_{第二章细胞的基本功能}

第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能

一、细胞膜的膜的化学组成和分子结构

膜主要由脂质、蛋白质和糖类组成。

液态镶嵌模型：

  它们的分子是以液态脂质www.lindalemus.com双分子层为基架, 其中镶嵌着不同功能的球形蛋白质。

二、跨膜物质转运功能

(一)单纯扩散：脂溶性物质由高浓度侧向低浓度侧的净移动,其跨膜通量与浓度差呈正比,还与物质的脂溶性大小和通透性有关,如体内的O₂和CO₂的转运。

(二)易化扩散：不溶于脂或脂溶性甚小的物质在膜蛋白质“帮助”下,由高浓度侧向低浓度侧的转运。

1. 载体介导的易化扩散

载体介导的易化扩散：物质与载体蛋白的位点结合,引起后者变构将物质移向浓度低侧。如葡萄糖、氨基酸等小分子亲水性、非离子物质的转运。

特点：(1)结构特异性   (2) 饱和现象 (3)竞争性抑制

2.通道介导的易化扩散：通道蛋白受电、化学因素剌激而变构产生水相孔道(通道)，带电离子经通道顺浓度移动，扩散通量与膜两侧离子的浓度和电场力有关。通道有开放和关闭状态，并由“闸门”控制。体内钠、钾、钙等离子的跨膜扩散，均有其特异的通道蛋白参与，分别称为钠通道、钾通道和钙通道等。

上述两种方式均系顺浓度差转运，无需代谢能，称为被动转运。其最终达到的平衡点是两侧浓度差为零，如果转运的物质是离子，则其最终的平衡点是电-化学势为零，此时浓度差并不消失。

(三) 主动转运：通过细胞本身耗能过程, 将物质分子或离子由低浓度侧移向高浓度侧。这种转运逆电－化梯度进行,  

钠和钾的主动转运：

钠－钾泵(钠泵)作用   钠泵是一种钠－钾依赖式ＡＴＰ酶， 当膜内多钠和膜外多钾时激活,分解ＡＴＰ供能，耦联转运钠和钾。

钠泵活动的意义：

  （1)使细胞内高K⁺ , 利于细胞代谢活动；

  （2)防止Na⁺过多进入细胞导致水分子过多,  引起细胞肿胀而破坏细胞结构；

  （3)建立钠、钾浓度势能贮备是产生生物电的基础；

  （4)钠浓度势能也可用于非离子物质的主动转运(继发性主动转运)。

（四)继发性主动转运

如小肠上皮皮细胞的吸收和肾小管上皮细胞的重吸收

同向转运  逆向转运

(五)出胞和入胞：见于大分子物质和物质团块的跨膜转运。前者如内分泌腺分泌激素;

后者如白细胞吞噬细菌等。

第二节细胞的跨膜信号转导功能

一、细胞的跨膜信号传导概念的提出

激素、递质和药物以及非化学外界剌激信号®与膜受体结合或作用于感受结构® 跨膜信号传递®细胞电变化或功能改变。

二、几种主要的跨膜信号转导方式

(一)由具有特殊感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号转导

1.  化学门控通道：终板膜N-型Ach门控通道（促离子型受体)

运动神经末稍释放递质(乙酰胆碱,Ach) ® 终板膜Ach 门控通道变构(开放)®Na⁺

内流(和K⁺外流)®终板电位®肌肉兴奋和收缩。

2. 电压门控通道：

   体内的神经和肌肉细胞存在感受电压变化的通道蛋白,  属于电压门控通道。 如钠通道

   其在跨膜信息传递中的作用为：

   膜电位变化®电压门控通道开闭®离子跨膜运动和膜电位变化®功能效应(收缩、分泌)。  

此类通道蛋白分子内，有对电压敏感的极性基团(带正电荷的精或赖氨酸残基),感受膜电位变化剌激时产生变构,并诱发闸门开闭。

3. 机械门控通道：

机械振动引起内耳毛细胞顶部细胞膜的听毛弯曲,毛根部变形而激活机械门控通道，产生感受器电位(详感官章)。

（二)由膜的受体蛋白质、G蛋白和膜的效应器酶完成的跨膜信号传导

受体：细胞的某一特殊部分，他能与某种化学分子特异性结合，引发细胞特定的生理效应。
蛋白质：膜、胞浆、核受体

G蛋白：由α、β、γ三个亚单位组成

G蛋白参与的信息传递系统：

Ｈ_s＋Ｒ_s→Ｇ_s→腺苷酸环化酶(+)→cAMP­ 

（三)由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导

生长因子+受体（酪氨酸激酶受体)→酪氨酸激酶激活

三、跨膜信号转导和原癌基因

第三节细胞的跨膜电变化

一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象

1.兴奋：剌 激引起组织细胞产生反应的过程

2.兴奋性：组织细胞对剌激产生兴奋 (即动电位)的能力。

3. 可兴奋细胞：神经、肌肉、腺细胞。

（一)   单一细胞的跨膜静息电位和动作电位

1.静息电位( resting  potential)：

指细胞未受剌激时存在于膜两侧的电位差,又称跨膜静息电位。各种细胞介于-10~-90mV。

极化， 超极化 概念。

[k⁺]膜内>膜外 ® k⁺向外扩散®内负外正电位差---电-化学平衡--- ®

膜只对k⁺通透 

内负外正电位差稳定(k⁺ 平衡电位即静息电位)

2. 动作电位(action  potential)： 

指膜受剌激时，在静息电位基础上产生的扩布性电位变化，是兴奋的标志。
除极相:膜内负电位快速消失进而变正,由-90mV-+35mV
复极相：膜内电位由+35mV恢复至静息电位水平。
去极化、复极化、锋电位
锋电位和钠平衡电位
除极相(上升支)：
剌激®钠通道开放(通透性­)---电-化梯度---®Na⁺内流®膜除极------电-化学平衡------®钠平衡电位(超 射)
复极相(下降支)：
钠通道很快失活Na⁺通透性迅速¯，k⁺通道激活和k⁺外流® 膜内电位向负值恢复达到原先静息水平。

膜片钳技术

a) 基本原理：微吸管接触胞膜和抽吸→高阻封接 (膜片与胞膜其他部位电学隔离)→ 记录经一个或少数几个通道的离子电流并进行通道功能的分析。

b)结果：开放关闭迅速，失活特性，开放概率与去极化程度有关。

动作电位的特征：

1.全或无现象：一旦产生即达最大值

2.不衰减传导：

3.脉冲式：不应期使之不重合

小结：神经动作电位的除极是Na⁺内流,  复极是k⁺外流; 锋电位是动作电位的主要成分

二、动作电位的引起和它在同一细胞的传导

（一)   阈电位和锋电位的引起

阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值.当剌激引起的去极化达阈电位时,更多的钠通道开放和产生更大的Na⁺电流并形成再生循环,可使除极速度加快约500倍。

阈强度---剌激持续时间、强度-时间变率固定不变时,  引起兴奋所需的最小剌激强度。是兴奋性高低的指标;兴奋性与阈值呈反比。
阈电位概念是用膜本身除极的临界值来描述动电位的产生条件, 而阈强度是膜由静息电位除极达阈电位引起兴奋的剌激强度。

（二)局部兴奋： 

概念：指阈下剌激引起少量钠通道开放所产生的、较小的局部去极化电位，又称局部反应。

局部兴奋的特征：
非“全或无”式电位,  随剌激强度加大而增大；电位幅度小城衰减性传导(电紧张性扩布, 影响邻近膜的兴奋性)；可产生总和 (时间和空间总和) 而使膜除极达阈电位而兴奋。

（三)兴奋在同一细胞上的传导机制：

传递：动作电位在两个细胞之间进行传播

神经冲动：在神经纤维上传导的动作电位

通过局部电流传导, 即兴奋部与未兴奋部形成的局部电流“剌激”未兴奋部产生动作电位(兴奋)

有髓神经纤维：跳跃式传导 

第三节   肌细胞的收缩功能

一、神经-肌肉接头的兴奋传递 

§  结构

§ 传递过程：运动神经兴奋®末稍去极化和Ca²⁺ 内流®末稍释放递质Ach ® Ach与

终板膜化学门控通道a - 亚基结合和通道开放®Na⁺内流(K⁺外流)®  终板膜去极化( 终

 板电位) ®  肌膜动作电位和肌细胞收缩。

3.   特点：  Ach从前膜之后膜

易受环境影响(美洲箭毒、a - 银环蛇毒、三碘季酚与Ach竞争受体而阻断传递；有机磷农药、新斯的明选择性抑制胆碱脂酶,   使Ach积聚而中毒)

终板电位的特征：是局部去极化电位，无“全或无”性质，其幅度有Ach依赖性；电紧

张性扩布；无不应期，可产生总和。

Ach的清除：由胆碱脂酶降解。

（二)骨骼肌的微细结构

1. 肌原纤维和肌小节

肌原纤维：每一肌细胞有上千条,由粗、细肌丝组成。

肌小节：两Z线之间的肌原纤维区域，它是肌收缩的基本单位，长度变动于1.5~3.5mm，安静时为2.0~2.2µm。

(二)肌管系统：

  横管(T管)---传递信息作用；

纵管(L管)即肌浆网---其上有钙池、钙通道、钙泵,  起贮存和释放Ca²⁺ 作用。

三联管--- 细胞膜动作电位与细胞内肌收缩过程耦联的关键部位。

（三)骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联

兴奋-收缩耦联：指以电变化为特征的兴奋和以肌丝滑行为基础的收缩 联系起来的中介过程。

耦联的步聚：电兴奋经横管膜传向细胞深处®三联管处信息传递 ®肌浆网对Ca²⁺的释放和再积聚。

（四)骨骼肌的收缩的分子机制---滑行理论：

细肌丝向粗肌丝之间滑行®肌小节缩短®肌肉缩短。 已从分子水平上得到阐明。

1.粗肌丝：肌凝蛋白(肌球蛋白)组成，其上有横桥, 横桥特性：有ATP酶特性；能与肌纤蛋白可逆结合产生扭动,继而解离、复位和再结合(横桥循环)。

2.细肌丝：包括 1)肌纤蛋白---其上有与横 桥结合的位点 2)原肌凝蛋白---有阻碍横桥与肌纤蛋白结合的作用3)肌钙蛋白---间断出现于原肌凝蛋白分子上, 其三个亚单位中的C是钙受体, I 则有传递信息作www.lindalemus.com/rencai/用。

3.肌丝滑行的基本过程

收缩过程：原肌凝蛋白变构暴露位点®横桥循环®肌丝滑行肌浆 [Ca²⁺]­  ® 肌钙蛋白结合®肌小节缩短。

  舒张过程：肌浆 [Ca²⁺]¯   ®肌钙蛋白解离Ca²⁺ ®原肌凝蛋白复位  ®阻碍横桥与肌纤蛋白结合  ® 细肌丝复位® 肌小节复位  ®肌肉舒张。

参与横桥循环的横桥数和循环进行速度是决定肌肉缩短程度、缩短速度和产生张力的关键因素。

二、骨骼肌收缩的外部表现和力学分析

1.等长收缩（isometriccontraction)：长度不变,   但产生张力。

2.等张收缩（isotonic contraction)：长度缩短,   但张力不再改变。

(一) 前负荷对肌肉收缩的影响----长度-张力曲线

前负荷：  指肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷，它使肌肉预先被拉长 又称初长。

长度-张力曲线---反映初长与收缩张力的关系曲线,  这种关系表明在一定范围内,  肌肉产生的张力随初长的加大而增大。当产生的张力达最大时的初长为最适初长, 此时粗、细肌丝处于最理想的重叠，起作用的横桥数达最大。

 (二)后负荷对肌肉 收缩的影响---张力- 速度曲线 

后负荷：指肌肉开始收缩后才遇到的负荷或阻力。

张力-速度曲线：表明在不同后负荷下进行等张收缩时,  张力与速度呈反变关系。

后负荷过大 (大于最大张力)时,   只产生张力, 无长度缩短(等长收缩)；后负荷过小(理论上为零)时,  缩短速度达最大但无功输出；后负荷在最大张力的30%时, 输 出功达最大。

 (三)肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响

肌肉收缩能力(contractility)：指影响肌肉收缩效果的功能状态改变。目前尚无力学

指标来确定这一参数的变化。当前、后负荷不变或在最适初长下而肌肉收缩效果改变,可以认为是收缩能力改变引起的。 

三、平滑肌的结构和生理特性 

（李建华)