生理学

生理学 第一章绪论

第一章绪论第一节生理学的研究内容 • 生理学概述——生理学是生物科学中的一个分支‚它以生物机体的功能为研究对象。生理学的任务就是要研究这些生理功能的发生机制、条件以及机体对内外环境中的各种变化如何调节其功能‚从而掌握各种生理变化的规律。

第一章绪论第一节生理学的研究内容 • 生理学研究的三个水平——1)整体水平—是研究有关机体内各器官、系统的相互联系和相互影响，以及机体与环境之间如何相互联系和相互影响。 2)器官和系统水平—是研究有关机体内各器官和系统的功能。 3)细胞和分子水平—是研究有关细胞和分子在生命现象中的机制。

第一章绪论第一节生理学的研究内容 • 生理学的研究方法——1)急性实验—可分: ①在体实验 ②离体实验 2)慢性实验—

第一章绪论第一节生理学的研究内容 • 急性实验在体实验

第一章绪论第一节生理学的研究内容 • 急性实验离体实验

第一章绪论第二节生命活动基本特征 • 新陈代谢——机体在与环境进行物质和能量代谢的基础上实现自我更新。 • 兴奋性——是机体接受刺激产生反应的能力。抑制(inhibition)反应强→弱, 兴奋(excitation)反应弱→强, 刺激三要素:强度,时间,强度时间变化率, • 生殖——生物个体保持其物种延续。

第一章绪论第三节机体体液、内环境与稳态 • 体液——机体含有大量的水分,这些水和溶解在水里的各种物质总称为体液,约占体重的60%。体液可分为两大部分： 1)细胞内液─存在于细胞内的称为细胞内液,约占体重的40%。 2)细胞外液─存在于细胞外的称为细胞外液。细胞外液又分为两类： ①组织间液─存在于组织内细胞之间的液体(包括淋巴液和脑脊液),约占体重的15%。 ②血液的血浆(约占体重的5%)。

存在于组织间隙中的体液，是细胞生活的内环境。为血液与组织细胞间进行物质交换的媒介。绝大部分组织液呈凝胶状态，不能自由流动，因此不会因重力作用流到身体的低垂部位；将注射针头插入组织间隙，也不能抽出组织液。但凝胶中的水及溶解于水和各种溶质分子的弥散运动并不受凝胶的阻碍，仍可与血液和细胞内液进行物质交换。凝胶的基质主要是透明质酸。邻近毛细血管的小部分组织液呈溶胶状态，可自由流动。组织液是血浆在毛细血管动脉端滤过管壁而生成的，在毛细血管静脉端，大部分又透过管壁吸收回血液。除大分子的蛋白质以外，血浆中的水及其他小分子物质均可滤过毛细血管壁以完成血液与组织液之间的物质交换。滤过的动力是有效滤过压。存在于组织间隙中的体液，是细胞生活的内环境。为血液与组织细胞间进行物质交换的媒介。绝大部分组织液呈凝胶状态，不能自由流动，因此不会因重力作用流到身体的低垂部位；将注射针头插入组织间隙，也不能抽出组织液。但凝胶中的水及溶解于水和各种溶质分子的弥散运动并不受凝胶的阻碍，仍可与血液和细胞内液进行物质交换。凝胶的基质主要是透明质酸。邻近毛细血管的小部分组织液呈溶胶状态，可自由流动。组织液是血浆在毛细血管动脉端滤过管壁而生成的，在毛细血管静脉端，大部分又透过管壁吸收回血液。除大分子的蛋白质以外，血浆中的水及其他小分子物质均可滤过毛细血管壁以完成血液与组织液之间的物质交换。滤过的动力是有效滤过压。第一章绪论第三节机体体液、内环境与稳态 • 组织间液──存在于组织间隙中的体液,为血液与组织细胞间进行物质交换的媒介。组织间液呈凝胶状态,绝大部分不能自由流动。因此不会因重力作用流到身体的低垂部位。凝胶的基质主要是透明质酸。邻近毛细血管的小部分组织液可自由流动。组织间液是血浆在毛细血管动脉端,滤过管壁而生成的,在毛细血管静脉端,大部分又透过管壁吸收回血液。除大分子的蛋白质以外,血浆中的水及其他小分子物质均可滤过毛细血管壁以完成血液与组织液之间的物质交换。滤过的动力是有效滤过压。

第一章绪论第三节机体体液、内环境与稳态 • 有效滤过压──组织液是血液经毛细血管壁滤过生成的,其生成量主要取决于有效滤过压。生成组织液的有效滤过压=(毛细血管压+组织液胶体渗透压)-(血浆胶体渗透压+组织液静水压)。由于近微动脉端毛细血管内血压高于近微静脉端毛细血管的血压,因此毛细血管动脉端有组织液滤出,而静脉端则有组织液被重吸收。另有少量组织液进入毛细淋巴管,形成淋巴液。

第一章绪论第三节机体体液、内环境与稳态 • 内环境(internal environment)——细胞生活的体液环境,即细胞外液(主要是组织间液)。 • 细胞外液的成分── 1)水─是主要成分。 2)气体─最重要的是氧和二氧化碳。 3)无机离子─其中Na+、Cl-、K+、Ca2+、HCO3-和PO43-含量较多。 4)有机化合物─包括葡萄糖、氨基酸、脂类物质和多种维生素。 5)蛋白质和激素─ 6)废物─如氨、尿素、尿酸。

第一章绪论第三节机体体液、内环境与稳态 • 稳态(homeostasis)——在正常状况下,细胞外液的含量都只能在一个很小的范围内变动。也就是说,内环境理化性质的相对恒定。包括: 1)温度 2)PH 3)渗透压 4)化学组成稳态也就是中医的阴阳平衡。

第一章绪论第四节机体生理功能的调节 • 生理功能的调节——1)神经调节(nervous regulation)—基本方式即反射(reflex),2)体液调节(humoral regulation)— ①激素(telecrine)─许多内分泌腺体,组织或细胞所分泌的各种激素,就是借体液循环的通路对机体的功能进行调节的。 ②旁分泌(paracrine)─激素,化学物质。 ③神经内分泌─由神经细胞分泌的激素。 3)自身调节(autoregulation)—不依赖神经、体液因素。

第一章绪论第四节机体生理功能的调节 • 反射

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 生理功能的自动控制——1)负反馈(negative feedback)控制系统—反馈信息使控制部分的活动与原先的活动方向相反。 ①意义：维持稳态 ②缺点：滞后、波动 2)正反馈(positive feedback)控制系统—反馈信息加强控制部分的活动。其意义：加速生理过程 3)前馈(feed-forward)控制系统—在受控部分的状态尚未发生改变之前,机体通过某种监测装置得到信息,以更快捷的方式调整控制部分的活动,用以对抗干扰信号对受控部分稳态破坏,这种调控称为前馈控制,即具有前瞻性。

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 负反馈

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 正反馈

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 前馈

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 负反馈举例——见书P8,下丘脑→垂体→甲状腺→下丘脑, • 中医负反馈举例——金生水,水生木,木生火,火克金。 • 正反馈举例——膀胱尿量400毫升→膀胱壁内牵张感受器兴奋→排尿,骶髓→大脑皮层→逼尿肌收缩及内、外括约肌舒张→尿排空， • 中医正反馈举例——五行相生一个轮回,

第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理第一章绪论第五节机体功能活动的自动控制原理 • 前馈控制系统举例——在进食过程中,导致迷走神经兴奋,促使胰岛B细胞分泌胰岛素来调节血糖水平,这样可及早准备以防止食物消化吸收后造成血糖水平出现过分波动。

表1前馈控制系统与负反馈控制系统作用的区别表1前馈控制系统与负反馈控制系统作用的区别

第二章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第二章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 • 细胞膜或质膜(plasmamembrane)概述——一切动物的细胞都被一层薄膜所包被‚称为细胞膜或质膜(plasmamembrane)‚它把细胞内容物细胞周围环境(主要是细胞外液)分隔开来‚使细胞能相对地独立于环境而存在。很明显‚细胞要维持正常的生命活动‚不仅细胞的内容物不能流失‚而且其化学组成必须保持相对稳定‚这就需要在细胞和它所和的环境之间有起屏障作用的结构。

第二章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第二章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 • Images of budding yeast through the fluorescent confocal microscope

第二章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第二章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 • 细胞膜的结构和化学组成—— 1)脂质双分子层—膜脂质中以磷脂类为主‚约占脂质总量的70%以上；其次是胆固醇‚低于30%；还有少量属鞘脂类的脂质。脂质可能是以双分子层的形式包被在细胞表面的。以后提出的双分子层模型中‚每个磷脂分子中由磷酸和碱基构成的基团‚都朝向膜的外表面或内表面‚而磷脂分子中两条较长的脂酸烃链则在膜的内部两两相对。脂质的熔点较低‚在一般体温条件下是呈液态的‚即膜具有某种程度的流动性。

第二章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第二章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 • 脂质双分子层

第二章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第二章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

第二章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第二章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 • 细胞膜的结构和化学组成——2)镶嵌在细胞膜上的蛋白质—两种形式同膜脂质相结合： ①外周蛋白─有些蛋白质以其肽链中带电的氨基酸或基团‚与两侧的脂质极性基团相互吸引‚使蛋白质分子像是附着在膜的表面,这称为外周蛋白。外周蛋白为水溶性,占膜蛋白总量的20%-30%,在红细胞中占50%,如红细胞的血影蛋白和锚顶定蛋白都是外周蛋白。

第二章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第二章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 • 细胞膜的结构和化学组成——2)镶嵌在细胞膜上的蛋白质— ②整合蛋白─有些蛋白质分子的肽链则可以一次或反复多次贯穿整个脂质双分子层‚两端露出在膜的两侧‚这称为整合蛋白,又称内在蛋白或跨膜蛋白。其亲水部分暴露在膜的一侧或两侧表面,疏水区同脂双分子层疏水尾部相互作用,整合蛋白所含疏水氨基酸的成分较高。许多具重要生理功能的膜蛋白均属整合蛋白,例如膜结合的酶类,载体蛋白,通道蛋白,膜受体等。

第二章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第二章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 • 细胞膜的结构和化学组成——2)镶嵌在细胞膜上的蛋白质—实际上,有时外周蛋白与整合蛋白是难以区分的,因为许多膜蛋白是由多亚基组成的,其中有的亚基插入在脂双层,甚至穿透细胞膜,有些亚基则是附在细胞膜表面,后者占多数的为外周蛋白。反之则为整合蛋白。生物膜所具有的各种功能‚很大程度上决定于膜所含的蛋白质；细胞内外的物质、能量和信息交换‚都与细胞膜上的蛋白质分子有关。

第二章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第二章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 • 镶嵌在细胞膜上的蛋白质

第二章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第二章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 • 细胞膜的结构和化学组成——3)细胞膜的糖类—细胞膜所含糖类甚少‚主要是一些寡糖和多糖链‚它们和膜脂质或蛋白质结合‚形成糖脂和糖蛋白；这些糖链大多数是裸露在膜外面的。糖链由于以其单糖排列顺序上的特异性‚可作为蛋白质的特异性的“标志”。如作为抗原决定簇；有些是作为膜受体的“可识别性”部分‚能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子相结合。如人的红细胞ABO血型系统中‚A型抗原和B型抗原的差别仅在于此糖链中一个糖基的不同。

第二章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第二章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 • 细胞膜的糖类

第二章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第二章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 • 细胞膜的跨膜物质转运功能概述——膜是由脂质双分子层构成的‚理论上只有脂溶性的物质才有可能通过它。但事实上‚不断有各种各样的物质(从离子和小分子物质到蛋白质等大分子‚以及团块性固形物或液滴)进出细胞‚它们理化性质各异‚且多数不溶于脂质或其水溶性大于其脂溶性。这些物质中除极少数能直接通过脂质层进出细胞外‚大多数物质分子或离子的转运‚都与镶嵌在膜上的各种特殊的蛋白质分子有关；至于一些团块性固态或液态物质的进出细胞(如细胞对异物的吞噬或分泌物的排出)‚则与膜的更复杂的生物学过程有关。

第二章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第二章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 • 被动转运——1)单纯扩散—高浓度区域中的溶质分子将有向低浓度区域的净移动‚这种现象称为扩散。因为细胞膜是双层脂质分子‚各种溶质分子只要是脂溶性的‚就可能按扩散原理作跨膜运动或转运‚称为单纯扩散。如氧和二氧化碳等气体分子‚它们能溶于水‚也溶于脂质‚一些类固醇类激素也是脂溶性的‚能靠单纯扩散由细胞外液进入胞浆‚但较大分子量的需要膜上的特殊蛋白质才能使转运加快。

第二章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第二章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 • 被动转运单纯扩散

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散—很多物质虽然不溶于脂质‚或溶解度甚小‚但它们也能由膜的高浓度一侧向低浓度一侧较容易地移动。这种有悖于单纯扩散原则的物质转运‚是由膜结构中的特殊蛋白质的“协助”下完成的‚因而被称为易化扩散(facilitated diffusion)。这些特殊蛋白质的组成和功能不同,易化扩散又可分为通道介导的和载体介导的易化扩散。

第二章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第二章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 • 被动转运

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散—①通道介导的易化扩散—与一些带电的离子如Na+、K+ Ca+、 CI+等由膜的高浓度一侧向膜的低浓度一侧的快速移动有关。所以这些通道又称离子通道,分别为Na+通道、K+通道、Ca+通道等；甚至对于同一种离子，在不同细胞或同一细胞可存在结构和功能上不同的通道蛋白质，如体内至少已发现有三种以上的Ca+通道和７种以上的K+通道等。

第二章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第二章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 • 被动转运通道介导的易化扩散

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散—①通道介导的易化扩散—大多数通道的开放时间都十分短促‚一般以数个或数十个ms计算‚然后进入失活或关闭状态。于是又推测在通道蛋白质结构中可能存在着类似闸门(gate)类的基团‚由它决定通道的功能状态。这就是所为的门控离子通道,其按门控方式可分为三类: 电压门控通道,配基门控通道,机械门控通道。

第二章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第二章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 • 电压门控通道(Voltage-gated ion channel) ──通道的开放和关闭取决于膜电位变化。 • 配基门控通道(Ligand-gated ion channels) ──受膜环境中某些化学物质的影响而开放,故又称之为化学门控通道。 • 机械门控通道(Mechanosensitive ion channels)──当膜的局部受牵拉变形时被激活,如触觉的神经的末梢,听觉的毛细胞,血管壁上的内皮细胞以及骨骼肌细胞等都存在这类通道。

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散—①通道介导的易化扩散—长期以来,普遍认为细胞内外的水分子是以简单扩散的方式透过脂双层膜。后来发现某些细胞在低渗溶液中对水的通透性很高,很难以简单扩散来解释。如将红细胞移入低渗溶液后,很快吸水膨胀而溶血,而水生动物的卵母细胞在低渗溶液不膨胀。因此,人们推测水的跨膜转运,除了简单扩散外还存在某种特殊的机制,由此提出了水通道的概念。

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散—①通道介导的易化扩散—目前在人类细胞中已发现的此类蛋白至少有11种,被命名为水通道蛋白(Aquaporin,AQP),均具有选择性的让水分子通过的特性。许多生理的过程涉及体液的流动,如出汗、排尿、发炎红肿以及流泪等等。2003年12月将诺贝尔化学奖授予发现水通道蛋白的美国人彼得•阿格雷(Peter Agre)。

第二章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第二章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 • 被动转运通道介导的易化扩散

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散— ②载体介导的易化扩散—细胞膜结构中有载体蛋白‚它们有一个或数个能与某种被转物相结合的位点‚后者先同膜一侧的某种物质选择性地结合‚并引起载体蛋白质的变构‚使被结合的底物移向膜的另一侧‚如果该侧底物的浓度较低‚底物就和载体分离‚完成了转运‚而载体也恢复了原有的构型‚进行新一轮的转运‚其终止点是最后使膜两侧底物浓度变得相等。

第二章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第二章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 • 被动转运载体介导的易化扩散

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散— ②载体介导的易化扩散—以载体为中介的易化扩散都具有如下的共同特性： a)载体蛋白有较高的结构特异性‚以葡萄糖为例‚在同样浓度差的情况下‚右旋葡萄糖的跨膜通量大大超过左旋葡萄糖(体内可利用的糖类都是右旋的)‚木糖几乎不能被载运。

第二章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第二章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 • 被动转运载体介导的易化扩散

第二章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第二章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 • 被动转运——2)易化扩散— ②载体介导的易化扩散— b)饱和现象—这种易化扩散的每次扩散的量与膜两侧被转运物质的浓度差较小时成正比‚如果膜一侧的浓度增加超过一定限度时‚即使增加底物浓度并不能使每次转运的量增加。这是因为载体蛋白的数目或每一载体分子上能与该物质结合的位点的数目是固定的‚这就构成了对该物质每次载运量出现了饱和。

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