《细胞的基本功能》PPT课件.ppt

第二章第二章第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能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膜结构及物质转运功能细胞膜结构及物质转运功能细胞膜结构及物质转运功能细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能第一节第一节 细胞膜结构及物质转运功能细胞膜结构及物质转运功能 一一.细胞膜的化学组成和分子结构细胞膜的化学组成和分子结构 (The molecular composition and structure of cell membrane)二二.细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能(Transport across cell membrane)(Transport across cell membrane)一一.膜的化学组成和分子结构膜的化学组成和分子结构 (（2)细胞的基本功能.pptF)组成：组成：脂质、蛋白质、糖类脂质、蛋白质、糖类 结构：液态镶嵌模型结构：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不同结构和功能的蛋白质（一）脂质双分子层（一）脂质双分子层 磷脂（磷脂（70%70%）、胆固醇（）、胆固醇（30%30%）由磷酸和碱基构成的亲水性极性基团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由两条较长的脂酸烃链构成的疏水性非极性基团脂质特点：脂质特点：熔点低、体温下为液态熔点低、体温下为液态 具有某种流动性和稳定性具有某种流动性和稳定性（二）细胞膜蛋白质（二）细胞膜蛋白质决定细胞的功能决定细胞的功能 表面蛋白：附着在膜表面表面蛋白：附着在膜表面 整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层（三）细胞膜糖类（三）细胞膜糖类 量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式）量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式）意义：意义：作为细胞或所结合蛋白质的作为细胞或所结合蛋白质的“标志标志”（一）（一）单纯扩散单纯扩散（simple diffusion）脂溶性物质由膜的高浓度一侧移到膜的低浓脂溶性物质由膜的高浓度一侧移到膜的低浓度一侧度一侧决定扩散方向和速度的因素：决定扩散方向和速度的因素：浓度差，通透性浓度差，通透性 通透性：通透性：物质通过膜的难易程度物质通过膜的难易程度转运的物质：转运的物质：O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素 等二二.细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能（二）（二）易化扩散（易化扩散（facilitated diffusionfacilitated diffusion）在膜上特殊蛋白介导下，物质由膜的高浓度在膜上特殊蛋白介导下，物质由膜的高浓度一侧向膜的低浓度一侧的转运一侧向膜的低浓度一侧的转运经载体易化扩散：经载体易化扩散：载体蛋白介导载体蛋白介导(F F)特点：特点：特异性、饱和性、竞争性抑制特异性、饱和性、竞争性抑制 转运物质：转运物质：GSGS，AA AA 等。等。经通道易化扩散：经通道易化扩散：通道蛋白介导通道蛋白介导 (F)特点：特点：离子选择性离子选择性 门控特性门控特性电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道机械门控通道机械门控通道单纯和易化扩散均为单纯和易化扩散均为被动转运被动转运：顺梯度（动力），不耗能顺梯度（动力），不耗能(F)转运物质：转运物质：离子（离子（K K+、CaCa2+2+、Na Na+）（三）主动转运（三）主动转运（active transport）通过耗能过程，逆浓度梯度将物质由低浓通过耗能过程，逆浓度梯度将物质由低浓度一侧转运到膜的高浓度一侧度一侧转运到膜的高浓度一侧 1.1.原发性主动转运（离子泵）原发性主动转运（离子泵）意意 义义 建立势能贮备建立势能贮备 提供能量提供能量 造成细胞内外离子的不均衡分布造成细胞内外离子的不均衡分布 生物电产生的基础生物电产生的基础有有ATPATP酶活性，分解酶活性，分解ATPATP供能供能 排出排出3Na+，摄入，摄入2K+钠钾泵钠钾泵（F）2.2.继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport)(四）出胞与入胞四）出胞与入胞（exocytosis and endocytosis）大分子物质或物质团块借助于细胞膜的运动大分子物质或物质团块借助于细胞膜的运动进出细胞的过程。进出细胞的过程。2 2入胞：入胞：吞噬（固体），吞饮（液体）吞噬（固体），吞饮（液体）(F)1 1出胞：出胞：分泌囊泡形式分泌囊泡形式间接利用间接利用ATPATP能量的主动转运过程。能量的主动转运过程。同向转运同向转运 (F)逆向转运逆向转运第二节 细胞的跨膜信号转导功能 二二.离子通道受体介导的跨膜信号转导离子通道受体介导的跨膜信号转导 一一.G.G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 三三.酶耦联受体介导的跨膜信号转导酶耦联受体介导的跨膜信号转导 2.G-2.G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）蛋白（鸟苷酸结合蛋白）一.一.G G蛋白蛋白耦联受体介导耦联受体介导的跨膜信号转导的跨膜信号转导二.二.（一）组成（一）组成 （1 1）是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白）是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白（F）（2 2）分激活型）分激活型G-G-蛋白（蛋白（GsGs）、抑制型）、抑制型G-G-蛋白蛋白（GiGi）1.G 1.G蛋白耦联受体蛋白耦联受体（receptor）7 7次跨膜受体。次跨膜受体。（二）跨膜传递过程（二）跨膜传递过程（三）主要途径（三）主要途径 1.1.受体受体-G-G-蛋白蛋白-AC-AC途径途径H-RH-R G G蛋白蛋白 G G蛋白效应器酶蛋白效应器酶 第二信使第二信使 蛋蛋白激酶或白激酶或通道通道 底物蛋白磷酸化底物蛋白磷酸化 细胞生物效应细胞生物效应4.第二信使：第二信使：(second messenger)cAMPcAMP、cGMPcGMP、IPIP3 3、DGDG、CaCa2+2+3.膜效应器酶膜效应器酶 （腺苷酸环化酶、磷脂酶（腺苷酸环化酶、磷脂酶C C、磷脂酶、磷脂酶A A2 2）被激活（抑制）被激活（抑制）后导致膜内第二信使增多（减少）后导致膜内第二信使增多（减少）化学信号化学信号+受受 体体激活膜内侧激活膜内侧G-蛋白蛋白G-蛋白的蛋白的亚单位与亚单位与GDP分离分离亚单位与亚单位与GTP结合结合并与并与和和亚单位分离亚单位分离亚单位亚单位与膜内与膜内效应器酶效应器酶结合结合效应器酶效应器酶被激活被激活胞浆内胞浆内ATP 被分解为被分解为cAMP（第二信使）（第二信使）使胞浆中蛋白激激活酶使胞浆中蛋白激激活酶某种蛋白质被磷酸化某种蛋白质被磷酸化蛋白质功能改变蛋白质功能改变2.受体-G G蛋白蛋白-PLCPLC途径途径膜外膜外N N端：识别、结合端：识别、结合第一信使第一信使膜内膜内C C端：激活端：激活G G蛋白蛋白激素激素（第一信使）（第一信使）兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S)激活磷脂酶激活磷脂酶C C(PLC)(PLC)PIPPIP2 2(第二信使）第二信使）IPIP3 3 和和 DG DG激激 活活 蛋白激酶蛋白激酶C C内质网内质网 释放释放CaCa2+2+激活激活G蛋白蛋白(与与、亚单位分离亚单位分离)细胞内生物效应细胞内生物效应结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体二二.离子通道受体介导的跨膜信号转导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）离子通道受体（促离子型受体）(F)(F)1 化化 学学 门门 控控 通通 道道（chemically-gated channel）2电压门控通道（电压门控通道（voltage-gated channel）3机械门控通道（机械门控通道（mechanically-gated channel）直接激活膜内肽段直接激活膜内肽段化学信号化学信号+膜外肽段膜外肽段膜内肽段中的膜内肽段中的酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化 其它蛋白质底物中的其它蛋白质底物中的酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化 细胞功能改变细胞功能改变 三三.酶耦联受体介导的跨膜信号转导酶耦联受体介导的跨膜信号转导（一）酪氨酸激酶受体（一）酪氨酸激酶受体（TKRTKR）只有一个跨膜螺旋和一个较短的膜内片段只有一个跨膜螺旋和一个较短的膜内片段直接激活直接激活GC化学信号（化学信号（ANP）+膜外膜外N段段膜内生成膜内生成cGMP,并激并激活活PKGcccc PKG可使蛋白质底物可使蛋白质底物磷酸化磷酸化细胞功能改变细胞功能改变 （二）鸟苷酸环化酶受体（二）鸟苷酸环化酶受体（GCGC）只有一个跨膜螺旋，膜外侧有配体结合位点和膜内只有一个跨膜螺旋，膜外侧有配体结合位点和膜内侧有侧有GCGC结构域，可激活结构域，可激活GCGC第三节 细胞的生物电 一一.静息电位静息电位二二.动作电位动作电位三三.组织的兴奋和兴奋性组织的兴奋和兴奋性生物电生物电(Bioelectricity)生物细胞在安静或活动状态存在的电活动。生物细胞在安静或活动状态存在的电活动。分类分类组织器官组织器官：综合电活动综合电活动 心电、脑电、肌电心电、脑电、肌电 等等单细胞单细胞受刺激时受刺激时：动作电位动作电位安静时安静时：静息电位静息电位一一.静息电位静息电位（resting potential，RP）（一）概念（一）概念(F)(F)细胞在安静（未受刺激）时，存在于细胞内细胞在安静（未受刺激）时，存在于细胞内 外两侧的电位差外两侧的电位差 特点：内负外正、相对恒定特点：内负外正、相对恒定 大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞 （-70-70 -90mv-90mv）100mv 90mv(Rp)80mv 0mv +30mv 极化极化 去极化去极化 复极化复极化 超极化超极化 K K+平衡电位平衡电位 膜内外膜内外3030 1 1的的K K浓度差浓度差(动力动力)安静时安静时K K通道开放通道开放(通透性通透性)K K+外流外流电位差（阻力）电位差（阻力）浓度差（动力）浓度差（动力）=（即静息电位、膜电位）（即静息电位、膜电位）（二）产生机制（二）产生机制结论结论：K K+外流，形成内负外正的外流，形成内负外正的RpRp1.1.静息电位的产生条件静息电位的产生条件(F)(F)(1)(1)有动力：细胞膜内、外离子分布不匀有动力：细胞膜内、外离子分布不匀(2)(2)有通透性：静息状态下细胞膜对有通透性：静息状态下细胞膜对K K+的通透性高的通透性高带电离子的跨膜转运带电离子的跨膜转运2.2.静息电位的产生过程静息电位的产生过程(f)(F)(f)(F)二二.动作电位动作电位（active potential，AP ）细胞受刺激后，在静息电位的基础上，膜两细胞受刺激后，在静息电位的基础上，膜两侧出现快速、可逆、可扩布的电位变化。侧出现快速、可逆、可扩布的电位变化。（一）（一）Ap Ap 的概念的概念(F)(F)分为 上升支（去极相）去极相）(F)(F)下降支（复极相）复极相）后电位后电位锋电位锋电位负后电位负后电位正后电位正后电位1 1“全或无全或无”现象现象（二）（二）ApAp的特点的特点2 2不衰减性传导不衰减性传导 3 3脉冲式脉冲式 因绝对不应期的存在，动作电位不可能融合因绝对不应期的存在，动作电位不可能融合 ApAp去极化至去极化至+30mv+30mv时（超射值）时（超射值）NaNa+平衡平衡电位电位 （三）产生机制（三）产生机制 (F)(F)1.1.去极相：去极相：NaNa+内流内流带电离子的跨膜转运带电离子的跨膜转运膜内外存在膜内外存在NaNa+浓度差浓度差受刺激时受刺激时NaNa+通道开放通道开放2.2.复极相：复极相：K K+外流外流 (F)(F)（四）（四）ApAp的引起的引起可兴奋组织（可兴奋组织（可兴奋组织（可兴奋组织（RpRpRpRp）阈电位阈电位阈电位阈电位 Ap Ap Ap Ap 阈刺激、阈上刺激阈刺激、阈上刺激 1 1阈电位阈电位(Threshold potential)（F）引发膜上引发膜上Na+Na+通道大量开放（引发通道大量开放（引发ApAp）的临界膜电）的临界膜电位称为阈电位。位称为阈电位。2.2.局部反应（局部兴奋）局部反应（局部兴奋）阈下刺激阈下刺激少量少量NaNa内流内流产生低于阈电位产生低于阈电位的去极化的去极化局部反应局部反应（F）（1 1）非）非“全或无全或无”式：其大小随刺激强度的式：其大小随刺激强度的变变 化而变化化而变化 （2 2）电紧张扩布）电紧张扩布（3 3）总和：时间总和及空间总和）总和：时间总和及空间总和 定义：定义：特点：特点：（五）（五）ApAp的传导的传导局部电流（细胞膜依次产生局部电流（细胞膜依次产生ApAp的结果）的结果）刺激刺激 可兴奋细胞可兴奋细胞 动作电位（兴奋）动作电位（兴奋）反应）反应）本质表现本质表现 外在表现外在表现 神经、肌肉、腺细胞神经、肌肉、腺细胞 前提前提 1 1兴奋性兴奋性(Excitability)可兴奋细胞或组织受刺激后产生可兴奋细胞或组织受刺激后产生ApAp的能力。的能力。三三.组织的兴奋和兴奋性组织的兴奋和兴奋性（一）兴奋和可兴奋细胞（一）兴奋和可兴奋细胞（二）组织的兴奋性和与阈刺激（二）组织的兴奋性和与阈刺激2 2刺激刺激(Stimulus)(Stimulus)刺激：细胞所处环境因素的变化刺激：细胞所处环境因素的变化 刺激三要素：刺激三要素：刺激强度、时间、强度刺激强度、时间、强度-时间变化率时间变化率 阈刺激：刺激强度等于阈刺激：刺激强度等于阈值的刺激阈值的刺激。阈上刺激：阈上刺激：刺激强度大于刺激强度大于阈值的刺激阈值的刺激。阈下刺激：阈下刺激：刺激强度小于刺激强度小于阈值的刺激阈值的刺激。阈强度阈强度(阈值，阈值，Threshold intensity)：把刺激把刺激 的持续时间和强度的持续时间和强度-时间变化率固时间变化率固 定，能使组织发生兴奋的最小刺激定，能使组织发生兴奋的最小刺激强度。强度。（三）细胞兴奋后兴奋性的变化（三）细胞兴奋后兴奋性的变化（F)F)绝对不应期的绝对不应期的意义意义：决定两次兴奋的最小间隔时间决定两次兴奋的最小间隔时间 1.1.绝对不应期绝对不应期 2.2.相对不应期相对不应期3.3.超常期超常期4.4.低常期低常期第四节 肌细胞的收缩功能 一一.神经神经-肌肉接头处兴奋传递肌肉接头处兴奋传递 四四.骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的兴奋收缩耦联 三三.骨骼肌的收缩机制骨骼肌的收缩机制二二.骨骼肌的微细结构骨骼肌的微细结构五五.影响骨骼肌收缩效能的因素影响骨骼肌收缩效能的因素 ApApApAp在神经纤维上传导在神经纤维上传导在神经纤维上传导在神经纤维上传导 N-MN-M接头处兴奋传递接头处兴奋传递 ApApApAp在骨骼肌细胞上传导在骨骼肌细胞上传导在骨骼肌细胞上传导在骨骼肌细胞上传导 骨骼肌的兴奋骨骼肌的兴奋-收缩耦联收缩耦联 骨骼肌肌丝滑行收缩骨骼肌肌丝滑行收缩 骨骼肌细胞兴奋、收缩过程骨骼肌细胞兴奋、收缩过程：（F）一一.神经神经-肌肉接头处兴奋传递肌肉接头处兴奋传递 （一）（一）N-MN-M接头结构接头结构（F）接头间隙：充满细胞外液接头间隙：充满细胞外液 接头后膜（终板膜）：有接头后膜（终板膜）：有Ach RAch R、NaNa+、K K+通道等通道等 接头前膜：突触囊泡（含接头前膜：突触囊泡（含AchAch）、膜上有）、膜上有CaCa+通道通道 神经纤维上神经纤维上Ap Ap 前膜前膜前膜上前膜上CaCa通道开放，通道开放，CaCa2+2+内内流流大量大量AchAch释放至间隙释放至间隙结合于结合于Ach-RAch-R，构型改变，构型改变终终板膜上离子通道开放板膜上离子通道开放NaNa内流内流 终板电位终板电位总和总和达达到肌细胞的阈电位到肌细胞的阈电位邻近肌膜产生邻近肌膜产生ApAp（兴奋）（兴奋）(F)(F)（二）兴奋传递过程（二）兴奋传递过程电（神经纤维上电（神经纤维上ApAp）化学化学(Ach)(Ach)电（骨骼肌上电（骨骼肌上ApAp）传递）传递（F）（三）影响兴奋传递的因素（三）影响兴奋传递的因素 （1）阻断ACh受体：筒箭毒和银环蛇 毒-肌松剂。（2）破坏ACh受体：重症肌无力（3）接头前膜Ach释放：肉毒杆菌中毒（4）胆碱酯酶失活：有机磷农药，新斯 的明二二.骨骼肌的微细结构骨骼肌的微细结构（F）（一）（一）肌原纤维和肌小节肌原纤维和肌小节（F)肌小节：暗带肌小节：暗带+2+2个个1/21/2的明带的明带（二）（二）肌管系统肌管系统(F)1.横管：横管：传递电信号传递电信号2.纵管（肌质网）：末端称终池纵管（肌质网）：末端称终池三三.骨骼肌收缩的机制（滑行理论骨骼肌收缩的机制（滑行理论 ）（一）（一）肌丝的分子组成肌丝的分子组成(F)2 2细肌丝：由三种蛋白组成细肌丝：由三种蛋白组成（F）1 1）肌纤蛋白：存在与横桥结合位点）肌纤蛋白：存在与横桥结合位点2 2）原肌凝蛋白：隔离横桥与肌纤蛋白）原肌凝蛋白：隔离横桥与肌纤蛋白 3 3）肌钙蛋白：可与）肌钙蛋白：可与CaCa2+2+结合结合 1 1粗肌丝：由肌凝蛋白组成粗肌丝：由肌凝蛋白组成杆杆+头（头（横桥横桥）与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向M M线滑行线滑行 具具ATPATP酶活性，分解酶活性，分解ATPATP供能供能（三）滑行过程（三）滑行过程（F）肌肌浆浆中中CaCa2+2+CaCa2+2+与与亚亚基基结结合合亚亚基基传传递递信信息息原原肌肌凝凝蛋蛋白白变变构构暴暴露露横横桥桥与与肌肌动动蛋蛋白白结结合合位位点点横横桥桥与与肌肌动动蛋蛋白白结结合合拖拖动动细细肌肌丝丝向向M M线线方方向向滑滑行行肌肉收缩肌肉收缩 肌小节、明带、肌小节、明带、H H区变短区变短 暗带长度不变暗带长度不变（二）滑行学说（二）滑行学说 肌肉收缩时，无肌丝缩短和卷曲，肌肉收缩时，无肌丝缩短和卷曲，是细肌丝在粗肌丝间滑行的结果是细肌丝在粗肌丝间滑行的结果(F)兴奋兴奋-收缩耦联过程收缩耦联过程：(F)肌膜肌膜ApAp沿横管膜传导沿横管膜传导三联体的信息传递三联体的信息传递终池终池CaCa2+2+释放释放 肌浆中肌浆中CaCa2+2+肌丝滑行收缩肌丝滑行收缩 Ca Ca2+2+被肌质网上的钙泵回收，引起肌细胞的舒张被肌质网上的钙泵回收，引起肌细胞的舒张四四.骨骼肌的兴奋收缩耦联骨骼肌的兴奋收缩耦联 将肌细胞兴奋与肌纤维收缩连接起来的中介过程将肌细胞兴奋与肌纤维收缩连接起来的中介过程 五五.影响骨骼肌收缩的因素影响骨骼肌收缩的因素 1 1前负荷（初长度）（前负荷（初长度）（Preload)（F）1 1）定义：）定义：肌肉收缩前承受的负荷。肌肉收缩前承受的负荷。2 2）长度）长度-张力曲线：张力曲线：反映初长度与肌肉收缩张力关系的曲线反映初长度与肌肉收缩张力关系的曲线 短于最适初长短于最适初长 最适初长最适初长 长于最适初长长于最适初长 正比正比 反比反比肌肉产生最大张力时的初长度肌肉产生最大张力时的初长度按肌肉收缩效能按肌肉收缩效能等长收缩等长收缩等张收缩等张收缩2 2后负荷后负荷(Afterload)(F)3 3肌肉收缩力肌肉收缩力(Contractility)肌肉收缩过程中所遇到的负荷肌肉收缩过程中所遇到的负荷 张力张力-速度曲线速度曲线 ：反映后负荷与肌肉缩短速度关系的曲线反映后负荷与肌肉缩短速度关系的曲线与负荷无关的，肌肉内部功能状态改变与负荷无关的，肌肉内部功能状态改变 主要取决于：胞浆内的主要取决于：胞浆内的CaCa2+2+水平和肌凝蛋白的水平和肌凝蛋白的ATPATP 酶活性酶活性 4.收缩的总和收缩的总和(F)1.1.单收缩：单收缩：1 1次刺激次刺激1 1次次Ap Ap 1 1次收缩，次收缩，潜伏期、收缩期和舒张期潜伏期、收缩期和舒张期 不完全强直收缩不完全强直收缩完全强直收缩完全强直收缩2.强直收缩强直收缩P1P3P4P3P5P3P8A-CL-P16P19P20P22