细胞的功能07教学材料.ppt

第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能细胞膜结构及物质转运功能细胞的信号转导细胞的电活动肌细胞的收缩组成：脂质、蛋白质、糖类 结构：液态镶嵌模型以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具不同结构和功能的蛋白质（一）脂质双分子层 磷脂（70%）、胆固醇（30%）由磷酸和碱基构成的亲水性极性基团由两条较长的脂酸烃链构成的疏水性非极性基团第一节 细胞膜的结构及物质转运功能一、细胞膜的结构概述脂质特点：熔点低、体温下为液态 具有某种流动性和稳定性（二）细胞膜的蛋白决定细胞的功能 表面蛋白：附着在膜表面 整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层（三）细胞膜的糖类 量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式）意义：作为细胞或所结合蛋白质的“标志” 表示免疫信息 与激素、递质或其他化学信号结合（一）概述 （1）细胞膜对物质有通透性 （2）动力：浓度差、电位差、渗透压差、泵二、物质的跨膜转运 1物质转运的两个必备条件2细胞膜转运的物质 （2）大分子物质: 如酶、激素、吞噬的细菌等 （1）小分子物质H2O无机盐：Na+、K+、Cl-、Ca2+等 有机物：葡萄糖、氨基酸等气体：CO2、O2 （二）物质的跨膜转运形式 1.单纯扩散（simple diffusion） 气体（O2，CO2），P高P低 脂溶性物质由膜的高浓度一侧移到膜的低浓度一侧决定扩散通量的因素：浓度差，通透性 通透性：物质通过膜的难易程度2.膜蛋白介导的跨膜转运 在膜上特殊蛋白参与下，物质由膜的一侧向膜的另一侧的转运。

载体：转运葡萄糖等，速度慢，选择性严格通道：开放和关闭状态离子（K+、Ca2+、Na+） 类型：被动转运 （不消耗能量，顺浓度或电位梯度） 主动转运 原发性主动转运 继发性主动转运 （消耗能量，逆浓度或电位梯度） 1.通道介导的跨膜转运 特性：选择性、门控 （开放或关闭） 类型：电压门控通道 （如心肌细胞上的Na+通道） 化学门控通道 （如终板膜上的Na+通道） 机械门控通道 （如听毛细胞上纤毛的摆动 可引起离子通道开放 ） 2.载体介导的跨膜转运 特点：特异性、饱和性、竞争性抑制 （1）经载体的易化扩散（facilitated diffusion via carrier） 对象：小分子物质不耗能 类型：同向转运 反向转运 （2）原发性主动转运（primary active transport） 通过耗能过程，逆浓度梯度将物质由低浓度一侧转运到膜的高浓度一侧 钠钾泵 钠-钾ATP酶有ATP酶活性，分解ATP供能 排出3Na+，摄入2K+ 意 义 建立势能贮备 提供能量 造成细胞内外离子的不均衡分布 生物电产生的基础P8离子不均衡分布 高K+是胞质许多代谢反应所必需的 维持胞质渗透压和细胞容积相对稳定 维持细胞内pH的稳定 维持细胞内Ca2+浓度的稳定 可增加膜内负值，影响RP数值 是许多其他物质继发性主动转运的动力钠泵的作用 4.继发性主动转运（secondary active transport）5.出胞与入胞（exocytosis and endocytosis） 1.入胞：吞噬（固体） 吞饮（液体）液相入胞 2.出胞：神经末梢分泌递质，腺体分泌激素 逆浓度差转运时的耗能过程，不直接伴随ATP或其他供能物质的消耗。

如葡萄糖的吸收 受体介导的入胞作用 P3 secondary active transport第二节 细胞的跨膜信号转导功能 一、由离子通道受体介导的跨膜信号转导 二、由膜的特异性受体蛋白质、G蛋白和 膜的效应器酶组成的跨膜信号转导 三、由酶耦联受体介导的跨膜信号转导 一、离子通道受体介导的跨膜信号转导 离子通道受体（促离子型受体） 1.化学门控通道（chemically-gated channel） 终板膜、神经细胞的突触后膜、以及嗅味感受细胞2.电压门控通道（voltage-gated channel） 神经轴突、骨骼肌以及心肌的质膜上离子通道 3.机械门控通道（mechanically-gated channel） 血管壁的牵张刺激可激活平滑肌细胞的离子通道化学门控通道 2.G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）二、 G蛋白耦联受体介导的信号转导（一）主要的信号蛋白 是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白，分激活型G-蛋白（Gs）、抑制型G-蛋白（Gi） 1.G蛋白耦联受体 （receptor） 促代谢型受体，300-400个氨基酸组成，贯穿膜7次位于膜外的较长N-末端与识别和结合化学信号有关；位于膜内侧的C-末端与激活G蛋白有关。

4. 第二信使：(second messenger) cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+ 3.G蛋白效应器 主要有腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等，被激活（抑制）后导致膜内第二信使增多（减少）（二）主要的G蛋白耦联受体信号传导途径： H + R Gs AC（腺苷酸环化酶）cAMP PKA（cAMP-PKA系统） PLC(磷脂酶C)生成IP3、DGCa内流 Ca-钙调蛋白激酶化学信号+ 受 体激活膜内侧G-蛋白G-蛋白的亚单位与GDP分离亚单位与GTP结合并与和亚单位分离亚单位与膜内效应器酶结合效应器酶被激活胞浆内ATP 被分解为cAMP（第二信使）使胞浆中蛋白激激活酶某种蛋白质被磷酸化蛋白质功能改变直接激活膜内肽段化学信号 + 膜外肽段膜内肽段中的酪氨酸残基磷酸化其它蛋白质底物中的酪氨酸残基磷酸化细胞功能改变 三、酶耦联受体介导的跨膜信号转导 （一）酪氨酸激酶受体（TKR） 只有一个跨膜螺旋和一个较短的膜内片段 （二）鸟苷酸环化酶受体（GC） 只有一个跨膜螺旋，膜外侧有配体结合位点和膜内侧有GC结构域，可激活GC直接激活GC化学信号（ANP） + 膜外N段膜内生成cGMP,并激活PKGccPKG可使蛋白质底物磷酸化细胞功能改变 第三节 细胞的生物电 一. 概 述 二. 静息电位三. 动作电位四. 局部兴奋一、 概 述 （一）生物电(Bioelectricity) 可兴奋细胞膜内外两侧存在的跨膜电变化 组织器官：综合电活动 ECG、脑电、肌电等单细胞受刺激时：动作电位（二）分类安静时：静息电位（三）生物电产生基础 有通透性：离子通道的开放1产生机制： 带电离子（Na+、K+、Ca2+等）的跨膜转运2离子跨膜转运的二个必备条件有动力：膜内外离子不均衡分布- 0 +DiffusionInsideOutside(a) Developing membrane potentialmVCell90DiffusionChargeInsideOutsideCell(b) Electrochemical equilibriummVPotassium ionOrganic anion- 0 +P8离子不均衡分布膜通透性：膜允许某种物质从膜的一侧转移到另一侧的能力膜电导 (G)：膜运送带电离子，形成离子电流的能力电压钳（voltage clamp）：又叫电压固定原理：欧姆定律 V=IR；膜电导 (G) = 1/膜电阻 (R) 跨膜离子电流 (I) = V/R = VG; 只要固定膜电位 (V), 测出的跨膜电流 (I) 的变化，既可反应膜通透性的改变工具药： Na+通道阻断剂河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) K+通道阻断剂 四乙基胺 (tetraethylammonium, TEA)膜片钳 (patch clamp) 是一种记录膜结构中单一通道的开放和关闭，测量单通道离子电流I和电导G的技术 电压钳（voltage clamp）和膜片钳 (patch clamp)的应用 二、静息电位（resting potential，RP） 1定义：在安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差 2特点：内负外正、相对恒定（一） 静息电位的特点及形成机制 3大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞 （-70 -90mv）+ 0 -Er = 70 - 75 mV神经元静息电位的检测神经元静息电位的检测膜内外301的K浓度差(动力) 安静时K通道开放 (通透性) K+外流电位差（阻力） K + 平衡电位 浓度差（动力） = （即静息电位、跨膜电位、膜电位）4产生机制 总结：安静时，K+外流形成内负外正的Rp （F） （二）几个概念 极 化（Polarization） 去极化（Depolarization） 超极化（Hyperpolarization） 复极化（Repolarization ） Na+ channelsK+ channels1. Resting state2. Depolarization3. Depolarization4. RepolarizationThresholdRestingRestingRestingRestingRestingThresholdThresholdThresholdThreshold5. Hyperpolarization2分期（以神经细胞为例） 后电位锋电位复极化（+30mV 0 -90mV） 三、 动作电位（active potential，AP ）1定义： （一）动作电位的分期及产生机制 去极化（-90mV 0 +30mV）P9膜内外Na+浓度比约110 (动力) 受刺激时Na+通道开放 ( 通透性) Na+内流电位差（阻力） Na+平衡电位 浓度差（动力） = 即Ap去极化至+30mv时3产生机制 （1）去极化：细胞受刺激时 Na+通道开放， Na+快速内流（内正外负） 总结：去极相是由Na+内流形成 刺激 可兴奋细胞 动作电位 反应（兴奋和抑制）本质表现 外在表现 神经和肌肉细胞 前提 （2）复极化：细胞去极化至一定程度 Na+通道关闭， K+通道开放，在K+浓度梯度的作用下 K+外流，形成复极化（3）后电位：钠泵排钠摄钾形成微小的电位波动 1兴奋性(Excitability)与兴奋（Excitation） （二）动作电位和兴奋性 2刺激（Stimulus） 1）刺激三要素： 刺激强度、时间、强度-时间变化率 3）阈上刺激、阈刺激Ap反应 阈下刺激局部反应 刚能引起组织产生反应的最小刺激，此时刺激强度 即阈强度（阈值） 2）分类 按强度分：阈刺激、阈下刺激、阈上刺激按性质分：机械性、化学性、生物性、精神性 （三）动作电位产生的条件 1阈刺激是产生动作电位的必须条件 可兴奋组织（Rp） 阈电位 Ap 阈刺激、阈上刺激 不需任何刺激 2阈强度(Threshold intensity) 衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋性成反比 膜去极化到一临界值，Na+通道爆发性开放产生动作电位，此膜电位值即阈电位1“全或无”现象 （all-or-none） AP要么不产生（无）， 一旦产生即达最大（全） （四）动作电位的特点2不衰减性传导 3脉冲式 因绝对不应期的存在，动作电位不可融合 1Na通道功能状态：激活、失活、关闭 （五）动作电位与Na通道功能状态 2组织细胞在受刺激产生AP过程中，其兴奋性的 周期性变化 3绝对不应期的意义： 决定两次兴奋的最小间隔时间 分期分期 对应于对应于APAP NaNa通道通道 兴奋性兴奋性绝对不应期绝对不应期 锋电位失活 0 相对不应期 后电位 (前)开始复活阈上AP超常期后电位 (后)逐渐复活 阈下 AP低常期备用状态 阈上APP7钠通道的性状（六）动作电位在同一细胞上的传导局部电流流动学说（细胞膜依次产生AP的结果） 除此之外，还有缝隙连接 四、局部兴奋（局部反应、局部电位） 阈下刺激少量Na内流产生低于阈电位的去极化局部兴奋 1非“全或无”式 其大小随刺激强度的变化而变化 2电紧张扩布 3总和效应 时间性总和与空间性总和 （一）定义（二）特点第四节 肌细胞的收缩功能 一、神经-肌肉接头处兴奋传递 二、骨骼肌的兴奋收缩耦联 三、骨骼肌收缩的分子机制四、骨骼肌收缩的机械变化 五、骨骼肌收缩形式 Ap在神经纤维上传导 N-M接头处兴奋传递 Ap在骨骼肌细胞上传导 骨骼肌的兴奋-收缩耦联 骨骼肌肌丝滑行收缩 局部电流流动传导局部电流流动传导电化学电传导骨骼肌细胞兴奋、收缩过程： 一、神经-肌肉接。