1、第一节细胞膜的物质转运功能第二节细胞膜的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 转运功能，使某些物质可以顺利进出细胞，实现细胞的新陈代谢和其他功能。关于细胞膜的结构，目前公认的是1972年Singer和Nicholson提出的液态镶嵌模型(fluid mosaicmodel)，认为细胞膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌、覆盖和贯穿着许多具有不同结构和功能的蛋白质，又称为膜蛋白，有表面蛋白和整合蛋白两类(图2-1)。第一节细胞膜的物质转运功能 一、一、单纯扩散单纯扩散(一)浓度差(二)通透性u单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(
2、simple diffusion)是指脂是指脂溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓溶性小分子物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运过程。它是一种简单的、度一侧的跨膜转运过程。它是一种简单的、穿越质膜的物理扩散。穿越质膜的物理扩散。u扩散的速度取决于两个方面扩散的速度取决于两个方面:扩散的物质：扩散的物质：脂溶性高、分子量小的物质。脂溶性高、分子量小的物质。O2、CO2、N2、乙醇、尿素、水、乙醇、尿素、水第一节细胞膜的物质转运功能 第一节细胞膜的物质转运功能 二、二、易化扩散易化扩散u易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion
3、)是指非脂溶性或脂溶性很低的小分子物质或是指非脂溶性或脂溶性很低的小分子物质或离子借助膜蛋白的帮助由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运过程。离子借助膜蛋白的帮助由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运过程。u(一一)载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散小分子亲水性物质经载体的介导，顺浓度梯度的跨膜转运称为载体介导的易化扩散。特点1.结构特异性2.饱和现象3.竞争性抑制载体载体 carriercarrier细胞外细胞外细胞内细胞内细胞膜细胞膜第一节细胞膜的物质转运功能 u(二二)通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散各种带电离子经通道的介导，顺浓度梯度或电位梯度的跨膜转运称为通道介导的易化各种带电
4、离子经通道的介导，顺浓度梯度或电位梯度的跨膜转运称为通道介导的易化扩散。扩散。第一节细胞膜的物质转运功能 u 离子通道有两个基本特征离子通道有两个基本特征:1.1.离子选择性离子选择性2.2.门控特性门控特性化学门控通道：化学门控通道：电压门控通道：电压门控通道：第一节细胞膜的物质转运功能 三、三、主动转运主动转运由细胞代谢提供能量，在膜蛋白的帮助下将小分子物质或离子逆电一化学梯度进行的跨膜转运，称为主动转运(active transport)。在哺乳动物的细胞膜上普遍存在的离子泵是钠一钾泵，简称钠泵(sodium pump)，也称Na-K依赖式ATP酶，ATP分解释放的能量用于Na和K的主动
5、转运。钠泵每分解一个ATP分子可将3个Na移出胞外，同时可将两个K移人胞内(图2-4)。第一节细胞膜的物质转运功能 钠泵的活动具有重要的生理意义：钠泵的活动具有重要的生理意义：钠泵活动造成的细胞内高钠泵活动造成的细胞内高K K为细胞内代谢反应所必需；为细胞内代谢反应所必需；钠泵将漏钠泵将漏入到细胞内的入到细胞内的NaNa转运出细胞外可保持细胞正常的渗透压和容积；转运出细胞外可保持细胞正常的渗透压和容积；建立建立NaNa的浓度梯度，为继发性主动转运的物质提供势能贮备；的浓度梯度，为继发性主动转运的物质提供势能贮备；形成的跨膜离子形成的跨膜离子浓度梯度也是细胞发生电活动的前提条件浓度梯度也是细胞发
6、生电活动的前提条件(见本章第三节见本章第三节)；由于钠泵每分由于钠泵每分解一个解一个ATPATP分子可将分子可将3 3个个NaNa移出胞外，同时将两个移出胞外，同时将两个K K移人胞内，所以钠泵活移人胞内，所以钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位。动是生电性的，可直接影响膜电位。继发主动转运协继发主动转运协同转运同向转运同转运同向转运：葡萄糖：葡萄糖：氯化钠：氯化钠第一节细胞膜的物质转运功能 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第一节细胞膜的物质转运功能 第一节细胞膜的物质转运功能 四、四、入胞与出胞入胞与出胞入胞（入胞（endocytosis）细胞外大分子物质或物质团块(如
7、细菌、病毒、异物、大分子营养物质等)进入细胞的过程称为入胞(endocytosis)。根据摄入物的不同，入胞又分为两种类型，即吞噬和吞饮。出胞出胞(exocytosis)第一节细胞膜的物质转运功能 u细胞内大分子物质排出细胞的过程称为出胞(exocytosis)第二节细胞膜的信号转导功能一、一、离子通道受体介导的信号转导离子通道受体介导的信号转导离子通道受体(ion channel receptor)是一种同时具有受体和离子通道功能的蛋白质分子，它的本质就是前面提到的参与离子跨膜转运的离子通道，但通常指化学门控通道。电压门控通道和机械门控通道一般不称为受体，而实际上，它们分别是接受电信号和机械
8、信号的“受体”，并通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动把信号传递到细胞内部。一些化学的、电的、机械的信号刺激作用于细胞膜，使其构象发生变化，而构象变化直接导致了离子通道的开放或关闭，引起离子的跨膜移动和膜电位的改变，实现信号的跨膜转导，进而使细胞出现一系列的功能变化。神经一肌肉接头的兴奋传递就是典型例子。第二节细胞膜的信号转导功能二、二、G G蛋白祸联受体介导的信号转导蛋白祸联受体介导的信号转导G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor)是存在于细胞膜上的一类整合蛋白，它要通过与膜上的G蛋白(鸟苷酸结合蛋白)耦联才能发挥作用，故称为G蛋白祸联受体。G蛋白存在于质膜的胞质面
9、，通常由。、日和Y三个亚单位构成，具有结合GDP或GTP的能力，当与GDP结合时处于失活状态，而与GTP结合时处于激活状态。当细胞外的信号分子(第一信使)与G蛋白耦联受体结合后，活化的受体便与G蛋白a亚单位结合并使之发生构象变化，使其与GDP分离而与GTP结合，G蛋白由失活状态进入激活状态。激活的G蛋白可进一步激活膜上的G蛋白效应器(包括多种效应器酶和离子通道)，催化膜上或膜内的某些物质，产生细胞质内的信号分子即第二信使(较重要的有环一磷酸腺苷cAMP、三磷酸肌醇IP3、二酞甘油DG、环一磷酸鸟苷cGMP和Cat+等)，进一步可以激活细胞内相应的蛋白激酶，使其底物功能蛋白如离子通道、受体等磷酸
10、化，从而调节细胞功能。第二节细胞膜的信号转导功能三、三、酶祸联受体介导的信号转导酶祸联受体介导的信号转导酶耦联受体酶耦联受体(enzyme-linked receptor)(enzyme-linked receptor)也是一种跨膜蛋白，本身具也是一种跨膜蛋白，本身具有酶活性，又有与信号分子结合的位点，可以激活膜内侧其他酶分子，完有酶活性，又有与信号分子结合的位点，可以激活膜内侧其他酶分子，完成信号转导。其中较重要的有以下几类受体：酪氨酸激酶受体、酪氨酸激成信号转导。其中较重要的有以下几类受体：酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶结合型受体和鸟苷酸环化酶受体。酶结合型受体和鸟苷酸环化酶受体。第三节细胞的
11、生物电现象一、一、静息电位静息电位 静息电位(resting potential,RP)是指细胞处于安静状态时存在于细胞膜内外两侧的电位差。u（一）静息电位的概念（一）静息电位的概念第三节细胞的生物电现象离子流学说认为静息电位的产生是离子跨膜扩散的结果，而离子的跨膜扩散有两个前提条件：细胞膜内外的离子分布不均匀；细胞膜对各种离子的通透性不同。从表2-1可以看出，安静时细胞膜内的K+浓度远大于膜外，且细胞膜在静息时对K+通透性较大，故K+可顺浓度差外流。u（二）静息电位的产生机制（二）静息电位的产生机制静息状态静息状态细胞膜内外离子扩散细胞膜内外离子扩散chemical driving forc
12、eelectrical driving force+-electrochemical balance第三节细胞的生物电现象静息电位形静息电位形成原理成原理第三节细胞的生物电现象第三节细胞的生物电现象二、二、动作电位及其产生机制动作电位及其产生机制u（一）动作电位的概念（一）动作电位的概念动作电位动作电位(action potential,AP)(action potential,AP)是细胞受刺激时在静息电位的基是细胞受刺激时在静息电位的基础上发生的一次快速的、可逆的、可扩布性的电位变化。动作电位的产生础上发生的一次快速的、可逆的、可扩布性的电位变化。动作电位的产生是细胞兴奋的标志。由此，兴奋
13、性也可以认为是细胞产生动作电位的能力。是细胞兴奋的标志。由此，兴奋性也可以认为是细胞产生动作电位的能力。stimulatr0mV0mV神经纤维神经纤维AP兴奋的共有标志兴奋的共有标志:动作电位动作电位第三节细胞的生物电现象第三节细胞的生物电现象u（二）动作电位的产生机制（二）动作电位的产生机制动作电位的产生机制也用离子流学说来解释，其产生也是离子跨膜移动的结果。动作电位的产生机制也用离子流学说来解释，其产生也是离子跨膜移动的结果。锋电位的上升支，主要是由锋电位的上升支，主要是由NaNa快速、大量内流形成，是细胞膜由快速、大量内流形成，是细胞膜由K K的平衡电位转的平衡电位转为为NaNa的平衡电
14、位的过程；下降支主要由于的平衡电位的过程；下降支主要由于K K的快速外流，是细胞膜由的快速外流，是细胞膜由NaNa的平衡电位转的平衡电位转为为K K的平衡电位的过程；后电位则与钠泵活动等有关。的平衡电位的过程；后电位则与钠泵活动等有关。第三节细胞的生物电现象三、三、兴奋的引起和传导兴奋的引起和传导u（一）兴奋的引起（一）兴奋的引起细胞受到刺激可以产生动作电位，但不是任何刺激都能触发动作电位。细胞受到刺激可以产生动作电位，但不是任何刺激都能触发动作电位。在动作电位的形成机制中提到，当细胞受到刺激时，细胞膜对在动作电位的形成机制中提到，当细胞受到刺激时，细胞膜对NaNa的通透的通透性会增加，这主要
15、和膜上钠通道的开放有关。性会增加，这主要和膜上钠通道的开放有关。第三节细胞的生物电现象动作电位一旦在细胞膜的某一点产生，就会迅速沿着细胞膜向周围进行不衰减性的传播，直到整个细胞膜都产生动作电位为止，而且动作电位的幅度不会随传播距离的增加而减小。我们把动作电位在同一细胞上的传播，称为动作电位的传导。在神经纤维上传导的动作电位，又称神经冲动。动作电位传导的原理可用局部电流学说来解释(图2-8)。u（二）兴奋的传导（二）兴奋的传导第三节细胞的生物电现象总的来说，动作电位具有以下特点:1.“全”或“无”现象2.不衰减性传导3.脉冲式第四节肌细胞的收缩功能一、一、神经一肌肉接头处的兴奋传递神经一肌肉接头
16、处的兴奋传递运动神经纤维在接近骨运动神经纤维在接近骨骼肌细胞时失去髓鞘，末梢骼肌细胞时失去髓鞘，末梢膨大，并嵌人到骨骼肌细胞膨大，并嵌人到骨骼肌细胞膜形成的凹陷中，形成神经膜形成的凹陷中，形成神经一肌肉接头。一肌肉接头。u（一）神经肌肉接头的结构（一）神经肌肉接头的结构第四节肌细胞的收缩功能当神经冲动传导到轴突末梢时，接头前膜去极化，引起接头前膜上电压门控式Ca2+通道开放，细胞外液中的Ca2+进入轴突末梢，触发囊泡向接头前膜移动，囊泡膜与接头前膜融合破裂，以出胞的方式将囊泡中的ACh释放入接头间隙。ACh通过接头间隙迅速扩散到终板膜，并与终板膜上的N2型ACh受体结合，使终板膜上相应的通道开
17、放，允许Na+,K+等通过，以Na+内流为主，使终板膜静息电位减小，即出现膜的去极化，称为终板电位。终板电位属于局部电位，可发生总和，当总和使膜去极化达到阈电位时，就在终板膜上爆发动作电位，并很快传播至整个肌细胞膜，引起骨骼肌细胞的兴奋。u（二）神经肌肉接头的兴奋传递（二）神经肌肉接头的兴奋传递第四节肌细胞的收缩功能二、二、骨骼肌的兴奋一收缩祸联骨骼肌的兴奋一收缩祸联经神经经神经-肌肉接头处兴奋的传递，骨骼肌细胞膜上产生了动作电位的肌肉接头处兴奋的传递，骨骼肌细胞膜上产生了动作电位的电兴奋。将骨骼肌细胞的电兴奋与骨骼肌细胞的机械收缩联系起来的中介电兴奋。将骨骼肌细胞的电兴奋与骨骼肌细胞的机械收
18、缩联系起来的中介过程，称为兴奋一收缩耦联过程，称为兴奋一收缩耦联(excitation-contraction coupling)(excitation-contraction coupling)。实现。实现这一讨程的组织结构是肌管系统。这一讨程的组织结构是肌管系统。第四节肌细胞的收缩功能u（一）肌管系统（一）肌管系统肌管系统是包绕在肌原纤维周围的膜性囊管状结构，一部分肌管的走行方向和肌原纤维相垂直，称为横管，是由肌细胞膜向肌细胞内凹陷形成的，位于明带和暗带的交界处，围绕于肌原纤维的周围。横管可将沿肌膜传导的动作电位迅速传至细胞内部肌原纤维的周围。另一组肌管系统，就是肌浆网，它们的走行方向和肌
19、原纤维平行，位于相邻两条横管之间，分支吻合成网状，呈纵向包绕每条肌原纤维，称为纵管。纵管在靠近横管处管腔膨大，称为终池，是细胞内贮存Ca2+的场所，终池中的Ca2+的浓度远高于肌浆中的。终池膜上有Ca2+通道和大量的Ca2+泵，与其对应的横管膜上有L型Ca2+通道。每一横管和它两侧的终池，构成了一个三联管结构。第四节肌细胞的收缩功能u（二）骨骼肌兴奋一收缩藕联的过程（二）骨骼肌兴奋一收缩藕联的过程经神经一肌肉接头处兴奋的传递，骨骼肌细胞膜上产生的动作电位，沿肌膜和横管扩布至三联管处，激活横管膜上的L型Ca2+通道，进一步激活终池膜上的Ca2+释放通道，终池内的Ca2+顺浓度差扩散进人肌浆，肌浆
20、中Ca2+浓度升高，引发肌肉收缩。当神经冲动停止时，随着肌细胞膜和横管膜电位的恢复，终池膜对Ca2+的通透性下降，而肌浆中Ca2+浓度的提高能激活终池膜上的钙泵，将Ca2+逆浓度差由肌浆转运回终池内，肌浆中Ca2+浓度下降，肌肉舒张。由此可见，Ca2+是兴奋一收缩耦联过程的关键性物质，三联管是兴奋一收缩耦联重要的结构基础。如果肌质中缺少Ca2+，即使动作电位在肌膜和横管膜上传导，也不能引发肌细胞的收缩。这种只产生兴奋不引发收缩的现象，称为“兴奋一收缩脱耦联”。骨骼肌细胞除了具有丰富的肌管系统外，细胞质内还含有大量的肌原纤维。它们平行排列，纵贯肌细胞的全长。显微镜下由明带和暗带交替排列组成。明带
21、中央有一条与肌原纤维垂直的线称为Z线。暗带中央也有一条线称为M线，暗带中央M线两侧相对透亮的区域称为H带。两条相邻Z线之间的区域称为肌小节，每个肌小节包含一个位于中间部分的暗带和两侧各1/2的明带。肌细胞的收缩和舒张就是肌原纤维上各肌小节的缩短和伸长的过程，故肌小节是肌细胞收缩和舒张的基本单位。第四节肌细胞的收缩功能三、三、骨骼肌的收缩机制骨骼肌的收缩机制u（一）骨骼肌的微细结构（一）骨骼肌的微细结构第四节肌细胞的收缩功能u（二）肌丝的分子组成（二）肌丝的分子组成粗肌丝主要由肌凝蛋白(亦称肌球蛋白)分子构成，每个肌凝蛋白分子分为杆部和头部两部分。在组成粗肌丝时，杆部朝向M线聚合成束，形成粗肌丝
22、的主干，头部则有规律地分布在粗肌丝表面，形成横桥(图2-12)。横桥的主要特性有：在一定条件下横桥可以和细肌丝上的位点结合，并发生向M线方向的摆动，从而拉动细肌丝向M线方向滑动；具有ATP酶的作用，可分解ATP而获得能量，使横桥垂直于细肌丝，处于高势能状态，随时准备和细肌丝的肌动蛋白结合发生扭动。第四节肌细胞的收缩功能HuxleyHuxley等在等在2020世纪世纪5050年代初期提出了年代初期提出了“肌丝滑行学说肌丝滑行学说”，他们认为，他们认为:当肌肉处于静息状态时，细肌当肌肉处于静息状态时，细肌丝上的原肌凝蛋白遮盖了肌动蛋白上与横桥结合的位点，使粗肌丝的横桥无法与细肌丝上的肌动蛋白结丝上
23、的原肌凝蛋白遮盖了肌动蛋白上与横桥结合的位点，使粗肌丝的横桥无法与细肌丝上的肌动蛋白结合。而当肌肉兴奋时，经骨骼肌兴奋一收缩耦联过程，肌细胞上的动作电位引起肌浆中合。而当肌肉兴奋时，经骨骼肌兴奋一收缩耦联过程，肌细胞上的动作电位引起肌浆中CaCa2+浓度升高，浓度升高，当肌浆中当肌浆中CaCa2+浓度升高到一定程度时，浓度升高到一定程度时，CaCa2+与肌钙蛋白上的与肌钙蛋白上的C C亚单位结合，引起肌钙蛋白构象变化，使原亚单位结合，引起肌钙蛋白构象变化，使原肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转，产生位移，暴露出肌动蛋白上能与横桥相结合的位点，肌凝蛋白的双螺旋结构发生扭转，产生位移，暴露出肌动蛋白上能
24、与横桥相结合的位点，“位阻效应位阻效应”解除。这时，粗肌丝上处于高势能状态的横桥即与肌动蛋白结合，横桥一旦与肌动蛋白结合，便激活横解除。这时，粗肌丝上处于高势能状态的横桥即与肌动蛋白结合，横桥一旦与肌动蛋白结合，便激活横桥上的桥上的ATPATP酶，分解酶，分解ATPATP产生能量，使横桥牵引细肌丝发生向产生能量，使横桥牵引细肌丝发生向M M线方向的摆动，牵拉细肌丝向粗肌丝中间滑线方向的摆动，牵拉细肌丝向粗肌丝中间滑行。横桥一次摆动后即与肌动蛋白解离，水解行。横桥一次摆动后即与肌动蛋白解离，水解ATPATP后重新竖起，即复位。如果此时肌浆中后重新竖起，即复位。如果此时肌浆中CaCa2+浓度仍然很
25、浓度仍然很高，肌动蛋白上的结合位点仍然暴露，横桥将再与细肌丝的下一个位点结合。横桥与肌动蛋白的结合、高，肌动蛋白上的结合位点仍然暴露，横桥将再与细肌丝的下一个位点结合。横桥与肌动蛋白的结合、摆动、复位的过程称为横桥周期。横桥的连续摆动使细肌丝不断滑入粗肌丝内，使肌节缩短，完成肌肉摆动、复位的过程称为横桥周期。横桥的连续摆动使细肌丝不断滑入粗肌丝内，使肌节缩短，完成肌肉的收缩的收缩(图图2-13)2-13)。u（三）收缩过程（三）收缩过程第四节肌细胞的收缩功能第四节肌细胞的收缩功能四、四、骨骼肌收缩的外部表现骨骼肌收缩的外部表现u（一）等长收缩和等张收缩（一）等长收缩和等张收缩根据肌肉收缩的外部表现，可分为两种形式的收缩，即等长收缩（isometric contraction）和等张收缩（isotonic contraction）。等长收缩，即肌肉在收缩时，长度不变，只有张力的增加。等张收缩，即肌肉在收缩时，张力不变，只有长度的缩短。第四节肌细胞的收缩功能u（二）单收缩和强直收缩（二）单收缩和强直收缩第四节肌细胞的收缩功能u（三）影响骨骼肌收缩的主要因素（三）影响骨骼肌收缩的主要因素 后负荷后负荷 前负荷前负荷肌肉收缩能力肌肉收缩能力
