人解-细胞的结构和功能

第一节细胞的结构和功能一、细胞的化学组成蛋白质（构成细胞的主要成分，属于大分子有机化合物）构成元素：C、H、O、N基本组成：氨基酸，有20种。作用：１构造人的身体２修补人体组织：表皮更新、胃黏膜更新。３维持肌体正常的新陈代谢和各类物质在体内的输送。４免疫细胞和免疫蛋白：白细胞、抗体（免疫球蛋白）、补体、干扰素等。５构成人体必需的催化和调节功能的各种酶：促进食物的消化、吸收、利用的作用。６激素的主要原料７构成神经递质：乙酰胆碱、五羟色氨等，维持神经系统的正常功能：味觉、视觉和记忆。糖（又称碳水化合物）构成元素：C、H、O基本组成：单糖：如葡萄糖。双糖：由2个单糖连接形成。多糖：由多个单糖连接形成(储能)。淀粉、糖原、维素、半纤维素、几丁质、透明质酸。结合糖：糖脂、糖蛋白(蛋白聚糖)、糖-核苷酸。功能：１提供能量（植物的淀粉和动物的糖原都是能量的储存形式）２物质代谢的碳骨架（为蛋白质、核酸、脂类的合成提供碳骨架）３细胞的骨架（纤维素、半纤维素、木质素是植物细胞壁的主要成分，肽聚糖是原核生物细胞壁的主要成分）４细胞间识别和生物分子间的识别（细胞膜表面糖蛋白的寡糖链参与细胞间的识别。一些细胞的细胞膜表面含有糖分子或寡糖链，构成细胞的天线，参与细胞通信）脂类构成元素：C、H、O(H:O2:1)脂肪：甘油三酯：1甘油+3脂肪酸。脂肪水解产物为脂肪酸和甘油，最后氧化为二氧化碳和水，在此过程中释放出大量的能量。膳食中的脂肪还提供人体必需的脂肪酸，并携带脂溶性维生素。脂肪吸收后运送到脂肪组织储存，体脂除食物来源外，还可利用非脂肪类物质如糖和氨基酸等转变为脂肪。作用：供能，缓冲机械冲击，保护和固定内脏器官，防止散热及保温等。类脂：磷脂，糖脂，类固醇等核酸分类：核糖核酸(RNA)、脱氧核糖核酸(DNA)DNA：遗传信息的携带者RNA：直接参与合成蛋白质结构单位：核苷酸(1糖+1磷酸+1含氮碱基)多个核苷酸=核酸维生素（需求量不大，但大多数维生素人体不能自制）水溶性维生素（有维生素B1、B2、PP、B12、C等）维生素B1：葡萄糖氧化代谢过程中的一种辅酶。缺发时体重下降、食欲减退、肌肉无力、心动过速、易疲劳、记忆减退等。严重缺乏则得脚气病。豆类种子的胚芽、种皮、肌肉、酵母含量较高。维生素B2：构成一些氧化还原酶的辅酶。缺乏引起口角炎、唇炎及角膜炎等。乳类、蛋类及肉类含量高。维生素PP：缺乏出现皮炎、腹泻和神经错乱等。维生素B12：红细胞发育成熟所必需，缺乏症为恶性贫血。维生素C：又名抗坏血酸，缺乏可出现皮下血斑、牙龈发炎、肿胀和出血等脂溶性维生素（有维生素A、Ｄ、Ｅ、Ｋ等）维生素A：维持皮肤和粘膜等上皮组织健全。缺乏出现消化道、呼吸道、泌尿生殖道等上皮增生与角质化，夜盲症。只存在于动物性食物中。但在绿叶菜、黄色菜中含胡萝卜素，可在人肠壁和肝中形成维生素A，故称维生素A原。维生素D：参与调节人体的钙磷代谢。促进体内钙磷的吸收，促进骨化。幼童缺乏时，佝偻病。成人缺乏得骨质软化病。肝等动物组织及蛋黄中含量丰富。维生素E：在鸡中缺乏呈现小脑功能失调等症。麦胚油中含量最高。维生素K：又名凝血醌。促进肝中酶原的形成，加速出血后的血液凝固。动物性食物中含量高，肠内细菌也可合成。无机盐（人体的重要组成部分。分为主要元素和微量元素）主要元素（占无机盐总量的60-80%，主要有钙、磷、镁、钠、钾、氯、硫等）钠、钾、氯：是维持人体细胞外液和细胞内液正常渗透压，稳定内环境的酸碱度以及维持组织正常兴奋所必需。钙、镁、磷：大部分构成牙齿和骨骼，其余分布在血液和其他组织中。维持肌肉、神经等组织正常兴奋所必需；镁是某些酶的激活剂。微量元素（有铁、铜、锰、锌、钴、钼、碘、硒、镉、硅、镍、锡等）铁、铜：构成复合蛋白质。碘：大部分存在于甲状腺。是甲状腺激素的一种组成元素。硒：对生长发育及肝有影响。锌：缺锌影响生长和生育，并使味觉感受力减退。二、细胞的基本结构细胞膜（液态镶嵌模型）脂质双分子层构成膜的基本骨架，使之具有流动性。磷脂分子的特征：一个含磷酸基具极性的头和两个脂肪酸链构成的非极性的尾巴。在水环境中，这类分子会自发形成脂双层微囊。蛋白质分子“镶嵌”在磷脂双分子层中。表面蛋白(外周蛋白)：以吸引作用而附于表面。结合蛋白(镶嵌蛋白)：受体(接受信息)、通道和载体(传导和转换信息)、酶(诱导反应)。糖类与蛋白质或脂类结合形成糖蛋白或糖脂，形成细胞外被。这样的膜结构(单位膜)不但用以组成细胞膜，还用以分割形成各种细胞器，所以,统称生物膜。细胞质（存在于细胞膜与细胞核之间的半透明胶状物质。由基质和细胞器构成）内质网由单层生物膜围成。是蛋白质合成、修饰和分泌、脂类合成的场所。分粗面内质网和滑面内质高尔基复合体由单层生物膜围成，与蛋白质修饰和分泌有关。溶酶体由单层生物膜围成，是生物大分子分解的场所。核糖体由RNA和蛋白质形成的大颗粒，是蛋白质合成的场所。线粒体由双层生物膜围成，是生物氧化、产生能量的场所。细胞骨架由蛋白质亚基组装成，和细胞形状、迁移、信息传导等有关。由微管、微丝和中间纤维组成。中心体位于细胞核附近，圆筒状小体，参与细胞的有丝分裂。细胞核（位于细胞中央，一个细胞一般仅有1个，但有的有2个或多个。由核膜、核仁、核液及染色质组成。遗传信息贮藏在核内，是DNA复制和RNA合成场所）核膜：细胞核表面的薄膜，是细胞核与细胞质的分界膜。构成：双层膜。结构：核周腔、核孔。外膜上附有核糖体。核仁：核内球状小体。由核蛋白体、RNA形成。染色质和染色体：细胞核内的DNA分子和蛋白质组成（处于分裂间期的细胞，呈颗粒状或块状，分散于细胞核中，称染色质。所以，染色质是在细胞分裂间期遗传物质存在的形式。当细胞进入分裂期时，染色质折叠包装，大约压缩8400倍，形成光镜下可以看到的染色体）细胞增殖（由一个细胞分裂成两个细胞，称细胞增殖，也称细胞分裂。方式有：有丝分裂和减数分裂。人体细胞分裂的主要方式是有丝分裂，只有在产生配子时才进行减数分裂）三、细胞膜的功能细胞膜是细胞的界膜，与外界不断进行物质、能量与信息的交换和传递。很多生理功能都是通过细胞膜实现的，如控制细胞内外物质的转运，维持细胞内环境的稳定）细胞膜的蛋白质载体泵通道受体细胞膜的转运功能（物质跨膜转运）被动转运：顺浓度或电位梯度、不耗能单纯扩散：脂溶性小分子易化扩散：非脂溶性物质、载体或通道介导载体介导：载体蛋白上有结合位点→载体蛋白变构，运到另一侧→低浓度侧分离。①高度结构特异性、②饱和现象、③竞争性抑制通道介导：转运带电离子，数量多通透性：物质通过膜的难易程度取决于通道是否开放及开放的程度及数量取决于膜两侧的浓度差或电位差通道是否开放：电压/化学/机械变化功能：不是转运代谢物，而是离子流动引起电位变化，将外来信号转变为细胞自身信号——电变化渗透：水分子、渗透压低-高主动转运：耗能，逆梯度原发性主动转运：Na-K泵：载体Pr、具有ATP酶活性、2&2亚单位，亚单位转运Na+、K+，分解ATP。Na+泵亚基有与离子、哇巴因（ouabain）结合位点，有ATP酶活性；亚基与泵的三维构象有关，解离亚基，Na+泵失活。Na+与泵上其结合位点结合，ATP酶激活，ATP分解，泵磷酸化，泵构象变化，3Na+移出胞外；膜外K+结合位点暴露，K+与泵结合，去磷酸化，构象恢复，2K+泵入。启动与活动：由胞内Na+、胞外K+较多引起转运3Na+：2K+、耗能20-30％功能：１胞内高K+，代谢反应所必须２限制过多Na+入胞，防止胞内高渗，水透入３势能贮备继发性主动转运：联合转运转运体：膜中特殊蛋白质小肠吸收葡萄糖、AA：葡萄糖或AA转运所需的能量不直接来自ATP，而来自Na+的高势能，而Na+的高势能的产生则需消耗ATP出胞与入胞（大分子物质团块）出胞：囊泡与质膜融合；入胞：接触，质膜形成内陷受体介导入胞：物质→识别→与受体结合→移到有被小窝（稍有下凹，胞浆面多种Pr）→形成吞噬泡→吞噬泡与胞内体融合（因为胞内体内低PH，受体与结合物分离）→所运物到细胞器→胞内体膜上的受体回到细胞膜→形成膜的再循环细胞膜的转导功能（信号跨膜转导）根据受体存在的部位分为细胞内受体介导：Gc-R，类固醇激素，甲状腺激素细胞膜表面受体介导：离子通道偶联受体G-Pr偶联受体酶偶联受体受体：识别、特异性结合配体；信号转导；生物学效应多为糖蛋白配体结合区+产生效应区细胞内受体、细胞表面受体信号分子的分类：亲脂性：甾类激素、甲状腺激素；胞内受体亲水性：神经递质、生长因子、局部化学递质、多数激素；膜表面受体第二信使：第一信使（胞外物质）→膜表面受体→胞内第二信使→生理效应cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+分子开关：PKPi化开启+PrPi酯酶去Pi化关闭GTP结合Pr结合GTP活化+GTP结合Pr结合GDP失活离子通道受体：特点：既有结合位点，又是离子通道；分布于可兴奋细胞过程：刺激信号→膜通道蛋白开放→离子移动→膜电位变化→膜内信息→细胞功能改变分类：化学门控通道（配体门控通道）eg.n-AchR阳离子通道（四个亚单位的五聚体、α2βγδ；每个亚单位4个跨膜α螺旋、第二个α螺旋构成通道内壁，α亚单位的膜外侧是配体结合位点）Ach→n-AchR→Ach+Rα亚单位→通道Pr变构→通道开放→Na+内流，K+外流电压门控通道（在跨膜电位改变时，通道开放。eg.K+、Ca+通道）机械门控通道：内耳毛细胞感受震动细胞间通道：即缝隙连接G-蛋白偶联受体：由受体、G-蛋白、膜效应器酶完成的跨膜信号传递受体概念：指能与配体特异性结合的蛋白质特性：特异性；饱和性；可逆性Ｇ－蛋白结构：（图）分类：GsGi效应器酶：腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）第二信使：环磷酸腺苷（cAMP）、环磷酸鸟苷（cGMP）、肌醇-1,4,5-三磷酸（IP3）、二酰甘油（DG）、Ca+基本结构：单肽链，七次跨膜，100KD，、、三个亚基。：既是GTP结合点，又是GTP酶；+GDP=失活、+GTP=激活；过去认为起锚钉作用，仅对亚基功能起调节作用，现在发现也可激活胞内靶分子。作用过程化学信号（激素、递质等）→特异性受体→受体-配体复合物→Ｇ蛋白中介→激活效应器酶系→第二信使→激活蛋白激酶→蛋白质磷酸化→生理效应作用途径配体是多种多样的，配体与受体是特异的，G蛋白也有多种，最后的效果是看影响那种效应器酶（AC，PLC），产生哪种第二信使（激活那种cAMP、IP3、DG），激活哪种PK（PKA、CaMII、PKC、PKG）G-蛋白偶联受体——cAMP信号通路作用形式：受体与配体结合、改变构象、暴露与G结合位点；G与GDP亲和性下降；与解离；结合GTP；与AC结合、催化ATP产生cAMPR-H解离；GTP水解；与AC解离；上结合GDP、（图）G-蛋白偶联受体——磷脂酰肌醇信号通路作用形式：（图）酶偶联受体：跨膜蛋白，胞外段结合配体则胞内段产生酶活，无信号偶联蛋白、不产生第二信使、不激活胞内PK。受体酪氨酸激酶/酪氨酸蛋白激酶受体胞外段是配体结合区胞内段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位、有自磷酸化位点自身磷酸化的结果又激活受体的酪氨酸蛋白激酶eg.RTK激活Ras蛋白途径跨膜信号转导系统相互影响：1（图）2离子通道→Ca2+→PK3G蛋白之间相互影响：Ri结合Gi抑制AC活性，Rs与Gs结合激活AC4同一信号，不同受体或部位，传递途径不同Ach→N/M-R：离子通道受体/G-受体Ach→心肌M-R：R-G-酶（作用与同一受体,效应器酶不同,第二信使不同）Ach→M-R：a：以cAMP为第二信使b：以IP3、DG为第二信使跨膜信号转导的基本特征多途径、多层次的细胞信号转导途径具有会聚和发散的特点：1各种受体识别各自配体，会聚后激活一个共同的效应酶(会聚)2同一配体，激活不同的效应酶，导致多样化细胞应答(发散)细胞信号转导即具有专一性，又有作用机制的相似性1受体与配体结合专一性2多配体，只有少数几个第二信使介导，表现出相似性信号放大与适度调控，启动与终止并存1微量配体产生巨大效应2受体