第2章 细胞的基本功能 课件.ppt

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1、,第二章 细胞的基本功能 Function of cell 第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,一、细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有 不同结构和功能的蛋白质 1.脂质双分子层:磷脂、胆固醇双嗜分子构 成基架,体温条件下具有流动性 2.蛋白质:分表面蛋白(如:RBC骨架蛋白)和 整合蛋白(载体、通道、离子泵、转运体) 3.糖类:与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖 脂成为抗原决定簇、受体可识别部分,二、膜的跨膜物质转运功能 跨膜转运 transmembrane transport: 体内各种物质经过细胞膜进出细胞的过程。 转运

2、方式: 单纯扩散 被动转运 passive transport 易化扩散 原发性主动转运 主动转运 active transport 继发性主动转运 出胞和入胞作用,膜蛋白介导,(一)单纯扩散 Simple diffusion 脂溶性物质由高低浓度侧的净移动。 通量(flux):摩尔/cm2.秒 扩散 浓度差 膜通透性(脂溶性,分子量,带 电状况) 单纯扩散物质： O2、CO2、乙醇、 尿素、少量激素、 水(还可通过水通道water channel 即水孔蛋白aquaprin来跨膜转运),(二) 易化扩散 Facilitated diffusion 非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质(通 道、载体)

3、帮助顺电化学梯度的跨膜转运。 特点: 由高到低顺浓度差扩散(离子扩散还 与电位差有关) 转运蛋白与转运物质间有选择性 转运蛋白的功能受环境因素的影响,1.经载体的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier转运物质:小分子物质,如GS、AA、核苷酸,载体：是贯穿脂质双层的整合蛋白。,经载体的易化扩散的特点： 顺浓度差转运,速度比依溶质物理特 性预期的快; 饱和现象saturation; 结构特异性:如对GS转运,只转运右 旋GS,因为载体是D-GS carrier或称 glucose transporter; 竞争抑制competitive inhibition

4、;,2.经通道的易化扩散 Facilitated diffusion via channel：转运物质:带电离子,离子通道： 是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。通道的分类： 化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道 Voltage-gated channel机械门控通道 Mechanical-gated channel,电压门控通道,化学门控通道,化学,化学,通道的特征： 离子选择性 门控性通道转运的功能特点： 转运速率比载体快 无饱和现象，无竞争性抑制 通道有不同的功能状态,通道蛋白状态：静息、激活、失活,(三) 主动转运 active t

5、ransport 细胞膜通过本身某种耗能过程，借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质分子或离子逆电化学梯度差进行的转运。 根据转运能量是否直接来源于ATP的不同分为:原发和继发两种主动转运形式。,1.原发性主动转运 Primary active transport,指细胞直接利用代谢产生的能量(ATP)将物质(通常是带电离子) 逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵(ion pump),如：钠-钾泵 sodium-potassium pump简称钠泵sodium pump,又称Na+-K+-ATP酶(Na+-K+-ATPase),Primary active

6、 transport,Na+-K+ 依赖式ATP酶（钠泵）,3Na+(由胞内向胞外): 2K+ (由胞外向胞内),Na+-K+依赖式ATP酶由一对和一对亚 单位构成的四联体,水解ATP及与阳离子结合 部位均在亚单位(功能亚单位)。当： 细胞内Na+ ATP 钠泵激活 细胞外K+ ADP+Pi+E 3Na+(移出胞外):2K+（移入胞内） 同时逆向转运。 钠泵抑制剂:哇巴因ouabain,Primary active transport,钠泵活动的生理意义： 细胞内高K+胞内代谢反应所必需； 膜内外K+、Na+浓度差RP、AP产生前提； 维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定； 生电性活动影响RP数

7、值； 胞外高Na+势能储备： GS、AA继发性主动转运； Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定； Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定；,H+泵(H+-ATP酶；H+-K+-ATP酶): 分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关 Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收缩有关,其它泵：,Primary active transport,2.继发主动转运 (又简称联合转运) secondary active transport 细胞膜间接利用钠泵分解ATP 释放的能量 完成的主动转运。即细胞膜利用钠泵分解 ATP 释放的能量所建立起的细胞膜内

8、外Na+浓度差的 势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学梯 差的跨膜转运。 如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸 收GS、AA为继发主动转运。介导继发主动转运 的是特殊的转运蛋白转运体 transporter 。,肾小管上皮细胞对GS的转运,基侧膜钠泵活动Na+浓度势能差管腔膜Na+、GS同向转运体GS再易化扩散入血,转运体 transporter：,转运体和载体具有相似的转运机制，也会出现饱和现象,同向转运体反向转运体 （交换体）,典型的继发性主动转运： GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收； GS和AA在肾小管上皮的重吸收； 神经递质在突触间隙被神经末梢 所重摄取； 甲状腺上皮细胞的聚碘过程；

9、 Na+-H+交换,Na+-Ca2+交换；,(一)出胞和入胞 exocytosis and endocytosis,Exocytosis: 指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。,分泌物的出胞过程,粗面内质网上合成转移到高尔基体修饰，由质膜包裹分泌囊泡移向细胞膜内侧融合、破裂，分泌,信号,Endocytosis：大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。例如：白细胞吞噬细菌、异物等,受体介导式入胞过程,被运物与R结合结合部位膜内陷、离断胞质内形成吞饮泡R与转运物质分离只含R的小泡与膜结合如:结合Fe2+的运铁蛋白 低密度脂蛋白的入胞,

10、再循环,第二节 细胞的跨膜信号转导功能掌握内容：细胞的跨膜信号转导 通道蛋白完成的跨膜信号转导 化学门控,电压门控,机械门控 蛋白和膜的效应器酶组成的 跨膜信号转导 酪氨酸激酶受体完成的跨膜 信号转导,一、跨膜信号转导的概念和特征,（一）概念： 各类刺激信号通过改变靶细胞 膜上的蛋白质构型，从而引起 靶细胞功能改变的过程。 这一过程也可理解为跨膜信号 传递。,（二）跨膜信号转导的特征： 1.各类刺激信号只改变膜结构中一种或 数种蛋白质分子结构，从而将细胞外 的信息转变成细胞内的信息，这一信 息引发细胞功能变化。 2.体内需要转导的信号数，接受信号的 靶细胞种类以及引发的功能变化都是 多样的，但

11、它们的转导过程仅限少数 途径。,二、几种主要的跨膜信号转导方式 (一）通过通道蛋白质完成的跨膜信号 转导（三类通道） 1.化学门控通道： 化学物质（递质、激素）膜上 通道型受体蛋白形成通道、允 许离子通过，故称促离子型受体。,2.电压门控通道蛋白 改变膜电位通道型蛋白质构型改变 通道开、相应离子易化扩散 3.机械门控通道蛋白：存在内耳毛细胞 内耳淋巴液振动毛细胞受切向力弯 曲通道开离子易化扩散毛细胞 兴奋（Ap）沿神经传至听中枢,（二）由膜的特异性受体蛋白、蛋白 和膜的效应器酶组成的跨膜信号 转导系统 1.激素结合膜上G蛋白耦联受体 亚单位结合GTPG蛋白(+) 2.蛋白(+)(膜效应器酶)腺

12、苷 酸环化酶(+) 3. (细胞内) ATP cAMP(第二信使),蛋白耦联受体也称促代谢性受体，效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷脂酶；第二信使除cAMP外还有IP3（三磷酸肌醇）、DG（二酰甘油）、钙离子等,(三) 由酪氨酸激酶受体完 成的跨膜信号转导,肽类激素 结合膜受体蛋白膜外肽段 细胞因子 膜内肽段激活 激活的膜内肽段有磷酸激酶活性： (1)使肽段中酪氨酸残基磷酸化 (2)使胞内蛋白质酪氨酸残基磷酸化 磷酸化使细胞功能改变 以上分别为已确定的三种类型的跨 膜信号转导。,第三节 细胞的生物电现象 bioelectric phenomenon of cell 掌握内容： 细胞的兴奋性和生物

13、电 静息电位和动作电位及其产生机制 兴奋的引起、阈值、局部电位、阈 电位和锋电位 兴奋在同一细胞上传导的机制,一、组织的兴奋和兴奋性(P33) Excitation & excitability of tissue (一)刺激和反应 1.刺激stimulation：细胞和组织所处的 内外环境的变化。 刺激的形式：物理 化学 机械等 刺激的三要素：强度；持续时间；强 度-时间变化率(方波刺激时不变) 阈强度(阈值) threshold intensity (value) :刺激的持续时间固定,引起 细胞或组织发生反应(产生AP)的最小 刺激强度,阈刺激threshold stimulus:具有阈

14、强 度的刺激 2.反应response:可兴奋组织或细胞对刺 激所发生的应答。 兴奋excitation 抑制inhibition(二)可兴奋细胞或组织和兴奋性 1.可兴奋细胞或组织excitable cell or tissue:受刺激后能产生反应(即AP)的 细胞或组织。神经、肌肉、腺体的细 胞或组织属于此类。,2.兴奋性 excitability: 可兴奋组织、细胞对刺激发生反应(即产生 动作电位)的能力。 衡量兴奋性高低的指标阈值 Excitability 阈上刺激 supraliminal stimulus 阈下刺激 subthreshold stimulus,1threshold

15、intensity,二、细胞膜的被动电学特性,1.平行板电容器:细胞膜脂质双层将细胞内外 液隔开,类似于平行板电容器。2.细胞膜电学特性:细胞膜具有膜电容Cm : 较大，约1F/cm2膜电阻Rm: 可变,与通道及转运体数目有关； Rm倒数即膜电导Gm=带电离子通透性细胞膜通道开放带电离子跨膜移动相 当于电容器充电或放电可产生电位差即 跨膜电位 transmembrane potential,Em因此电学特性可用并联的阻容耦合电路来描述,3.电紧张电位electrotonic potential 随距刺激原点距离的增加而膜电位呈指数衰减的电位变化称电紧张电位。 该电位是由膜的固有电学特性决定的,

16、其产生过程中没有离子通道的激活,也无膜电导的改变。,三、静息电位及其产生机制(P24),(一)静息电位Resting potential，RP 细胞在未受刺激时(静息状态下),存在于细胞膜内外的电位差。,1.在微电极尖刚插入膜内的瞬间,记录仪器显 现一个突然的电位跃变；2.静息电位是一个稳定的直流电位；3.范围:-10mV-100mV(随细胞种类而不同); 极化(polarization):外正内负 去极化(depolarization):|RP|值减小 超极化(hyperpolarization):|RP|值增大 反极化(reversepolarization):去极到正值 复极化(repo

17、larization):去极后向RP恢复 超射(overshoot):膜电位高于0电位部分,(二)静息电位产生机制,1.生物电活动的基础:钠泵活动造成膜内外离子不均衡分布:胞外Na+胞内Na+,胞内K+胞外K+2.离子扩散与离子平衡电位： 扩散驱动力：浓度差和电位差 膜通透性：安静状态下,膜主要对K+通透 扩散平衡：电位差=浓度差,驱动力=0 根据Nernst公式可计算出离子平衡电位,钠平衡电位(+50+70mV),离子平衡电位 ion equilibrium potential,钾平衡电位(-90-100mV),离子平衡电位计算公式,Nernst方程： (环境温度为27时，教材为29.2)

18、K+oEK=59.5 log (mV) K+i,膜主要对K+通透细胞内外K+势能差K+经通道易化扩散扩散出的K+形成阻碍K+继续扩散的电场力K+的浓度差动力和电场力阻力平衡,静息电位Resting Potential:,Nernst公式(环境温度为27时) EK=59.5 log (mV), RP相当于EK，但实测值总是小于Nernst公式的计算值，原因是静息时，细胞膜对Na+等离子也存在一定的通透性,K+o K+i,影响RP因素： 胞内、外的K+: K+o与 K+ i的差值决定EK， K+o EK 膜对K+、Na+通透性: K+的通透性,则RP,更趋向于EK Na+的通透性,则RP,更趋向于

19、ENa Na+-K+泵的活动水平,Resting Potential,四、动作电位及其产生机制,(一)动作电位Action potential,AP 1.在RP基础上，细胞受到一个适当(不 小于阈值)刺激时，其膜电位所发生的 一次可扩布、迅速的、短暂的波动。,实质：是膜电位在RP基础上发生的一 次可扩布、快速的倒转和复原；是细胞 兴奋的本质表现。,2.动作电位的波形:,升支(去极化相)降支(复极化相)锋电位 spike potential 后电位 负后电位 negative after-potential 正后电位 positive after-potential,1.离子跨膜流动的电化学驱动

20、力 电化学驱动力=Em-E离子 = *动力为负值时：推动正电荷流入胞(内向 电流 inward current,如Na+,Ca2+内流) *动力为正值时：推动正电荷出胞(外向电 流outward current,如K+外流,Cl-内流)RP条件下，Na+受到很强的内向驱动力,(二)动作电位的产生机制,Na+=-130mV K+=+20mV,2.动作电位期间Gm的变化 用电压钳(voltage clamp,固定膜电位,测量膜电流)技术的研究结果表明: 动作电位期间,膜GNa首先增加,随即又衰减,在其衰减的同时GK增大。,3.Gm变化的机制是离子通道的活动 膜片钳(patch clamp):钳制一

21、小片膜， 记录单个通道离子电流的技术。,膜片钳技术,用膜片钳技术研究的结果说明：膜电导变化的实质是实质是膜上离子通道随机开放和关闭的总和效应,AP期间的离子通道ion channels活动：,膜片钳的实验研究表明，AP期间有两种离子通道活动： Na+通道：通道特异性阻断剂 河豚毒(tetrodotoxin,TTX) K+通道：通道特异性阻断剂 四乙铵(tetraethylammonium, TEA),刺激后,膜对Na+通透 膜内外Na+势能贮备 Na+经通道易化扩散扩散的Na+抵消膜内负电位,形成正电位直至正电位增加到足以对抗由浓度差所致的Na+内流,Action Potential：, AP

22、的超射值等于Na+平衡电位(+50+70mV),Na+通道去极化激活失活恢复,Action Potential：升支,Na+通道激活开放,Na+内流形成AP上升支,Action Potential: 降支,K+通道激活开放,K+外流形成AP下降支,K+通道关闭激活,小结AP的形成的离子基础： 升支:Na+内流； 降支:K+外流； 静息水平: Na+- K+ 泵活动,离子恢复静息 时的分布状态； 负后电位(后去极化,after depolarization):复极 时外流的K+蓄积在膜外,阻碍了K+外流； 正后电位(后超极化,after hyperpolarization):生 电性钠泵作用的结

23、果,AP的特点：,“全或无” all or none：幅度不随 刺激强度增加而增大 可传播性:不减衰传导(幅度波形不变) 有不应期:因而锋电位之间不发生 融合或叠加,4.动作电位的引起,(1)局部兴奋及其向锋电位的转变 阈下弱刺激电紧张电位刺激稍加强去极化电紧张电位少量Na+通道开放, 少量Na+内流被K+外流抵消 不能发展成AP只能与电紧张电位叠加局部反应(local response)。 因此，局部反应是阈下刺激在受刺激的膜的局部引起的一个较小的去极化反应。又称局部兴奋或局部电位 (local excitation or potential),刺激强度增加较多Na+通道开放,较多Na+内流

24、当刺激强度使膜去极化程度达某一临界膜电位(阈电位)时Na+内流K+外流膜发生更强的去极化从而使更多Na+通道开放和Na+内流(形成Na+通道激活对膜去极化的正反馈)直至接近ENa AP,局部电位及其向锋电位的转变,(2) 阈电位 threshold potential，TP 能引起大量Na+通道开放和Na+内流并形成Na+通道激活对膜去极化的正反馈过程进而诱发动作电位的临界膜电位值。 阈电位一般比RP小1020mV。 如神经细胞RP=-70mV，TP-55mV 达到阈电位后,AP幅度只取决于膜电位去极化程度、Na+通道和Na+电流之间的正反馈过程，而与外加刺激强度无关。,(3)局部反应Loca

25、l response 阈下刺激因强度较弱而不能使膜的去极化达到阈电位，不能触发AP，但可引起局部反应。,局部反应的特征：非“全或无”：反应幅度随刺激强度的增大而 增大在局部形成电紧张性扩布可以总和: 空间总和 spatial summation 时间总和 temporal summation,Local Potential：（1）肌细胞的终板电位EPP（2）感受器细胞的感受器电位（3）N元突触的突触后电位,1.无髓鞘神经纤维AP传导机制 局部电流local current 传导速度:轴突直径、电阻、钠通道密度2.有髓鞘神经纤维AP传导机制 局部电流发生在郎飞结 间的跳跃式传导 saltator

26、y conduction,(三)动作电位在同一细胞上的传导,无髓鞘神经纤维AP传导:,跳跃式传导： 提速、节能,有髓鞘神经纤维AP传导：,(四)细胞一次兴奋后兴奋性的周期性变化,绝对不应期(相当于锋电位) absolute refractory period 兴奋性=0 Na+通道全部关闭相对不应期(相当于负后电位) relative refractory period 正常兴奋性0 Na+通道渐恢复 超常期(相当于负后电位)supranormal period 兴奋性正常 Na+通道恢复 低常期(相当于正后电位)subnormal period 兴奋性正常 Na+通道渐静息,Action P

27、otential,绝对不应期： 兴奋性=0相对不应期： 正常兴奋性0超常期： 兴奋性正常 低常期： 兴奋性正常,兴奋性的周期性变化,第四节 肌细胞的收缩功能Contraction of muscle cell,1.掌握N-M接头处兴奋的传递2.掌握肌丝滑行机制3.掌握兴奋-收缩耦联,肌肉按功能特性分类,AP在运动神经纤维上的传导,N-M接头处兴奋的传递,AP在骨骼肌cell上的传导（局部电流）,骨骼肌的兴奋收缩耦联,骨骼肌的肌丝滑行收缩,一、骨骼肌细胞的收缩(contraction of skeletal muscle ),(一)神经骨骼肌接头处兴奋的传递 neuromuscular tran

28、smission,1.神经肌接头(neuromuscular junction)的结构： 接头前膜prejunctional membrane: 突触囊泡synaptic vesicle,内含ACh; 电压门控Ca2+通道； 接头间隙junctional cleft: 50nm宽，与细胞外液相通; 接头后膜postjunctional membrane:又称 终板膜endplate membrane，是肌膜特化 部分,上有N2型ACh受体; AChE;,神经肌接头结构,(接头前神经末梢),(接头间隙),(接头后膜, 终板膜),2、传递过程及EPP产生：,与R结合, K+、Na+通道 (化学门控

29、)Endplate potential （电紧张扩布）电压门控Na+通道激活 肌膜上,AP (前膜去极化)前膜Ca2+通道 (Ca2+入前膜)ACh释放 (量子性释放)ACh扩散至endplate,AP,注意： 1、量子释放quantal release：以小泡为单位的倾囊释放。 2、终板电位 endplate potential, EPP 1）定义 : 终板膜上产生的局部去极化电位。可随ACh释放增加而产生等级性变化。 2）不表现“全或无”传导，只能在局部进行紧张性电扩布。 3）一次神经冲动释放ACh所引起的EPP大小超过引起肌细胞AP所需阈值34倍,可刺激周围具有电压门控Na+通道的肌膜产

30、生AP，使神经冲动与肌细胞收缩保持1对1。, 3、ACh的分解： ACh在刺激终板膜产生终板电位的同时，可以被终板膜表面的胆碱酯酶分解（迅速） ACh胆碱乙酸 4、 N2 -ACh-R : N2 型乙酰胆碱受体 1）筒箭毒、-银环蛇毒和非去极化型肌松剂卡肌宁能特异性阻断N2型 ACh受体通道; 2）有机磷农药、新斯的明可抑制胆碱酯酶活性，产生肌肉痉挛及其他副交感神经兴奋症状。, 5、传递特点： 1）单向传递：NM，1对1 2）时间延搁：0.51.0ms 3）易受药物、环境和病理变化影响,(二)骨骼肌的收缩过 程肌丝滑行理论 myofilament sliding theory,1.骨骼肌细胞的

31、结构： 1)肌原纤维myofibril 肌节 sarcomere： 每两个相邻 Z 线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的基本单位。长2.02.2m,变动在1.53.5m,肌束,肌原纤维,纵,横,2)肌管系统 sarcotubular system： 横管 transverse tubule （T管） 纵管 longitudinal tubule（肌质网） 纵行肌质网 LSR 连接肌质网 JSR终池三联管triad： 骨骼肌的T管与其两侧的终池,2.肌原纤维及其肌丝的分子组成,1）粗肌丝thick filament 肌球蛋白(肌凝蛋白,myosin),属收缩蛋白 杆状部朝向M线成主干 头部横桥cro

32、ss-bridge : 可与肌动蛋白可逆性结合, 具有ATP酶活性2）细肌丝thin filament (构成主干) 肌动蛋白(肌纤蛋白,actin):属收缩蛋白 肌钙蛋白(troponin):属调节蛋白 原肌球蛋白(原肌凝蛋白,tropomyosin):属 调节蛋白,-,肌球蛋白,原肌球蛋白,肌动蛋白,有位阻效应,原肌球蛋白,肌球蛋白,肌动蛋白,粗肌丝分子组成,肌钙蛋白,3.肌肉的收缩过程：肌肉舒张状态时,横桥结合的ATP分解(ADP和Pi仍留在头部)蓄积能量而处于高势能状态。当终末池释放Ca2+ 肌浆内Ca2+与肌钙蛋白结合原肌球蛋白构型改变解除位阻效应横桥与肌动蛋白结合横桥向M线方向摆动

33、拖动细肌丝滑行肌小节变短肌肉收缩。,肌球蛋白,原肌球蛋白,肌动蛋白,-,-,在横桥变构与摆动同时,ADP及Pi与横桥分离横桥再结合ATP横桥与肌动蛋白亲合力并与肌动蛋白解离。解离后的横桥随即将ATP分解,进入下一横桥周期。 如胞浆内Ca2+Ca2+与肌钙蛋白解离原肌球蛋白构型复原位阻效应恢复横桥不能与肌动蛋白结合细肌丝回位肌肉舒张。 胞浆中升高的Ca2+,由肌质网膜上的Ca2+泵泵回肌质网(包括终池),横桥周期 cross-bridge cyclin 指横桥与肌动蛋白结合、摆动、复位与再结合的过程。周期的长短决定肌肉的缩短速度。,肌肉的缩短速度肌肉产生的张力肌肉缩短的程度,参与摆动的横桥数目、

34、循环进行的速率可影响：,(三) 兴奋收缩耦联 excitation-contraction coupling1.定义:把以肌细胞膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌丝的滑行为基础的机械收缩过程联系起来的中介过程。2.中介过程三步骤： 肌膜上AP沿肌膜和T管传向肌细胞深处； 三联管结构处的信息传递； 肌质网对Ca2+的贮存、释放和再聚积。,肌浆中Ca2升高机制：,AP,T管膜L型Ca2通道激活,终池Ca2释放入胞浆,胞浆Ca2 ,与肌钙蛋白结合,触发肌肉收缩,激活终池膜ryanodine受体,L型Ca2通道变构(骨骼肌)Ca2经该通道内流(心肌),沿肌膜传到T管膜,又称双氢吡啶受体(DHPR),该过

35、程称钙触发钙释放,RYR,一种对生物碱ryanodine有亲和力的Ca2释放通道,骨骼肌肌质网Ca2+释放机制(构象变化触发钙释放),(终池膜上),骨骼肌肌质网Ca2+释放机制(构象变化触发钙释放),(终池膜),心肌肌质网Ca2+释放机制(钙触发钙释放),(终池膜上),心肌肌质网Ca2+释放机制(钙触发钙释放),肌膜AP,L型Ca2通道激活,Ca2释放入胞浆,兴奋,收缩,耦联,肌浆中Ca2降低机制： 胞浆中Ca2+ 浓度升高激活肌质网 上的Ca2+泵将胞浆中Ca2+泵回肌 质网胞浆中Ca2+ 浓度下降肌肉 舒张。3.兴奋-收缩耦联的物质和结构基础: 耦联的关键物质Ca2+ 耦联的关键结构三联管

36、,二、影响横纹肌收缩效能的因素（骨骼肌收缩的外部表现和力学分析）,肌束,肌原纤维,肌肉收缩效能 performance of contraction,产生张力force,缩短程度shortening,缩短的速度velocity,W=FS,P=FV,作功,输出功率,等张收缩 isotonic contraction： 肌肉收缩时,张力不变,而长度缩短(缩短速度0)。如与关节屈曲有关的肌肉的收缩。,等长收缩 isometric contraction： 肌肉收缩时,长度不变(缩短速 度=0),而张力增加。维持姿势的抗 重力肌,如颈后部肌的收缩。,1.前负荷 preload 定义：肌肉收缩前遇到的负

37、荷 初长度：前负荷使肌肉在收缩前就处于某种拉长状态，使之具有一定的长度，即肌肉的初长度 initial length 前负荷的大小决定了初长度，因而前负荷可用初长度表示。,负荷实验的装置布置,调节钮,同一肌肉不同初长度时，产生张力的变化,骨骼肌的长度张力关系曲线,(前负荷),长度张力曲线,从长度张力曲线可看出： 肌肉收缩存在一个最适初长 度(即最适前负荷)，此状态 下，肌肉收缩产生的主动张 力最大。 大于或小于最适初长度，肌 肉收缩产生的张力均会下降。,最适初长度optimal initial length,(收缩可以产生最大张力的初长度),肌小节长度为2.2m,曲线上述两特点与肌节长度即 粗

38、细肌丝的重叠程度变化有关,安静时肌节长度为2.0 2.2m,肌节长度张力关系曲线,前负荷初长度肌小节长度粗细肌丝的重叠程度发挥作用的横桥的数目产生张力的大小,最适前负荷最适初长度肌小节2.2m粗细肌丝处于最佳重叠程度发挥作用的横桥的数目最多产生张力的最大,小结,2. 后负荷 afterload 定义：是肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。它不能改变肌肉初长，但能阻碍肌肉收缩时的短缩，是收缩的阻力 。,研究方法：把前负荷固定在最适前负荷，逐次改变后负荷，研究肌肉产生张力的大小与速度的关系。,肌肉在有后负荷下收缩(下图)时: 总是张力产生在前，缩短产生 在后； 后负荷愈大产生的张力愈大, 但缩短开始

39、的时间愈晚，缩短 的初速度和缩短的总长度也愈 小。,图A:不同后负荷对肌肉单收缩所产生的张力和缩短程度的影响,3,5,9,从张力速度曲线(下图)可看出： 随着后负荷增加收缩张力增加,而缩短 速度减小。 当后负荷增加到肌肉不能缩短时(缩短速 度=0), 可产生最大的张力(P0), 此种收缩 为等长收缩;当张力 P0时, 肌肉收缩既产 生张力, 又出现缩短且每次收缩开始后,张 力即不再增加,直至收缩完成(等张收缩)。当后负荷=0时，肌肉缩短可达最大缩短 速度(Vmax)。,图B:张力速度曲线,产生最大张力而不出现缩短 W=0,后负荷为零时，产生最大缩短速度 W=0,P0,Vmax,曲线最弯处 W最

40、大,既产生张力，又出现缩短，且每一收缩开始后，张力不再增加，故为等张收缩,等长收缩,*肌肉收缩的缩短速度:取决于横桥周期的长短；*肌肉收缩的收缩张力：取决于每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥的数目。轻负荷:横桥摆动及其与肌动蛋白解离速度 快(缩短速度快);处于张力状态的横 桥数目少(收缩张力小)重负荷:横桥摆动速度慢,横桥周期延长(缩 短速度慢);较多横桥处于张力状态 (收缩张力增加),负荷对横桥周期的影响,3.肌肉的收缩能力contractility,定义:是指与负荷无关,但可影响肌肉收缩效能的肌肉的内在特性和功能状态。,影响因素:(1)兴奋-收缩耦联过程,特别是Ca2;(2)肌肉蛋白质或横桥功能

41、特性的改变, 特别是ATP酶活性；(3)神经、体液、药物及病理因素。,兴奋收缩耦联过程蛋白质或横桥功能特性,缺氧酸中毒能源缺乏,Ca2咖啡因肾上腺素,提高收缩效果,降低收缩效果,H+、K、ACh 心肌收缩力曲线左下移位,Ca2+、NE、E、洋地黄类药物心肌收缩能力曲线右上移位,4.收缩的总和summation ：,肌肉收缩频率的总和 wave summation,运动单位数量总和 motor unit summation,骨骼肌一个重要的特性就是可以根据环境变化要求来调节肌肉收缩的强度。这个特性是通过收缩总和过程来实现的,(注：肌肉收缩或AP频率与刺激频率有关),1)运动单位及其总和 moto

42、r unit:一个脊髓前角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维。,舒张时:最大运动单位先停止放电和收缩,最后才是小运动单位停止活动。,motor unit summation:大小原则,不同运动单位所包含的肌纤维数不同,可以从几根到上千根,收缩时:弱收缩时,小运动单位先参与,随着收缩的增强,会有多个和大的运动单位参与。,单收缩 twitches: A.受单一刺激一个AP一次肌肉收缩; B.连续刺激的频率低(间隔单收缩的时 程)多个分离AP连续分离单收缩,2)收缩频率的总和wave summation,收缩频率的总和wave summation,不完全强直收缩 incomplete tetanus： 连续刺激频率增加后续刺激落在前次收缩的舒张期发生的多次收缩的总和。(虽产生多个AP,但AP时程仅12ms,相当于不应期,而收缩时程比其长得多,故收缩波融合,AP则否),强直收缩 tetanus：连续刺激频率再增加后续刺激落在前次收缩的收缩期发生的多次收缩的总和。,收缩频率的总和wave summation,强直收缩张力远大于单收缩的张力原因：胞质内Ca2+浓度持续升高,