Galería de mapas mentales Capítulo 2 - Funciones básicas de las células
Fisiología, Salud Humana, novena edición, incluye principalmente la estructura básica y la función de transporte de materiales de las membranas celulares, la actividad eléctrica de las células, la contracción de las células musculares, etc.
Editado a las 2024-02-08 16:18:34,Este es un mapa mental sobre una breve historia del tiempo. "Una breve historia del tiempo" es una obra de divulgación científica con una influencia de gran alcance. No sólo presenta los conceptos básicos de cosmología y relatividad, sino que también analiza los agujeros negros y la expansión. del universo. temas científicos de vanguardia como la inflación y la teoría de cuerdas.
¿Cuáles son los métodos de fijación de precios para los subcontratos de proyectos bajo el modelo de contratación general EPC? EPC (Ingeniería, Adquisiciones, Construcción) significa que el contratista general es responsable de todo el proceso de diseño, adquisición, construcción e instalación del proyecto, y es responsable de los servicios de operación de prueba.
Los puntos de conocimiento que los ingenieros de Java deben dominar en cada etapa se presentan en detalle y el conocimiento es completo, espero que pueda ser útil para todos.
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funciones básicas de las células
Estructura básica y función de transporte de material de la membrana celular.
Estructura y composición química de la membrana celular.
La membrana celular está compuesta principalmente por lípidos, proteínas y una cierta cantidad de azúcares. La estructura de disposición molecular de la membrana celular es un modelo de mosaico líquido. El contenido básico de esta teoría es: la membrana celular se basa en una bicapa lipídica líquida. un marco en el que están incrustadas diferentes funciones fisiológicas de las proteínas.
(1) bicapa lipídica
Los lípidos de membrana se dividen en tres categorías: los fosfolípidos representan el 70%, seguidos del colesterol y una pequeña cantidad de glicolípidos.
Un extremo de cada molécula de fosfolípido es el fosfolípido y la base del grupo polar hidrófilo, orientado hacia la superficie exterior o interior de la membrana; Las dos cadenas más largas de hidrocarburos de ácidos grasos (grupos hidrofóbicos no polares) en las moléculas de fosfolípidos están opuestas dentro de la membrana.
Las bicapas lipídicas son estables y fluidas.
(2) Proteínas de la membrana celular
Funciones de las proteínas de la membrana celular:
1. Participar en el transporte transmembrana de sustancias.
2. Participar en la transmisión de información.
3. Relacionado con la conversión de energía
Función de transporte celular
(1) Transporte pasivo
El transporte a través de las membranas celulares a lo largo de diferencias de concentración sin consumir energía se denomina transporte pasivo.
1. Difusión sencilla
Se refiere a la difusión transmembrana de sustancias desde el lado de alta concentración de la membrana plasmática al lado de baja concentración a través del espacio entre las moléculas de lípidos.
Las sustancias transportadas por difusión simple son todas sustancias liposolubles (no polares) o una pequeña cantidad de sustancias polares de moléculas pequeñas sin carga. Tales como: oxígeno, dióxido de carbono, nitrógeno, hormonas esteroides, etanol, urea, glicerol, agua, etc.
2. Difusión facilitada
Se refiere al transporte de sustancias de moléculas pequeñas no solubles en lípidos o iones cargados a través de la membrana a lo largo del gradiente de concentración o gradiente de potencial con la ayuda de proteínas transmembrana.
(1) Difusión facilitada a través de canales
Los solutos transportados a través del canal son casi todos iones, por lo que este tipo de proteína del canal también se denomina canal iónico.
Características básicas importantes:
Selectividad iónica
Cada canal sólo tiene una alta permeabilidad a uno o unos pocos iones, y tiene poca o ninguna permeabilidad a otros iones.
Propiedades de puerta
1. Canal dependiente de voltaje
Estos canales están regulados por el potencial de membrana.
2. Canales activados químicamente
Dichos canales están regulados por ciertas sustancias químicas dentro y fuera de la membrana.
3. Canal cerrado mecánicamente
Este tipo de canal está regulado por estimulación mecánica, generalmente cuando la membrana plasmática detecta una estimulación elástica y el canal se desarrolla o se cierra.
4. Canal no cerrado
Hay algunos canales que siempre están abiertos, como los canales de fuga de potasio en las fibras nerviosas.
canal de agua
La velocidad de transporte simple del agua es muy lenta y los poros de la fase acuosa solo permiten que las moléculas de agua se difundan en una sola fila.
(2) Difusión facilitada a través del portador
Se refiere al transporte transmembrana de sustancias de moléculas pequeñas solubles en agua a lo largo del gradiente de concentración mediado por proteínas portadoras.
Características:
1. Especificidad estructural
Varios portadores solo pueden reconocer y unir sustratos con estructuras químicas específicas
2. Fenómeno de saturación
Dado que el número y la velocidad de transporte de los portadores en la membrana celular son limitados, cuando la concentración del sustrato transportado aumenta hasta un cierto nivel, la velocidad de difusión del sustrato alcanzará un máximo.
3. Inhibición competitiva
Si dos sustancias con estructuras similares pueden unirse al mismo portador, se producirá una inhibición competitiva entre los dos sustratos. Entre ellos, es más probable que se inhiban los solutos con concentraciones más bajas o constantes de Michaelis-Menten más grandes (es decir, la concentración de sustrato a la que la velocidad de transporte alcanza la mitad de la velocidad de transporte máxima).
(2) Transporte activo
Se refiere al transporte de determinadas sustancias a través de membranas contra el gradiente de concentración o gradiente de potencial con la ayuda de proteínas de membrana y energía proporcionada por el metabolismo celular.
(1) Transporte activo primario
Proceso en el que las células utilizan directamente la energía generada por el metabolismo para transportar sustancias contra gradientes de concentración o gradientes de potencial.
Los sustratos para el transporte activo primario suelen ser iones cargados, por lo que las proteínas de membrana o transportadores que median en este proceso se denominan bombas de iones.
1. Bomba de sodio-potasio (bomba de sodio)
Tiene actividad ATPasa en sí misma y la bomba de sodio también se llama ATPasa dependiente de Na-K.
En circunstancias normales, por cada molécula de ATP descompuesta, se pueden bombear 3 Na y 2 K al mismo tiempo. Dado que esta actividad de la bomba de sodio provoca un aumento neto de iones positivos extracelulares y un aumento del potencial. la bomba de sodio también bombea bomba de biosodio
Importancia fisiológica:
Provoca un alto nivel de K intracelular, que es necesario para muchas reacciones metabólicas en el citoplasma.
Mantener la presión osmótica intracelular y el volumen celular.
El gradiente de concentración transmembrana de Na y K formado por la actividad de la bomba de sodio es la base de las actividades eléctricas celulares, como el potencial de acción o el potencial de reposo.
El efecto electrogénico de la actividad de la bomba de sodio puede aumentar el valor negativo del potencial dentro de la membrana y participar directamente en la formación del potencial de reposo.
El gradiente de concentración transmembrana de Na establecido por la actividad de la bomba de sodio puede proporcionar una reserva de energía potencial para el transporte activo secundario.
2. bomba de calcio
3.Bomba de protones
(2) Transporte activo secundario
El transporte activo de determinadas sustancias no procede directamente de la descomposición del ATP, sino que utiliza el gradiente de concentración de los iones Na o H establecido por el mecanismo de transporte activo primario. Mientras que los iones Na o H se difunden a lo largo del gradiente de concentración, otras sustancias van en contra del mismo. gradiente de concentración o transporte en gradiente de potencial a través de las membranas.
1. Transporte en el mismo sentido
Transporte activo secundario en el que todos los iones o moléculas transportados se mueven en la misma dirección.
Por ejemplo, la absorción de glucosa en el epitelio de la mucosa del intestino delgado y la reabsorción en el epitelio del túbulo renal proximal se logran a través de simportadores de sodio-glucosa.
2.Transporte inverso
Transporte activo secundario en el que todos los iones o moléculas transportados se mueven en direcciones opuestas.
Como el intercambiador Na-Ca2, el intercambiador Na-H
(3) Transporte de vesículas de membrana
Las macromoléculas y las partículas que entran y salen de la célula no pasan directamente a través de la membrana celular, sino que son envueltas por la membrana para formar vesículas. El transporte se completa a través de una serie de procesos como envoltura de membrana, fusión de membrana y separación de membrana. se llama transporte de vesículas de membrana.
(1) Salir de la celda
1. Exocitosis continua
Se refiere al proceso en el que las vesículas secretoras se fusionan espontáneamente con la membrana celular cuando las células están tranquilas, de modo que las sustancias macromoleculares de las vesículas se descargan continuamente de la célula.
2. Exocitosis regulada
Se refiere al proceso en el que las vesículas secretoras almacenadas en ciertas partes de la célula se fusionan con la membrana celular cuando las células son inducidas por ciertas señales químicas o eléctricas, y el contenido de las vesículas se expulsa de las vesículas.
(2) Ingrese a la celda
1.devorar
El proceso por el cual las sustancias transportadas ingresan a las células en forma sólida.
2. Tragar y beber
El proceso por el cual las sustancias transportadas ingresan a las células en forma líquida.
transducción de señales celulares
actividad eléctrica celular
1. Potencial de reposo (RP)
(1) Medición y concepto de potencial de reposo.
El electrodo de referencia se coloca en el líquido extracelular, que está conectado a tierra para mantenerlo a un nivel de potencial cero; el electrodo de medición es un electrodo de vidrio con una punta extremadamente fina que se puede insertar en la celda sin dañarla significativamente. El potencial de membrana de varios tipos de células es negativo en estado de reposo.
Glosario
polarización
En reposo, ambos lados de la membrana celular se encuentran en un estado estable de exterior positivo y interior negativo.
hiperpolarización
El estado o proceso de aumento del potencial de reposo.
despolarización
El estado o proceso de reducción del potencial de reposo.
polarización inversa
Estado en el que el potencial de membrana se vuelve positivo y la polaridad en ambos lados de la membrana se invierte.
repolarización
El proceso por el cual la membrana celular vuelve a su potencial de reposo después de la despolarización.
(2) El mecanismo de generación del potencial de reposo.
1. La diferencia de concentración y el potencial de equilibrio de los iones en ambos lados de la membrana celular.
El flujo de salida de K es la razón principal para la formación del potencial de reposo.
La diferencia de concentración de iones en ambos lados de la membrana celular es la fuerza impulsora directa para la difusión de iones a través de la membrana.
El campo eléctrico transmembrana formado por el potencial de difusión tiene exactamente el efecto opuesto sobre el movimiento de iones cargados a través de la membrana que la diferencia de concentración, e impedirá que los iones sigan difundiéndose.
Cuando la fuerza impulsora de la diferencia de potencial aumenta para ser igual a la fuerza impulsora de la diferencia de concentración, la fuerza impulsora electroquímica es cero. En este momento, la cantidad de difusión neta del ion es cero y la diferencia de potencial en ambos lados de la membrana se estabiliza. La cantidad neta de difusión de este ion es La diferencia de potencial a través de la membrana en el tiempo cero se llama potencial de equilibrio del ion.
fórmula de nernst
2. Permeabilidad relativa de la membrana celular a los iones en reposo.
Si la membrana celular es permeable a un solo tipo de ion en estado de reposo, el potencial de reposo medido debe ser igual al potencial de equilibrio del ion si la membrana celular es permeable a iones concentrados o múltiples al mismo tiempo en reposo; estado, el potencial de reposo La magnitud del potencial depende de la permeabilidad relativa de estos iones y de la diferencia de concentración de estos iones en ambos lados de la membrana respectiva.
El valor medido del potencial de reposo es ligeramente menor que el potencial de equilibrio K
3. Efecto electrogénico de la bomba de sodio.
La bomba de sodio puede mantener la diferencia de concentración entre Na y K en ambos lados de la membrana celular mediante transporte activo, sentando las bases para la difusión a través de la membrana de Na y K para formar el potencial de reposo.
Por cada molécula de ATP descompuesta, la bomba de sodio puede sacar 3 Na de la célula y 2 K dentro de ella al mismo tiempo, lo que equivale a sacar una carga neta positiva fuera de la célula, lo que da como resultado un aumento de la carga negativa. Valor del potencial intramembrana. (Por eso la bomba de sodio también se llama bomba de sodio electrogénica)
4. Factores que afectan los niveles de potencial en reposo.
① Concentración de K en el líquido extracelular: cuando la concentración de K extracelular aumenta, el potencial de equilibrio de K disminuye y el potencial de reposo también disminuye en consecuencia.
②La permeabilidad relativa de la membrana al Na y K: si la permeabilidad de la membrana al K aumenta, el potencial de reposo aumentará (más hacia el potencial de equilibrio de K si aumenta la permeabilidad de la membrana al Na, el potencial de reposo aumentará); Disminución (más hacia el potencial de equilibrio del Na)
③Nivel de actividad de la bomba de sodio: cuando aumenta la actividad de la bomba de sodio, su efecto electrogénico aumenta y la membrana se hiperpolariza hasta cierto punto; por el contrario, cuando se inhibe la actividad de la bomba de sodio, se puede reducir el potencial de reposo;
2. Potencial de acción (PA)
(1) Concepto y características del potencial de acción.
El potencial de acción se refiere a una fluctuación rápida del potencial de membrana que puede propagarse a distancia después de que las células reciben una estimulación efectiva basada en el potencial de reposo.
Glosario
potencial de pico
Las ramas ascendente y descendente del potencial de acción forman juntas un cambio de potencial en forma de pico, que es la parte principal del potencial de acción y se considera un símbolo del potencial de acción.
potencial de retorno
Fluctuaciones lentas y de baja amplitud en el potencial de membrana después de un pico
potencial de posdespolarización (potencial de posdespolarización negativo)
El potencial de membrana en la primera parte del potencial posterior es aún menor que el potencial de reposo.
Potencial de poshiperpolarización (potencial poshiperpolarización positivo)
El potencial de membrana en la última parte del potencial pospotencial es aún mayor que el potencial de reposo.
Características:
①El fenómeno del “todo o nada”
Si la estimulación no alcanza una determinada intensidad no se generará el potencial de acción (ninguno)
Cuando la estimulación alcanza una determinada intensidad, la amplitud del potencial de acción generado alcanza el valor máximo del potencial de acción de la célula, y no aumentará a medida que la intensidad de la estimulación siga aumentando (completa)
②Sin atenuación de transmisión
La amplitud y la forma de onda del potencial de acción permanecen sin cambios durante la propagación.
③Entrega de pulso
Los potenciales de acción múltiples generados por la estimulación continua siempre están separados por un cierto intervalo y no se fusionarán por completo.
(2) El mecanismo de generación del potencial de acción.
1. Fuerza impulsora electroquímica y sus cambios.
Según la definición de potencial de equilibrio, cuando el potencial de membrana es igual al potencial de equilibrio de un determinado ion, la fuerza impulsora electroquímica sobre este ion es cero. La fuerza impulsora electroquímica de un ion es igual a la diferencia entre el potencial de membrana y el potencial de equilibrio del ion.
2. Cambios en la permeabilidad celular durante el período del potencial de acción.
Los cambios en la permeabilidad al Na y al K pueden causar despolarización o repolarización.
Estado funcional de los canales iónicos.
Estado de reposo: Es un estado en el que el canal no está abierto cuando el potencial de membrana se mantiene en el nivel del potencial de reposo.
Estado activado: estado en el que los canales de sodio dependientes de voltaje se abren inmediatamente cuando la membrana se despolariza rápidamente.
Estado de inactivación: Es un estado en el que el canal ya no responde a estímulos despolarizantes después del estado de inactivación.
(3) Activación del potencial de acción
1. Estimulación umbral
La estimulación se refiere a cambios en el entorno en el que se encuentran las células, incluidos cambios ambientales de propiedades físicas, químicas y biológicas.
La intensidad mínima del estímulo que puede hacer que una célula genere un potencial de acción se llama intensidad umbral o umbral. Un estímulo equivalente a una intensidad umbral es un estímulo umbral.
Los estímulos que son mayores o menores que la intensidad umbral se denominan estímulos supraumbral o subumbral.
Tres parámetros de cantidad de estimulación.
intensidad de estimulación
duración de la estimulación
Tasa de cambio de intensidad-tiempo de estimulación
2.Potencial de umbral
El valor crítico del potencial de membrana que puede desencadenar un potencial de acción se llama potencial umbral.
(4) Propagación del potencial de acción.
fibras nerviosas mielinizadas
Conducción de salto (rápida)
fibras nerviosas amielínicas
Conducción sin salto (lenta)
Cambios de estado después de la excitación celular.
(1) Período refractario absoluto
Durante el período inicial de tiempo después de que se produce la excitación, no importa cuán fuerte sea el estímulo, las células no pueden volver a excitarse.
El umbral es infinito y la excitabilidad es cero.
(2) Período refractario relativo
Después del período refractario absoluto, la excitabilidad de las células se recupera gradualmente y la excitación puede ocurrir después de recibir estimulación nuevamente, pero la intensidad de la estimulación debe ser mayor que el umbral original.
Un período en el que la excitabilidad regresa gradualmente de cero a la normalidad.
(3) Período sobrenatural
Después del período refractario relativo, las células inducidas también experimentarán un período de excitabilidad levemente aumentada.
En este momento, el potencial de membrana aún no ha regresado completamente al potencial de reposo y está cerca del nivel de potencial umbral.
(4) Período normal bajo
Después del período supranormal, algunas células muestran una ligera disminución de la excitabilidad.
El potencial de membrana en este momento está en un estado ligeramente hiperpolarizado.
3. Potencial local
1. Concepto
Después de que las células son estimuladas, los cambios en el potencial de membrana son causados por las propiedades activas de la membrana, es decir, la apertura de algunos canales iónicos, y no pueden propagarse a largas distancias.
2.Características
①Potencial gradual
Su amplitud está relacionada con la intensidad del estímulo.
②Conducción atenuante
El potencial local se propaga al entorno de forma electrotónica.
③Sin período refractario
Las reacciones se pueden superponer y totalizar (suma de tiempo superpuesta, suma de espacio superpuesta)
contracción de las células musculares
(1) Mecanismo de contracción
Las terminaciones nerviosas motoras transmiten impulsos nerviosos desde la placa terminal motora al sarcolema.
La excitación del sarcolema se transmite al retículo sarcoplásmico a través de los túbulos transversales y una gran cantidad de Ca fluye hacia el sarcoplasma.
El Ca se une a la troponina, la troponina y la tropomiosina son alostéricas, exponiendo el sitio de unión de la actina y el nudo de la cabeza de miosina, y los dos se combinan rápidamente.
La ATPasa de la cabeza de miosina se activa, el ATP se descompone y se libera energía, y la cabeza de miosina y el bastón se flexionan, tirando de la actina hacia la línea M;
Los miofilamentos delgados se deslizan hacia la línea M entre los miofilamentos gruesos, la banda brillante se estrecha, la banda H se estrecha o desaparece, los sarcómeros se acortan y las fibras musculares se contraen.
Después de la contracción, el Ca del sarcoplasma se bombea de regreso al retículo sarcoplásmico, la troponina, etc. regresa a su estado original y las fibras musculares se relajan.
(2) Factores que afectan la eficiencia de la contracción del músculo estriado
Glosario
contracción isométrica
Muestra que cuando el músculo se contrae, la longitud permanece sin cambios y solo aumenta la tensión.
contracción isotónica
Muestra que la tensión permanece sin cambios durante la contracción muscular y solo se produce un acortamiento muscular.
1. Carga frontal
Se refiere a la carga que soporta un músculo antes de contraerse.
La precarga determina la longitud del músculo antes de la contracción, es decir, la longitud inicial.
Dentro de un cierto rango, la tensión de contracción muscular (es decir, la tensión activa) aumenta con el aumento de la longitud inicial.
2.Poscarga
Se refiere a la carga que soporta el músculo después de la contracción.
3. Contractilidad muscular
La contractilidad muscular se refiere a las características intrínsecas del músculo que son independientes de la precarga y la poscarga y afectan la eficiencia de la contracción muscular.
4. Suma de contracciones
La suma de contracciones se refiere a las características superpuestas de la contracción de las células musculares y es la forma principal para que los músculos esqueléticos ajusten rápidamente su eficiencia de contracción. La forma de suma espacial se llama suma de múltiples fibras y la forma de suma de tiempo se llama suma de frecuencia.
Glosario
contracción única
Cuando la frecuencia del potencial de acción es muy baja, se produce un proceso completo de contracción y relajación después de cada potencial de acción.
contracción tetánica incompleta
El último proceso de contracción se superpone a la fase diastólica del proceso de contracción anterior, y la suma de contracción resultante
contracción tetánica completa
El último proceso de contracción se superpone al período de contracción del proceso de contracción anterior, y la contracción total resultante
suma de frecuencias