生理學動作電位肌肉收縮原理

1、第二章細胞的基本功能,細胞的基本結構：細胞膜的物質(zhì)轉運功能：細胞的信號轉導功能：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)性主動轉運的概念和轉運機制；3.靜息電位、動作電位的概念及產(chǎn)生機制；4.動作電位、局部反應的特點；5.興奮在同一細胞上傳導的形式及特點；6.興奮-收縮耦聯(lián)的概念及其耦聯(lián)物質(zhì)。,第一節(jié) 細胞膜的結構和物質(zhì)轉運功能,一、細胞膜的

2、結構概述 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構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)轉運功能,細胞外,細胞內(nèi),轉運方式：,1、單純擴散： 2、易化擴散：載體方式：通道方式：3、主動轉運：4、團塊物質(zhì)：出胞：入胞：,(一）、單純擴散,概念:

3、是一種簡單的物理擴散，沒有生物學的轉運機制參與。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

4、 電壓門控 化學門控,1、載體介導的易化擴散,2、通道介導的易化擴散示意圖,,,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. 化學門控通道：受膜環(huán)境中某些化學物質(zhì)的影響而開放,這類化學物質(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

5、等都存在這類通道。,易化擴散的影響因素①膜兩側物質(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移向高濃度一側的過程。分類：原發(fā)性主動轉運、繼發(fā)性主動轉運二者區(qū)別：原發(fā)性主動轉運：直接利用ATP能量繼發(fā)性主動轉運：間接利用ATP能量特點：

6、 耗能并逆電-化學差進行,原發(fā)性主動轉運示意圖,繼發(fā)性主動轉運,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

7、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。,主動轉運與被動轉運的區(qū)別,主動轉運,被動轉運,需由細胞提供能量,不需外部能量,逆電-化學勢差,,順電-化學勢差,使膜兩側濃度差更大,使膜兩側濃度差更小,,,,（四）入 胞 和 出 胞,第二節(jié)　細胞的跨膜信號轉導功能,跨膜信號轉導方式分為三類：① 離子通道介導

8、的信號轉導。 ② G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導；③ 酶耦聯(lián)受體介導的信號轉導；每類都通過各自不同的細胞信號分子完成信號轉導。,(一)由離子通道完成的跨膜信號傳遞,１、化學門控通道或配體門控通道：由化學物質(zhì)控制通道的開關： (遞質(zhì)、 激素等) 例：終板膜化學門控通道2、門控通道：由跨膜電位大小控制通道的開關。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

9、介導的信號轉導,由膜受體-G-蛋白-膜效應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,第二信使學說,G蛋白-GDP第一信使+R G蛋白-GTP 效應器酶 蛋白激酶 第二信使及其他

10、 第二信使前體細胞功能改變,,,,,,,,1 第一信使：激素、遞質(zhì)等2 效應器酶：腺苷酸環(huán)化酶、磷酯酶C等3 第二信使：cAMP、IP3、DG①受體-G蛋白-AC途徑： cAMP② 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導,胰

11、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受體與相應的化學信號結合時，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物質(zhì)特異性結合，引發(fā)細胞特異生物學效應的特殊結構。受體本質(zhì)：蛋白質(zhì)或酶受體特征： ①特異性 ②飽和性

12、 ③可逆性第二信使學說：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：第二信使學說2、通過胞內(nèi)受體傳遞調(diào)控信息：基因表達學說,基因表達學說,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

13、細胞處于靜息狀態(tài)時，細胞膜兩側存在的電位差。意義：是動作電位產(chǎn)生的基礎。,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)的標志。閾電位：能觸發(fā)動作

14、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：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

15、絕對不應期的存在，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,A靜息時,B發(fā)生興奮后,C傳導過程中,動作電位形成機制 1,30mv0mv-70mv-90mv,動作電位形成機制 2,30mv0mv-70mv-90mv,(三)、局部電位,概念：達不到閾電位的局部去極化。,30mv0mv-70mv-90mv,局部反應與動

16、作電位的區(qū)別,,,,膜電位狀態(tài),極 化 細胞膜兩側保持的內(nèi)負外正的狀態(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。復極化 去極化、反極化后恢復到極化的過程。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、骨骼肌細胞結構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

17、滑行學說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、骨骼肌細胞的結構,骨骼肌細胞 / 肌纖維,① 肌原纖維,② 肌管系統(tǒng),肌原纖維結構,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 與肌動蛋白結合，扭動、解離、復位、再結合…. 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

18、骼肌細胞的結構,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)生的電變化導致肌肉收縮的機械變化的過程,Ca2+,4、肌絲滑行學說,,,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。

19、,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　前負荷 ：肌肉收縮前就遇到的負荷。 初長度：前負荷作用下肌纖維所處的最初長度。,前負荷對收縮的影響：①　在一定范圍內(nèi)，前負荷愈大，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　前負荷過大，初長度過長，收縮力降低。,不同初長

20、度時粗、細肌絲重合程度和產(chǎn)生張力的關系示意圖,⑵　后負荷：肌肉收縮過程中所受的負荷。,后負荷對收縮的影響：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

21、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,復習題,1.細胞膜的物質(zhì)轉運方式有哪些？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形式有哪些？其傳導的特征是什么？ 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)？其結構基礎是什么？鈣起何作用？,思 考