第一章细胞的基本功能.

第一章细胞的基本功能目的要求：了解细胞膜的基本结构和物质转运功能。掌握生物电产生和兴奋传导的基本原理。了解动物放电及发光的现象及其原理。自学提问上一页结束放映下一页生命现象上一页结束放映下一页视频动物发光和放电奇妙探索--自己发光的动物恋海水族海水鱼火焰贝放电上一页结束放映下一页心电图上一页结束放映下一页2013年诺贝尔奖10月7日起揭晓生理学或医学奖：不早于斯德哥尔摩时间7日11时30分（北京时间7日17时30分）物理学奖：北京时间8日17时45分化学奖：北京时间9日17时45分文学奖：10日19时和平奖：11日17时经济学奖：14日19时2012诺贝尔文学奖得主莫言日本科学家山中伸弥和英国科学家约翰-格登获2012诺贝尔生理或医学奖上一页结束放映下一页体细胞重编程技术2014年诺贝尔医学或生理学奖获奖者：英国伦敦大学学院教授约翰-欧基夫、挪威科技大学教授梅-布莱特-莫索尔及丈夫爱德华-莫索尔重大贡献：发现“大脑中的GPS”--组成大脑定位系统的细胞获得今年诺贝尔生理学或医学奖。重大意义：发现为了解记忆、思维和计划等大脑认知功能拓展了新的空间。为老年痴呆症治疗带来福音。2014年诺贝尔奖揭晓生理学或医学奖：最早10月6日17时30分物理学奖：最早10月7日17时45分化学奖：最早10月8日17时45分和平奖：10月10日17时经济学奖：最早10月13日19时文学奖：未定一、细胞膜的基本结构1.细胞:细胞是生物体的基本结构和功能单位。体内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及其产物（如细胞间隙内的胶原蛋白和蛋白聚糖）的物质基础上进行的。2.细胞膜的化学组成：脂类和蛋白质，少量的糖类，微量的水、无机盐、金属离子第一节细胞膜的基本结构和基本功能上一页结束放映下一页液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)脂质双分子层（图）细胞膜蛋白质（图）细胞膜糖类（图）1972SingerNicholson提出3.结构:上一页结束放映下一页上一页结束放映下一页单纯扩散：某些脂溶性物质，如O2、CO2等气体分子，通过细胞膜由高浓度一侧向低浓度一侧作跨膜运动或转运的过程。体内一些类固醇激素虽系脂溶性物质，理论上也能够靠单纯扩散由细胞外液进入胞浆内，但同时它们也可以在某些膜蛋白质的“帮助”下较快地进入细胞。（一）单纯扩散（simplediffusion）二、细胞膜的跨膜物转运功能通透性（Permeability):即由该物质脂溶性的程度以及其他原因造成该物质通过膜的难易程度。渗透（osmosis)：是扩散的一种特例，是指水分子的跨膜扩散过程。上一页结束放映下一页（二）易化扩散（facilitateddiffusion）易化扩散：指非脂溶性或脂溶性甚小的物质（如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等无机离子）在细胞膜一些特殊蛋白质的“帮助”下，由膜的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一侧扩散或转运的过程。易化扩散至少可区分为两种类型：一种是以蛋白质载体为中介（Carriermedialed）的易化扩散（图）；另一种是以离子通道（ionchannel）为中介的易化扩散（图）上一页结束放映下一页（三）主动转运（activetransport）主动转运：指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。在细胞膜的主动转运中研究得最充分的是对Na+和K+的主动转运过程。钠-钾泵（sodium-potassiumpump）：是镶嵌在膜的脂质双分子层中的、具有ATP酶活性的特殊蛋白质。它可被Na+、K+和Mg2+等离子所激活，通过分解ATP为物质主动转运提供能量（图）。上一页结束放映下一页细胞膜钠泵生物学意义造成的细胞内K+是许多代谢反应进行的必要条件；维持细胞渗透压和细胞容积相对稳定；是细胞跨膜电位产生的势能基础，也是兴奋细胞（组织）产生兴奋的基础；为继发性主动转运提供能量；在小肠、肾小管参与对Na+和水的吸收与重吸收，对维持体内水、电解质和酸碱平衡有重要作用。1.初级主动转运（Na+、K+的主动转运）（图）2.继发性主动转运（葡萄糖的主动转运）（图）（三）主动转运上一页结束放映下一页上一页结束放映下一页（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）入胞：指细胞外某些大分子物质或团块（例如侵入动物体内的细菌、病毒或大分子蛋白质等）被整批转入细胞的过程。如进入的物质是固体物质，便称为吞噬（phagocytosis）；如进入的是液体物质，则称为吞饮（pinocytosis）。上一页结束放映下一页（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）上一页结束放映下一页出胞：指某些大分子物质或团块由细胞排出的过程。例如，腺细胞分泌某些酶和粘液，内分泌腺分泌激素以及神经末稍释放递质等都属于出胞作用三、细胞的跨膜信号传导（一）.跨膜信号传递（transmembranesignalingtransmission）：外界信号作用细胞，通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信号以一种新的信号形式传递到膜内，再度引起被作用细胞（即靶细胞）相应功能的改变，包括细胞出现的电反应或其他功能改变，把这一过程称为跨膜信号传导。上一页结束放映下一页（二）、跨膜信息传递的主要方式1.通过膜受体-通道蛋白质完成的跨膜信息传递受体（receptor）：指细胞中（包括细胞膜和细胞内）某些能与激素、递质和其它生物活性物质结合，并能引起特定生物学效应的特殊结构。通常是存在于细胞膜或细胞内的特殊蛋白质，主要是球状蛋白，也有的是糖蛋白或脂蛋白。通道（ionchannel）可分为化学门控通道（chemically-gatedchannel）和电压门控通道（voltage-gatedchannel）(图)。上一页结束放映下一页2.由膜受体、G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信息传递系统（1）.由膜受体、G蛋白和腺苷酸环化酶组成的跨膜信息传递系统（2）.由膜受体、G蛋白和磷脂酶C组成的跨膜信息传递系统上一页结束放映下一页G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的简称，有10多种亚型，但其结构和功能极为相似。G蛋白通常由α、β和γ3个亚单位组成，其中α亚单位起催化作用。无活性的G蛋白（抑制性G蛋白）与1分子GDP结合；已激活的G蛋白（兴奋性G蛋白）其α亚单位与GDP和其它2个亚单位分离，而与1分子GTP结合，并对膜的效应器酶起催化作用，后者的激活可引起胞浆中第二信使生成增加或减少（图）。上一页结束放映下一页2.由膜受体、G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信息传递系统第二信使：在细胞内继续传递激素所携带的调节信息的特殊化学物质，称为第二信使。含氮类激素的第二信使为cAMP，甾体类激素的第二信使为细胞内的激素-受体复合物。此外，Ca2+、cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作为第二信使。（图）上一页结束放映下一页2.由膜受体、G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信息传递系统3.由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信息传递如胰岛素和细胞生长因子等的跨膜信息传递过程，其特点：（1）.无G蛋白参与（2）.无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活（3）.该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化的位点是底物蛋白中的酪氨酸残基，并由此实现细胞外信息对细胞功能的调节。上一页结束放映下一页第二节细胞的兴奋性和生物电现象一、细胞的兴奋性（一）兴奋性和兴奋的含义兴奋性（excitability）：细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力或特性，称为兴奋性。兴奋（excitation）：细胞受刺激后产生了动作电位，称为兴奋。上一页结束放映下一页1.刺激的强度阈强度（thresholdintensity）：引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。阈刺激阈下刺激阈上刺激2.刺激的持续时间时间阈值：引起组织产生兴奋的最短刺激作用时间3.强度-时间变化率强度—时间变化曲线（图）基强度（rheobase）时值（chronaxie）（二）刺激引起兴奋的条件上一页下一页返回（三）组织兴奋性的变化绝对不应期（absoluterefractoryperiod）相对不应期（relativerefractoryperiod）超常期（supranormalperiod）低常期（subnormalperiod）上一页结束放映下一页生物电现象：细胞在静息或活动状态下所伴随的各种电现象（离子电流、溶液导电、静息电位、动作电位等）总称为生物电现象。极化（polarization）：静息状态下，细胞膜外为正电位，膜内为负电位的状态，称为极化。去极化（depolarization）：生物膜受到刺激或损伤后，膜内外的电位差逐渐减小，极化状态逐步消徐，此种过程称为去极化。超极化（hyperpolarization）：原有极化程度增强，静息电位的绝对值增大，兴奋性降低的状态。复极化（repolarization）：由去极化状态恢复到静息时膜外为正、膜内为负的极化状态的过程，称为复极化。二、细胞的生物电现象上一页结束放映下一页1.静息电位的概念静息电位（restingpotential）：细胞未受刺激时，存在于膜内外两侧的电位差。（一）静息电位上一页结束放映下一页膜内膜外钠离子5-15145钾离子1405镁离子301-2钙离子1-22.5-5氢离子4*10-5氯离子4110单位（mmol/L2.静息电位形成的机理K+的平衡电位（equilibriumpotential）：当膜内外K+浓度差所形成的向外扩散力量和阻止K+继续外流的电场力达到动态平衡时，K+的净通量为零，此时所形成的电位差稳定于某一数值而不再增加，此电位差称为K+的平衡电位。Nernst公式：Ek=RTZF·ln[K+]0[K+]i上一页下一页结束放映1.动作电位的概念动作电位（actionpotential）：细胞膜受到刺激后，在静息电位的基础上膜两侧电位所发生的快速、可逆的倒转和复原。（二）动作电位上一页结束放映下一页2.动作电位形成的机理证据：（1）Nernst公式ENa=59.5Log[Na+]o/[Na+]i(mV)超射值=ENa（2）改变细胞外液的Na＋浓度，AP变化与Nernst公式预期的理论值相似上一页结束放映下一页锋电位（spikepotential）：构成动作电位主要部分的一次短促而尖锐的脉冲样变化，是细胞兴奋的标志。后电位（afterpotential）：继锋电位后所出现的电位波动，可分为负后电位（去极化后电位）和正后电位（超极化后电位）。它代表细胞兴奋后兴奋性的恢复过程。（图）上一页下一页结束放映2.动作电位形成的机理（三）.兴奋的传导与传递上一页结束放映下一页1.兴奋在同一细胞上的传导局部电流学说（localcurrenttheory）图跳跃传导（saltatoryconduction）有髓神经纤维的髓鞘有电绝缘性，局部电流只能产生在两个郎飞结之间，称为跳跃传导。速度快节能图2.兴奋在细胞间的传递突触传递接头传递电突触传递上一页下一页结束放映第三节动物的放电和发光一.鱼类的放电1.放电的鱼电鳗瞻星鱼电鲶长吻鱼鳐鱼2.电器官的一般结构和神经支配电细胞（electrocyte)肌细胞或运动神经元轴突演变而来。前者如电鳗，后者如鳍电鱼。神经中枢控制上一页下一页结束放映3.电器官放电原理：神经中枢（发出指令）电细胞（受神经支配的一面产生动作电位）电板串连大电板上一页下一页结束放映图1-41发电器官放电原理示