细胞的生理功能.ppt

细胞的基本功能,2,掌握1.细胞膜的物质主动转运机能：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞和入胞的概念和特点。2.细胞的生物电现象及其原理，静息电位和动作电位。3.神经-肌肉接头处的兴奋传递过程。4.骨骼肌兴奋收缩耦联过程。,3,熟悉,1.动作电位的传导及其特点2.神经-肌肉接头处的结构和兴奋传递的特点。3.影响骨骼肌收缩的主要因素。4.单收缩与强直收缩，等长收缩与等张收缩。,4,了解,1.G蛋白耦联受体、离子通道；2.骨骼肌收缩的机制。,5,细胞是构成人体最基本的功能单位,6,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,细胞的基本结构,7,1、脂质双分子层-头端亲水。磷酸和碱基是极性基团；尾端疏水。长烃链是非极性基团。这种排列具有稳定性和流动性。（细胞膜的基本骨架）,一.膜的分子结构流体镶嵌模型：以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质。,8,2、膜蛋白质,-根据在膜上的存在形式，可分为整合蛋白(贯穿全层或镶嵌其中,作为离子通道、载体和离子泵)；表面蛋白(附着于膜的外或内表面)功能：物质转运功能 受体功能 识别功能 连接功能 催化功能,9,3、细胞膜糖类(糖链外露)主要是一些寡糖和多糖链以共价键形式与膜蛋白或膜脂质结合，生成糖蛋(glycoprotein)或糖脂(glycolipid)。有些作为抗原决定族=免疫信息(如ABO血型)；有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激素、递质等结合。,二、细胞膜的物质转运方式,小分子物质的转运：,大分子物质的转运：,11,（一）被动转运(passive transport)概念：是物质顺浓度梯度或（和）电位梯度跨细胞膜转运的过程，不需要细胞提供能量。特点：不耗能（转运动力依赖物质的电-浓度梯度所贮存的势能）依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”顺电-浓度梯度进行 分类：单纯扩散 易化扩散,1.单纯扩散(simple diffusion)（1）概念：一些脂溶性小分子物质通过脂质双层由高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,如:氧气 氮气二氧化碳 水 乙醇 尿素 甘油,CO2i CO2o,O2o O2i,（2）影响因素：“单纯”简单的物理扩散 某物质通过膜的难易程度（即膜对该物 质的通透性）取决于它们的脂溶 性和分子大小；扩散的方向和速度取决于膜两侧该物质 的浓度差和膜对该物质的通透性。（3）特点：不需要外力，不消耗能量被动过程,14,2.易化扩散(facilitated diffusion)概念:一些不溶于脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,特点:需依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量 由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动,15,据参与的膜蛋白不同，分为：,经载体的易化扩散,经通道的易化扩散,影响因素：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。,又称以载体为中介的易化扩散、载体运输。,如葡萄糖、氨基酸等等小分子亲水物质在载体蛋白的帮助下顺浓度差进入细胞。,（1）经载体的易化扩散,17,转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA),18,特点:特异性（物质不同载体不同）饱和性（载体的数量是有限的）竟争性（经同一特殊膜蛋白质转运）,又称以通道为中介的易化扩散、通道运输。,如：Na+通道 K+通道 Ca2+通道 Cl-通道,（2）经通道的易化扩散,20,1）转运的物质:各种带电离子如Na+、K+、Ca2+、Cl-,K+i K+o,Na+o Na+i,特点:1、顺浓差或电位差;不耗能(ATP)2、具有选择性(起介导作用的蛋白质有结构特异性);3、通道功能门控性,(即电压门控通道;化学门控通道;机械门控通道)。,通道的开放（激活）或关闭（失活）是通过“闸门”来调控的。,据引起闸门开关动因的不同，分为：化学门控通道：N-Ach（乙酰胆碱）受体 电压门控通道：Na+通道 机械门控通道：听觉毛细胞膜上的离子通道,23,(二)主动转运(active transport)概念：指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；是逆电-化学梯度进行的。分类：,继发性主动转运（简称：联合转运）；,原发性主动转运（简称：泵转运）；,如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等,24,泵转运Na+-K+泵 Na+-K+泵又称钠-钾依赖式ATP酶，简称钠泵。,当细胞内钠增加或细胞外钾增加时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。,25,通道转运与钠-钾泵转运模式图,26,维持细胞外高Na+、细胞内高K+的不均衡离子分布。,2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外,分解ATP产生能量,当细胞内钠增加或细胞外钾增加被激活,钠-钾泵:,钠泵的主要功能：钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件;b.钠泵能不断的将顺浓度梯度漏入的Na+转运回去维持胞内渗透压和细胞容积；c.建立Na+的跨膜浓度梯度，为继发性主动转运的物质提供势能储备；d.钠泵活动造成的跨膜浓度梯度，是细胞发生电活动的前提条件；e.钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的负值增大。,2.继发性主动转运(secondary active transport)简称联合转运(cotransport),指驱动力并不直接来自ATP的分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运方式。,同向转运(symtport),逆向转运(antitport),主动转运与被动转运的区别,主动转运,被动转运,需由细胞提供能量,不需外部能量,逆浓度差或电位差,顺浓度差或电位差,使膜两侧浓度差更大,使膜两侧浓度差更小,1.K进入细胞内错误的叙述是()A.借助通道 B.不耗能 C.被动扩散 D.借助泵 E.顺浓度递度 2.Na进入细胞是()A.借助通道 B.不耗能 C.主动转运 D.借助泵 E.顺浓度递度 3.Na通过细胞膜的方式有()A.易化扩散 B.主动转运 C.单纯扩散 D.出胞 E.入胞 4.Na泵的作用有()A.将Na转运至细胞内B.将细胞外的K转运至细胞内C将K转运至细胞外D.将细胞内Na转运至细胞外E.将Na或K同时转运至细胞外,33,（三）入胞和出胞式转运 一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。,34,1.入胞(endocytosis)又称胞吞，是指细胞外某些大分子物质或物质团快，进入细胞的过程。如蛋白质、脂肪颗粒、细菌和异物等进入细胞的过程。,据入胞物质的性质，入胞分为吞噬、吞饮两种形式。,35,吞噬：固体物质进入细胞的过程。如：巨噬细胞吞噬细菌及衰老、死亡的细胞。,吞饮：液体物质进入细胞的过程。如：小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞和毛细血 管内皮细胞吞饮液体物质。,36,细胞膜上的受体对物质的“辨认”,发生特异性结合=复合物,复合物向膜表面的“有被小窝”移动,“有被小窝”处的膜凹陷,凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡,吞食泡与胞内溶酶体相融合,入胞:,溶酶体中的蛋白水解酶将被吞入的物质消化分解,37,2.出胞(exocytosis),又称胞吐，是指细胞将大分子物质排出细胞的过程。主要见于细胞的分泌过程。,如：内分泌细胞分泌激素 消化腺细胞分泌消化酶 神经末梢释放神经递质,38,分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,膜性结构包被=分泌囊泡,高尔基复合体加工,粗面内质网合成蛋白性分泌物,出胞：,囊泡膜与质膜的某点接触并融合,囊泡的膜成为细胞膜的组成部分,小分子物质的转运：,被动扩散,单纯扩散易化扩散,载体转运通道转运,主动转运,小结：,大分子物质的转运：,入胞出胞,吞噬吞饮,1.下列物质的转运属于哪一种转运方式：肾小管液中的葡萄糖重吸收进入肾小管上皮细胞 葡萄糖进入红细胞 运动神经纤维末梢释放ACh2.载体、通道和离子“泵”的化学本质是什么？,42,复习思考题1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？2.Na+-K+泵的作用意义？3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可使()A.2个钠离子移出膜外 B.2个钾离子移入膜内 C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内,D,43,4、细胞膜的脂质双分子层是()A.细胞内容物和细胞环境间的屏障 B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户 C.离子进出细胞的通道 D.受体的主要成分 E.抗原物质5、葡萄糖进入红细胞膜是属于()A.单纯扩散 B.主动转运 C.易化扩散 D.入胞作用 E.吞饮,A,C,44,第二节 细胞的跨膜信号转导功能 多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统以协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、激素、细胞因子等。跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。跨膜信号转导方式大体有以下三类：,离子通道介导的信号转导,酶偶联受体介导的信号转导,G蛋白偶联受体介导的信号转导,45,一、离子通道介导的信号转导 离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道如：,化学性胞外信号(ACh),ACh+受体=复合体,终板膜变构=离子通道开放,Na+内流,终板膜电位,骨骼肌收缩,46,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,二、G蛋白偶联受体介导的信号转导(一)cAMP信号通路,神经递质、激素等（第一信使）,兴奋性G蛋白(GS),激活腺苷酸环化酶(AC),ATP,cAMP（第二信使）,细胞内生物效应,激活cAMP依赖的蛋白激酶A,结合G蛋白偶联受体,激活G蛋白(与、亚单位分离),47,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,(二)磷脂酰肌醇信号通路,激素（第一信使）,兴奋性G蛋白(GS),激活磷脂酶C(PLC),PIP2,(第二信使）IP3 和 DG,激 活蛋白激酶C,内质网释放Ca2+,激活G蛋白(与、亚单位分离),细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,48,三、酶偶联受体介导的信号转导 受体本身具有酶的活性，又称受体酪氨酸激酶。,生长因子,与受体酪氨酸激酶结合,细胞内生物效应,膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：具有酪氨酸激酶活性,特点：信号转导与G蛋白无关；无第二信使的产生；无细胞质中蛋白激酶的激活。,受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示,49,复习思考题 1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不同？2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几种方式？比较各种方式之间的异同。3.试述细胞信号转导的基本特征。4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间的异同。5.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。,50,概 述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（bioelectricity）。细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。,第三节 细胞的生物电现象,“,是指细胞处于静息时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。,一、静息电位(resting potential,RP),52,2.实验现象：,53,证明RP的实验：,（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。,（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。,（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。,极化：是指安静时，细胞膜两侧电位保持着内负 外正的电荷分布状态。,去极化：细胞接受刺激后，在静息电位的基础上 膜内电位向负值减小的方向变化。细胞去极化时表现为兴奋。,超极化：是指膜内电位向负值增大的方向变化。细胞超极化时表现为抑制。,复极化：细胞膜发生去极化后，电位又恢复到极 化状态的过程。,假设细胞膜的静息电位为-90mV,-90mV-90mV-70mV-90mV-100mV-90mV35mV35mV-90mV,极化RP存在时膜电位外正内负的状态去极化 RP减少的过程-表示兴奋超极化 RP增大的过程-表示抑制去极化复极化去极化后再向RP方向恢复的过程,“膜的离子流学说”生物电产生的前提是：细胞膜内外某些带电离子分布和浓度不同。,在不同状态下，细胞膜对不同的离子具有 不同的通透性。,3.静息电位的产生机制,K+,K+,Na+,Na+,K+,K+,K+,K+,K+,静息电位主要是：K+外流所形成的平衡电位。,59,K膜内顺浓差向膜外扩散A-膜内不能向膜外扩散,膜内电位(负电场)膜外电位(正电场),膜外为正、膜内为负的极化状态,当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP,结论:RP的产生主要是K向膜外扩散的结果。RP相当于K+的平衡电位,60,RP产生的机制抓住两个要点(1)静息状态时，膜内K+膜外30倍,推动K外流(这是产生RP的动力)。(2)静息状态时，膜对K选择性通透,对其他离子通透很少,(这是形成RP的条件)。通透性：K+Cl-Na+A-进入 结论：RP的产生是由于K的外流,其数值相当于K的平衡电位。,61,静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性返回,62,静息状态下膜内、外离子分布不匀。,主要离子分布：,膜内：,膜外：,63,静息状态下细胞膜对K+离子具有选择性的通透,对其他离子不通透或甚少,（3）钠泵的生电作用:对RP的贡献并不很大,65,RP的归纳总结:1、概念-细胞处于相对安静状态时，质膜两侧存在着外正内负的电位差。习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上RP指的是膜内负电位。,2.正常值-哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为-70-90mV。红细胞约为-10mV左右。,66,二、动作电位(action potential AP)(一)动作电位的概念1.概 念：可兴奋细胞是指可兴奋细胞受到有效刺时，在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。,2.AP实验现象：,零电位,阈电位,静息电位,去极化,复极化,超射,锋电位是动作电位的标志,超射-AP上升支中，膜电位高于0位线的部分(50mV)。反极化-去极化至零电位后膜电位进一步变为正值,去 极 化,上 升 支,下降支,3.动作电位的图形,刺激,局部电位,阈电位,去极化,零电位,反极化（超射）,复极化,（负、正）后电位,69,后电位：锋电位下降支最后恢复到RP水平以前，一种时间较长、波动较小的电位变化过程。负后电位:尚未复极到静息电位的部分 正后电位:复极超过静息电位的部分,70,71,4.动作电位的特征：(1)具有“全或无”现象。即动作电位一旦产生就达到最大值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。(2)不衰减式传导。即同一细胞上的AP大小不随传导距离而改变的现象。(3)脉冲式,不融合.(由于它有绝对不应期),动作电位的去极化相：Na+内流形成的平衡电位。,Na+,Na+,Na+,（二）动作电位的形成机制,动作电位的复极化相：K+外流形成的平衡电位。,Na+,Na+,Na+,K+,K+,K+,K+,静息期：钠泵逆浓度差主动转运Na+和K+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,Na+,K+,75,当细胞受到刺激,细胞膜上少量Na+通道激活而开放,Na+顺浓度差少量内流膜内外电位差局部电位,当膜内电位变化到阈电位时Na通道大量开放,Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流,Na+内、K+外激活Na+K+泵,AP上升支下降支产生机制:,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）,Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,77,首先抓住三个要点:1、膜内.外存在Na+浓度差:Na+膜内:Na+膜外 112.2、静息时膜外为+膜内为-,以上是促使Na+内流的两个动力。3、膜受到刺激产生去极化,达到阈电位,Na+通道开放,Na+大量快速内流,暴发AP的上升支.,78,AP的产生机制:,AP上升支,AP下降支,79,结论：AP的上升支是由于Na大量快速内流形成的，下降支是K外流形成的.后电位是NaK泵活动引起的。AP相当于Na的平衡电位。,证明：(1)用Nernst公式计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值。(2)改变膜外离子浓度,观察的变化.(3)用河豚毒阻断Na通道,AP消失。(4)用膜片钳技术测量,证实是Na电流。,81,AP的归纳总结：1.概念在RP基础上，给细胞一个适当刺激，可触发产生可传播的膜电位波动。,2.AP的组成除极过程(AP的上升支-700mv-+50mv)和复极过程(AP的下降支+50mv-70mv).,82,3.AP形成的机制 抓住三个要点：(1)膜外Na+膜内12倍;(2)膜外为+,膜内为-,吸引Na+内流.以上是促使Na+内流的两个动力。(3)刺激使膜去极化,达到阈电位(-55mv)Na+通道开放,Na+大量快速内流,爆发AP上升支。,83,什么时候Na+停止内流呢？Na+内向扩散力(12倍 浓差和负电吸引)=反扩散力(Na+入胞后的排斥力),Na+的净移动=0。结论:AP上升支的形成是由于Na+大量快速内流,其数值相当于Na+的平衡电 位。,84,4.如何证明是Na+的平衡电位？证明:(详见四点)。(1)用Nernst公式计算 AP达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的ENa值。(2)改变膜外离子浓度,观察AP的变化.(3)阻断Na通道(河豚毒),AP消失。(4)用膜片钳技术测量,证实是Na电流。,85,必要前提：组织细胞具有正常的兴奋性必要条件：静息电位去极化达到阈电位水平,（三）、动作电位产生的条件 剌激使膜去极化，只要达到阈电位，Na+通道开放，Na+大量快速内流。,86,阈电位能引起AP的临界膜电位，是引起钠通道大量开放的膜电位值。使细胞膜电位达到阈电位，需要用阈刺激。（神经-55mv；心室肌-70MV），,1、阈电位(threshold potential,TP):,静息电位和阈电位的差值大，细胞兴奋性低；差值小，兴奋性高。,87,阈值(threshold)：又称阈强度，指刚能引起组织产生反应（产生动作电位）的最小刺激强度。阈刺激：具有阈强度的刺激。阈上刺激：强度大于阈值的刺激。阈下刺激：强度小于阈值的刺激。,88,2、局部兴奋和总和：也称局部电位。指一次阈下刺激，使膜受刺激的局部发生少量的 Na+内流，从而产生较小的去极化。即阈电位以下的细胞膜的电位波动。局部反应不能引起动作电位。,89,90,局部电位的特点：不具有“全或无”现象。其幅值可随刺激强度的增加而增大。电紧张方式扩布（传导距离远，电位渐小）。其幅值随着传播距离的增加而减小。具有总和效应：时间性和空间性总和。,91,空间总和：由多个相距较近的局部兴奋同时产生的叠加。时间总和：由连续刺激产生的多个局部兴奋先后产生的叠加。,92,时间性总和,空间性总和,93,动作电位可以由一次阈刺激或阈上刺激引起，也可以由多个阈下刺激的局部兴奋性总和而引发。,局部反应与AP的区别,局部反应 动作电位 阈下刺激引起 阈(上)刺激引起 钠通道少量开放 钠通道大量开放 反应等级性“全或无”有总和效应 无 衰减性传播 非衰减性传播,95,3、组织的兴奋性及其周期性变化（1)兴奋和可兴奋细胞 兴奋：AP的产生过程。实际上是刺激反应的形式，分为兴奋和抑制。兴奋由静到动；由活动弱到强。抑制-由动到静；由活动强到活动弱 可兴奋细胞：凡在受刺激后产生AP的细胞.（神经C、肌C 和腺C）。(2)组织的兴奋性和阈刺激：兴奋性:可兴奋细胞接受剌激后产生AP能力。(是活组织与死组织的根本区别),96,刺激：指细胞所处环境因素的变化。阈强度:能使组织发生兴奋的最小刺激强度。(是衡量组织细胞兴奋性高低的客观指标)（兴奋性=1/阈强度）阈刺激：阈强度的刺激称。,97,（3)细胞兴奋后兴奋性的变化,绝对不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。相对不应期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间。超常期：小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。低常期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。,98,组织兴奋后兴奋性变化的对应关系,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,99,(四)AP的传导1、传导：膜上任何一个部位产生的动作电位，都可沿着细胞膜向周围传播，称为传导。传递(transmission)：动作电位在两个细胞之间进行传播。,100,2.传导机制：已兴奋部位和未兴奋部位之间形成局部电流。局部电流：已兴奋膜与未兴奋膜之间存在电位差，而发生的电荷移动。,101,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动膜内的正电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流：,103,3.传导方式：无髓鞘N纤维的兴奋传导为逐步兴奋逐步传导(1m/s).有髓鞘N纤维的兴奋传导为逐结兴奋跳跃式传导(100m/s).,104,复习思考题 1.静息电位产生的原理是什么？2.动作电位是怎么发生的？3.动作电是如何传导的？影响传导速度的因素有哪些？4.试比较局部电位和动作电位的区别。,105,5、以下关于细胞膜离子通道的叙述,正确的是()A.在静息状态下,Na、K离子通道都处于关闭状态B.细胞受刺激刚开始去极化时,钠离子通道就大量开放C.在动作电位去极相,钾离子通道也被激活,但出现较慢D.钠离子通道关闭,出现动作电位的复极相E.钠、钾离子通道被称为化学依从性通道6、刺激阈指的是()A.刺激强度不变,引起组织兴奋的最适作用时间B.刺激时间不变,引起组织发生兴奋的最小刺激强度C.用最小刺激强度,刚刚引起组织兴奋的最短作用时间D.刺激时间不限,能引起组织兴奋的最适刺激强度E.刺激时间不限,能引起组织最大兴奋的最小刺激强度,C,B,106,第四节 骨骼肌细胞的收缩功能,骨骼肌的活动受运动神经的支配。,从运动神经兴奋到骨骼肌细胞收缩要经历三个连续而复杂的过程：,神经肌肉接头处兴奋的传递 骨骼肌细胞的兴奋收缩耦联 骨骼肌的肌丝滑行收缩。,107,一、肌细胞的收缩功能（一）骨骼肌神经-肌肉接头处的兴奋传递,接头间隙,108,1、神经-肌肉接头的结构 接头前膜：囊泡内含 ACh,并以囊泡为单位释放ACh（称量子释放）。接头间隙：约50-60nm。接头后膜：又称终板膜。存在ACh受体（N2受体），能与ACh发生特异性结合。无电压性门控性钠通道。,神经递质：乙酰胆碱(ACh)终板膜：N2 受体 终板电位,110,2.神经-肌肉接头处的兴奋传递过程,当神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K(尤其是Na)通透性,终板膜去极化终板电位（EPP）,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,爆发肌细胞膜动作电位,神经冲动神经轴突末梢，膜对 Ca2+的通透性，Ca2+内流囊泡移动至接头前膜，释放 ACh 接头间隙接头后膜，ACh与 N2 受体结合接头后膜对 Na+通透性，Na+内流 终板电位。,神经肌肉接头处兴奋的传递过程：,112,N-M接头处的兴奋传递过程,113,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,114,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中的ACh释放(量子释放),115,ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变,116,终板膜对Na、K(尤其是Na)通透性,117,3.神经-肌肉接头处的兴奋传递特点（1）单向传递；只能由接头前膜传向接头后膜（2）时间延搁；是电-化学-电的过程：N末梢APACh受体EPP肌膜AP（涉及环节较多）（3）1对1的关系：接头前膜传来一个AP，便能引起肌细胞兴奋和收缩一次（因每次ACh释放的量，产生的EPP是引起肌膜AP所需阈值的3-4倍）。神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩（因终板膜上含有丰富的胆碱酯酶，能迅速水解ACh）。（4）易受环境因素和药物的影响。,肉毒杆菌毒素，可抑制ACh的释放。有机磷农药可抑制胆碱酯酶，ACh积聚,出现 肌细胞挛缩等中毒症状。美洲箭毒和银环蛇毒可以同ACh竞争结合位点,肌松剂。接头后膜上ACh受体功能异常,重症肌肉无力。,影响神经肌接头化学传递的因素：,119,(二)骨骼肌兴奋-收缩耦联的过程,概念：将以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维机械变化为基础的收缩过程联系起来的的中介过程。,120,骨骼肌细胞的微细结构 特点:含有大量的肌原纤维和发达的肌管系 统，且在排列上是高度规则有序的。,121,1.肌原纤维和肌节(1)肌原纤维 每个肌细胞内含有上千条肌原纤维，每条肌原纤维沿长轴呈现规律的明、暗交替，称为明带和暗带。(2)肌节:是肌细胞收缩的基本结构和功能单位。=1/2明带暗带1/2明带=两条Z线间的区域,2.肌管系统：指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构。,横管,纵管,横管(T管):肌细胞膜垂直于肌原纤维向内凹陷而形成的管道。作用：将AP 细胞内部纵管（L管，肌质网）：与肌原纤维平行。肌节两端膨大的L管称终池，富含Ca2+。作用：对Ca2+储存、释放和再聚集 收缩和舒张 三联管：T管+终池2,注：三联管是兴奋-收缩耦联的关键部位。,124,主要步骤：肌膜电兴奋的传导:指肌膜产生AP后,AP由横管系统迅速传向肌细胞深处，到达三联管。激活Ca2+通道,促使终池内的Ca2+顺浓度梯度进入胞质。胞质中Ca2+浓度的升高,促使肌钙蛋白与Ca2+结合并引发肌肉收缩。激活肌浆网膜上的钙泵,将Ca2+泵回终池,使胞质中Ca2+降低,肌肉舒张。Ca2+是兴奋-收缩耦联的关键物质(耦联物).,在兴奋收缩耦联的过程中,关键的耦联因子：Ca2+结构基础：三联体,126,目前公认的肌肉收缩机制是肌丝滑行理论(myofilament sliding theory)。其主要内容是:骨骼肌的肌原纤维是由粗、细两组与其走向平行的蛋白丝构成,肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生,肌丝本身的长度不变。,（三）骨骼肌的收缩机制(滑行理论),127,究竟是什么原因促使肌节内的细、粗肌丝相互滑行的？,128,1.肌丝的分子组成:粗肌丝 由肌球或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部横桥:能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合;具有ATP酶的作用,与结合位点结合后,分解ATP提供横桥扭动（肌丝滑行）和作功的能量。,129,细肌丝肌动蛋白：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖；原肌球蛋白：静息时掩盖横桥结合位点；肌钙蛋白：与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。,肌纤蛋白(肌动蛋白)原肌凝蛋白 肌钙蛋白,细肌丝,粗肌丝：细肌丝,肌原纤维,头部(横桥)杆状部,肌凝蛋白(肌球蛋白),肌纤蛋白(肌动蛋白)原肌凝蛋白 肌钙蛋白,收缩蛋白：肌凝蛋白和肌动蛋白。调节蛋白：原肌凝蛋白和肌钙蛋白。,肌原纤维主要由粗肌丝和细肌丝组成。,收缩过程,1.肌肉舒张时：,位阻效应产生。,位阻效应解除。,2.肌肉收缩时：,粗肌丝牵拉细肌丝向 M 线方向移动。,135,按任意键飞入横桥摆动动画,肌节缩短=肌细胞收缩,牵拉细肌丝向粗肌丝滑行滑行,横桥摆动,横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量,原肌球蛋白位移，暴露细肌丝上的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白变构,终池膜上的钙通道开放 Ca2+进入肌浆,2.肌肉收缩的过程,136,肌肉收缩和舒张的关键：Ca2+在肌浆中的浓度变化。,Ca2+10-5mol/L时，位阻效应解除。Ca2+10-5mol/L时，位阻效应产生。,138,运动神经冲动传至末梢N末梢对Ca2+通透性增加 Ca2+内流入N末梢内接头前膜内囊泡向前膜移动、融合、破裂ACh释放入接头间隙 ACh与终板膜受体结合受体构型改变终板膜对Na+、K+(尤其Na+)的通透性增加产生终板电位(EPP)EPP引起肌膜AP,肌膜AP沿横管膜传至三联管终池膜上的钙通道开放终池内Ca2+进入肌浆Ca2+与肌钙蛋白结合 引起肌钙蛋白的构型改变原肌凝蛋白发生位移暴露出细肌丝上与横桥结合位点横桥与结合位点结合激活ATP酶作用,分解ATP横桥摆动牵拉细肌丝朝肌节中央滑行肌节缩短=肌细胞收缩,小结：骨骼肌收缩全过程,1.兴奋传递 2.兴奋-收缩（肌丝滑行）耦联,注:收缩和舒张都是主动过程都要ATP供能,139,肌丝滑行几点说明:1.肌细胞收缩时肌原纤维的缩短,并不是肌丝本身缩短,而是细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行。因相邻Z线靠近,即肌节缩短；暗带长度不变,即粗肌丝长度不变；从Z线到H带边缘的距离不变,即细肌丝长度不变;明带和H带变窄。,140,2.横桥的循环摆动，细肌丝向肌节中央(粗肌丝内)滑行，滑行中由于肌肉的负荷而受阻，便产生张力。3.横桥的循环摆动在肌肉中是非同步地，从而肌肉产生恒定的张力和连续的缩短。4.横桥循环摆动的参入数目及摆动速率，是决定肌肉缩短程度、速度和肌张力的关键因素。,141,（四）骨骼肌舒张机制,兴奋-收缩耦联后,肌膜电位复极化,终池膜对Ca2+通透性肌浆网膜Ca2+泵激活,肌浆网膜Ca2+,Ca2+与肌钙蛋白解离,原肌凝蛋白复盖的横桥结合位点,骨骼肌舒张,二、骨骼肌的收缩形式,等长收缩(isometric contraction)：指肌肉收缩时，张力增加，而长度不变。,(一)等长收缩与等张收缩,等张收缩(isotonic contraction)：指肌肉收缩时，张力不变，而长度缩短。,(二)单收缩与强直收缩,单收缩(single twitch)：是指单个细胞或整块的肌肉受到一次短促而有效的刺激时，出现一次收缩和舒张的过程。,强直收缩(tetanus)：,指肌肉受到连续的有效刺激，出现强而持久的收缩。,根据刺激的频率不同，分为不完全强直收缩和完全强直收缩两种。,不完全强直收缩(incomplete tetanus)：新刺激落在前一次收缩的舒张期内，引起的收缩发生不完全的相互融合，称为不完全强直收缩。,完全强直收缩(complete tetanus)：,新刺激落在前一次收缩的收缩期内，各次收缩的张力变化和长度的缩短将完全融合，称为完全强直收缩。,五、影响骨骼肌收缩的主要因素,(一)前负荷(preload),在一定的范围内，肌肉的初长度与肌张力呈正变关系。,肌肉的初长度是指肌肉收缩前在前负荷作用下肌肉的长度。,最适前负荷,指肌肉收缩之前已存在的负荷。,(二)后负荷(afterload),指肌肉开始收缩时承受的负荷。它是肌肉收缩的阻力或做功对象。,肌肉在有后负荷的情况下收缩，总是张力增加在前，长度缩短在后。,适度的后负荷使肌肉做功效率最佳。,(三)肌肉收缩能力(contractility),指与前负荷和后负荷无关的肌肉本身的收缩能力。即肌肉内部的功能状态。,肌肉收缩能力与做功效率呈正变关系。酸中毒、缺氧降低肌肉收缩能力。Ca2+、肾上腺素增强肌肉收缩能力。,从运动神经兴奋到骨骼肌细胞收缩要经历三个连续而复杂的过程：,神经肌肉接头处兴奋的传递骨骼肌细胞的兴奋收缩耦联骨骼肌的肌丝滑行收缩。,151,复习思考题 1.为何将神经肌肉接头ACh的释放成为量子释放？有何实验证据？2.为何终板电位无超射现象？3.试述神经肌肉接头传递的过程及其特点。4.何谓肌小节？肌小节中有哪些成分？5.何谓兴奋-收缩偶联？其结构基础是什么？Ca2+起何作用？几种收缩蛋白质各起什么作用？6.肌细胞收缩是怎样发生的？7.何谓单收缩和强直收缩？8.前负荷和后负荷各对肌收缩有何影响？9.刺激神经肌肉标本的神经，肌肉不发生收缩，可能有哪些原因？如何鉴别？,152,10.正常人体骨骼肌收缩都属于()A.完全强直收缩B.强直收缩C.不完全强直收缩D.单收缩E.单收缩与强直收缩交替11.肌肉兴奋-收缩偶联关键在于()A.横桥运动B.动作电位C.Na迅速内流D.胞浆内Ca的浓度增加E.ATP酶的激活,B,D,