生理学-动作电位-肌肉收缩原理.ppt

第二章细胞的基本功能第二章细胞的基本功能细胞的基本结构：细胞的基本结构：细胞膜的物质转运功能：细胞膜的物质转运功能：细胞的信号转导功能：细胞的信号转导功能：细胞的生物电现象：细胞的生物电现象：骨骼肌细胞收缩功能：骨骼肌细胞收缩功能：精选精选本章要求本章要求掌掌 握握1.1.单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；单纯扩散、易化扩散的概念、形式和特点；2.2.原发性主动转运的概念和转运机制；原发性主动转运的概念和转运机制；3.3.静息电位、动作电位的概念及产生机制；静息电位、动作电位的概念及产生机制；4.4.动作电位、局部反应的特点；动作电位、局部反应的特点；5.5.兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；兴奋在同一细胞上传导的形式及特点；6.6.兴奋兴奋-收缩耦联的概念及其耦联物质收缩耦联的概念及其耦联物质。精选精选第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。糖类物质。液态镶嵌模型（液态镶嵌模型（fluid mosaic modelfluid mosaic model）的基本内容是：的基本内容是：膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。子结构和生理功能的蛋白质。精选精选细胞膜的液态镶嵌模型细胞膜的液态镶嵌模型精选精选二、细胞膜物质转运功能二、细胞膜物质转运功能细胞外细胞外细胞内细胞内精选精选转运方式：转运方式：1、单纯扩散：单纯扩散：2、易化扩散：易化扩散：载体方式：载体方式：通道方式：通道方式：3、主动转运：主动转运：4、团块物质：团块物质：出胞：出胞：入胞：入胞：精选精选(一）一）、单纯扩散单纯扩散概念概念:是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机制参与。制参与。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。脂溶性物质顺浓度差通过细胞膜的过程。举例举例：O2、CO2、NH3特点：特点：顺浓度差顺浓度差不消耗能量不消耗能量影响扩散因素：影响扩散因素：膜两侧的浓度差膜两侧的浓度差膜对物质的膜对物质的 通透性通透性精选精选（二）（二）、易化扩散易化扩散概念：概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋白 帮助下帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程。顺浓度差通过细胞膜的过程。类型类型：载体运输载体运输通道运输通道运输电压门控电压门控化学门控化学门控精选精选1、载体介导的易化扩散、载体介导的易化扩散 精选精选 2、通道介导的易化扩散示意图、通道介导的易化扩散示意图精选精选门控离子通道分为三类：门控离子通道分为三类：1.1.电压门控通道：电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，在膜去极化到一定电位时开放，如神经元上的如神经元上的NaNa+通道；通道；2.2.化学门控通道：化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响受膜环境中某些化学物质的影响而开放而开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激素、递质等如激素、递质等；3.3.机械门控通道：机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。通道。精选精选易化扩散的影响因素易化扩散的影响因素膜两侧物质浓度差和电位差膜两侧物质浓度差和电位差膜上载体的数量或通道开放的数量膜上载体的数量或通道开放的数量易化扩散特点：易化扩散特点：特异性特异性（载体）（载体）、（通道）（通道）饱和现象饱和现象竞争性抑制竞争性抑制精选精选（三）主动转动（三）主动转动概念概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。侧的过程。分类分类：原发性主动转运、继发性主动转运原发性主动转运、继发性主动转运二者区别二者区别：原发性主动转运：直接利用原发性主动转运：直接利用ATPATP能量能量继发性主动转运：间接利用继发性主动转运：间接利用ATPATP能量能量特点：特点：耗能并逆电耗能并逆电-化学差进行化学差进行精选精选原发性主动转运示意图精选精选继继发发性性主主动动转转运运精选精选钠钾泵（钠钾泵（sodium-potassium pump）简称简称钠泵钠泵，也称，也称Na+-K+依依赖式。赖式。作用作用：在消耗代谢能的情况在消耗代谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的下逆浓浓度差将细胞内的3 3个个NaNa+移出膜外，同时把细胞外移出膜外，同时把细胞外的的2 2个个K K+移入膜内，因而保持移入膜内，因而保持了膜内高了膜内高K K+和膜外高和膜外高NaNa+的不的不均衡离子分布均衡离子分布。精选精选意义：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+是许多代谢过程的必需条件；是许多代谢过程的必需条件；钠泵将钠泵将NaNa+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；胞的正常体积有一定意义；钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而钠泵活动能使钠钾离子逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外NaNa+和和K K+等顺等顺着浓度差和电位差移动的能量来源着浓度差和电位差移动的能量来源。精选精选主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小精选精选（四）入（四）入 胞胞 和和 出出 胞胞精选精选第二节细胞的跨膜信号转导功能第二节细胞的跨膜信号转导功能跨膜信号转导方式分为三类：跨膜信号转导方式分为三类：离子通道介导的信号转导。离子通道介导的信号转导。G G蛋白耦联受体介导的信号转导；蛋白耦联受体介导的信号转导；酶耦联受体介导的信号转导；酶耦联受体介导的信号转导；每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。精选精选(一一)由离子通道完成的跨膜信号传递由离子通道完成的跨膜信号传递、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的、化学门控通道或配体门控通道：由化学物质控制通道的开关：开关：(递质、递质、激素等激素等)例：例：终板膜化学门控通道终板膜化学门控通道2、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。、门控通道：由跨膜电位大小控制通道的开关。例：钠通道例：钠通道,跨膜电位控制跨膜电位控制3、机械门控通道：机械门控通道：例：例：听觉毛细胞听觉毛细胞精选精选(二二)G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导精选精选 由膜受体由膜受体-G-G-蛋白蛋白-膜效应器酶组成的膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成精选精选第二信使学说第二信使学说 G蛋白蛋白-GDP第一信使第一信使+R G蛋白蛋白-GTP 效应器酶效应器酶 蛋白激酶蛋白激酶 第二信使第二信使及其他及其他 第二信使前体第二信使前体细胞功能改变细胞功能改变精选精选1 第一信使：激素、递质等第一信使：激素、递质等2 效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等等3 第二信使：第二信使：cAMP、IP3、DG受体受体-G蛋白蛋白-AC途径：途径：cAMP 受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径：途径：IP3、DG精选精选受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径精选精选 受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径磷脂酰二磷酸肌醇磷脂酰二磷酸肌醇 三磷酸肌醇三磷酸肌醇 二酰甘油二酰甘油精选精选（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导（三）由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有胰岛素和一些细胞因子的受体本身具有酪氨酸激酶的活性酪氨酸激酶的活性当受体与相应的化学信号结合时，可直当受体与相应的化学信号结合时，可直接激活蛋白激酶接激活蛋白激酶引起受体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋引起受体自身的酪氨酸磷酸化和胞内蛋白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现细白质的酪氨酸残基磷酸化，并由此实现细胞外信号对细胞功能的调节。胞外信号对细胞功能的调节。精选精选由受体完成的跨膜信号传递由受体完成的跨膜信号传递受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞受体：细胞中能与某些化学物质特异性结合，引发细胞特异生物学效应的特殊结构。特异生物学效应的特殊结构。受体本质：蛋白质或酶受体本质：蛋白质或酶受体特征：受体特征：特异性特异性饱和性饱和性可逆性可逆性第二信使学说：激素第二信使学说：激素+受体受体第二信使第二信使酶激活酶激活精选精选激素的作用机制：激素的作用机制：1、通过膜受体传递调控信息：通过膜受体传递调控信息：第二信使学说第二信使学说2、通过胞内受体传递调控信息：通过胞内受体传递调控信息：基因表达学说基因表达学说精选精选基因表达学说基因表达学说精选精选第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象生物电生物电（bioc-lectricity）：是指一切活细胞无论处于静是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在息状态还是活动状态都存在的电现象。的电现象。精选精选精选精选跨跨膜膜电电位位产产生生机机制制精选精选（一）静（一）静息息电电位位静息电位静息电位（resting potential，RP）是指细是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差差。意义意义：是动作电位产生的基础。：是动作电位产生的基础。精选精选产生条件产生条件主要有两个：主要有两个：细胞内外各种离子的浓度分布不均，细胞内外各种离子的浓度分布不均，即存在浓度差；即存在浓度差；在不同状态下，细胞膜对各种离子的在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。通透性不同。精选精选静息电位产生机制静息电位产生机制 1精选精选静息电位产生机制静息电位产生机制 2精选精选（二）动（二）动作作电电位位概念：动作电位概念：动作电位(action potential,AP)(action potential,AP)是指细胞受刺激时是指细胞受刺激时在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。在静息电位基础上产生的可扩布的电位变化。意义：是细胞处于兴奋状态的标志。意义：是细胞处于兴奋状态的标志。阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约比。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小正常静息电位的绝对值小101020mV 20mV。动作电位的产生条件动作电位的产生条件：静息电位去极化达到阈电位水平。静息电位去极化达到阈电位水平。精选精选神经纤维神经纤维AP心肌细胞心肌细胞AP精选精选动动 作作 电电 位位 的的 特特 点点 动作电位呈动作电位呈“全或无全或无”现象现象：动作电位一旦产生动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大；强而增大；不衰减性传导不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它的幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布到整个细胞膜；到整个细胞膜；脉冲式脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。成脉冲式图形。精选精选兴兴奋奋在在同同一一细细胞胞上上的的传传导导 A静息时B发生兴奋后C传导过程中精选精选动作电位形成机制动作电位形成机制 1 30mv0mv-70mv-90mv精选精选动作电位形成机制动作电位形成机制 230mv0mv-70mv-90mv精选精选(三三)、局部电位、局部电位概念：达不到阈电位的局部去极化。概念：达不到阈电位的局部去极化。30mv0mv-70mv-90mv精选精选局部反应与动作电位的区别局部反应与动作电位的区别精选精选膜电位状态膜电位状态极极 化化 细胞膜两侧保持的内负外正的状态。细胞膜两侧保持的内负外正的状态。去极化去极化 静息电位减小甚至消失的过程。静息电位减小甚至消失的过程。反极化反极化 膜内电位由零变为正值的过程。膜内电位由零变为正值的过程。复极化复极化 去极化、反极化后恢复到极化的过程。去极化、反极化后恢复到极化的过程。超极化超极化 静息电位增大的过程。静息电位增大的过程。精选精选第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能精选精选本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：本节主要以骨骼肌为例讨论以下内容：1 1、骨骼肌细胞结构骨骼肌细胞结构2 2、神经兴奋如何引起骨骼肌收缩神经兴奋如何引起骨骼肌收缩 神经神经-肌接头处兴奋传递肌接头处兴奋传递 兴奋兴奋-收缩耦联收缩耦联 肌丝滑行学说肌丝滑行学说3 3、骨骼肌的收缩形式骨骼肌的收缩形式4 4、影响骨骼肌收缩的因素。影响骨骼肌收缩的因素。内容提要：内容提要：精选精选1、骨骼肌细胞的结构、骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞骨骼肌细胞 /肌纤维肌纤维 肌原纤维肌原纤维 肌管系统肌管系统精选精选肌原纤维结构肌原纤维结构肌小节：肌小节：1/2明带明带 暗带暗带 1/2明带明带肌丝：肌丝：粗肌丝粗肌丝细肌丝细肌丝 精选精选肌动蛋白肌动蛋白原肌球蛋白原肌球蛋白肌钙蛋白肌钙蛋白细肌丝细肌丝精选精选横桥作用：横桥作用：与肌动蛋白结与肌动蛋白结合，扭动、解离、合，扭动、解离、复位、再结合复位、再结合.有有ATP酶活性酶活性精选精选肌管系统肌管系统横横 管管终未池终未池三三联联管管横横 管管纵纵 管管精选精选肌管系统作用肌管系统作用精选精选骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞的结构骨骼肌细胞骨骼肌细胞 /肌纤维肌纤维 肌原纤维肌原纤维 肌管系统肌管系统精选精选2、神经肌肉接头处兴奋的传递、神经肌肉接头处兴奋的传递精选精选神经肌肉接头兴奋传递过程神经肌肉接头兴奋传递过程精选精选神经肌肉接头兴奋传递特点神经肌肉接头兴奋传递特点精选精选3、兴奋收缩耦联、兴奋收缩耦联概念：概念：骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩骨骼肌细胞兴奋时肌膜产生的电变化导致肌肉收缩的机械变化的过程的机械变化的过程Ca2+精选精选4、肌丝滑行学说、肌丝滑行学说精选精选肌丝滑行过程：肌丝滑行过程：精选精选骨骼肌收缩过程骨骼肌收缩过程精选精选5、骨骼肌的收缩形式、骨骼肌的收缩形式等长收缩：只有张力增加而无长度改变的肌肉收缩形式。等长收缩：只有张力增加而无长度改变的肌肉收缩形式。等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。等张收缩：只有长度缩短而无张力改变的肌肉收缩形式。精选精选骨骼肌的收缩形式骨骼肌的收缩形式单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。单收缩：肌肉受单次刺激而出现的独立收缩。精选精选骨骼肌的收缩形式骨骼肌的收缩形式复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。精选精选精选精选6、影响骨骼肌收缩的主要因素影响骨骼肌收缩的主要因素前负荷前负荷：肌肉收缩前就遇到的负荷。：肌肉收缩前就遇到的负荷。初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。初长度：前负荷作用下肌纤维所处的最初长度。前负荷对收缩的影响：前负荷对收缩的影响：在一定范围内，前负荷愈大，在一定范围内，前负荷愈大，初长度愈长，收缩力愈大；初长度愈长，收缩力愈大；最适初长度时，肌肉收缩能最适初长度时，肌肉收缩能使肌肉产生最大张力；使肌肉产生最大张力；前负荷过大，初长度过长，前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。收缩力降低。精选精选不同初长度时粗、细肌丝重合程度不同初长度时粗、细肌丝重合程度和产生张力的关系示意图和产生张力的关系示意图精选精选后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。后负荷：肌肉收缩过程中所受的负荷。后负荷对收缩的影响：后负荷对收缩的影响：先产生张力，后出现缩短，先产生张力，后出现缩短，缩短发生后张力不再增加缩短发生后张力不再增加后负荷愈大，张力愈大，缩后负荷愈大，张力愈大，缩短出现愈迟，缩短的初速度和总长短出现愈迟，缩短的初速度和总长度愈小度愈小 精选精选能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。收缩能力好收缩能力好 收缩效果好收缩效果好收缩能力差收缩能力差 收缩效果差收缩效果差精选精选心心 肌肌心肌收缩具有以下特点：心肌收缩具有以下特点：1.1.“全或无全或无”式收缩式收缩 2.2.对细胞外液对细胞外液CaCa2+2+的依赖性的依赖性 3.3.心肌细胞能抵抗过度延伸的特性心肌细胞能抵抗过度延伸的特性精选精选复习题复习题1.1.细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠细胞膜的物质转运方式有哪些？简述钠-钾泵的作用及意钾泵的作用及意义。义。2.2.简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。简述静息电位的产生机制及影响静息电位大小的因素。3.3.何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。何谓动作电位？简述动作电位的产生原理及特点。4.4.神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什神经纤维动作电位的传导形式有哪些？其传导的特征是什么？么？5.5.试述骨骼肌神经试述骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程及其特点。肌接头的兴奋传递过程及其特点。6.6.何谓兴奋何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？收缩偶联？其结构基础是什么？钙起何作用？精选精选思思 考考 题题1.在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液在生理实验中，人工的轻度增加细胞外液K K+浓度时，其静浓度时，其静息电位和动作电位有何变化？为什么？息电位和动作电位有何变化？为什么？2.2.改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓改变刺激强度，单一神经纤维的动作电位有何变化？何谓“全全”或或“无无”式的？式的？3.3.当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，当刺激神经肌肉标本的神经干时，如果肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？可能有哪些原因？精选精选