12013-xzy-细胞(revised).

第一章细胞的基本功能主讲：吴洪流海洋学院海洋科学系第一节细胞膜物质转运功能第三节细胞的兴奋性和生物电变化第五节肌肉的收缩第二节细胞的跨膜信号转导第四节兴奋在细胞间的传递主要内容学习要求掌握：1.细胞膜物质转运的方式、特点；2.静息电位和动作电位的特点和形成机制；3.动作电位的传导机制及特点；4.神经肌肉间的兴奋传递过程。1.细胞膜结构与其功能有关的特性；2.与生物电有关的细胞膜状态的描述；快Na+通道开放特征；3.影响神经肌肉间兴奋传递的因素；4.神经-肌肉接头的结构特点。熟悉了解第一节细胞膜物质转运功能一、细胞膜的结构细胞是动物和其他生物体的基本结构单位和功能单位。液态镶嵌模型（Fluidmosaicmodel）学说:膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质分子。另外还有少量糖类，以糖脂或糖蛋白形式存在。脂质双分子层具有稳定性和流动性，容易自动融合和修复。对水和水溶性物质不能自由通透。细胞膜的结构骨架蛋白（anchoringprotein）识别蛋白（recognitionprotein）酶（enzyme）受体蛋白（receptorprotein）转运蛋白或载体蛋白（carrierprotein）、通道蛋白（channelprotein）和膜泵（membranepump）镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能：1.脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；2.镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂浮移位；3.膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换；4.糖链是蛋白质和细胞的特异性的“标志”，能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。小结二、细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运功能被动转运根据跨膜物质转运的方向和供能特征，分为两大类：被动转运和主动转运（一）被动转运(passivetransport)溶质分子顺着电化学梯度（包括浓度差梯度和电位差梯度）产生的净流动叫被动转运。被动转运的动力是电化学势能，不耗能，依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”。1.单纯扩散（simplediffusion）被动转运又可分为单纯扩散和易化扩散两种形式。脂溶性物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式称为单纯扩散。如O2、CO2等。单纯扩散的影响因素：电化学浓度差:浓度差增加，扩散增加。通透性：物质通过膜的难易程度。通透性增高，扩散增大。单纯扩散定义：单纯扩散2.易化扩散（facilitateddiffusion）不溶于脂质，或脂溶解性很小的物质需要某种特殊蛋白质的“协助”才能从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的转运方式,称为易化扩散。可分为两类：以载体为中介的易化扩散和以通道为中介的易化扩散。易化扩散的两种模式(1)载体介导的易化扩散（carriermediateddiffusion)载体能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，构象发生改变，把溶质转运到低浓度一侧，将之释放，恢复到原来的构象，开始新一轮转运。特点：顺浓度梯度；高度的结构特异性；饱和现象；竞争性抑制。转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质(2)通道介导的易化扩散（channelmediateddiffusion）离子通道蛋白的壁外侧面是疏水的，而壁的内侧是亲水的（叫水相孔道），能允许水在其中，因此溶于水中的离子也能通过。特点：速度快；具有离子选择性；门控性：可以处于开放、关闭和失活等功能状态，其通透性变化快。转运的物质:各种带电离子电压门控通道：分子结构中存在对跨膜电位变化敏感的结构或亚单位。膜两侧电位差变化时才开放。如Na+、K+、Ca2+的电压门控通道。机械门控通道：膜的局部变形或牵引，直接激活膜中的机械门控通道，引起细胞跨膜电位变化。膜受到压力变形时开放。化学门控通道：只有在膜外特定的化学信号（配体）与膜上的受体结合后才开放，又称配体门控通道。通道的开放类型：影响易化扩散的因素：浓度差电位差通透性(二）主动转运（activetransport）细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质分子或离子逆着电化学梯度由膜的一侧转运到膜的另一侧的过程。主动转运中所需要的能量是由细胞膜或细胞膜所属的细胞提供。单纯扩散和易化扩散都有一个平衡终点，而主动转运没有平衡终点,被转运的物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧。主动转运两种类型：主动转运中所需能量间接来自ATP主动转运中所需能量由ATP直接提供主动转运原发性主动转运继发性主动转运主动转运原发性主动转运继发性主动转运1.原发性主动转运(primaryactivetransport)是镶嵌蛋白质，本身就具有ATP酶活性，能分解ATP释放能量。能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外，将K+移入膜内。如Na+-K+泵，简称钠泵(sodium-potassiumpump)•例如正常生理条件下，人红细胞内K+的浓度相当于血浆中的30倍，但K+仍能从血浆进入红细胞内，Na+浓度比血浆中低很多，但Na+仍由红细胞向血浆透出，呈现一种逆浓度梯度的“上坡”运输。钠泵造成的细胞内高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溶积相对稳定正常形态。在细胞膜内外建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞膜内外的巨大浓度差是细胞跨膜电位产生势能，也是可兴奋细胞（组织）产生兴奋的基础，又称生电性钠泵。（这是细胞生物电活动产生的前提条件)。为继发性主动转运提供能量。维持体内水、电解质和酸碱平衡（小肠、肾小管）。细胞膜上的钠泵活动的意义：2.继发性主动转运(secondaryactivetransport)Na+-K+泵活动形成的势能储备，使Na+由高浓度的膜外顺浓度差进入细胞，并同时将葡萄糖等其他物质逆浓度差转运的过程。如被转运的分子与Na+扩散方向相同，称为同向转运；如果二者方向相反，则称为逆向转运。小结1.出胞（胞吐）：指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。如激素的分泌、神经递质的释放。出胞是一个比较复杂的耗能过程。2.入胞（胞吞）：是指细胞外某些物质团块，如细菌，病毒、异物及大分子营养物质等进入细胞的过程。包括吞噬和胞饮。（三）出胞（exocytosis）与入胞(endocytosis)出胞入胞激素、生长因子、维生素、抗体及细菌（统称配体）必须通过与细胞膜表面特异受体蛋白质相互作用才能进入细胞,称为受体介导式入胞（receptor-mediatedendocytosis)。这些被结合的物质称为配体（ligand)。①配体被受体识别；②配体-受体复合物向有被小窝集中；③吞噬泡形成；④吞噬泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体；⑤配体与受体分离；⑥配体转运到其它细胞器中；⑦循环小泡形成，膜再利用。入胞过程第二节细胞的跨膜信号转导跨膜信号转导（transmembranesignaltransduction)或跨膜信号传递（transmembranesignaling)：细胞外液的化学信号以及其他性质的刺激信号通过细胞膜表面的特殊结构（受体）传入胞内引起细胞产生相应的生物学效应（电反应或其他功能变化）。即：外界信号——膜蛋白变构——胞内信号——被作用细胞(靶细胞）功能改变。跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。概念外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程，仅作用细胞膜上受体。只需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，将其信息以一种新的信号形式传递到膜内，再引起靶细胞相应出现电反应或其他功能的改变。（跨膜信号转导概念解释）细胞出现动作电位的电反应。细胞对外来刺激信号作出反应的过程有明显共性:跨膜信号转导方式(3种）跨膜信号由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导由酶耦联受体介导的跨膜信号转导由离子通道介导的跨膜信号转导跨膜信号由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导由酶耦联受体介导的跨膜信号转导由离子通道介导的跨膜信号转导（一）由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导由G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导，是一个相当复杂的过程，至少与膜内4种物质有关：受体蛋白、G蛋白、G蛋白效应器和第二信使。1.G蛋白耦联受体(Gprotein-linkedreceptor)受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的、独立的蛋白质分子。受体与配体结合后构型变化，能激活膜内侧G蛋白。如α和β肾上腺素能受体、Ach受体、多数肽类激素受体、5-羟色胺受体等。2.G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotide-bindingprotein）的简称。分类：G蛋白有兴奋型（Gs、Go）和抑制型（Gi）两种，可分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细胞内第二信使物质增加或减少。受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧G蛋白；G-蛋白通常由α、β、γ3个亚基组成；当它被激活时便与GDP分离，而与一个分子的GTP（三磷酸鸟苷）结合，形成α-GTP复合物；α亚基与其它两个亚基（β-γ）分离，对膜中的效应器酶起作用。G蛋白的结构特点由G蛋白耦联受体实现的跨膜信号转导示意图3.G蛋白效应器（Gproteineffector）（有两种）能催化第二信使生成的效应器酶：腺苷酸环化酶（adenylatecyclase，AC）或GC;磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）；依赖于cCMP的磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)磷脂酶A2（phospholipaseA2）这些效应器酶能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使物质增加。能催化第二信使生成的离子通道配体（激素）将细胞外信息带到了受体，被称作第一信使。相对配体（第一信使）而言，细胞内能将由配体（激素）带来的信息传到细胞内其它效应器的物质叫第二信使，如环一磷酸腺苷(cAMP)，三磷酸肌醇(IP3)，二酰甘油(DG)，环一磷酸鸟苷(cGMP)和Ca2+等。充当第二信使效应器的物质可分别为cAMP依赖PKA、PKC、某些离子通道等。4.第二信使(secondmessenger)(1)受体－G蛋白－AC途经举例(2)受体－G蛋白－PLC途经作用机理举例5.G蛋白耦联受体转导的主要途经（二）酶耦联受体介导的跨膜信号转导1.具有酪氨酸激酶的受体（tyrosinekinasereceptor）受体具有酪氨酸激酶的结构域即受体与酪氨酸激酶是同一个蛋白质分子。当与相应的化学信号结合时，直接激活自身的酪氨酸激酶结构域，导致受体自身或细胞内靶蛋白的磷酸化。受体本身没有酶的活性当它被配体激活时立即与酪氨酸激酶结合，并使之激活，通过对自身和底物蛋白的磷酸化作用，把信号传入细胞内。这种信号转导不需要G蛋白存在。酶耦联受体介导的信号转导图2.具有鸟苷酸环化酶受体（receptor-guanylylcyclase）受体与配体（如心房钠尿肽）结合后，即将鸟苷酸环化酶（GC）激活，催化胞浆内的GTP生成cGMP。cGMP又可结合与激活cGMP依赖性的蛋白激酶G（PKG），PKG可使底物蛋白质磷酸化，产生效应。如心房钠尿肽（atrialnatriureticpeptide,ANP）就是通过此途径刺激肾脏排钠和水，并使血管平滑肌舒张。第三节细胞的兴奋性和生物电现象当动物生活的环境发生变化时引起体内代谢过程及其外表活动的改变，称为反应。有兴奋(excitation)和抑制（inhibition）两种形式。能被动物体所感受，并引起动物体发生反应的环境变化称为刺激(stimulus)。一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件1.兴奋性、兴奋：近代生理学更准确的定义如下：活组织（细胞）在受刺激时产生动作电位的能力称为兴奋性。受到刺激能产生动作电位的组织（细胞）称为可兴奋组织（细胞）。组织产生了动作电位就是产生了兴奋（简称兴奋）。2.刺激引起兴奋的条件刺激引起组织（细胞）兴奋在强度、持续时间、强度-(对）时间变化率三个要素上所达到的最小值(临界值)，称为阈值（Threshold）。具有阈值的刺激叫阈刺激（Thresholdstimulus）。使组织