中西结合生理学课件第二章细胞

第二章细胞的基本功能第二节细胞的跨膜物质转运功能第四节细胞的生物电现象第五节肌细胞的收缩功能第三节细胞的跨膜信号转导功能第一节细胞的基本结构和功能特点第一节细胞的跨膜物质转运功能一、细胞的结构和化学组成(一)细胞膜1.脂质双分子层特点：流动性；稳定性功能：屏障作用；传递信息2.细胞膜蛋白质外周蛋白；整合蛋白特点：流动性（横向移动）功能：转运物质传递信息转化能量3.细胞膜的糖类多为短糖链，以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。功能：免疫标志传递信息（二）细胞器：包括溶酶体、、线粒体、内质网、高尔基复合体、过氧化物酶体等，又称为细胞的内膜系统。（三）细胞核表面被覆核膜，主要成分是染色质。细胞核是细胞内遗传信息贮存、复制和转录的场所，也是细胞功能、生长、增殖、分化、衰老的控制中心。二、细胞内液与细胞外液细胞外液[Na+]、[Cl-]高于细胞内液；细胞内液[K+]高于细胞外液。一、被动转运(passivetransport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点：①不耗能（依赖电-化学势能）②依靠或不依靠膜蛋白质的“帮助”③顺电-化学梯度进行分类：单纯扩散易化扩散第二节细胞膜的跨膜物质转运功能（一）单纯扩散(simplediffusion)概念:一些小分子脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。[CO2]i＞[CO2]o[O2]o＞[O2]i特点:①扩散速率高，扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关②不需另外消耗能量③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”转运的物质：O2、CO2、NO、尿素、乙醚、乙醇等。（二）易化扩散(facilitateddiffusion)概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。分类:经通道的易化扩散；经载体的易化扩散（1）经载体的易化扩散概念：载体蛋白分子上有一个或数个能与某种转运物相结合的位点当转运物与位点相结合后,载体蛋白就发生构型改变,将转运物运到膜的另一侧,然后转运物与载体分离,从而完成转运。特点:①高度特异性（∵特殊膜蛋白质本身有结构特异性）②饱和现象（∵结合位点是有限的）③竟争抑制性（∵经同一特殊膜蛋白质转运）转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质（2）经通道的易化扩散[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i概念：细胞内外液中的带电离子通过脂质双层分子膜的嵌入蛋白质中的水相孔道进行转运。特点:①通道开闭取决于膜电位或化学信号②相对特异性转运的物质：各种带电离子，如Na+、K+、Ca2+、Cl-等门控离子通道：电压门控通道（电压依从性通道）配基门控通道机械门控通道二、主动转运(activetransport)概念：指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：①需要消耗能量,能量由ATP提供②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”③逆电-化学梯度进行转运分类：原发性主动转运继发性主动转运（一）原发性主动转运（泵转运）直接分解ATP提供能量。Na+-K+泵又称Na+-K+-ATPas，简称钠泵。通道转运与钠-钾泵转运模式图钠-钾泵活动的意义：维持细胞的正常体积与渗透压；维持细胞的正常兴奋性；为继发性主动转运提供能量；为代谢提供必须条件。维持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均匀分布状态2K+泵入细胞;3Na+泵出细胞分解ATP产生能量当[Na+]i↑/[K+]o↑激活钠-钾泵:生电钠泵（二）继发性主动转运（协同转运）概念：间接利用ATP能量的主动转运过程。即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量非直接来自ATP的分解，是来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。分类：①同向转运②逆向转运三、胞纳与胞吐一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。胞吐:指大分子物质或物质团块由细胞排出的过程。主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。胞纳:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。分为：吞噬=转运物质为固体;吞饮=转运物质为液体。胞吐：分泌物排出融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被=分泌囊泡高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分细胞膜上的受体对物质的“辨认”发生特异性结合=复合物复合物向膜表面的“有被小窝”移动“有被小窝”处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡吞食泡与胞内体的膜性结构相融合胞纳:复习思考题1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？2.Na+-K+泵的作用意义？3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可使()A.2个钠离子移出膜外B.2个钾离子移入膜内C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内D4、细胞膜的脂质双分子层是()A.细胞内容物和细胞环境间的屏障B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户C.离子进出细胞的通道D.受体的主要成分E.抗原物质5、葡萄糖进入红细胞膜是属于()A.单纯扩散B.主动转运C.易化扩散D.入胞作用E.吞饮AC第二节细胞的跨膜信号转导功能多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统以沟通、协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种：神经递质、激素、细胞因子、气体分子等。跨膜信号转导：外界信号作用于细胞膜，膜上某些特异性蛋白质能选择性的接受某种特定信号，将外界环境变化的信息以新的信号形式，引起被作用细胞相应的功能改变。三个环节：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应。跨膜信号转导方式：G蛋白偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导离子通道介导的信号转导一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导（一）参与G蛋白偶联受体信号转导的有关组件及其效应G蛋白由α、β、γ三个亚基组成。非活化的G蛋白在膜内是与受体分离的，其α亚基与二磷酸鸟苷（GDP）相结合。被激活的G蛋白，α-GTP可与G蛋白效应器结合。组件：G蛋白偶联受体；G蛋白；G蛋白效应器；第二信使；蛋白激酶；磷酸化酶及蛋白质可逆磷酸化（最后公路）（二）G蛋白偶联受体介导的主要信息转导通路1.cAMP-PKA信息转导通路神经递质、激素等兴奋性G蛋白(GS)激活腺苷酸环化酶(AC)ATPcAMP（第二信使）细胞的生物效应激活蛋白激酶A（PKA）结合G蛋白偶联受体激活G蛋白2.肌醇磷脂信号转导系统激素（第一信使）兴奋性G蛋白(GS)激活磷脂酶C(PLC)PIP2(第二信使）IP3和DG激活蛋白激酶C内质网释放Ca2+激活G蛋白细胞内生物效应结合G蛋白偶联受体二、酶偶联受体介导的跨膜信号转导（一）通过络氨酸激酶受体介导的信号转导1.具有络氨酸激酶的受体这类受体都是贯穿脂质双分子层的膜蛋白，只有一个α跨膜螺旋,在膜外侧有与配体结合的受体位点，深入胞浆的一端具有络氨酸激酶结合域。2.结合络氨酸激酶受体这类受体本身没有蛋白激酶活性，但可结合并激活络氨酸蛋白激酶。如促红细胞生成素受体。特点：①信号转导与G蛋白无关②无第二信使的产生③无蛋白激酶的激活受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示生长因子与受体酪氨酸激酶结合细胞内生物效应膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：具有酪氨酸激酶活性（二)通过鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导这类受体只有一个跨膜α螺旋,分子的N端有配体结合点，位于膜外侧，C端有鸟苷酸环化酶（GC）在膜内侧结构域，一旦配体与受体结合，将激活GC的活性。受体鸟苷酸环化酶的配体是心房钠尿肽（ANP）。NO广泛存在于中枢和外周神经系统中，与多种机体调节功能有关。NO受体存在于胞浆中，也是一种GC，由α和β两个亚基,称为可溶性GC。NO作用于GC能提高胞浆内cGMP浓度和PKG活性，参与多种细胞内功能调节。三、离子通道介导的信号转导（一）化学门控通道化学性胞外信号(ACh)ACh+受体=复合体终板膜变构=离子通道开放Na+内流终板膜电位骨骼肌收缩终板膜化学门控通道（二）电压门控通道和机械性门控通道电压门控通道：钠通道钠通道4个结构域形成通道钠通道：毛细胞离子通道及其作用机械性门控通道：复习思考题1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不同？2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几种方式？比较各种方式之间的异同。3.试述细胞信号转导的基本特征。4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间的异同。5.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。机体的组织细胞无论是处于安静状态，还是在活动过程中，都具有电的变化，称为生物电现象(bioelectricityphenomenon)。细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。第四节细胞的生物电现象一、生物电现象的观察和记录方法微电极电压钳技术膜片钳技术膜片钳技术：可记录细胞膜结构中单一离子通道的电流和电导。为从分子水平了解生物膜离子通道的开启和关闭、动力学选择性和通透性等膜信息提供了直接的手段。二、静息电位及其产生原理（一）静息电位(restingpotentialRP)细胞安静状态时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。2.RP实验现象：证明RP的实验：（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。(1)细胞膜内、外离子分布不匀[Na+]i＞[Na+]o≈1∶10,[K+]i＞[K+]o≈30∶1[Cl-]i＞[Cl-]o≈1∶14,[A-]i＞[A-]o≈4∶1（二）静息电位产生原理1.产生条件主要离子分布：膜内：膜外：(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性通透性：K+＞Cl-＞Na+＞A-静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子通透性离子浓度（mmol/L）主要离子膜内膜外膜内与膜外离子比例膜对离子通透性Na+141421:10通透性很小K+155531:1通透性大Cl-81101:14通透性次之A-60154:1无通透性2.产生机制[K＋]i顺浓度（动力）差向膜外扩散[K+]i↓→膜内电位↓(负电场)[K+]o↑→膜外电位↑(正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态当动力与阻力达到平衡时，K＋的跨膜净通量为零膜两侧[K+]差是促使K+扩散的动力，但随着K+的不断扩散，膜两侧不断加大的电位差是K+继续扩散的阻力，当动力和阻力达到动态平衡时，K+的净扩散通量为零→膜两侧的平衡电位。结论:RP的产生主要是K＋外流产生。Nernst公式：EK=RT/ZF•ln[K+]O/[K+]i=59.5log[K+]O/[K+]i同理可算出ENa,因K+的通透性大于Na+近100倍,EK的权重明显大于ENa。RP是权重后的EK和ENa的代数和,非常接近于EK。RP≈并略EK。各种不同的细胞各有相对稳定的静息电位，不同的细胞静息电位数值不同，一般以细胞内的电位值来表示静息电位。如哺乳类的动物神经和肌细胞的静息电位值为－70～－90mV，人的红细胞静息电位为－6～－10mV。3.相关概念:极化:以膜为界，外正内负的状态。去极化:膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程。超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程。复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程。三、动作电位及其产生原理（一）动作电位(actionpotentialAP)可兴奋细胞受到有效刺激，在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩布的电位波动。去极化上升支下降支1.动作电位波形的基本特征刺激局部电位阈电位去极化零电位反极化（超射）复极化（负、正）后电位2.动作电位特征①“全或无”定律：即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的特性。②可扩播性：不局限于受刺激部位，迅速向周围扩播。③不衰减传导：其幅度不因传导距离的