细胞的生物电现象3.pptx
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1、动物的门类繁多、结构复杂,动物的门类繁多、结构复杂,但不同种类的动物或不同的生理活但不同种类的动物或不同的生理活动都表现出共同的基本特性和普遍动都表现出共同的基本特性和普遍规律。本章将从动物整体和细胞的规律。本章将从动物整体和细胞的角度讨论这些特性和规律。角度讨论这些特性和规律。第一节第一节稳态与机体机能活动的调节稳态与机体机能活动的调节第二节第二节细胞的基本功能细胞的基本功能一、生命的基本特征一、生命的基本特征二、内环境与稳态二、内环境与稳态三、机体机能活动的调节三、机体机能活动的调节1.新陈代谢新陈代谢(metabolism)概念:新陈代谢是指机体主动地与环境进行概念:新陈代谢是指机体主动
2、地与环境进行物质和能量交换,以及机体内部物质和能量物质和能量交换,以及机体内部物质和能量的转变转移过程。的转变转移过程。同化作用:同化作用:把从外界环境摄入体内的营养物把从外界环境摄入体内的营养物质经过改造或转化,以提供建造自身结构所质经过改造或转化,以提供建造自身结构所需的原料和能量,称为需的原料和能量,称为异化作用:异化作用:将组成自身的物质或贮存于体内将组成自身的物质或贮存于体内的物质分解,并把分解后的终产物排出体外,的物质分解,并把分解后的终产物排出体外,称为称为2.兴奋性兴奋性(excitability)一切活组织或细胞,当其周一切活组织或细胞,当其周围环境条件迅速改变时,有产生动作
3、电位并发生反应围环境条件迅速改变时,有产生动作电位并发生反应(response)的能力或特性,称为兴奋性或应激性的能力或特性,称为兴奋性或应激性(感应感应性,性,irritability)。刺刺激激(stimulus):引引起起反反应应的的环环境境条条件件的的迅迅速速变变化化称称为为刺激刺激。可可兴兴奋奋细细胞胞:在在动动物物组组织织中中,通通常常以以神神经经细细胞胞和和肌肌细细胞胞以以及及腺腺细细胞胞表表现现出出较较高高的的兴兴奋奋性性,因因此此被被称称为为可可兴兴奋奋细胞或可兴奋组织细胞或可兴奋组织(excitabletissue)。兴奋兴奋(excitation):由相对静止状态转变为显
4、著活动由相对静止状态转变为显著活动状态,或由活动弱变为活动强。状态,或由活动弱变为活动强。抑制抑制(inhibition):另一种是由显著活动状态转变为另一种是由显著活动状态转变为相对静止状态,或由活动强变为活动弱相对静止状态,或由活动强变为活动弱。3.生殖生殖(reproduction)生生殖殖(自自我我复复制制,self-replication):是是个个体体生生长长发发育育到到一一定定阶阶段段时时可可产产生生相相似似的的另一新个体的过程。另一新个体的过程。新新陈陈代代谢谢、兴兴奋奋性性和和生生殖殖是是生生命命的的基基本本特特征征,是是从从生生命命的的普普遍遍现现象象和和种种群群角角度度出
5、出发发的的,并并不不一一定定在在每每个个生生物物个个体体表表现现出出来来,也也不一定在个体生活史的每一个阶段表现出来。不一定在个体生活史的每一个阶段表现出来。1.内内环环境境(internalenvironment):血血浆浆、淋淋巴巴液液、组组织织液液等等组组成成细细胞胞外外液液(extracellularfluid),也也称称细胞外液为机体的内环境。细胞外液为机体的内环境。2.稳稳态态(homeostasis):机机体体依依赖赖调调节节机机制制对对抗抗内内外外环环境境变变化化的的影影响响,维维持持内内环环境境等等生生命命指指标标和和生生命命现现象象动态平衡的相对稳定状态。动态平衡的相对稳定
6、状态。维持稳态的生理意义维持稳态的生理意义:稳态是新陈代谢的必要保证。稳态是新陈代谢的必要保证。细细胞胞正正常常兴兴奋奋性性的的维维持持需需要要膜膜内内外外离离子子浓浓度度的的相对稳定。相对稳定。在在外外界界环环境境剧剧烈烈变变化化(如如温温度度)时时,内内环环境境保保持相对稳定是机体具有适应能力的前提。持相对稳定是机体具有适应能力的前提。3.生生物物节节律律(biorhythm):在在生生理理学学中中,把把按按一一定定的的时时间间顺顺序序发发生生变变化化,即即按按一一定定的的时时间间重重复复出出现现、周周而而复复始始的的功功能能活活动动变变化化节节律律叫叫做做生生物物节节律律。动动物物生生物
7、物节节律律的的形形成成既既源源于于遗遗传传的的固固有有节节律律,又又受受环环境境影影响响,是是动动物物对生存环境长期适应、世代积累的结果。对生存环境长期适应、世代积累的结果。(一)机体机能活动的调节方式(一)机体机能活动的调节方式1、神经调节神经调节2、体液调节、体液调节3、自身调节、自身调节(二)机体机能活动的调控模式(二)机体机能活动的调控模式1.非自动控制系统非自动控制系统2.反馈反馈(feedback)控制系统控制系统3.前馈(前馈(feedforward)控制系统控制系统 整整整整合合合合作作作作用用用用(integrationintegration):机机机机体体体体不不不不断断断
8、断地地地地调调调调节节节节体体体体内内内内各各各各器器器器官官官官、系系系系统统统统的的的的活活活活动动动动,使使使使它它它它们们们们相相相相互互互互密密密密切切切切协协协协调调调调配配配配合合合合,同同同同时时时时也也也也要要要要不不不不断断断断地地地地调调调调节节节节机机机机体体体体的的的的各各各各种种种种机机机机能能能能活活活活动动动动,以以以以便便便便与与与与内内内内、外外外外环环环环境的变化相适应。机体的这种调节作用称为境的变化相适应。机体的这种调节作用称为境的变化相适应。机体的这种调节作用称为境的变化相适应。机体的这种调节作用称为 方方方方式式式式:通通通通过过过过神神神神经经经经
9、调调调调节节节节与与与与体体体体液液液液调调调调节节节节以以以以及及及及器器器器官官官官、组组组组织织织织、细细细细胞的自身调节等三种方式进行的。胞的自身调节等三种方式进行的。胞的自身调节等三种方式进行的。胞的自身调节等三种方式进行的。1.1.神经调节神经调节神经调节神经调节(neuroregulation)neuroregulation)反反反反射射射射:在在在在中中中中枢枢枢枢神神神神经经经经系系系系统统统统参参参参与与与与下下下下,机机机机体体体体对对对对内内内内、外外外外环环环环境境境境刺刺刺刺激所发生的反应。激所发生的反应。激所发生的反应。激所发生的反应。反射弧反射弧反射弧反射弧(r
10、eflex arc)reflex arc):反射的结构基础称为反射的结构基础称为反射的结构基础称为反射的结构基础称为 反反反反射射射射弧弧弧弧组组组组成成成成:感感感感受受受受器器器器、传传传传入入入入神神神神经经经经、神神神神经经经经中中中中枢枢枢枢、传传传传出出出出神神神神经和效应器五个部分。经和效应器五个部分。经和效应器五个部分。经和效应器五个部分。2.体液调节体液调节(humoral regulation)概概念念:机机体体的的内内分分泌泌细细胞胞能能产产生生某某些些特特异异性性化化学学物物质质(如如激激素素),通通过过血血液液循循环环输输送送到到全全身身各各处处,对对某某些些特特定定
11、的的组组织织起起作作用用,以以调调节机体的节机体的 机能活动,这种激素调节就属于机能活动,这种激素调节就属于 局局部部性性体体液液调调节节:组组织织细细胞胞的的一一些些代代谢谢产产物物在在组组织织中中含含量量增增加加时时,能能引引起起局局部部的的血血管管舒舒张张,使使局局部部血血流流量量增增加加,从从而而使使积积蓄蓄的的代代谢谢产物能较迅速地被运走,这可称为产物能较迅速地被运走,这可称为 神神经经调调节节的的特特点点:是是迅迅速速而而精精确确,作作用用部部位位准准确,持续时间较短;确,持续时间较短;体体液液调调节节的的特特点点:是是出出现现缓缓慢慢,作作用用部部位位较较广广泛,持续时间较长。泛
12、,持续时间较长。神神经经-体体液液调调节节(neurohumoral regulation):在在人人和和大大多多数数高高等等动动物物有有神神经经调调节节和和体体液液调调节节两两种种机机制制,二二者者相相辅辅相相成成,共共同同完完成成机机体体机机能能调调节节的的任任务务。大大多多数数内内分分泌泌腺腺也也直直接接或或间间接接受受到到神神经经系系统统的的控控制制,使使体体液液调调节节成成为为神神经经调调节节的的一一环环,相相当当于于反反射射弧弧传传出出路路径径上上的的一一个个延延续续部分,这种情况称为部分,这种情况称为 3.自身调节自身调节(autoregulation)自自身身调调节节:指指细细
13、胞胞、组组织织、器器官官在在不不依依赖赖于于外外来来的的神神经经或或体体液液调调节节情情况况下下,自自身身对对刺刺激激发生的适应性反应过程。发生的适应性反应过程。特特点点:自自身身调调节节的的调调节节幅幅度度较较小小,也也不不十十分分灵敏,但对生理功能的调节仍有一定意义。灵敏,但对生理功能的调节仍有一定意义。运运用用20世世纪纪40年年代代发发展展起起来来的的控控制制论论(cybernetics)原原理理分分析析机机体体的的调调节活动,可将其分为以下三类控制系统。节活动,可将其分为以下三类控制系统。1.非自动控制系统非自动控制系统2.反馈反馈(feedback)控制系统控制系统3.前馈(前馈(
14、feedforward)控制系统控制系统 1.非非自自动动控控制制系系统统 象象各各种种有有害害刺刺激激引引起起动动物物应应激激这这样样的的调调节节活活动动,刺刺激激决决定定着着反反应应,而而反反应应不不能能改改变变控控制制部部分分的的活活动动,属属开开环环系系统统。这这种种控控制制系系统统无无自自动动控控制制的的能能力力,只只要要刺刺激激存存在在,反反应应就就将将继继续续下下去去。非自动控制系统在体内不多见。非自动控制系统在体内不多见。2.反馈反馈(feedback)控制系统控制系统 反反馈馈调调节节:由由受受控控部部分分送送回回到到控控制制中中枢枢的的信信息息称为称为“反馈反馈”信息,这种
15、调节方式称为信息,这种调节方式称为 负负反反馈馈(negative feedback);正正反反馈馈(positive feedback)。3.前馈(前馈(feedforward)控制系统控制系统 在在前前馈馈控控制制系系统统中中监监测测装装置置(感感受受器器)不不是是检检测测输输出出变变量量的的波波动动,而而是是直直接接检检测测到到干干扰扰信信息息(条条件件刺刺激激)后后发发出出前前馈馈信信息息,作作用用于于控控制制系系统统,调调整整控控制制信信息息以以对对抗抗干干扰扰信信息息对对受受控控系系统统的的作作用用,从从而而使使输输出出变变量量保保持持稳稳定定。它它可可以以避避免免反反馈馈调调节节
16、的的波波动动性性和和反反应应滞滞后后,更更好好地地保保持持稳稳态态,其其预预见见性更具有适应性意义。性更具有适应性意义。细胞生理学细胞生理学(cellphysiology)的主要内容包括:的主要内容包括:细细胞胞膜膜和和组组成成其其他他细细胞胞器器的的膜膜性性结结构构的的化化学组成和分子结构;学组成和分子结构;不同物质分子或离子的跨膜物质转运机理;不同物质分子或离子的跨膜物质转运机理;以以不不同同带带电电离离子子跨跨膜膜运运动动为为基基础础的的细细胞胞生生物电现象;物电现象;作作为为细细胞胞接接受受外外界界影影响响或或细细胞胞间间相相互互影影响响基础的跨膜信号传递功能;基础的跨膜信号传递功能;
17、以以及及肌肌细细胞胞如如何何在在细细胞胞膜膜电电变变化化的的触触发发下下出现机械性收缩活动出现机械性收缩活动(见第八章见第八章)。一、细胞膜结构及物质转运功能一、细胞膜结构及物质转运功能二、细胞的兴奋性与生物电现象二、细胞的兴奋性与生物电现象三、兴奋的细胞间传递三、兴奋的细胞间传递(一)膜的化学组成和分子结构(一)膜的化学组成和分子结构(二)细胞膜的跨膜物质转运功能(二)细胞膜的跨膜物质转运功能1.被动转运被动转运2.主动转运(主动转运(activetransport)3.胞吐胞吐(exocytosis)与与入胞入胞(endocytosis)式物质转运式物质转运 在在电电子子显显微微镜镜下下分
18、分为为三三层层由由脂脂类类、蛋蛋白白质质和和糖糖类类等等物物质质组组成成,以以蛋蛋白白质质和和脂脂质质为主,糖类只占极少量。为主,糖类只占极少量。流流体体镶镶嵌嵌模模型型(fluid mosaic model):以以液液态态的的脂脂质质双双分分子子层层为为基基架架,其其中中镶镶嵌嵌着着具具有有不不同同分分子子结结构构和和不不同同生生理理功功能能的的蛋蛋白白质质,后后者者主主要要以以-螺螺旋旋或或球球形形蛋蛋白白质质的的形形式存在。式存在。1.脂质双分子层(脂质双分子层(lipid bilayar)磷磷脂脂的的基基本本结结构构是是:一一分分子子甘甘油油的的两两个个羟羟基基同同两两分分子子脂脂酸酸
19、相相结结合合,另另一一个个羟羟基基则则同同一一分分子子磷磷酸酸结结合合,后后者者再再同同一一个个碱碱基基结结合合。动动物物细细胞胞膜膜中中的的磷磷脂脂主主要要有有四四种种:磷磷脂脂酰酰胆胆碱碱、磷磷脂脂酰酰乙乙醇醇胺胺、磷磷脂脂酰酰丝丝氨氨酸酸和磷脂酰肌醇。和磷脂酰肌醇。2.膜蛋白质膜蛋白质 表表面面蛋蛋白白质质:蛋蛋白白质质以以其其肽肽链链中中带带电电的的氨氨基基酸酸或或基基团团,与与膜膜两两侧侧的的脂脂质质极极性性基基团团相相互互吸吸引引,使使蛋蛋白白质质分分子子像像是是附附着着在在膜膜的的表表面,这称面,这称 结结合合蛋蛋白白质质:有有些些蛋蛋白白质质分分子子的的肽肽链链则则可可以以一一
20、次次或或反反复复多多次次贯贯穿穿整整个个脂脂质质双双分分子子层层,疏疏水水的的-螺螺旋旋正正好好与与膜膜内内疏疏水水性性烃烃基基相相吸吸引,肽链两端露出在膜的两侧,这称为引,肽链两端露出在膜的两侧,这称为3.细胞膜糖类细胞膜糖类 细细胞胞膜膜所所含含糖糖类类甚甚少少,主主要要是是一一些些寡寡糖糖和和多多糖糖链链,它它们们都都以以共共价价键键的的形形式式和和膜膜脂脂质质或或蛋蛋白白质质结结合合,形形成成糖糖脂和糖蛋白;脂和糖蛋白;糖糖链链的的意意义义:以以其其单单糖糖排排列列顺顺序序上上的的特特异异性性,作作为为它它们们所所在在细细胞胞或或它它们们所所结结合合的的蛋蛋白白质质的的特特异异性性“标
21、标志志”。1.被动转运被动转运(passive transport)概概念念:物物质质从从高高浓浓度度的的一一侧侧,通通过过细细胞胞膜膜运运送送到到低低浓浓度度的的一一侧侧,即即顺顺浓浓度度的的方方向向跨跨膜膜转转运的过程称为运的过程称为 特特点点:物物质质的的转转运运速速率率既既依依赖赖于于膜膜两两侧侧被被转转运运物物的的浓浓度度差差,又又与与被被转转运运物物质质的的分分子子大大小小、电荷和在脂质层中的溶解性有关。电荷和在脂质层中的溶解性有关。被被 动动 转转 运运 包包 括括 单单 纯纯 扩扩 散散(simple diffusion)和和 易易 化化 扩扩 散散(facilitated d
22、iffusion)。)。1.被动转运被动转运 单单纯纯扩扩散散 疏疏水水性性小小分分子子及及极极性性分分子子能能迅迅速速地地经经扩扩散散通通过过脂脂双双层层膜膜。是是单单纯纯的的物物理理过过程程的的跨跨膜膜物物质质转转运运方方式称为单纯扩散。式称为单纯扩散。易易化化扩扩散散 稍稍大大些些的的极极性性分分子子和和小小的的带带电电离离子子通通过过细细胞胞膜膜需需要要借借助助膜膜蛋蛋白白的的帮帮助助,扩扩散散速速率率显显著著增增大大,称称为易化扩散。为易化扩散。易化扩散易化扩散 类类型型:1、以以载载体体为为介介导导的的易易化化扩扩散散(carrier-mediated diffusion)“载载体
23、体”是是指指细细胞胞膜膜上上一一类类特特殊殊蛋蛋白白质质,它它能能在在物物质质高高浓浓度度一一侧侧与与其其发发生生特特异异性性结结合合,诱诱发发具具体体过过程程尚尚不不完完全全清清楚楚的的构构象象变变化,把物质转运到低浓度一侧并解离。化,把物质转运到低浓度一侧并解离。2、以以通通道道为为介介导导的的易易化化扩扩散散 常常与与一一些些带带电电离离子子的的跨跨膜膜扩扩散散有有关关。通通道道蛋蛋白白质质有有多多种种,如如Ca2+通道有通道有3种,种,K+通道达通道达7种以上。种以上。通通道道区区分分为为化化学学依依从从性性通通道道(如如ACh道道)和和电电压依从性通道压依从性通道(如(如Na+道)等
24、。道)等。2.主动转运(主动转运(active transport)一一些些离离子子在在细细胞胞内内外外的的分分布布存存在在显显著著差差别别。细细胞胞之之所所以以能能维维持持这这种种恒恒定定的的离离子子梯梯度度差差,是是由由于于细细胞胞膜膜具具有有逆逆浓浓度度梯梯度度转转运运物物质质的功能,称为主动转运的功能,称为主动转运。表表1-1 典典型型的的哺哺乳乳动动物物细细胞胞内内外外离离子子浓浓度度的的比比较较 单位:单位:mmol/L 2.主动转运主动转运 电电化化学学梯梯度度(electrochemical gradient):被被运运送送物物质质如如果果带带有有电电荷荷,则则转转运运逆逆两两
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