第一章 细胞生理.ppt

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1、第一章第一章 细胞生理细胞生理（Cell Physiology）一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构与物质转运功能与物质转运功能二、细胞间的信息传递二、细胞间的信息传递细胞生理一、细胞膜的基本结构与物质转运功能一、细胞膜的基本结构与物质转运功能1、膜的化学组成和分子结构膜的化学组成和分子结构2、膜物质转运功能膜物质转运功能半透膜半透膜单纯扩散（单纯扩散（Simple diffusion）易化扩散（易化扩散（Faciliated diffusion）主动转运（主动转运（Active transport）入胞和出胞作用（入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）细胞

2、生理“液态镶嵌模型液态镶嵌模型”（Fluid mosaic model）膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌的不膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌的不同结构和功能的蛋白质（同结构和功能的蛋白质（Singer&Nicolson 1972）细胞生理膜膜 脂：脂：磷脂、胆固醇磷脂、胆固醇膜蛋白：膜蛋白：镶嵌于脂质双层镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）（介导细胞功能的实现）膜膜 糖：糖：糖脂、糖蛋白糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）（起细胞标识的作用）（构成膜的骨架）（构成膜的骨架）细胞生理半透膜模式图半透膜模式图细胞生理单纯扩散（单纯扩散（Simple diffusion）：靠这种方式进行转运

3、的物质较少，例如：二氧化碳、氧气靠这种方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气条条 件件（1）细胞膜两侧存在物质）细胞膜两侧存在物质的的浓度差或电位差浓度差或电位差；指一些小的脂溶性物质依靠分指一些小的脂溶性物质依靠分子运动从浓度高的一侧通过细胞膜子运动从浓度高的一侧通过细胞膜的脂质双分子层向浓度低的一侧扩的脂质双分子层向浓度低的一侧扩散的方式。散的方式。（2）细胞膜对该物质有）细胞膜对该物质有通透性通透性。细胞生理易化扩散（易化扩散（Facilitated diffusion）：某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-化学梯度通过细胞

4、膜的转运方式。化学梯度通过细胞膜的转运方式。分分 类类：（1）载体介导的易化扩散；载体介导的易化扩散；特特 点点：（1）顺电）顺电-化学梯度进行转运，转运过程化学梯度进行转运，转运过程不消耗不消耗ATP；（2）转运过程中必须有）转运过程中必须有膜蛋白膜蛋白的帮助（介导）。的帮助（介导）。（2）离子通道介导的易化扩散。离子通道介导的易化扩散。细胞生理细胞生理特特 点点：主动转运（主动转运（Active transport）：在细胞膜上载体的帮助在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗下，通过消耗ATP，将某种，将某种物质逆浓度梯度进行转运的物质逆浓度梯度进行转运的过程。过程。（1）逆浓度梯度逆浓度梯度转

5、运；转运；（2）耗能耗能（ATP）。动画动画细胞生理 是指某些物质与细胞膜接触，导是指某些物质与细胞膜接触，导致接触部位的质膜内陷以包被该物质，致接触部位的质膜内陷以包被该物质，然后出现膜结构融合和断裂，使该物然后出现膜结构融合和断裂，使该物质连同包被它的质膜一起进入胞浆的质连同包被它的质膜一起进入胞浆的过程，含吞饮（过程，含吞饮（Pinocytosis）和吞噬）和吞噬（Phagocytosis）。）。出胞作用（出胞作用（Exocytosis）：出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出出胞与入胞相反，指某些大分子物质或颗粒从细胞排出的过程，主要见于细胞的分泌活动等。的过程，主要见于细胞

6、的分泌活动等。入胞作用入胞作用（Endocytosis）：动画动画细胞生理细胞生理1、细胞的生物电现象及其产生机制细胞的生物电现象及其产生机制2、细胞膜的信号转导系统细胞膜的信号转导系统二、细胞间的信息传递二、细胞间的信息传递 动物体各种器官之间的功能协调以及整体统一性动物体各种器官之间的功能协调以及整体统一性的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的信息传递来完成的。信息传递来完成的。细胞生理（1）细胞的静息电位（细胞的静息电位（Resting potential）（2）细胞的动作电位（细胞的动作电位（Action potential）（3）

7、兴奋的引起与传导兴奋的引起与传导 一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状态都是存在电活动，这种电活动称为态都是存在电活动，这种电活动称为生物电现象生物电现象。其。其中包括静息电位和动作电位。中包括静息电位和动作电位。1 1、细胞的生物电现象及其产生机制：细胞的生物电现象及其产生机制：细胞生理静息电位静息电位 细胞在静息状态下存细胞在静息状态下存在于细胞膜两侧的电位差，在于细胞膜两侧的电位差，称为称为静息电位，静息电位，也称也称跨膜跨膜静息电位静息电位。静息电位产生的机制静息电位产生的机制细胞生理静息电位静息电位静息电位产生的机制静息电位产生的机制K

8、+Na+Cl-Na+Cl-K+膜内膜内膜外膜外281111330离子浓度差离子浓度差=电位差电位差 在静息状态下，在静息状态下，细细胞膜内胞膜内K K+的高浓度的高浓度和和安静时膜主要对安静时膜主要对K K+的的通透性通透性，是大多数细，是大多数细胞产生和维持静息电胞产生和维持静息电位的主要原因。位的主要原因。（K K+的平衡电位的平衡电位）细胞生理动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制术语术语 指可兴奋细胞受指可兴奋细胞受到刺激而兴奋时，在到刺激而兴奋时，在静息电位的基础上膜静息电位的基础上膜两侧的电位发生快速两侧的电位发生快速而可逆的倒转和复原而可逆的倒转和复原的过程。的过程

9、。细胞生理动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制极化极化（polarization）膜两侧存在的内膜两侧存在的内负外正的电位状态。负外正的电位状态。去极化（去极化（Depolarization）膜电位绝对膜电位绝对值逐渐减小的过程。值逐渐减小的过程。超极化（超极化（Over-polarization）膜电位膜电位绝对值高于静息电位的状态。绝对值高于静息电位的状态。复极化（复极化（Repolarization）膜电位去极膜电位去极化后逐步恢复极化状态的过程。化后逐步恢复极化状态的过程。术语术语细胞生理动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制术语术语第一阶段：动作电位上升

10、支的形成第一阶段：动作电位上升支的形成 （去极化相的形成）（去极化相的形成）产生原因产生原因：由于刺激引起膜对：由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大（的通透性瞬间增大（Na离子通离子通道被激活），膜外的道被激活），膜外的Na+内流，使内流，使膜电位由膜电位由-70mV增加至增加至0mV，进而进而上升为上升为+30mV，Na+通道随之失活。通道随之失活。细胞生理动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制术语术语第二阶段：动作电位下降支形成：第二阶段：动作电位下降支形成：Na+通道失活后，膜恢复了对通道失活后，膜恢复了对K+的通透性，大量的的通透性，大量的K+外流。使膜电外流。使膜电位

11、由正值向负值转变，形成了动作位由正值向负值转变，形成了动作电位的下降支。电位的下降支。动作电位是在极短的时间内产生动作电位是在极短的时间内产生的，因此，在体外描记的图形为一的，因此，在体外描记的图形为一个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰般，称为般，称为峰电位（峰电位（Spike potential）。细胞生理动作电位动作电位动作电位产生的机制动作电位产生的机制术语术语第三阶段：后电位的形成：第三阶段：后电位的形成：当膜电位接近静息电位水当膜电位接近静息电位水平时，平时，K+的跨膜转运停止。随的跨膜转运停止。随后，膜上的后，膜上的Na+-K+泵（泵（Na+-K+-ATP

12、酶）酶）被激活，将膜内被激活，将膜内的的Na+离子向膜外转运，同时，离子向膜外转运，同时，将膜外的将膜外的K+向膜内运输，形成向膜内运输，形成了负后和正后电位。了负后和正后电位。细胞生理兴奋的引起兴奋的引起兴奋的传导兴奋的传导一切活组织在受到刺激时，都能够应答性地出现一一切活组织在受到刺激时，都能够应答性地出现一些特殊的反应和暂时性的机能改变。些特殊的反应和暂时性的机能改变。可兴奋组织（可兴奋组织（Exitable tissue）受到刺激受到刺激时，能够产生动作电位的组织。时，能够产生动作电位的组织。兴奋性的变化兴奋性的变化兴兴 奋（奋（Exitation）细细 胞受到刺激后产生动胞受到刺激后

13、产生动作电位的过程。作电位的过程。兴奋性（兴奋性（Exitability）细胞受到刺激后具有细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力。产生动作电位的能力。细胞生理兴奋的引起兴奋的引起兴奋的传导兴奋的传导刺刺 激激引起组织产引起组织产生反应的各种内外生反应的各种内外环境的变化。环境的变化。刺激引起兴奋的刺激引起兴奋的条件条件：刺激强度刺激强度 刺激时间刺激时间 刺激强度对于时间的变化率刺激强度对于时间的变化率兴奋性的变化兴奋性的变化上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。细胞生理兴奋的引起兴奋的引起兴奋的传导兴奋的传导 在比较不同组织的兴奋性时，采用强度在比较不同组织

14、的兴奋性时，采用强度-时间曲线较困时间曲线较困难，因此，一般固定刺激时间，仅采用刺激强度大小来判断。难，因此，一般固定刺激时间，仅采用刺激强度大小来判断。阈刺激阈刺激产生动作电位所需的最小刺激强度。产生动作电位所需的最小刺激强度。阈上刺激阈上刺激大于阈刺激的刺激强度。大于阈刺激的刺激强度。阈下刺激阈下刺激小于阈刺激的刺激强度。小于阈刺激的刺激强度。阈下刺激不能引起动作电位或组织、细胞的兴奋，但并阈下刺激不能引起动作电位或组织、细胞的兴奋，但并非对组织细胞不产生任何影响。非对组织细胞不产生任何影响。兴奋性的变化兴奋性的变化细胞生理兴奋的引起兴奋的引起兴奋的传导兴奋的传导“局部电流学说局部电流学说

15、”细胞膜上任何一个部位受细胞膜上任何一个部位受刺激后所产生的动作电位，都刺激后所产生的动作电位，都可以沿着细胞膜向周围扩布，可以沿着细胞膜向周围扩布，使兴奋部位与未兴奋部位之间使兴奋部位与未兴奋部位之间形成局部电流，导致整个细胞形成局部电流，导致整个细胞膜都经历一次跨膜离子移动，膜都经历一次跨膜离子移动，实现动作电位在膜上的传导。实现动作电位在膜上的传导。兴奋性的变化兴奋性的变化1、绝对不应期绝对不应期：锋电位上升支与下降支初期锋电位上升支与下降支初期 特点特点：对任何刺激均不产生反应。对任何刺激均不产生反应。2、相对不应期相对不应期：锋电位下降支的后期锋电位下降支的后期 特点特点：对阈上刺激

16、反应。对阈上刺激反应。3、超常期超常期：负后电位负后电位 特点特点：对阈下刺激产生反应。对阈下刺激产生反应。4、低常期低常期：正后电位正后电位 特点特点：对阈上刺激产生反应。对阈上刺激产生反应。细胞生理兴奋的引起兴奋的引起兴奋的传导兴奋的传导兴奋性的变化兴奋性的变化细胞生理细胞生理各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号，各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号，大多数作用到细胞膜上，通过大多数作用到细胞膜上，通过跨膜信号传递跨膜信号传递（transmembrane signaling），引起细胞功能活动，引起细胞功能活动的改变。的改变。第一信使第一信使：激素、神经递质和细胞因子激素、神经递质和细

17、胞因子2、细胞膜的信号转导系统：、细胞膜的信号转导系统：细胞生理 根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将信号转导系统分为以下三大类：信号转导系统分为以下三大类：1、G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导2、酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体介导的信号转导3、离子通道介导的信号转导离子通道介导的信号转导细胞生理G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤配体配体+受体受体G蛋白蛋白G蛋白效应器蛋白效应器第二信使第二信使第二信使效应器第二信使效应器腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶依赖于依赖于cGMP的磷酸二酯酶的磷酸二酯酶磷酯酶磷酯酶CCa2+或或K+通道通道蛋白激酶蛋白激酶A（PKA）蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）Na+、K+和和Ca2+通道蛋白通道蛋白环磷酸腺苷（环磷酸腺苷（cAMP）环磷酸鸟苷（环磷酸鸟苷（cGMP）三磷酸酰肌醇（三磷酸酰肌醇（IP3）二酰甘油（二酰甘油（DG）钙离子和钙离子和NO等等第一章第一章 细胞生理细胞生理（Cell Physiology）一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构与物质转运功能与物质转运功能二、细胞间的信息传递二、细胞间的信息传递