激激活活,分分解解ATP产产生生能能量量,将将胞胞内内的的3个个Na+移至胞外和将胞外的移至胞外和将胞外的2个个K+移入胞内。移入胞内。第十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 钠钠-钾泵活动生理意义:钾泵活动生理意义:*胞内低胞内低Na,维持细胞体积维持细胞体积 *胞内高胞内高K,保持酶活性保持酶活性-新陈代谢正常进行新陈代谢正常进
7、行 *势能储备势能储备 钠、钾的易化扩散钠、钾的易化扩散 继发性主动转运继发性主动转运 第十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 继发性主动转运继发性主动转运 指不靠直接耗能,而是靠消耗另一物质的浓度势能而指不靠直接耗能,而是靠消耗另一物质的浓度势能而实现的主动转运实现的主动转运。如肠上皮细胞对葡萄糖的主动重吸收,其转运能量不是直接来如肠上皮细胞对葡萄糖的主动重吸收,其转运能量不是直接来自自ATP的水解,而是来自的水解,而是来自 Na+-K+-ATP 酶主动转运酶主动转运 Na+时所形成的细胞时所形成的细胞内和腔液中内和腔液中Na+的浓度梯度的浓度梯度,在在 Na+顺浓度梯度转运释放的
8、能量驱使下,顺浓度梯度转运释放的能量驱使下,葡萄糖逆浓度差在细胞内积聚葡萄糖逆浓度差在细胞内积聚 第十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月转运的物质:转运的物质:通通过过主主动动转转运运机机制制而而实实现现跨跨膜膜转转运运的的物物质质有有Na+、K+、Ca2+、H+、I、Cl等离子和葡萄糖、氨基酸等分子等离子和葡萄糖、氨基酸等分子 第十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月入胞和出胞式转运入胞和出胞式转运 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,亦属于主动转运过程。动进行的,亦属于主动转运过程。入胞入胞:指
9、细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。分为:吞噬分为:吞噬=转运物质为固体转运物质为固体;吞饮吞饮=转运物质为液体。转运物质为液体。转运物质包括细菌、病毒等异物以及血浆脂蛋白颗粒、转运物质包括细菌、病毒等异物以及血浆脂蛋白颗粒、大分子营养物质、多肽类激素等代谢产物大分子营养物质、多肽类激素等代谢产物 第十五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 主主要要见见于于细细胞胞的的分分泌泌过过程程:如如激激素素、神神经经递递质质、消消化液的分泌。化液的分泌。出胞出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。第十六张
10、,PPT共六十八页,创作于2022年6月【例题【例题1】葡萄糖通过小肠粘膜或肾小管吸收属于】葡萄糖通过小肠粘膜或肾小管吸收属于 继发主动转运继发主动转运【例题【例题2】葡萄糖进入一般细胞或红细胞属于】葡萄糖进入一般细胞或红细胞属于 易化扩散易化扩散【例题【例题3】氧由肺泡进入血液】氧由肺泡进入血液 单纯扩散单纯扩散【例题【例题4】葡萄糖由血液进入脑细胞】葡萄糖由血液进入脑细胞 易化扩散易化扩散 第十七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第二节第二节细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能第十八张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 多细胞生物体必须具备完善的信号传递系统以协调其正
11、常多细胞生物体必须具备完善的信号传递系统以协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种:如递质、激的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种:如递质、激素、细胞因子等。素、细胞因子等。信号信号(signal):细胞外液中能被受体识别并与之结合的:细胞外液中能被受体识别并与之结合的特异性化学物质称为信号或配体特异性化学物质称为信号或配体(ligand)靶细胞靶细胞(target cell):受体所在的能感受信号而产生相应生理受体所在的能感受信号而产生相应生理功能变化的细胞即为靶细胞功能变化的细胞即为靶细胞 第十九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 跨膜信号转导主要涉及到:胞外信号
12、的识别与结合、跨膜信号转导主要涉及到:胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。信号转导、胞内效应等三个环节。根据受体的不同,跨膜信号传递方式有:根据受体的不同,跨膜信号传递方式有:离子通道介导的跨膜信号转导离子通道介导的跨膜信号转导 G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导第二十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月信号信号 胞膜上的通道蛋白胞膜上的通道蛋白 离子通道离子通道打开或关闭打开或关闭 离子跨膜流动离子跨膜流动 膜电位膜电位变化变化(去极化、超极化去极化、超极化)细胞功能改变细胞功能改变 一、离子通道受体介导的信号转导一、离子通道受体介导的信号转
13、导 根据所感受刺激性质不同,通道可区分为化学根据所感受刺激性质不同,通道可区分为化学门控性通道、电压门控性通道和机械门控性通道门控性通道、电压门控性通道和机械门控性通道第二十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月Ach(化学性胞外信号化学性胞外信号)终板膜终板膜Ach受体受体受体变构,离子通道开放受体变构,离子通道开放Na+内流内流终板膜电位终板膜电位化学信号化学信号生物电信号生物电信号化学门控性通道化学门控性通道:膜通道蛋白质结构中存在一些对化学递质敏感的基团膜通道蛋白质结构中存在一些对化学递质敏感的基团或亚单位,当化学递质发生改变时,则该通道变构、或亚单位,当化学递质发生改变时,则该
14、通道变构、功能状态发生改变,导致通道开功能状态发生改变,导致通道开放,离子流动,这种对化学递质放,离子流动,这种对化学递质敏感的蛋白质基团或亚单位构成敏感的蛋白质基团或亚单位构成的通道称为化学门控通道。的通道称为化学门控通道。主要分布在肌细胞的终板膜、主要分布在肌细胞的终板膜、神经细胞的突触后膜及某些嗅、神经细胞的突触后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中味感受细胞的膜中 如终板膜乙酰胆碱受体通道如终板膜乙酰胆碱受体通道 运动神经未梢运动神经未梢第二十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月电压门控性通道电压门控性通道:电压门控通道的膜通道分子结构中存在一些对电压门控通道的膜通道分子结构中存在一些
15、对跨膜电位改变敏感的基团或亚单位,当膜两侧跨膜电位发生改变时,跨膜电位改变敏感的基团或亚单位,当膜两侧跨膜电位发生改变时,使该通道分子变构,功能状态发生改变,导致通道的开放,离子流动,使该通道分子变构,功能状态发生改变,导致通道的开放,离子流动,从而再引起细胞膜出现新的电变化或其他细胞内功能变化,这种对电从而再引起细胞膜出现新的电变化或其他细胞内功能变化,这种对电压变化压变化(电位变化电位变化)敏感的蛋白质基团或亚单位构成的通道称为电压门敏感的蛋白质基团或亚单位构成的通道称为电压门控通道。控通道。主要分布在神经轴突、骨骼肌、心肌细胞的一般细胞膜上主要分布在神经轴突、骨骼肌、心肌细胞的一般细胞膜
16、上 例:例:Na+通道通道信号信号 出现终板电位膜内负电荷消失出现终板电位膜内负电荷消失 Na+通通通通道突然开放道突然开放道突然开放道突然开放 胞外胞外胞外胞外NaNa+涌入胞内涌入胞内涌入胞内涌入胞内 膜电位变化膜电位变化膜电位变化膜电位变化 第二十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月机械门控性通道:机械门控性通道:体内存在不少能感受机械性刺激并引致细胞功能改体内存在不少能感受机械性刺激并引致细胞功能改变的细胞。当外来机械性信号通过某种结构内的过程,导致膜的局部变形变的细胞。当外来机械性信号通过某种结构内的过程,导致膜的局部变形或牵引,直接激活了附近膜中的机械门控通道,引起细胞的跨
17、膜电位变化。或牵引,直接激活了附近膜中的机械门控通道,引起细胞的跨膜电位变化。如内耳毛细胞顶部的听毛在受到切和力的作用产生弯曲时,毛细胞会出现如内耳毛细胞顶部的听毛在受到切和力的作用产生弯曲时,毛细胞会出现暂短的感受器电位。暂短的感受器电位。机械信号(声)机械信号(声)耳蜗毛细胞纤毛弯曲耳蜗毛细胞纤毛弯曲 毛细毛细胞上机械门控离子通道开放胞上机械门控离子通道开放 离子跨膜流动离子跨膜流动 耳蜗微音器电位耳蜗微音器电位第二十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(二二)G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导cAMP信号通路信号通路cAMP(第二信使)第二信使)膜外N端:识别
18、、结合第一信使膜内C端:激活G蛋白神经递质、激素等神经递质、激素等(第一信使)(第一信使)腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC)ATP细胞内生物效应细胞内生物效应激活激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶AG蛋白偶联蛋白偶联受体受体受体构象改变受体构象改变结合结合受体与受体与G蛋白蛋白结合结合G蛋白蛋白激活激活激活的激活的G蛋白蛋白(与与、亚单位分离亚单位分离)激活激活第二十五张,PPT共六十八页,创作于2022年6月第三节第三节细胞的生物电活动细胞的生物电活动 第二十六张,PPT共六十八页,创作于2022年6月一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象 生物电现象的研究生物电现象的研究 生
19、物电生物电(bioelectricity):生物体在生命活动过程生物体在生命活动过程中所表现的电现象中所表现的电现象 损伤电位损伤电位(injury potential)损伤电位损伤电位:存在于组织的损伤部位和完整部位之存在于组织的损伤部位和完整部位之间的电位差间的电位差 假说:假说:损伤电位是存在于膜两侧的电位差,即损伤电位是存在于膜两侧的电位差,即膜电位膜电位(membrane potential)的一种表现。的一种表现。第二十七张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 静息电位静息电位(resting potential,RP)Hodgkin和和Huxley等等(1939)选择枪乌贼的
20、巨轴突选择枪乌贼的巨轴突(直径可达直径可达1 mm)为测为测试对象,利用一灌注海水的玻璃毛细管直接插入巨轴突膜内,另一电极试对象,利用一灌注海水的玻璃毛细管直接插入巨轴突膜内,另一电极置于膜外,两电极之间仅隔一层膜。将两电极连接到放大器和示波器上,置于膜外,两电极之间仅隔一层膜。将两电极连接到放大器和示波器上,直接记录膜内外的电位差。直接记录膜内外的电位差。细胞内记录技术的建立使电生理学研究进入了一个新的发展阶段细胞内记录技术的建立使电生理学研究进入了一个新的发展阶段 现代微电极技术现代微电极技术(0.5um):凌宁和凌宁和Gerard于于1949年首先应用年首先应用 第二十八张,PPT共六十
21、八页,创作于2022年6月 细胞处于细胞处于“静息静息”状态下细胞膜两侧所存在的电位差称静状态下细胞膜两侧所存在的电位差称静息膜电位,简称静息电位息膜电位,简称静息电位 极化极化(polarization):在静息状态下,在静息状态下,以膜为界,静息以膜为界,静息电位稳定在一定水平并呈外正内负的状态,称极化电位稳定在一定水平并呈外正内负的状态,称极化第二十九张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 Reymond在论证损伤电位的同时,发现如用足够强度的电流刺激在论证损伤电位的同时,发现如用足够强度的电流刺激神经或肌肉,使它们兴奋,则损伤电位的绝对值降低。当组织恢复到神经或肌肉,使它们兴奋,则
22、损伤电位的绝对值降低。当组织恢复到静息状态时,损伤电位也恢复到原先的水平。静息状态时,损伤电位也恢复到原先的水平。提示:当组织兴奋时,细胞的外表面产生一种负电变化,导致损伤提示:当组织兴奋时,细胞的外表面产生一种负电变化,导致损伤部位和完整部位之间电位差的暂时性降低。用更灵敏的电流计进一步证部位和完整部位之间电位差的暂时性降低。用更灵敏的电流计进一步证实了这种负电波的存在,并沿神经或肌肉纤维向两侧方向传导实了这种负电波的存在,并沿神经或肌肉纤维向两侧方向传导 动作电位动作电位(action potential,AP)第三十张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 去极化去极化(又称除极化又称
23、除极化):膜内外电位差向小于膜内外电位差向小于RP值的方值的方向变化的过程向变化的过程(即膜电位由静息电位值到零即膜电位由静息电位值到零)上升相上升相 反极化(又称反极化(又称超射):超射):膜电位发生反转的部分膜电位发生反转的部分(即膜电位即膜电位由零到由零到+40mV)上升相上升相 复极化复极化:去极化后再向极化状态恢复的过去极化后再向极化状态恢复的过下降相下降相 第三十一张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 各种可兴奋细胞在受到刺激而发生兴奋时各种可兴奋细胞在受到刺激而发生兴奋时,在在静息电位的基础上,细胞膜上发生一次短暂的静息电位的基础上,细胞膜上发生一次短暂的、可可逆的、并可向
24、周围扩布的逆的、并可向周围扩布的电位波动,称为电位波动,称为动作电位动作电位第三十二张,PPT共六十八页,创作于2022年6月 超极化超极化:膜内外电位差向大于膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。阈电位阈电位:引发引发AP的临界膜电位数值的临界膜电位数值 锋电位锋电位:动作电位去极化与复极化形成的一次短促而动作电位去极化与复极化形成的一次短促而尖锐的脉冲,构成神经动作电位的主要组成部分,称为尖锐的脉冲,构成神经动作电位的主要组成部分,称为锋电位。锋电位。后电位:后电位:锋电位下降支最后恢复到锋电位下降支最后恢复到RPRP水平以前,一种时间水平以前,一种时间较长、波动较
25、小的电位变化过程。包括负后电位和正后电位。较长、波动较小的电位变化过程。包括负后电位和正后电位。第三十三张,PPT共六十八页,创作于2022年6月二、细胞生物电产生机制二、细胞生物电产生机制 (一)(一)化学现象化学现象 要在膜两侧形成电位差,必须具备两个条件:要在膜两侧形成电位差,必须具备两个条件:膜两侧的离子分布不均,存在浓度差;膜两侧的离子分布不均,存在浓度差;对离子有选择性通透的膜。对离子有选择性通透的膜。第三十四张,PPT共六十八页,创作于2022年6月(1)(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 Na+内内:Na+外外 1 10 K+内内 :K+
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