生理學(xué)動作電位肌肉收縮原理.ppt

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第二章細胞的基本功能,細胞的基本結(jié)構(gòu)： 細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能： 細胞的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能： 細胞的生物電現(xiàn)象： 骨骼肌細胞收縮功能：,本章要求,掌 握 1.單純擴散、易化擴散的概念、形式和特點； 2.原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的概念和轉(zhuǎn)運機制； 3.靜息電位、動作電位的概念及產(chǎn)生機制； 4.動作電位、局部反應(yīng)的特點； 5.興奮在同一細胞上傳導(dǎo)的形式及特點； 6.興奮-收縮耦聯(lián)的概念及其耦聯(lián)物質(zhì)。,第一節(jié) 細胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,一、細胞膜的結(jié)構(gòu)概述 細胞膜主要由脂質(zhì)和蛋白質(zhì)組成，此外還有極少量的糖類物質(zhì)。,液態(tài)鑲嵌模型（fluid mosaic model）的基本內(nèi)容是：膜以液態(tài)的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)。,,細胞膜的液態(tài)鑲嵌模型,二、細胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能,細胞外,細胞內(nèi),轉(zhuǎn)運方式：,1、單純擴散： 2、易化擴散： 載體方式： 通道方式： 3、主動轉(zhuǎn)運： 4、團塊物質(zhì)： 出胞： 入胞：,(一）、單純擴散,概念:是一種簡單的物理擴散，沒有生物學(xué)的轉(zhuǎn)運機制參與。脂溶性物質(zhì)順濃度差通過細胞膜的過程。 舉例：O2、CO2 、NH3 特點： ①順濃度差 ②不消耗能量 影響擴散因素： ① 膜兩側(cè)的濃度差 ② 膜對物質(zhì)的 通透性,（二）、易化擴散,概念：不溶于或難溶于脂質(zhì)的物質(zhì)在脂蛋白 幫助下 順濃度差通過細胞膜的過程。 類型： 載體運輸 通道運輸 電壓門控 化學(xué)門控,1、載體介導(dǎo)的易化擴散,2、通道介導(dǎo)的易化擴散示意圖,,,門控離子通道分為三類： 1. 電壓門控通道：在膜去極化到一定電位時開放，如神經(jīng)元上的Na+ 通道； 2. 化學(xué)門控通道：受膜環(huán)境中某些化學(xué)物質(zhì)的影響而開放,這類化學(xué)物質(zhì)（配基）主要來自細胞外液，如激素、遞質(zhì)等； 3. 機械門控通道：當(dāng)膜的局部受牽拉變形時被激活，如觸覺的神經(jīng)末梢、聽覺的毛細胞等都存在這類通道。,易化擴散的影響因素 ①膜兩側(cè)物質(zhì)濃度差和電位差 ②膜上載體的數(shù)量或通道開放的數(shù)量 易化擴散特點： ① 特異性 （載體） 、 （通道） ② 飽和現(xiàn)象 ③ 競爭性抑制,（三）主動轉(zhuǎn)動,概念：細胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)的分子或離子由膜的低濃度一側(cè)移向高濃度一側(cè)的過程。 分類：原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運、繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運 二者區(qū)別： 原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運：直接利用ATP能量 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運：間接利用ATP能量 特點： 耗能并逆電-化學(xué)差進行,原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運示意圖,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,鈉－鉀泵（sodium-potassium pump）,簡稱鈉泵，也稱Na+-K+依賴式ＡＴＰ。 作用：在消耗代謝能的情況下逆濃濃度差將細胞內(nèi)的3個Na+移出膜外，同時把細胞外的2個K+移入膜內(nèi)，因而保持了膜內(nèi)高K+和膜外高Na+的不均衡離子分布 。,意義： ①鈉泵活動造成的細胞內(nèi)高K+是許多代謝過程的必需條件； ②鈉泵將Na+排出細胞將減少水分子進人細胞內(nèi)，對維持細胞的正常體積有一定意義； ③鈉泵活動能使鈉鉀離子逆濃度差和電位差進行轉(zhuǎn)運，因而建立起一種勢能貯備。這種勢能是細胞內(nèi)外Na+和K+等順著濃度差和電位差移動的能量來源。,主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別,主動轉(zhuǎn)運,被動轉(zhuǎn)運,需由細胞提供能量,不需外部能量,逆電-化學(xué)勢差,,順電-化學(xué)勢差,使膜兩側(cè)濃度差更大,使膜兩側(cè)濃度差更小,,,,（四）入 胞 和 出 胞,第二節(jié) 細胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能,跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)方式分為三類： ① 離子通道介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。 ② G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)； ③ 酶耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)； 每類都通過各自不同的細胞信號分子完成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。,(一)由離子通道完成的跨膜信號傳遞,１、化學(xué)門控通道或配體門控通道：由化學(xué)物質(zhì)控制通道的開關(guān)： (遞質(zhì)、 激素等) 例：終板膜化學(xué)門控通道 2、門控通道：由跨膜電位大小控制通道的開關(guān)。 例：鈉通道, 跨膜電位控制 3、機械門控通道： 例：聽覺毛細胞,(二) G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo),由膜受體-G-蛋白-膜效應(yīng)器酶組成的 跨膜信號傳遞系統(tǒng)和第二信使類物質(zhì)的生成,第二信使學(xué)說,G蛋白-GDP 第一信使+R G蛋白-GTP 效應(yīng)器酶 蛋白激酶 第二信使 及其他 第二信使前體 細胞功能改變,,,,,,,,1 第一信使：激素、遞質(zhì)等 2 效應(yīng)器酶：腺苷酸環(huán)化酶、磷酯酶C等 3 第二信使：cAMP、IP3、DG ①受體-G蛋白-AC途徑： cAMP ② 受體-G蛋白-PLC途徑： IP3、DG,①受體-G蛋白-AC途徑,② 受體-G蛋白-PLC途徑,磷脂酰二磷酸肌醇 三磷酸肌醇 二酰甘油,（三）由酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo),胰島素和一些細胞因子的受體本身具有酪氨酸激酶的活性 當(dāng)受體與相應(yīng)的化學(xué)信號結(jié)合時，可直接激活蛋白激酶 引起受體自身的酪氨酸磷酸化和胞內(nèi)蛋白質(zhì)的酪氨酸殘基磷酸化，并由此實現(xiàn)細胞外信號對細胞功能的調(diào)節(jié)。,由受體完成的跨膜信號傳遞 受體：細胞中能與某些化學(xué)物質(zhì)特異性結(jié)合，引發(fā)細胞特異生物學(xué)效應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)。 受體本質(zhì)：蛋白質(zhì)或酶 受體特征： ①特異性 ②飽和性 ③可逆性 第二信使學(xué)說：激素+受體→第二信使→酶激活,激素的作用機制：,1、通過膜受體傳遞調(diào)控信息： 第二信使學(xué)說 2、通過胞內(nèi)受體傳遞調(diào)控信息： 基因表達學(xué)說,基因表達學(xué)說,第三節(jié) 細胞的生物電現(xiàn)象,生物電（bioc-lectricity） ： 是指一切活細胞無論處于靜息狀態(tài)還是活動狀態(tài)都存在的電現(xiàn)象。,跨膜電位產(chǎn)生機制,（一）靜 息 電 位,靜息電位（resting potential，RP）是指細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側(cè)存在的電位差。 意義：是動作電位產(chǎn)生的基礎(chǔ)。,產(chǎn)生條件主要有兩個： ①細胞內(nèi)外各種離子的濃度分布不均，即存在濃度差； ②在不同狀態(tài)下，細胞膜對各種離子的通透性不同。,靜息電位產(chǎn)生機制 1,靜息電位產(chǎn)生機制 2,,（二）動 作 電 位,概念：動作電位(action potential,AP)是指細胞受刺激時在靜息電位基礎(chǔ)上產(chǎn)生的可擴布的電位變化。 意義：是細胞處于興奮狀態(tài)的標(biāo)志。 閾電位：能觸發(fā)動作電位的膜電位臨界值 。閾電位大約比正常靜息電位的絕對值小10～20mV 。 動作電位的產(chǎn)生條件：靜息電位去極化達到閾電位水平。,神經(jīng)纖維AP,心肌細胞AP,動 作 電 位 的 特 點,⑴動作電位呈“全或無”現(xiàn)象：動作電位一旦產(chǎn)生就達到它的最大值，其變化幅度不會因刺激的加強而增大； ⑵不衰減性傳導(dǎo)：動作電位一旦在細胞膜的某一部位產(chǎn)生，就會立即向整個細胞膜傳布，而它的幅度不會因為傳布距離的增加而減小，可迅速擴布到整個細胞膜； ⑶脈沖式：由于絕對不應(yīng)期的存在，動作電位不能重合在一起，動作電位之間總有一定的間隔而形成脈沖式圖形。,興奮在同一細胞上的傳導(dǎo),A靜息時,B 發(fā) 生 興 奮 后,C 傳 導(dǎo) 過 程 中,動作電位形成機制 1,30mv 0mv -70mv -90mv,動作電位形成機制 2,30mv 0mv -70mv -90mv,(三)、局部電位,概念：達不到閾電位的局部去極化。,30mv 0mv -70mv -90mv,局部反應(yīng)與動作電位的區(qū)別,,,,膜電位狀態(tài),極 化 細胞膜兩側(cè)保持的內(nèi)負(fù)外正的狀態(tài)。 去極化 靜息電位減小甚至消失的過程。 反極化 膜內(nèi)電位由零變?yōu)檎档倪^程。 復(fù)極化 去極化、反極化后恢復(fù)到極化的過程。 超極化 靜息電位增大的過程。,第四節(jié) 肌細胞的收縮功能,本節(jié)主要以骨骼肌為例討論以下內(nèi)容： 1、骨骼肌細胞結(jié)構(gòu) 2、神經(jīng)興奮如何引起骨骼肌收縮 ① 神經(jīng)-肌接頭處興奮傳遞 ② 興奮-收縮耦聯(lián) ③ 肌絲滑行學(xué)說 3、骨骼肌的收縮形式 4、影響骨骼肌收縮的因素。,內(nèi)容提要：,1、骨骼肌細胞的結(jié)構(gòu),骨骼肌細胞 / 肌纖維,① 肌原纖維,② 肌管系統(tǒng),肌原纖維結(jié)構(gòu),肌小節(jié)： 1/2明帶 暗帶 1/2明帶,肌絲： 粗肌絲 細肌絲,,肌動蛋白,原肌球蛋白,肌鈣蛋白,,細肌絲,,橫橋作用： ① 與肌動蛋白結(jié)合，扭動、解離、復(fù)位、再結(jié)合…. ② 有ATP酶活性,肌管系統(tǒng),橫 管,終未池,,三聯(lián)管,橫 管,縱 管,肌管系統(tǒng)作用,骨骼肌細胞的結(jié)構(gòu),骨骼肌細胞 / 肌纖維,① 肌原纖維,② 肌管系統(tǒng),2、神經(jīng)肌肉接頭處興奮的傳遞,神經(jīng)肌肉接頭興奮傳遞過程,神經(jīng)肌肉接頭興奮傳遞特點,3、興奮收縮耦聯(lián),概念：骨骼肌細胞興奮時肌膜產(chǎn)生的電變化導(dǎo)致肌肉收縮的機械變化的過程,Ca2+,4、肌絲滑行學(xué)說,,,肌絲滑行過程：,,骨骼肌收縮過程,5、骨骼肌的收縮形式,⑴ 等長收縮：只有張力增加而無長度改變的肌肉收縮形式。 ⑵ 等張收縮：只有長度縮短而無張力改變的肌肉收縮形式。,骨骼肌的收縮形式,⑶ 單收縮：肌肉受單次刺激而出現(xiàn)的獨立收縮。,骨骼肌的收縮形式,⑷ 復(fù)合收縮：肌肉受高頻刺激而出現(xiàn)的疊加收縮。,,,6、影響骨骼肌收縮的主要因素,⑴ 前負(fù)荷 ：肌肉收縮前就遇到的負(fù)荷。 初長度：前負(fù)荷作用下肌纖維所處的最初長度。,前負(fù)荷對收縮的影響： ① 在一定范圍內(nèi)，前負(fù)荷愈大，初長度愈長，收縮力愈大； ② 最適初長度時，肌肉收縮能使肌肉產(chǎn)生最大張力； ③ 前負(fù)荷過大，初長度過長，收縮力降低。,不同初長度時粗、細肌絲重合程度 和產(chǎn)生張力的關(guān)系示意圖,⑵ 后負(fù)荷：肌肉收縮過程中所受的負(fù)荷。,后負(fù)荷對收縮的影響： ① 先產(chǎn)生張力，后出現(xiàn)縮短，縮短發(fā)生后張力不再增加 ② 后負(fù)荷愈大，張力愈大，縮短出現(xiàn)愈遲，縮短的初速度和總長度愈小,,⑶ 能影響肌肉收縮效果的肌肉內(nèi)部功能狀態(tài)。,收縮能力好 收縮效果好 收縮能力差 收縮效果差,,,心 肌,心肌收縮具有以下特點： 1. “全或無”式收縮 2. 對細胞外液Ca2+的依賴性 3. 心肌細胞能抵抗過度延伸的特性,復(fù)習(xí)題,1.細胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式有哪些？簡述鈉-鉀泵的作用及意義。 2.簡述靜息電位的產(chǎn)生機制及影響靜息電位大小的因素。 3.何謂動作電位？簡述動作電位的產(chǎn)生原理及特點。 4.神經(jīng)纖維動作電位的傳導(dǎo)形式有哪些？其傳導(dǎo)的特征是什么？ 5.試述骨骼肌神經(jīng)-肌接頭的興奮傳遞過程及其特點。 6.何謂興奮-收縮偶聯(lián)？其結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是什么？鈣起何作用？,思 考 題,1.在生理實驗中，人工的輕度增加細胞外液K+濃度時，其靜息電位和動作電位有何變化？為什么？ 2.改變刺激強度，單一神經(jīng)纖維的動作電位有何變化？何謂“全”或“無”式的？ 3.當(dāng)刺激神經(jīng)肌肉標(biāo)本的神經(jīng)干時，如果肌肉不發(fā)生收縮，可能有哪些原因？,