细胞的基本功能脑图思维导图
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思维导图大纲
第二章 细胞的基本功能思维导图模板大纲
细胞膜的物质转运功能
细胞膜的化学组成及其分子排列形式
化学组成
脂质
种类
磷脂
胆固醇
糖脂
脂质分布
不对称
脂质特性
双嗜性
形成膜脂质双层
流动性
意 义
蛋白或脂质分子侧向移动
承受张力变形不易破裂
影响
胆固醇越多
长而饱和的脂肪酸越多
均会导致流动性降低
蛋白质含量越高
蛋白
表面膜蛋白
整合膜蛋白
特征
肽链一次或反复多次穿越膜脂质双层
跨膜段主要是由疏水性氨基酸组成的α螺旋，长度为18～21个氨基酸
类型
载体蛋白、通道蛋白、泵蛋白、受体蛋白等
糖类
形式
多数是寡糖，少数为多糖
与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂（1/10脂质）或糖蛋白（多数整合蛋白）
分布
全部于膜外表面
作用
作为分子标记（糖种类和顺序）发挥受体或抗原作用
ABO血型中A和B抗原的区别
分子在膜中的排列方式
液态镶嵌模型
跨细胞膜的物质转运
单纯扩散
概念
物质从细胞膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散
扩散的物质
氧气、二氧化碳、氮气、一氧化氮、氨气（最快）、尿素、乙醚、乙醇、甘油、类固醇激素、水
特点
无需消耗能量
无需膜蛋白帮助
没有生物学转运机制（只是物理现象）
无饱和性
易化扩散
概念
非脂溶性的小分子物质或带电离子在膜蛋白帮助下，顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运
分类
经通道易化扩散
概念
在通道蛋白的介导下，溶液中的钠离子、钾离子、钙离子等带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜扩散
特性
离子选择性
决定因素
孔道口径
化学结构
所带电荷等
钠离子、钾离子、钙离子、氯离子和阳离子通道等
门控特性
电压门控通道
化学/配体门控通道
机械门控通道
水的跨膜运输
水通道
（AQP）水孔蛋白
水分子由渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动
转运速度取决于对水的通透性
经载体易化扩散
概念
在载体蛋白的介导下，水溶性小分子物质顺浓度梯度进行的跨膜转运
转运物质
葡萄糖、氨基酸、核苷酸等
转运机制
结合-构象变化-解离
转运速度慢
特点
结构特异性
载体与被转运底物的结构匹配
葡萄糖转运体、氨基酸转运体等
饱和现象
载体数量和转运速率有限
竞争性抑制
结构类似物经同一载体转运时发生
主动转运
在膜蛋白帮助下，利用细胞代谢能量将物质逆浓度（和)或电位梯度跨膜转运的过程
分类
原发性主动转运
概念
细胞直接利用代谢能量（分解ATP）将物质逆浓度梯度（和）或电位梯度跨膜转运的过程（膜蛋白也称为离子泵）
种类
钠钾泵
本质
转入细胞内两个钾离子，转出细胞外三个钠离子
作用
维持细胞内高钾离子，细胞外高钠离子
钙泵
本质
作用
逆浓度梯度转运钙离子，使胞浆内钙离子浓度仅为细胞外的万分之一
分布及特征
质子泵
继发性主动转运
概念
利用原发性主动转运建立的离子浓度差，在离子顺浓度差扩散的同时将其他物质逆浓度（和）或电位梯度进行的跨膜转运，也称联合转运
分类
同向转运
钠离子和葡萄糖在肠粘膜上皮细胞间的同向转运
反向转运
钠钙交换、钠离子和质子交换等
膜泡运输
大分子和颗粒物质进出细胞时，先由膜包围形成囊泡，再经膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程批量进出细胞
分类
出胞
指细胞内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程，亦称胞吐
两种形式
持续性
小肠黏膜分泌黏液
调节性
神经递质释放，通常受钙离子浓度的调节
入胞
细胞外的大分子物质或团块被细胞膜包裹后，以囊泡的形式进入细胞的过程，亦称胞吞
分类
吞噬
转运物为固体
吞饮
转运物为液体
细胞的信号转导功能
信号转导概述
信号转导的概念
信号传导
信使分子
跨膜信号传导
信号分子
信号传导通路
信号转导的生理意义
主要的信号转导通路
信号网络系统
信号转导与人类疾病
离子通道型受体介导的信号转导
G蛋白耦联受体介导的信号转导
酶联型受体介导的信号转导
招募型受体介导的信号转导
核受体介导的信号转导
细胞的电活动
静息电位
概念
细胞在安静状态下存在于细胞膜内、外两侧的电位差
静息电位大小表示
细胞内负值大小
当细胞外液为0电位时
相关名词
极化
安静状态下细胞膜两侧外正内负的稳定状态
去极化
静息电位减小或细胞内负值减小的过程或状态
超极化
静息电位增大或细胞内负值增大的过程
超射
膜电位超过零电位的部分
复极化
细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程
反极化
外负内正的状态
产生机制
膜学说
细胞内外离子分布不同：膜内高钾离子，膜外高钠离子
细胞膜对离子的通透性不同：安静时钾离子通透性远大于钠离子
假设安静时细胞膜仅对钾离子有通透性
钾离子浓度差，促使钾离子向外扩散
钾离子向外扩散形成的电场力，阻止钾离子进一步向外扩散
当电化学驱动力等于零时，钾离子净移动为零
静息电位应该等于钾离子的平衡电位
离子的平衡电位公式
静息电位主要是钾离子外流形成的
证实
测量的静息电位与计算的钾离子平衡电位接近
改变膜两侧钾离子浓度差，静息电位随之改变
少量的钠离子内流也参与了静息电位形成
部分抵消了钾离子外流形成的膜内负电位
钠离子泵的生电作用—增大细胞内的负值
直接作用
生电性活动引起膜超极化，参与RP形成，但贡献不大
间接作用
维持膜两侧离子浓度差
影响静息电位水平的因素
细胞外钾离子浓度
细胞外钾离子增高，静息电位降低
膜对钾离子和钠离子的通透性
钾离子通透性增大，静息电位增大
钠离子通透性增大，静息电位减小
钠钾泵的活动
钠钾泵活动增强，细胞膜发生超极化
动作电位
概念
在静息电位基础下，细胞受到一个适当的刺激后膜电位发生的迅速、可逆、可以远距离传播的电位波动
动作电位变化过程
锋电位
动作电位的标志
后电位
后去极化电位/后负电位
后超极化电位/正后电位
特点
“全或无”现象
要是细胞产生动作电位，所给的刺激必须达到一定的强度。若刺激未达到一定的强度，动作电位不会产生
当刺激达到一定的强度时，所产生的动作电位，其幅度达到细胞动作电位的最大值，不会随刺激强度的继续增强而增大
不衰减传播
动作电位产生后，沿膜迅速向四周传播，直至传遍整个细胞，而且幅度和波形在传播过程中始终保持不变
脉冲式发放
连续刺激所产生的多个动作电位总有一定间隔而不会融合起来，呈现一个个分离的脉冲式发放
产生机制
动作电位本质
带电离子跨膜移动
带电离子跨膜移动产生离子电流
阳离子内流称内向电流，引起去极化
阳离子外流或阴离子内流，称为外向电流，引起复极化或超极化
带电离子跨膜扩散须具有两个条件
离子受到的电化学驱动力
浓度差
电场力
静息电位内负外正，推动钠离子，阻止钾离子
膜对离子的通透性（模电导）
电化学驱动力—决定离子流动的方向和速度
动作电位期间膜通透性的变化
动作电位产生的钠离子学说
细胞膜受到有效刺激时
钠离子通透性
过性增强
引起去极化
钾离子通透性
随后进一步增强
引起复极化
如何证实钠离子学说
测定超射值
钠离子取代（用葡萄糖或氯化胆碱替代胞外的氯化钠）
放射性核素24钠离子定量研究
直接测定细胞膜对离子的通透性（模电导）
如何测定膜电导
测定原理-欧姆定律
如何固定驱动力-电压钳
基本原理：反馈电路向膜内注入电流，迫使膜电位始终与指令电位保持一致
结果
去极化—内向电流—外向电流
说明：去极化引起了膜电导变化
离子电流分离
河豚毒（TTX）
阻断电压门控钠离子通道
四乙胺（TEA）
阻断电压门控钾离子通道
以上结果表明
去极化引起钠离子电导首先一过性增大钾离子电导钾电导逐渐增大
钠电导和钾电导的电压依赖性及时间依赖性
电压依赖性
钠电导和钾电导随着去极化幅度的增大而增大
意义
钠电导和去极化呈现正反馈，快速去极化达到峰值
钾电导促使快速复极化，从而形成锋电位
时间依赖性
钠电导快速，一过性增大
钾电导缓慢，持续性增大
意义
保证了先去极化，后复极化的顺序
动作电位（锋电位）产生过程
去极化过程（锋电位升支）
有效的去极化刺激-钠电导迅速增加-钠离子内流-膜迅速去极化
复极化过程（锋电位降支）
钠电导减小，钾电导增大-钾离子外流-膜复极化
模电导变化的实质-离子通道关闭
单通道
离子通道的功能状态
钠离子通道
两个闸门：激活门和失活门
三种状态：静息、激活、失活
钾离子通道
一个闸门：激活门
两种状态：静息、激活
动作电位的触发
阈强度（阈值）
引起动作电位的最小刺激强度
相关概念
阈刺激
指刺激强度相当于阈强度的刺激
域下刺激
小于域强度的刺激
域上刺激
大于域强度的刺激
域电位
指刚刚能够引起钠离子通道大量开放、产生动作电位的膜电位临界值，也称为燃点
动作电位的传播
动作电位在同一细胞上的传播
传导原理
局部电流学说
安全性:局部电流的刺激强度远大于膜的域强度，因而能可靠地引起动作电位
胞外记录:兴奋部位的胞外是负电位
有髓鞘神经纤维AP的传导——跳跃式传导
只有一层轴突膜，局部电流引起的去极化容易达到域电位
髓鞘区特征
多层膜包裹，电位差平均分散
电压门控钠离子通道稀疏，域电位高
有髓纤维跳跃式传导的意义
减少能量消耗
提高传导速度(空间常数大）
AP在细胞之间的传播——缝隙连接
缝隙连接组成
六个连接蛋白形成一个连接子，每侧膜上的连接子端端相连，形成缝隙连接(细胞间通道）
意义
细胞之间兴奋直接传播，实现多细胞的同步活动，如神经元之间(电突触)。心肌、部分平滑肌、神经胶质细胞及肝组织也有
兴奋性及其变化
兴奋性
集体的组织或细胞接受刺激后发生反应的能力或特性。对于可兴奋细胞即为产生动作电位的能力
兴奋
细胞接受刺激后，功能活动由弱变强或由静止变为活动的过程。在现代生理学中，兴奋就是指动作电位或动作电位的产生过程
可兴奋细胞
神经细胞、肌细胞和腺细胞受刺激后能产生明显的兴奋反应(收缩或分泌等)，并首先产生动作电位(具有电压门控钠离子或钙离子通道），故生理学将其称为可兴奋细胞
衡量组织兴奋性高低的指标
阈强度
兴奋性=1/阈值
细胞兴奋后兴奋性的变化
绝对不应期
多大刺激强度也不能再次兴奋(钠离子通道处于失活状态）
意义
峰电位不叠加
限制锋电位发生最大频率
相对不应期
阈刺激不能、但阈上刺激可引起动作电位(钠离子通道少量复活）
超常期
阈下刺激可引起兴奋(钠离子通道基本复活，膜电位距阈电位近）
低常期
阈上刺激可兴奋(钠离子通道完全复活，但膜电位距离阈电位较远）
电紧张电位和局部电位
细胞膜和胞质的被动电学特性
膜电容
膜电阻(Rm）或膜电导(G）
膜电阻
膜对电流流过的屏障或阻碍特性
单纯脂质--几乎绝缘
生物膜--静息时离子通道和转运体活动
膜电导
膜对电流流过的通行或导通的特性
G=1/R
轴向电阻
细长的神经纤维或肌纤维要考虑，取决于纤维直径和长度
电紧张电位
注射电流观察膜电位变化
轴向电阻使跨膜电流随距离延长而指数性衰减，相应的膜电位随距离延长也呈指数性衰减
概念
由膜的被动电学特性决定其空间分布(随传播距离而衰减）和时间变化(随时间逐渐增大）的电位称为电紧张电位
两个重要参数及其意义
空间常数
指膜电位衰减至最大值的百分之三十七时所扩布的空间距离
空间常数越大(增大膜电阻或减小轴向电阻），电紧张电位扩布范围越大，AP传导速度也越快
时间常数
指膜电位上升或下降到稳态值百分之六十三所需的时间
时间常数越小(如减小膜电容），电紧张电位发生速度越快，AP传导速度也越快
有髓纤维
膜电阻大，空间常数大
膜电容小，时间常数小
极性
去极化电紧张电位
产生于细胞外负电极部位(相当于细胞内注入正电荷）
意义
兴奋性增高，可诱发动作电位
超极化电紧张电位
产生于细胞外正电极部位(相当于细胞内注入负电荷）
意义
兴奋性降低
特征
等级性
随刺激强度增大而增大
衰减性
随扩步距离延长而指数性衰减
膜的主动特性
反应大小可融合叠加，去极化电紧张电位达到一定程度可引起局部电位
局部电位
电紧张电位
细胞膜被动特性(无通道激活）
局部电位(去极化和超极化）
细胞膜主动特性(部分通道激活）
少量钠离子通道激活产生的去极化膜电位波动
生物体内的局部兴奋
局部兴奋可叠加在去极化电紧张点位基础上
局部电位的特征
反应幅度呈等级性，没有全或无的特征
传导呈衰减式即电紧张扩布
反应可以总和
时间总和
多个局部兴奋先后叠加
空间总和
多个局部兴奋同时叠加
意义
达到阈电位后，引发动作电位
信息整合、编码
肌细胞的收缩
横纹肌
骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递
结构特征
神经-肌接头
接头前膜、接头后膜和接头间隙
30万囊泡；1万Ach/囊泡
20-50nm
兴奋传递过程
电-化学-电传递
终板电位
微终板电位
量子式释放
125个囊泡/一次AP
MEPP 0.4mv
EPP 50-75mv
结构特征
肌原纤维和肌节
肌节
相邻两条Z线之间的区段
肌肉收缩和舒张的基本单位
肌管系统
骨骼肌
横管、纵管、三联管
心肌
横管、纵管、二联管
收缩机制
肌丝滑动原理
内容
肌原纤维由粗肌丝和细肌丝构成
肌肉的舒张收缩由粗细肌丝在肌节内发生相互滑行所致
舒缓过程中粗、细肌丝本身长度不变，只有粗细肌丝重叠程度的改变
肌丝的分子结构
粗肌丝
肌球蛋白
细肌丝
肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白
肌丝滑行的过程
横桥周期
肌球蛋白的横桥与肌球蛋白结合、扭动、复位的过程
条件:钙离子浓度升高，ATP存在
停止:钙离子浓度下降
横桥周期的运转模式与肌肉收缩的表现
肌肉收缩的实质是横桥分解ATP获得的化学能转变为机械能的过程
张力
与肌动蛋白的横桥数目有关
缩短的速度
与横桥周期长短有关，20-200ms
横桥周期长短:与肌肉收缩时遇到的阻力大小有关，与瞬间结合肌动蛋白的横桥数目有关
阻力大，横桥周期长；数目多，张力大
阻力小，横桥周期短；数目少，张力小
横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
兴奋-收缩耦联
将横纹肌细胞产生动作电位的电兴奋过程与肌丝滑行的机械收缩联系起来的中介机制
横纹肌细胞的电兴奋过程
兴奋-收缩耦联的基本步骤
T管膜的动作电位传导，激活钙通道
JSR内钙离子的释放
钙离子触发肌丝滑行
JSR回摄钙离子
影响横纹肌收缩效能的因素
收缩效能
肌肉收缩时产生的张力大小、缩短程度及产生张力或缩短的速度
等长收缩
长度不变，张力增加
等张收缩
张力不变，长度缩短
常见形式
中小负荷:先等长收缩，再等张收缩，出现缩短
大负荷:先出现等长收缩，张力增大到一定程度不再继续增高，长度始终无缩短
维持姿势稳定的肌肉收缩，可出现长度不变，张力不变的收缩
前负荷
决定肌肉收缩前的长度，即初长度
长度-张力关系曲线
最适初长度即产生最大收缩张力的初长度
后负荷
肌肉收缩后所承受的负荷
等张收缩时，收缩张力大小与后负荷大小相等，方向相反
张力-速度关系曲线
后负荷为0，缩短速度最大
后负荷增大，收缩张力增大
收缩张力达到最大，P0
后负荷超过PO，长度不变
肌肉收缩能力
与前负荷和后负荷无关，影响肌肉收缩效能的肌肉内在特性
收缩的总和
是指肌肉收缩的叠加特性，是骨骼肌快速调节收缩效能的主要方式。受中枢神经系统调节
多纤维总和:空间总和
运动单位
运动神经+支配的所有骨骼肌纤维
大小原则
运动单位总和时遵循的规律
收缩逐渐增大时，先增加小运动单位，后大运动单位
舒张时，先大运动单位舒张，后小运动单位舒张
意义
有效实现收缩强度的调控，有利于精细运动的调节
频率总和:时间总和
单收缩
不完全强直收缩
完全强直收缩
平滑肌
肌细胞的收缩功能
横纹肌
骨骼肌神经–肌接头处的兴奋传递
结构特征
神经–肌接头
接头前膜、接头后膜和街头间隙
30万囊泡，1万Ach/
20-50nm
兴奋传递过程
电-化学-电传递
终板电位
微终板电位
量子式释放
125个囊泡/一次AP
MEPP0.4mv
EPP 50-75mv
子主题 8
结构特征
肌原纤维和肌节
肌节
相邻两条Z线之间的区段
肌肉收缩和舒张的基本单位
肌管系统
骨骼肌
横管、纵管、三联管
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