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第二章细胞的基本功能主要内容:细胞膜的基本结构细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜信息转导功能生物的生物电现象(静息电位、动作电位)兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传播神经肌肉接头处的兴奋传递骨骼肌肌纤维的收缩功能一、细胞膜的基本结构提示:注意弄懂细胞膜是什么?它是如何组成的?组成成分的排列和组建方式是什么样的?(一)细胞膜是一个具有特殊结构和功能的半透膜。(二)细胞膜的主要组成成分是脂质和蛋白质,糖类只有极少量。(三)组成成分的排列组建方式可以用“液态镶嵌模型”来理解。1.脂质双分子层亲水端――朝向膜的内、外表面疏水端――朝向膜的内部脂质的溶点低,所以表现为液态,有流动性、不对称性的特性。2.蛋白质提示:可以把不同的膜蛋白质可以想象成各种各样不同的人膜蛋白质的特点可以归纳为“四不同”:大小不同、形态不同、高矮不同(根扎的深度不同)、能力不同(功能不同)根据功能的不同可以分为以下三类:转运物质功能的蛋白质包括载体蛋白质、通道蛋白质、离子泵转导信息功能的蛋白质如受体蛋白质做为标志物的蛋白质3.糖类可与蛋白质结合做为标志物,如红细胞的抗原。从蛋白质的功能上我们可以了解到细胞膜具有物质转运功能和信息转导功能。二、细胞膜的跨膜物质转运功能提示:学习过程中注意回答主要的转运形式有哪些?从能量的角度可以把物质转运分为哪两类?两类的主要区别是什么?如何表述和理解不同的转运形式?主要的转运形式有四种:单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞作用从能量角度分可分为两类:被动转运、主动转运“液态”指的是液态的脂质双分子层的构架“镶嵌”指的是其中镶嵌的不同结构和不同功能的蛋白质比较被动转运和主动转运主动转运(离子泵、入胞作用)被动转运(单纯扩散、易化扩散)逆电-化学梯度通过细胞膜顺电-化学梯度通过细胞膜消耗能量不消耗能量建议同学们从三个方面来理解和表述以下四种转运方式,即运什么?怎么运?运到哪?(一)单纯扩散脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的转运过程。主要转运的物质有氧气、二氧化碳(二)易化扩散非脂溶性物质在膜蛋白的帮助下由膜的高浓度一侧向低浓度一侧的转运过程。易化扩散根据膜蛋白的不同分为两种:载体易化扩散:特点包括结构特异性、饱和性、竞争性通道易化扩散:特点包括结构相对特异、无饱和性、通道有开关两种状态(开关的控制有化学门控和电压门控两种)。前者主要转运的有葡萄糖、氨基酸等小分子物质。后者主要转运的主要有钠、钾等带电离子。(三)主动转运某些物质通过细胞本身的某种耗能过程由膜的低浓度一侧向高浓度一侧的转运过程。离子泵是膜上的一种特殊蛋白质,按其转运物质的种类分为钠泵、钾泵和钙泵等。钠、钾泵实际就是钠钾依赖式ATP酶。它的作用在于建立一种势能储备,即钠钾在细胞内外的深度势能。(四)出入胞作用出胞作用指的是某些大分子或团块物质由细胞排出的转运过程。主要转运的有激素等。入胞作用指的是某些大分子或团块物质进入细胞内的转运过程。如白细胞对细菌的吞噬作用。三、细胞膜的跨膜信息转导功能各种刺激信号作用于细胞膜,细胞膜上某些特异蛋白质选择性地接受并引起细胞膜两侧电位变化或细胞内发生某些功能改变,细胞膜的这种作用称为跨膜信号转导功能。按其转导方式分为:通道蛋白质介导的跨膜信号转导又可分为化学门控通道和电压门控通道膜受体蛋白质介导的跨膜信号转导四、细胞膜的生物电现象及其产生机制生物电的主要表现形式为静息电位、动作电位(一)静息电位静息电位概念的理解抓住几个关键词:细胞安静膜内外电位差静息电位表现为膜内相对为负膜外相对为正。极化超极化从极化状态向膜内负值变大方向转化为超极化。正值负值变小负值膜内负值减小为去极化,负值变为正值为反极化静息电位的产生机制:关键在理解生物电的产生是细胞膜两侧带电离子的分布和移动的结果。带电离子主要是钠、钾分布情况是不均匀:钾在内多,钠在外多移动的情况是:静息时对钾的通透性大,对钠的通透性小钾的移动方向是:顺浓度差由细胞膜内侧向细胞膜外侧移动移动的结果:膜内正电荷减少,膜外正电荷增多,膜内电位为负,膜外为正。待钾浓度扩散力与电场力的阻力相平衡时,钾外流停止,形成静息电位。所以静息电位也称为钾平衡电位。(二)动作电位1.概念:可兴奋细胞在受到刺激时,在静息电位的基础上爆发的一次膜两侧快速、可逆、可传播的电位变化被称为动作电位。动作电位包括去极相和复极相。2.产生机制:当细胞受到有效刺激时钠通道被激活,钠顺浓度差向细胞内移动,膜内负电位减小,当减小到阈电位时钠通道大量快速开放,钠大量快速内流,膜内负电位减小到消失到正电位。这个过程是钠内流导致的称钠平衡电位。钠通道失活,钾通透性变大,钾快速外流,膜内电位迅速下降,直到变为静息值。这时电位值是恢复到静息值了,但钾钠离子的分布情况是怎样的呢?钾在外多了,钠在内多了,这样离子分布没在恢复到静息状态。这样将影响下次动作电位的产生。而这种状态恰好激活钠钾泵,它把钠逆浓度差泵到膜外,把钾逆浓度差泵到膜内,使离子的分布也恢复到静息状态,保证了细胞接受新的刺激而产生反应。3.特点:一是“全或无”现象即动作电位刺激小就无,刺激强度足够就达最大,传导中也无衰减;二是脉冲式传导。五、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传播(一)阈电位:指的是能够引起动作电位的临界膜电位。提示:可从阈的字面意思“门坎”和表达的意思“界限”“域”来理解比较阈值(阈强度)、阈电位、肾糖阈等名词。细胞兴奋性的高低与静息电位和阈电位的差值成反变关系。(二)局部兴奋及其向动作电位的转化阈下刺激强引起受刺激的膜局部出现一个较小的去极化反应,称为局部反应或局部兴奋。局部兴奋的电位值为局部电位。局部电位的三个特性:等级性、总和性和电紧张性扩布等。局部去极化的总和达到阈电位时能爆发动作电位。(三)兴奋性的变化规律反极化去极化极化去极化复极化极化绝对不应期相对不应期超常期低常期恢复正常兴奋性的正常、缺失或低下取决于通道蛋白(主要是钠通道)的性状即激活、失活和备用状态。绝对不应期的存在决定了已有动作电位存在期间不可能产生新的兴奋,也就是说,同一部位不可能产生动作电位的重合。(四)兴奋在同一细胞上的传导机制1.无髓神经纤维————局部电流形式传导2.有髓神经纤维————跳跃式传导提示:参考教材21页的图形2-8动作电位在神经纤维上的传导我们在了解了兴奋在同一细胞上的传导机制后,我们要进一步了解兴奋在不同细胞上的传递,选的代表就是神经纤维和肌纤维之间的兴奋传递机制,也就是神经肌肉接头处的兴奋传递。六、神经肌肉接头处的兴奋传递1.传递过程运动神经兴奋神经冲动以局部电流形式传导到神经末梢末梢膜对Ca2+的通透性Ca2+内流Ca2+促使囊泡与接头前膜发生融合、破裂、释放乙酰胆碱乙酰胆碱与接头后膜上的特异性N受体结合使接头后膜对Na+K+Ca2+通透性(Na+内流K+外流)接头后膜去极化产生终板电位(局部电位)达到肌阈电位肌膜爆发动作电位,肌细胞兴奋。请同学们注意接头前膜是哪种细胞的细胞膜?接头后膜是哪种细胞的细胞膜?接头前膜、前膜后膜间的缝隙和接头后膜组成的结构叫做什么?终板是什么?这些传递的步骤哪些是在神经细胞完成的?哪些是在肌细胞完成的?提示:可参考教材22页图2-9神经肌肉接头结构的示意图2.传递特征(1)单向传递(2)时间延搁(3)易受环境因素的影响那么肌纤维兴奋后又是怎样引起肌纤维发生收缩的呢?也就是说肌纤维怎样从电变化转化为机械变化的呢?我们讨论一下这一章的最后一个问题:骨骼肌细胞的收缩功能。七、骨骼肌细胞的收缩功能(一)骨骼肌细胞微细结构的要点肌小节是由粗、细肌丝组成的。粗肌丝由肌凝蛋白组成。肌凝蛋白分头、尾。尾固定在M线,头裸露排列形成横桥。横肌原纤维明带暗带明带纤维暗带暗带纤维肌小节Z线M线Z线桥功能有二:一是拖动细肌丝向M线滑行;二是具有ATP酶的作用。细肌丝由肌纤蛋白、原肌凝蛋白和肌钙蛋白组成。1个横管+2个钙池(两侧)=三联管(兴奋收缩耦联的关键结构)(二)骨骼肌的收缩机制———滑行学说肌浆中Ca2+Ca2+与肌钙蛋白结合原肌钙蛋白构象改变、移位暴露细肌丝与横桥结合的位点横桥与细肌丝结合激活ATP酶,释放能量横桥摆动拖动细肌丝向M线滑行肌小节缩短肌肉收缩肌浆中Ca2Ca2+与肌钙蛋白分离原肌钙蛋白回位遮住细肌丝与横桥结合的位点阻止横桥与细肌丝结合细肌丝被动回位肌小节恢复到静息时长度肌肉舒张(三)兴奋收缩耦联终板电位-----肌细胞膜产生动作电位三联管、肌小节旁三联管信息传递L管对Ca2+储存、释放、回收(四)骨骼肌收缩的外部表现1.等长收缩与等张收缩2.单收缩———潜伏期、缩短期、舒张期复合收缩———完全性强直收缩、不完全性强直收缩(五)影响肌肉收缩的主要因素1.前负荷:肌肉收缩前所遇到的负荷或阻力称为前负荷。它使肌肉在收缩之前被拉长到一定的长度(初长度),前负荷决定初长度。最适初长度和最适前负荷:肌肉在某一初长度时,收缩产生的张力最大,此时的初长度为最适初长度,此时的前负荷为最适前负荷。2.后负荷:肌肉开始收缩后所遇到的负荷称为后负荷。肌肉只有在适度的后负荷是增生张力最大和肌肉缩短的速度最快,做功效果最佳。后负荷过大或过小,对肌肉作用效率都是不利的。提示:可以用一条橡皮筋的拉长缩短来理解肌肉收缩的前负荷和后负荷。3.收缩能力:肌肉内部机能状态称为肌肉的收缩能力。建议同学们用三十分钟的时间来进行课后自测题(二)检测学习效果。自测题(二)一、填空题1.脂溶性小分子物质,如C和O2,通过细胞膜的转运方式是——————————。2.动作电位去极化过程中Na+内流属于膜转运方式的———————————。肌管系统横管系统(T管系统):传播兴奋纵管(L管)系统:L管伸向两端T管处膨大形成钙池3.易化扩散包括以———————————为中介的和以————————为中介的易化扩散两种形式。4.物质由高浓度一侧向低浓度一侧转运,且不耗能的方式有———————————和———————————两种。5.细胞膜主动转运的特点是——————————浓度梯度或电位梯度进行,同时要消耗———————————。6.当细胞内Na+和K+浓度增高时,激活———————————,分解—————————,释放能量。7.主动转运和被动转运的不同之处在于前者是———————和——————浓度梯度的转运过程。8.细胞膜的跨膜信号转导功能分为通道蛋白质介导的跨膜信号转导和———————————介导的跨膜信号转导。9.通道蛋白质介导的跨膜信号转导包括———————————和———————————。10.终板膜上的离子通道属于———————————通道。11.神经细胞和肌细胞上存在的Na+通道和K+通道属于———————————通道。12.以载体为中介的易化扩散运具有等———————————、———————————和———————————三个特点。13.目前认为细胞膜的共同结构形式是一种————————————模型。14.细胞膜是以液态—————双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同结构和不同生理功能的———————。15.运动神经末梢释放神经递质的方式是属于———————————。16.小分子或离子通过细胞膜时的转运方式有———————————;———————————和———————————。17.大分子或团块物质进出细胞膜时的转运方式有———————————和———————————。18.决定扩散量的主要因素是———————————和———————————。19.膜的通透性是指细胞膜对该物质通过的———————————或———————————。20.受体的生理功能是———————————;———————————。21.膜受体的特征有———————————;———————————和———————————。22.静息电位是指细胞在———————————时,存在于膜内外两侧的———————————。23.静息状态下,膜对—————的通透性增高,故静息电位又称——————的平衡电位。24.动作电位的去极化是由于——————
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