《我与医学爱恨情仇》大白菜宝宝

2、细胞的基本功能

　　第一节细胞膜的基本结构和物质转运功能

　　1.液态镶嵌模型：细胞膜是以液态脂质双分子层为基本骨架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。

　　2.脂质双分子层:磷脂，胆固醇，和少量糖脂（有稳定性和流动性，胆固醇越多越容易破裂，流动性差）

　　3.细胞膜的蛋白质：细胞膜的各种功能很大程度上取决于膜所含的蛋白质（参与跨膜转运，信息传递，能量转化）

　　4.细胞膜糖类：寡糖和多糖链，以共价键的形式和膜的脂质或蛋白质结合。有的作为抗原决定簇，表示某种免疫信息（根据糖链的空间结构识别自我或非我），有的作为受体的可识别部分。

　　5.细胞膜的转运功能

　　被动转运:

　　（1）单纯扩散：脂溶性高，非极性或者极性较弱的小分子物质（□□，乙醇，甘油，水分子），顺浓度，高向低，无饱和现象。通透性很高。

　　（2）易化扩散：在特殊蛋白质的协助下（解决通透性的问题），顺电化学势能梯度转运。

　　1）通道介导的易化扩散：根据相对离子通道选择性被命名为Na+通道，K+通道，Ca+通道等。可被某些药物阻断，Na+河豚毒素，K+四乙胺，Ca+维拉帕米。大多数有“门闸”，分为三类：电压门控通道（Na+）；配体门控通道（Ach乙酰胆碱）；化学门控通道；机械门控通道。还存在水通道，特殊膜蛋白——水孔蛋白（大多数是持续开放，依靠渗透压，低到高）

　　2）载体介导的易化扩散：葡萄糖氨基酸等。特点：相对结构异性高：（每一种载体蛋白只能转运某种具有特定结构的物质，如葡萄糖载体只能转运右旋葡萄糖，不能转运左旋葡萄糖）；饱和现象；竞争性抑制，（如果有两种相似结构的物质都能与同一载体结合，浓度低较低或结合力较小的物质更容易受到抑制。（浓度差大的会占用更多载体））

　　主动转运：逆浓度，ATP水解提供能量，介导主动转运的膜蛋白是离子泵。

　　(1)原发性主动转运：细胞直接利用ATP产生的能量将离子电化学梯度进行跨膜转运。（钠钾泵：进2K+出3Na+,导致膜外电位升高，也叫生电钠泵。大概25%的能量用于钠钾泵的转运，意义：1.造成细胞内高K+，这是许多新陈代谢过程的必需条件2.将Na+排出细胞，减少水分子进入细胞，对维持细胞正常体积有一定意义3.钠钾泵形成的跨膜浓度梯度是细胞生物电的基础，也是为继发性主动运输提供势能准备（产生ATP给其他运输提供能量））

　　*Na+是维持渗透压的最关键离子（正比）

　　（2)继发性主动转运：能量不直接来自ATP的分解，而是来自Na+在膜两侧的电化学势能差，是钠钾泵利用分解ATP释放的能量建立的。如，葡萄糖，氨基酸（小肠腔内的葡萄糖的主动转运，先与Na+一起结合于协同转运体，伴随Na+由上皮细胞的官腔进入细胞内，之后再由基底膜通道载体介导扩散至组织液。）

　　胞吞和胞吐

　　（1)胞吞形成囊泡,转运到溶酶体

　　（2）胞吐也称胞裂外排，Ca+通道开放引起Ca+内流触发囊泡逐渐向质膜内侧移动，囊泡膜和质膜接触，融合，并出现裂口，排出）

　　第二节细胞的跨膜信号传导功能

　　1.细胞间传递信息的物质多达数百种，包括各种神经递质，激素，细胞因子，大气分子等信号物质。这些细胞外信号物质统称配体，通常由特定的细胞合成和释放，与靶细胞受体结合。细胞外信息以信号的形式传递到膜内，引发靶细胞相应功能效应，叫做跨膜信号传导。所谓受体是指存在于细胞膜或者细胞内的特殊蛋白质。

　　2.G蛋白耦联受体介导的信号传导：是由膜受体，鸟苷酸结合蛋白，G蛋白效应器，，第二信使，蛋白激酶一系列信号分子的连锁活动完成。（cAMP-PKA途径，IP3-Ca+,DG-PKC,G蛋白-离子通道途径）

　　3.酶耦联受体介导的信号传导：酶激活酶
　　l
　　4.离子通道介导的信号传导

　　第三节细胞的生物电现象

　　1.静息电位（K+平衡电位，静流动为0）：是指细胞在静息状态下存在于细胞膜两侧的电位差。通常把内正外负的状态称为极化，若膜电位增大称为超极化，膜电位减少称为去极化，去极化至0后如果膜电位进一步变化为正值，则称为反极化和超射，反极化的最高值称为超射值，去极化再向静息电位方向恢复称为复极化。

　　安静状态下K+通透性>Na+

　　(在电场作用下，K+在细胞内浓度高，细胞外浓度低，流向是细胞高向低，由细胞内流向细胞外，膜内负值越大，电位差越大，K+为阳离子，同性相吸，阻止K+向细胞外移动。)

　　2.钾离子平衡电位：正常时细胞内膜钾离子浓度高于外膜，钠离子浓度细胞膜外高于膜内，钾离子顺浓度差扩散，细胞外正电荷数量增多，电位升高，产生电位差，膜外正电荷，膜内负电荷，由于钾离子的浓度差，使得钾离子不断向外扩散，电位差增大，然而逐渐增大的电位差也使得膜外同性相斥的力量也不断增大，阻止钾离子外流的力量也不断增大，当浓度差和电位差达到平衡时，钾离子跨膜净通量为0，于是两侧的电位差维持一定数值不变，这个数值叫钾离子的平衡电位。（Nernst公式Ek=59.51glgK+out/K+in）

　　3.通常静息电位实际测量值要比钾离子平衡电位的理论值要小一些。因为在安静状态下，细胞膜不仅对钾离子有通透性对钠离子也有较小的通透性。

　　4.动作电位：在静息电位的基础上，给细胞一个有效的刺激，细胞膜电位会发生一次迅速的，短暂的，可向远端传播的电位波动，称为动作电位AP。动作电位可向周围扩散分布，是各种可兴奋细胞发函俄国兴奋时具有特征性表现，因此动作电位常作为兴奋的指标。

　　5.动作电位的特征：1）全或无定律，当给予细胞阈下刺激时，动作电位不会出现，刺激强度达到阈值时就会引发动作电位，且动作电位的大小和形状不随强度改变而变化，2）不衰减传导，动作电位产生后并不局限于受刺激的部位，而是迅速向周围传播，直至整个细胞膜都依次产生动作电位（可扩播性），在传播过程中，其幅度和波形不因传导距离加大而改变。（动作电位幅度：静息电位到超射值）

　　6.动作电位的产生机制

　　（1）去极相（上升支）：动作电位去极化的过程主要由于钠离子通道大量开放，细胞外钠离子快速内流形成。细胞膜内钠离子属于电压依赖性通道，随膜电位变化可产生三种不同的状态：1）在静息电位时，膜电位较高，钠离子通道大多关闭，对钠离子几乎无通透性，但能接受刺激而开放，称为备用状态。2）当细胞受到有效刺激时，膜电位降低到一定临界值（阈电位），钠离子通道开放，膜对钠离子通透性增大引起钠离子内流，此时呈激活状态。3）由于细胞膜去极化而引起两侧电位差减少，导致钠离子通道关闭，任何强度都不能使之开放，通道属于失活状态，膜对钠离子的通透性消失。

　　细胞在静息电位的基础上受到刺激，膜电位减少，达到临界值时钠离子通道由于被激活发生变构，大量钠离子通道开放，膜对钠离子的通透性突然增大，并超过对钾离子的通透性，大量钠离子迅速流入膜内，膜内负电荷也被迅速进入的正电荷抵消，膜内出现正电位，形成动作电位上升支，由于钠离子通道开放具有正反馈的特点，产生再生性的钠离子内流，细胞膜迅速去极化，形成锋电位陡峭的上升支直至锋值。在动作电位的过程中，细胞膜两侧钠离子浓度差以及由静息电位时钾离子外移形成造成的外正内负的电位差是钠离子内流的动力，而钠离子内流造成的膜内正电位，则形成了对阻止钠离子进一步内流的阻力，随着钠离子的内流，这种阻力不断增大，另外，随着膜电位的降低，钠离子通道进入失活状态，当钠离子内流的动力和阻力平衡时，膜上钠离子净通量为0，两侧的电位差达到了一个新的平衡点。

　　（2）复极相（下降支）：由于钾离子通道开放，钾离子外流形成。动作电位上升支达到锋值后迅速转入复极化状态。钠离子通道关闭，钾离子通道开放通透性进一步增大，膜内钾离子因为浓度差和电位差的推动而向膜外扩散，使膜内电位由正值向负值发展，直到回到初始安静时接近于钾离子平衡电位的静息电位水平。钠离子通道的失活状态解除，恢复到可被激活的备用状态，，细胞又能接受新的刺激。

　　7.AP的主体部分是锋电位。

　　8.负后电位：静息电位和阈电位之间，复极钾离子积聚，电位差减小，动力减少。

　　9.正后电位：钾离子外流，钠钾泵（耗能）。

　　10.刺激引起的动作电位的条件：一定的强度，一定的时间，以及一定的时间-强度变化率(单位时间内强度的变化幅度)

　　11.基强度：在刺激作用时间足够长的条件下，能引起刺激的最小兴奋强度。

　　12.利用时：用基强度做刺激引起细胞兴奋所需要的最短作用时间称为利用时。

　　13.时值：是在指在保持强度-时间变化率不变的条件下，两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短兴奋持续时间。

　　14.阈值：在刺激作用时间和强度-时间变化率都固定不变的条件下，能引起组织细胞兴奋所需的最下刺激强度，又称阈强度。阈值大，表示组织细胞兴奋性低，阈值小，表示组织细胞兴奋性高。强度小于阈值的称为阈下刺激，它不能引起组织兴奋，强度大于阈值的刺激称为阈值上刺激，能够引起兴奋。（阈值与兴奋性成反比）

　　15.阈电位：当膜电位去极化达到一定程度时，出现膜上钠离子通道大量开放，钠离子内流而产生动作电位，膜电位这个临界值称为阈电位。

　　16.刺激是让膜电位达到阈电位，由量变引起质变。

　　17.产生动作电位的两种可能：1）单个阈上刺激 2）多个阈下刺激的总和，更普遍。

　　18.阈下刺激产生轻微的膜电位，产生轻微去极化。

　　19.局部电位的概念：如果刺激强度太小不足以引起细胞兴奋产生动作电位，则在刺激停止后膜电位又恢复到静息电位水平，这样形成的膜电位波动称为局部电位。去极化的局部电位是由去极化电紧张电位和少量钠通道开放钠离子内流产生的电位差叠加形成。

　　20.特点：1）以电紧张的形式扩布，其电位幅度随传播距离的增加而减小，而不能进行远距离的传播。2）在一定范围内，局部电位的幅度可随刺激的增强而减少，因而不能进行远距离传播,不具有全或无的特征。3)局部电位没有不应期，可产生时间总和（对一处的多重刺激）空间总和（多处刺激）。

　　21.细胞兴奋后兴奋性的变化：首先，当细胞受到刺激而产生兴奋后的较短时期内，如果再给予刺激，无论强度多大，都不会再发生兴奋。（失活）此后，进入另一个时期，只有进行阈上刺激才有可能产生兴奋，说明这时细胞的兴奋性逐渐恢复，但仍低于正常，相对不应期。相对不应期之后，细胞的兴奋性又稍高于正常水平，此时只要给予一定的阈下刺激就可能发生新的刺激，称为超长期。最后，细胞的兴奋性又转入低于正常时期，称为低常期。

　　22.超长期（负后电位）钠离子基本恢复至备用期，且与阈电位相近。

　　低常期（正后电位）钠离子基本恢复至备用期，但是与阈电位离得远。

　　23.动作电位在同一细胞上的传导

　　1）局部电流：在膜的兴奋部和相邻的静息部位之间存在电位差，由于电位差的驱动使膜外电位正电荷由静息部位向兴奋部移动，膜内的正电荷由兴奋部位向静息部位移动，形成局部电流。（膜内由兴奋部到未兴奋部，膜外由未兴奋部到兴奋部）

　　2）有髓纤维：朗飞节传导，因为轴突外包裹由高电压的髓鞘，电流不易通过。跳跃式传导，兴奋传导速度要比无髓鞘的快，更节能。

　　无髓纤维：不衰减，可扩播，脉冲性传导，比有髓鞘的传导兴奋速度慢，耗能多。

　　24.直径越大，电阻越小，传导速度越快。恒温传导速度大于变温。

　　第四节肌肉的收缩功能

　　1.结构特征：肌元纤维是肌细胞最重要的细胞器，每条肌原纤维的全长都呈现明暗交替分别称为明带和暗带，平行的各肌元纤维，明带和暗带又分布在同一水平线上，使骨骼肌和心肌细胞呈现横纹的外观，称为横纹肌。暗带长度相对固定，暗带中央有一段相对透明的区域，称为H带，H带中央M线，明带中央也有一条横向的暗线称为Z线，两条Z线之间的区域称为肌节。

　　2.电子显微镜下，明带和暗带包含有细的，纵向平行排列的丝状结构，称为肌丝，暗带中的肌丝较粗，称为粗肌丝，M线是把成束的粗肌丝固定在一起的结构，明带中的肌丝较细，称为细肌丝，由Z线向两侧明带伸出，Z线两侧深入暗带的细肌丝没有相遇而个隔有一段距离，形成了H带（相对透亮，因为只有粗肌丝的存在；明带只有细肌丝，暗带是明暗交替，呈六边形结构，六个顶点是细肌丝，中间是粗肌丝。）

　　3.肌管结构：包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构。一套是走行方向与肌原纤维垂直的管道，称为横管或者T管(传导AP至细胞深部)，另一套肌管系统是纵贯，也称肌质网或者L管，走行方向与肌原纤维平行，但主要包绕肌节的中间部分，它们也互相沟通，但是不与细胞外液或胞质沟通，只是在接近肌节两端的横管时出现梭形膨大，也称连接肌质网SR，JSR4或终池，肌质网内的钙离子浓度远远大于细胞浆里的钙离子浓度，JSR膜上由受体RYR，是一种非电压门控性钙离子通道，每一条横管和来自两侧肌节的纵管终池，构成所谓的三联管结构。（动作电位产生，钙离子顺浓度从肌质网顺向进入细胞浆，动作电位结束后，钙离子逆浓度通过钙泵从细胞浆回到肌质网。）

　　4.横纹肌细胞的兴奋收缩耦联（关键部位：三联管，因子：钙离子）:细胞膜发生兴奋时，首先在肌膜上出现动作电位，肌节缩短，肌细胞的收缩反应，这种将以膜的电变化为特征的兴奋和以肌丝滑行联系起来的过程称为兴奋收缩耦联。

　　5.兴奋收缩耦联的基本过程:（1）肌膜上的动作电位通过横管系统向肌细胞深处传导，激活肌膜和横管上的L型钙通道.（2）钙通道通过变构作用或内流的钙离子激活终池上的钙释放通道，通道开放，钙离子释放进入细胞浆，使钙离子浓度上升一百倍。（3）细胞浆内钙离子浓度升高启动肌丝滑行过程，肌肉收缩。（4）细胞浆内钙离子浓度升高的同时纵管膜上的钙泵，将细胞浆内的钙离子重新收回到肌质网，使得钙离子浓度降低，肌肉舒长。

　　6.横纹肌细胞的收缩机制（肌丝滑行学说：Z线发出的细肌丝主动向粗肌丝滑行，向暗带中央移动，结果使相邻的Z线都相互靠近，肌节长度变短，造成整个肌原纤维，肌细胞乃至整条肌肉长度的缩短，肌肉收缩时，暗带长度无明显变化，H带和明带长度缩短，说明细肌丝在肌肉收缩时也没有缩短，只是向暗带中央移动，使粗肌丝发生了更大程度的折叠。）

　　（1）肌丝的结构：粗肌丝由肌球蛋白分组组成，一对重链两对轻链，两条重链的末端分别结合一对轻链，构成头部，球形的头部连同与它相连的一小段称为“桥臂”的杆状部分一起从肌丝中向外伸出，形成横桥。（横桥的两个特征：一是在一定条件下可以和细肌丝上的肌动蛋白呈可逆性结合，同时出现横桥向M线方向扭动；二是具有ATP酶的活性，可分解ATP获得能量，作为横桥扭动和做功的能量来源。）

　　细肌丝由肌动蛋白（球状），原肌球蛋白（长杆状）和肌钙蛋白（球状，同时还有三个亚单位TnT,TnC,TnI）三种组成。其中肌动蛋白直接与肌丝滑行有直接的关系，故和肌球蛋白一同被称为收缩蛋白。肌动蛋白构成主干，在主干上存在能与粗肌丝的横桥相结合的位点。原肌球蛋白和肌钙蛋白不直接参与肌丝滑行，但可影响和控制收缩蛋白之间的相互作用，故称为调节蛋白。

　　7.肌丝滑行的过程：（1）当细胞浆中钙离子浓度升高，钙离子迅速与TnC结合，引起肌钙蛋白构型改变，三个亚单位之间的连接由松散状态变得坚固，导致TnI与肌动蛋白结合减弱和原肌球蛋白向肌动蛋白双螺旋深部移动，肌动蛋白分子上能与肌球蛋白结合位点暴露。（2）横桥与肌动蛋白结合后，ATP酶被激活，水解ATP而释放能量，引起横桥扭动，牵引肌动蛋白丝向M线方向移动，ATP分解后，原来的横桥复位，迅速与肌动蛋白分离。（在一定肌节长度内，细肌丝滑动距离越大，肌张力越大，活动的横桥数目越多，肌张力和缩短的距离越大。)(3)当钙离子浓度下降到10-7mol/l以下时，钙离子与肌钙蛋白脱离，肌钙蛋白的Tnl重新与肌球蛋白连接，原来的肌球蛋白也恢复到原来位置，在肌肉弹性的被动牵引下，肌丝复位，肌肉松弛。

　　8.横桥周期：横桥与肌动蛋白结合，扭动，复位的过程称为横桥周期。

　　9.骨骼肌收缩的外部表现

　　（1）等张收缩：肌肉收缩时长度明显缩短但张力始终不变。

　　（2）等长收缩：肌肉收缩时长度不能缩短，肌肉张力增大。

　　（3）单收缩：受低频刺激而产生独立收缩。

　　（4）强直收缩：随频率增加，若后一个刺激在前一个刺激引起的收缩过程中的舒张期则形成不完全强直收缩，变现为顶端呈锯齿状的收缩曲线，若刺激频率再增加，每一个后续的刺激落在前一个收缩过程中的收缩期，则各次收缩的张力变化和长度缩短完全融合或叠加起来，就形成完全强直收缩。两者合称强直收缩。在人体大部分骨骼肌的运动形式是完全强直收缩。

　　*强直收缩肌张力大于单收缩肌张力

　　10.影响横纹肌收缩效能的因素

　　（1）前负荷：肌肉收缩前就遇到的负荷。将肌肉在安静状态时牵拉到一定长度时，会产生一定的被动张力，在此基础上施加刺激，又可得到一个收缩期张力，此张力为被动张力与肌肉收缩产生的主动张力之和，即总张力。肌肉前负荷存在一个最适初长度，在这一初长度下肌肉收缩可以产生最大的主动张力。

　　*肌肉收缩所产生的张力与细肌丝能够接触的横桥数目呈正比例。（所有横桥参与肌丝滑行，ATP水解越多，牵动横桥扭动，肌张力增大。）

　　*骨骼肌在安静状态下都处在最适初长度。

　　*前负荷过大，初长度过长，收缩过低。一定范围内，前负荷增大，初长度增大，收缩能力增加。

　　（2）后负荷：肌肉开始收缩后遇到的负荷称为后负荷。

　　*主要影响因素：ATP酶的活性。

　　*后负荷与收缩速度呈反比。负荷越大，等长收缩时间月长，速度越慢。

　　（3）肌肉收缩能力：是指与前负荷和后负荷无关的肌肉本身的内在特性，与收缩和舒张过程各环节的肌肉内部功能状态有关。（能影响肌肉收缩效果的内部功能状态呢 。）如兴奋收缩耦联过程中胞浆钙离子水平和肌球蛋白的ATP酶的活性。