_{第二章細(xì)胞的基本功能}

第一節(jié)細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)和跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

一、細(xì)胞膜的膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)

膜主要由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類(lèi)組成。

液態(tài)鑲嵌模型：

  它們的分子是以液態(tài)脂質(zhì)zxtf.net.cn雙分子層為基架, 其中鑲嵌著不同功能的球形蛋白質(zhì)。

二、跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

(一)單純擴(kuò)散：脂溶性物質(zhì)由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的凈移動(dòng),其跨膜通量與濃度差呈正比,還與物質(zhì)的脂溶性大小和通透性有關(guān),如體內(nèi)的O₂和CO₂的轉(zhuǎn)運(yùn)。

(二)易化擴(kuò)散：不溶于脂或脂溶性甚小的物質(zhì)在膜蛋白質(zhì)“幫助”下,由高濃度側(cè)向低濃度側(cè)的轉(zhuǎn)運(yùn)。

1. 載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散

載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散：物質(zhì)與載體蛋白的位點(diǎn)結(jié)合,引起后者變構(gòu)將物質(zhì)移向濃度低側(cè)。如葡萄糖、氨基酸等小分子親水性、非離子物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)。

特點(diǎn)：(1)結(jié)構(gòu)特異性   (2) 飽和現(xiàn)象 (3)競(jìng)爭(zhēng)性抑制

2.通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散：通道蛋白受電、化學(xué)因素剌激而變構(gòu)產(chǎn)生水相孔道(通道)，帶電離子經(jīng)通道順濃度移動(dòng)，擴(kuò)散通量與膜兩側(cè)離子的濃度和電場(chǎng)力有關(guān)。通道有開(kāi)放和關(guān)閉狀態(tài)，并由“閘門(mén)”控制。體內(nèi)鈉、鉀、鈣等離子的跨膜擴(kuò)散，均有其特異的通道蛋白參與，分別稱(chēng)為鈉通道、鉀通道和鈣通道等。

上述兩種方式均系順濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)，無(wú)需代謝能，稱(chēng)為被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。其最終達(dá)到的平衡點(diǎn)是兩側(cè)濃度差為零，如果轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)是離子，則其最終的平衡點(diǎn)是電-化學(xué)勢(shì)為零，此時(shí)濃度差并不消失。

(三) 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：通過(guò)細(xì)胞本身耗能過(guò)程, 將物質(zhì)分子或離子由低濃度側(cè)移向高濃度側(cè)。這種轉(zhuǎn)運(yùn)逆電－化梯度進(jìn)行,  

鈉和鉀的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：

鈉－鉀泵(鈉泵)作用   鈉泵是一種鈉－鉀依賴(lài)式ＡＴＰ酶， 當(dāng)膜內(nèi)多鈉和膜外多鉀時(shí)激活,分解ＡＴＰ供能，耦聯(lián)轉(zhuǎn)運(yùn)鈉和鉀。

鈉泵活動(dòng)的意義：

  （1)使細(xì)胞內(nèi)高K⁺ , 利于細(xì)胞代謝活動(dòng)；

  （2)防止Na⁺過(guò)多進(jìn)入細(xì)胞導(dǎo)致水分子過(guò)多,  引起細(xì)胞腫脹而破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)；

  （3)建立鈉、鉀濃度勢(shì)能貯備是產(chǎn)生生物電的基礎(chǔ)；

  （4)鈉濃度勢(shì)能也可用于非離子物質(zhì)的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn))。

（四)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)

如小腸上皮皮細(xì)胞的吸收和腎小管上皮細(xì)胞的重吸收

同向轉(zhuǎn)運(yùn)  逆向轉(zhuǎn)運(yùn)

(五)出胞和入胞：見(jiàn)于大分子物質(zhì)和物質(zhì)團(tuán)塊的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。前者如內(nèi)分泌腺分泌激素;

后者如白細(xì)胞吞噬細(xì)菌等。

第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)功能

一、細(xì)胞的跨膜信號(hào)傳導(dǎo)概念的提出

激素、遞質(zhì)和藥物以及非化學(xué)外界剌激信號(hào)®與膜受體結(jié)合或作用于感受結(jié)構(gòu)® 跨膜信號(hào)傳遞®細(xì)胞電變化或功能改變。

二、幾種主要的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方式

(一)由具有特殊感受結(jié)構(gòu)的通道蛋白質(zhì)完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

1.  化學(xué)門(mén)控通道：終板膜N-型Ach門(mén)控通道（促離子型受體)

運(yùn)動(dòng)神經(jīng)末稍釋放遞質(zhì)(乙酰膽堿,Ach) ® 終板膜Ach 門(mén)控通道變構(gòu)(開(kāi)放)®Na⁺

內(nèi)流(和K⁺外流)®終板電位®肌肉興奮和收縮。

2. 電壓門(mén)控通道：

   體內(nèi)的神經(jīng)和肌肉細(xì)胞存在感受電壓變化的通道蛋白,  屬于電壓門(mén)控通道。 如鈉通道

   其在跨膜信息傳遞中的作用為：

   膜電位變化®電壓門(mén)控通道開(kāi)閉®離子跨膜運(yùn)動(dòng)和膜電位變化®功能效應(yīng)(收縮、分泌)。  

此類(lèi)通道蛋白分子內(nèi)，有對(duì)電壓敏感的極性基團(tuán)(帶正電荷的精或賴(lài)氨酸殘基),感受膜電位變化剌激時(shí)產(chǎn)生變構(gòu),并誘發(fā)閘門(mén)開(kāi)閉。

3. 機(jī)械門(mén)控通道：

機(jī)械振動(dòng)引起內(nèi)耳毛細(xì)胞頂部細(xì)胞膜的聽(tīng)毛彎曲,毛根部變形而激活機(jī)械門(mén)控通道，產(chǎn)生感受器電位(詳感官章)。

（二)由膜的受體蛋白質(zhì)、G蛋白和膜的效應(yīng)器酶完成的跨膜信號(hào)傳導(dǎo)

受體：細(xì)胞的某一特殊部分，他能與某種化學(xué)分子特異性結(jié)合，引發(fā)細(xì)胞特定的生理效應(yīng)。
蛋白質(zhì)：膜、胞漿、核受體

G蛋白：由α、β、γ三個(gè)亞單位組成

G蛋白參與的信息傳遞系統(tǒng)：

Ｈ_s＋Ｒ_s→Ｇ_s→腺苷酸環(huán)化酶(+)→cAMP­ 

（三)由酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)

生長(zhǎng)因子+受體（酪氨酸激酶受體)→酪氨酸激酶激活

三、跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和原癌基因

第三節(jié)細(xì)胞的跨膜電變化

一、神經(jīng)和骨骼肌細(xì)胞的生物電現(xiàn)象

1.興奮：剌 激引起組織細(xì)胞產(chǎn)生反應(yīng)的過(guò)程

2.興奮性：組織細(xì)胞對(duì)剌激產(chǎn)生興奮 (即動(dòng)電位)的能力。

3. 可興奮細(xì)胞：神經(jīng)、肌肉、腺細(xì)胞。

（一)   單一細(xì)胞的跨膜靜息電位和動(dòng)作電位

1.靜息電位( resting  potential)：

指細(xì)胞未受剌激時(shí)存在于膜兩側(cè)的電位差,又稱(chēng)跨膜靜息電位。各種細(xì)胞介于-10~-90mV。

極化， 超極化 概念。

[k⁺]膜內(nèi)>膜外 ® k⁺向外擴(kuò)散®內(nèi)負(fù)外正電位差---電-化學(xué)平衡--- ®

膜只對(duì)k⁺通透 

內(nèi)負(fù)外正電位差穩(wěn)定(k⁺ 平衡電位即靜息電位)

2. 動(dòng)作電位(action  potential)： 

指膜受剌激時(shí)，在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的擴(kuò)布性電位變化，是興奮的標(biāo)志。
除極相:膜內(nèi)負(fù)電位快速消失進(jìn)而變正,由-90mV-+35mV
復(fù)極相：膜內(nèi)電位由+35mV恢復(fù)至靜息電位水平。
去極化、復(fù)極化、鋒電位
鋒電位和鈉平衡電位
除極相(上升支)：
剌激®鈉通道開(kāi)放(通透性­)---電-化梯度---®Na⁺內(nèi)流®膜除極------電-化學(xué)平衡------®鈉平衡電位(超 射)
復(fù)極相(下降支)：
鈉通道很快失活Na⁺通透性迅速¯，k⁺通道激活和k⁺外流® 膜內(nèi)電位向負(fù)值恢復(fù)達(dá)到原先靜息水平。

膜片鉗技術(shù)

a) 基本原理：微吸管接觸胞膜和抽吸→高阻封接 (膜片與胞膜其他部位電學(xué)隔離)→ 記錄經(jīng)一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)通道的離子電流并進(jìn)行通道功能的分析。

b)結(jié)果：開(kāi)放關(guān)閉迅速，失活特性，開(kāi)放概率與去極化程度有關(guān)。

動(dòng)作電位的特征：

1.全或無(wú)現(xiàn)象：一旦產(chǎn)生即達(dá)最大值

2.不衰減傳導(dǎo)：

3.脈沖式：不應(yīng)期使之不重合

小結(jié)：神經(jīng)動(dòng)作電位的除極是Na⁺內(nèi)流,  復(fù)極是k⁺外流; 鋒電位是動(dòng)作電位的主要成分

二、動(dòng)作電位的引起和它在同一細(xì)胞的傳導(dǎo)

（一)   閾電位和鋒電位的引起

閾電位：能觸發(fā)動(dòng)作電位的膜電位臨界值.當(dāng)剌激引起的去極化達(dá)閾電位時(shí),更多的鈉通道開(kāi)放和產(chǎn)生更大的Na⁺電流并形成再生循環(huán),可使除極速度加快約500倍。

閾強(qiáng)度---剌激持續(xù)時(shí)間、強(qiáng)度-時(shí)間變率固定不變時(shí),  引起興奮所需的最小剌激強(qiáng)度。是興奮性高低的指標(biāo);興奮性與閾值呈反比。
閾電位概念是用膜本身除極的臨界值來(lái)描述動(dòng)電位的產(chǎn)生條件, 而閾強(qiáng)度是膜由靜息電位除極達(dá)閾電位引起興奮的剌激強(qiáng)度。

（二)局部興奮： 

概念：指閾下剌激引起少量鈉通道開(kāi)放所產(chǎn)生的、較小的局部去極化電位，又稱(chēng)局部反應(yīng)。

局部興奮的特征：
非“全或無(wú)”式電位,  隨剌激強(qiáng)度加大而增大；電位幅度小城衰減性傳導(dǎo)(電緊張性擴(kuò)布, 影響鄰近膜的興奮性)；可產(chǎn)生總和 (時(shí)間和空間總和) 而使膜除極達(dá)閾電位而興奮。

（三)興奮在同一細(xì)胞上的傳導(dǎo)機(jī)制：

傳遞：動(dòng)作電位在兩個(gè)細(xì)胞之間進(jìn)行傳播

神經(jīng)沖動(dòng)：在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)的動(dòng)作電位

通過(guò)局部電流傳導(dǎo), 即興奮部與未興奮部形成的局部電流“剌激”未興奮部產(chǎn)生動(dòng)作電位(興奮)

有髓神經(jīng)纖維：跳躍式傳導(dǎo) 

第三節(jié)   肌細(xì)胞的收縮功能

一、神經(jīng)-肌肉接頭的興奮傳遞 

§  結(jié)構(gòu)

§ 傳遞過(guò)程：運(yùn)動(dòng)神經(jīng)興奮®末稍去極化和Ca²⁺ 內(nèi)流®末稍釋放遞質(zhì)Ach ® Ach與

終板膜化學(xué)門(mén)控通道a - 亞基結(jié)合和通道開(kāi)放®Na⁺內(nèi)流(K⁺外流)®  終板膜去極化( 終

 板電位) ®  肌膜動(dòng)作電位和肌細(xì)胞收縮。

3.   特點(diǎn)：  Ach從前膜之后膜

易受環(huán)境影響(美洲箭毒、a - 銀環(huán)蛇毒、三碘季酚與Ach競(jìng)爭(zhēng)受體而阻斷傳遞；有機(jī)磷農(nóng)藥、新斯的明選擇性抑制膽堿脂酶,   使Ach積聚而中毒)

終板電位的特征：是局部去極化電位，無(wú)“全或無(wú)”性質(zhì)，其幅度有Ach依賴(lài)性；電緊

張性擴(kuò)布；無(wú)不應(yīng)期，可產(chǎn)生總和。

Ach的清除：由膽堿脂酶降解。

（二)骨骼肌的微細(xì)結(jié)構(gòu)

1. 肌原纖維和肌小節(jié)

肌原纖維：每一肌細(xì)胞有上千條,由粗、細(xì)肌絲組成。

肌小節(jié)：兩Z線之間的肌原纖維區(qū)域，它是肌收縮的基本單位，長(zhǎng)度變動(dòng)于1.5~3.5mm，安靜時(shí)為2.0~2.2µm。

(二)肌管系統(tǒng)：

  橫管(T管)---傳遞信息作用；

縱管(L管)即肌漿網(wǎng)---其上有鈣池、鈣通道、鈣泵,  起貯存和釋放Ca²⁺ 作用。

三聯(lián)管--- 細(xì)胞膜動(dòng)作電位與細(xì)胞內(nèi)肌收縮過(guò)程耦聯(lián)的關(guān)鍵部位。

（三)骨骼肌細(xì)胞的興奮-收縮耦聯(lián)

興奮-收縮耦聯(lián)：指以電變化為特征的興奮和以肌絲滑行為基礎(chǔ)的收縮 聯(lián)系起來(lái)的中介過(guò)程。

耦聯(lián)的步聚：電興奮經(jīng)橫管膜傳向細(xì)胞深處®三聯(lián)管處信息傳遞 ®肌漿網(wǎng)對(duì)Ca²⁺的釋放和再積聚。

（四)骨骼肌的收縮的分子機(jī)制---滑行理論：

細(xì)肌絲向粗肌絲之間滑行®肌小節(jié)縮短®肌肉縮短。 已從分子水平上得到闡明。

1.粗肌絲：肌凝蛋白(肌球蛋白)組成，其上有橫橋, 橫橋特性：有ATP酶特性；能與肌纖蛋白可逆結(jié)合產(chǎn)生扭動(dòng),繼而解離、復(fù)位和再結(jié)合(橫橋循環(huán))。

2.細(xì)肌絲：包括 1)肌纖蛋白---其上有與橫 橋結(jié)合的位點(diǎn) 2)原肌凝蛋白---有阻礙橫橋與肌纖蛋白結(jié)合的作用3)肌鈣蛋白---間斷出現(xiàn)于原肌凝蛋白分子上, 其三個(gè)亞單位中的C是鈣受體, I 則有傳遞信息作zxtf.net.cn/rencai/用。

3.肌絲滑行的基本過(guò)程

收縮過(guò)程：原肌凝蛋白變構(gòu)暴露位點(diǎn)®橫橋循環(huán)®肌絲滑行肌漿 [Ca²⁺]­  ® 肌鈣蛋白結(jié)合®肌小節(jié)縮短。

  舒張過(guò)程：肌漿 [Ca²⁺]¯   ®肌鈣蛋白解離Ca²⁺ ®原肌凝蛋白復(fù)位  ®阻礙橫橋與肌纖蛋白結(jié)合  ® 細(xì)肌絲復(fù)位® 肌小節(jié)復(fù)位  ®肌肉舒張。

參與橫橋循環(huán)的橫橋數(shù)和循環(huán)進(jìn)行速度是決定肌肉縮短程度、縮短速度和產(chǎn)生張力的關(guān)鍵因素。

二、骨骼肌收縮的外部表現(xiàn)和力學(xué)分析

1.等長(zhǎng)收縮（isometriccontraction)：長(zhǎng)度不變,   但產(chǎn)生張力。

2.等張收縮（isotonic contraction)：長(zhǎng)度縮短,   但張力不再改變。

(一) 前負(fù)荷對(duì)肌肉收縮的影響----長(zhǎng)度-張力曲線

前負(fù)荷：  指肌肉收縮前就加在肌肉上的負(fù)荷，它使肌肉預(yù)先被拉長(zhǎng) 又稱(chēng)初長(zhǎng)。

長(zhǎng)度-張力曲線---反映初長(zhǎng)與收縮張力的關(guān)系曲線,  這種關(guān)系表明在一定范圍內(nèi),  肌肉產(chǎn)生的張力隨初長(zhǎng)的加大而增大。當(dāng)產(chǎn)生的張力達(dá)最大時(shí)的初長(zhǎng)為最適初長(zhǎng), 此時(shí)粗、細(xì)肌絲處于最理想的重疊，起作用的橫橋數(shù)達(dá)最大。

 (二)后負(fù)荷對(duì)肌肉 收縮的影響---張力- 速度曲線 

后負(fù)荷：指肌肉開(kāi)始收縮后才遇到的負(fù)荷或阻力。

張力-速度曲線：表明在不同后負(fù)荷下進(jìn)行等張收縮時(shí),  張力與速度呈反變關(guān)系。

后負(fù)荷過(guò)大 (大于最大張力)時(shí),   只產(chǎn)生張力, 無(wú)長(zhǎng)度縮短(等長(zhǎng)收縮)；后負(fù)荷過(guò)小(理論上為零)時(shí),  縮短速度達(dá)最大但無(wú)功輸出；后負(fù)荷在最大張力的30%時(shí), 輸 出功達(dá)最大。

 (三)肌肉收縮能力對(duì)肌肉收縮的影響

肌肉收縮能力(contractility)：指影響肌肉收縮效果的功能狀態(tài)改變。目前尚無(wú)力學(xué)

指標(biāo)來(lái)確定這一參數(shù)的變化。當(dāng)前、后負(fù)荷不變或在最適初長(zhǎng)下而肌肉收縮效果改變,可以認(rèn)為是收縮能力改變引起的。 

三、平滑肌的結(jié)構(gòu)和生理特性 

（李建華)