生理学第二章细胞的基本功能精.ppt
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1、生理学第二章生理学第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 生生 理理 学学 第二章第二章 细胞的基细胞的基本功能本功能第1页,本讲稿共58页第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 一、一、细胞膜的结构概述细胞膜的结构概述 液态液态镶嵌模型镶嵌模型(fluid mosaic model)细细胞胞膜膜(或其他质膜或其他质膜)以液态的脂质双分子层为以液态的脂质双分子层为基架,其间镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质。基架,其间镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质。(一一)脂质双分子层脂质双分子层 磷脂磷脂70,胆固醇,胆固醇30,双嗜性,双嗜性双分子层双分子层 特点:熔点低,呈液态
2、,有流动性。特点:熔点低,呈液态,有流动性。第2页,本讲稿共58页一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述 (二二)细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 转运转运物质物质:载载体、通道、离子泵。体、通道、离子泵。传递传递信息:受体、酶。信息:受体、酶。(三三)细胞膜的糖类细胞膜的糖类 以糖蛋白以糖蛋白或糖脂的形式存在于膜的外侧。或糖脂的形式存在于膜的外侧。第3页,本讲稿共58页二、物质的跨膜转运二、物质的跨膜转运 (一一)单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)是指脂溶性的小分子物质是指脂溶性的小分子物质(CO2、O2、N2、乙、乙醇、尿素等醇、尿素等)透过脂质双分子层,从细胞膜的高透过脂质双
3、分子层,从细胞膜的高浓度一侧向低浓度一侧的自由扩散。浓度一侧向低浓度一侧的自由扩散。影响单纯扩散速率的因素:影响单纯扩散速率的因素:1该物质在细胞膜两侧的浓度差;该物质在细胞膜两侧的浓度差;2该物质的脂溶性该物质的脂溶性(通透性通透性)。第4页,本讲稿共58页(二)膜蛋白介导的跨膜转运(二)膜蛋白介导的跨膜转运载体载体经载体易化扩散经载体易化扩散原发性主动转运原发性主动转运继发性主动转运继发性主动转运被动转运被动转运主动转运主动转运通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运第5页,本讲稿共58页(二)膜蛋白介导的跨膜转运(二)膜蛋白介导的跨膜转运 1通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运 是是Na+、
4、K+、Cl-、Ca2+等等顺电顺电-化学梯度化学梯度进出进出细胞的一种方式,本身不耗能,属于被动转运。细胞的一种方式,本身不耗能,属于被动转运。特特点:点:特异性特异性低、转运速率高。低、转运速率高。条件条件:通道开放。:通道开放。第6页,本讲稿共58页1通道介导的跨膜转运通道介导的跨膜转运 通道开放或关闭的控制称为门控通道开放或关闭的控制称为门控(gating)。根据门控的机制不同,可将通道分为三种:根据门控的机制不同,可将通道分为三种:电压门控通道电压门控通道(voltage-gated channel)化学门控化学门控通道通道(chemically-gated channel)机械门控通
5、道机械门控通道(mechanically-gated channel)通通道介导的跨膜转运道介导的跨膜转运的生理意义:的生理意义:物质交换、信息交换。物质交换、信息交换。第7页,本讲稿共58页2载体介导的跨膜转运载体介导的跨膜转运 载载体体(carrier)也称转运体也称转运体(transporter)。被被转运物质分子与载体蛋白上的结合位点特异转运物质分子与载体蛋白上的结合位点特异性结合性结合载体蛋白构象改变载体蛋白构象改变被转运物从膜的一被转运物从膜的一侧转移到另一侧侧转移到另一侧被被转运物与载体解离。转运物与载体解离。载体载体介导的跨膜转运有被动转运介导的跨膜转运有被动转运(经载体易化经
6、载体易化扩散扩散)和主动转运两种形式,主动转运可再分为原和主动转运两种形式,主动转运可再分为原发性主动转运和继发性主动转运两种形式。发性主动转运和继发性主动转运两种形式。第8页,本讲稿共58页(1)经载体易化扩散经载体易化扩散 经载经载体易化扩散体易化扩散(facilitated diffusion via car-rier)是指水溶性的小分子物质经是指水溶性的小分子物质经载体载体介导顺浓介导顺浓度梯度和度梯度和(或或)电位梯度进行的被动跨膜转运。电位梯度进行的被动跨膜转运。经载经载体易化扩散的特点:体易化扩散的特点:特异性特异性高;高;有有饱和饱和现象;现象;有有竞争竞争抑制。抑制。第9页,
7、本讲稿共58页(2)原发性主动转运原发性主动转运 离子泵利用分解离子泵利用分解ATP产生的能量将离子作逆产生的能量将离子作逆电电-化学梯度进行的跨膜转运过程,称为原发性主化学梯度进行的跨膜转运过程,称为原发性主动转运动转运(primary active transport)。钠钠-钾泵对钾泵对Na+、K+的主动转运。的主动转运。钠钠-钾泵、钾泵、Na+-K+泵、钠泵、泵、钠泵、Na+泵泵 化学本质:化学本质:Na+-K+依赖式依赖式ATP酶酶第10页,本讲稿共58页钠泵的活动钠泵的活动 胞内胞内 Na+或胞外或胞外 K+时时,均可激活钠泵:均可激活钠泵:钠泵激活后,利用分解钠泵激活后,利用分解
8、ATP获得的能量,将胞获得的能量,将胞内的内的Na+逆浓度差泵出胞外逆浓度差泵出胞外,同时把胞外的,同时把胞外的K+逆浓逆浓度差泵回胞内度差泵回胞内胞内高胞内高 K+、胞外高、胞外高 Na+。钠泵活动时,每分解钠泵活动时,每分解1 1分子分子ATP,可泵出,可泵出3个个Na+,同时泵入,同时泵入2个个K+。第11页,本讲稿共58页钠泵活动的意义钠泵活动的意义 细胞内高细胞内高K+是许多代谢反应的必要条件。是许多代谢反应的必要条件。维持细胞内渗透压和细胞体积的正常。维持细胞内渗透压和细胞体积的正常。为其他物质的继发性主动转运提供动力。为其他物质的继发性主动转运提供动力。细胞内外细胞内外Na+和和
9、K+的浓度差是细胞生物电活的浓度差是细胞生物电活动产生的前提条件。动产生的前提条件。生电作用:泵出生电作用:泵出3个个Na+,泵入,泵入2个个K+。第12页,本讲稿共58页(3)继发性主动转运)继发性主动转运 驱动力来自原发性主动转运所形成的离子浓驱动力来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆电度梯度而进行的物质逆电-化学梯度的跨膜转运方化学梯度的跨膜转运方式式,称继发性主动转运称继发性主动转运(secondary active transport)肾小肾小管上皮细胞重吸收葡萄糖管上皮细胞重吸收葡萄糖(同向转运同向转运)和和 分泌分泌H+(即即H+-Na+交换,逆向转运交换,逆向转
10、运)。第13页,本讲稿共58页(三)出胞和入胞(三)出胞和入胞 1.出胞出胞(exocytosis)是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。多由排出细胞的过程。多由Ca2+内流触发。内流触发。外分泌腺细胞的分泌活动。外分泌腺细胞的分泌活动。内分泌腺细胞的分泌活动。内分泌腺细胞的分泌活动。神经末梢释放神经递质。神经末梢释放神经递质。第14页,本讲稿共58页(三)出胞和入胞(三)出胞和入胞 2.入胞入胞(endocytosis)是指大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成是指大分子物质或物质团块借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。吞噬
11、泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。吞噬吞噬(phagocytosis)、吞饮、吞饮(pinocytosis)液相入胞液相入胞(fluid phase endocytosis)受体介导入胞受体介导入胞(receptor mediated endocytosis)第15页,本讲稿共58页第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导 细细胞外信号胞外信号细胞膜的某些结构细胞膜的某些结构细胞内信号细胞内信号 一一、离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导 外界外界信号信号离子通道的受体离子通道的受体通道通透性改变通道通透性改变离子移动离子移动膜电位改变膜电位改变该该细胞功能改变。细胞功能改
12、变。骨骼肌终板膜的化学门控阳离子通道。骨骼肌终板膜的化学门控阳离子通道。神经末梢的电压门控钙通道。神经末梢的电压门控钙通道。血管平滑肌细胞的机械门控钙通道。血管平滑肌细胞的机械门控钙通道。意义:实现物质交换的同时意义:实现物质交换的同时,完成信号转导。完成信号转导。第16页,本讲稿共58页二、二、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 化学信号化学信号(如激素如激素)细胞膜受体细胞膜受体G蛋白变蛋白变构构膜效应器酶激活膜效应器酶激活(或抑制或抑制)第二信使浓度第二信使浓度 (或或)相应的蛋白激酶激活相应的蛋白激酶激活(或抑制或抑制)细胞内细胞内蛋白质磷酸化蛋白质磷酸化(或脱磷酸
13、或脱磷酸)细胞产生效应。细胞产生效应。第17页,本讲稿共58页二、二、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 (一一)主要的信号蛋白:主要的信号蛋白:1G蛋白耦联受体蛋白耦联受体 2G蛋白蛋白(鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白)3G蛋白效应器:蛋白效应器:腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC),),磷脂酶磷脂酶C(PLC),),磷脂酶磷脂酶A2(PLA2),),磷酸二酯酶磷酸二酯酶(PDE)4第二信使:第二信使:环磷酸腺苷环磷酸腺苷(cAMP),),三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3 3),),二酰甘二酰甘油油(DG),),环磷酸鸟苷环磷酸鸟苷(cGMP),),Ca2+2+。第18页,本讲稿共
14、58页二、二、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 (二二)主要的途径主要的途径 1受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC)激活激活(或抑制或抑制)cAMP或或蛋白激酶蛋白激酶A(PKA)激活激活(或抑制或抑制)细胞效应细胞效应 2受体受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径 磷脂酶磷脂酶C(PLC)激活激活(或抑制或抑制)三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP3 3)和二酰甘油和二酰甘油(DG)或或细胞内效应。细胞内效应。第19页,本讲稿共58页三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导 (一一)酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶受体和酪氨
15、酸激酶结合型受体 1酪氨酸激酶受体:酪氨酸激酶受体:各种生各种生长因子:与酪氨酸激酶受体蛋白的膜外长因子:与酪氨酸激酶受体蛋白的膜外肽段结合后,激活膜内肽段的蛋白激酶活性:肽段结合后,激活膜内肽段的蛋白激酶活性:该肽段中的酪氨酸残基磷酸化该肽段中的酪氨酸残基磷酸化细胞效应细胞效应 细胞内其他蛋白质中的酪氨酸残基磷酸化细胞内其他蛋白质中的酪氨酸残基磷酸化细胞内效应。细胞内效应。第20页,本讲稿共58页三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导 2酪氨酸激酶结合型受体酪氨酸激酶结合型受体 某某些细胞因子和肽类激素:与酪氨酸激酶结些细胞因子和肽类激素:与酪氨酸激酶结合型受体结合后,激活
16、膜内的酪氨酸激酶合型受体结合后,激活膜内的酪氨酸激酶激活激活膜内的蛋白激酶膜内的蛋白激酶细胞效应。细胞效应。第21页,本讲稿共58页三、酶联型受体介导的信号转导三、酶联型受体介导的信号转导 (二二)鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 肽肽类激素、某些细胞因子:与鸟苷酸环化酶的类激素、某些细胞因子:与鸟苷酸环化酶的膜外肽段结合膜外肽段结合激活膜内肽段的鸟苷酸环化酶活性激活膜内肽段的鸟苷酸环化酶活性胞质内的胞质内的GTP环化环化生成环磷酸鸟苷生成环磷酸鸟苷(cGMP)激激活依赖活依赖cGMP的蛋白激酶的蛋白激酶G(PKG)底物蛋白磷酸底物蛋白磷酸化化细胞效应。细胞效应。第22页,本讲稿共58页第三节
17、第三节 细胞的电活动细胞的电活动 一、一、膜的被动电学特性和电紧张电位膜的被动电学特性和电紧张电位 (一一)膜电容和膜电阻膜电容和膜电阻 跨膜电位跨膜电位(transmembrane potential)简称膜电位简称膜电位(membrane potential)膜电阻膜电阻(membrane resistance)膜电导膜电导(membrane conductance,G)膜电导:膜对带电离子的通透性膜电导:膜对带电离子的通透性(permeability)第23页,本讲稿共58页一、一、膜的被动电学特性和电紧张电位膜的被动电学特性和电紧张电位 (二二)电紧张电位电紧张电位 由由膜的被动电学特
18、性决定其空间分布的膜电位膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位,称为电紧张电位。称为电紧张电位。用用正、负两个电极从膜外侧施加电刺激时,正正、负两个电极从膜外侧施加电刺激时,正极和负极下方发生的电紧张电位的极性相反。极和负极下方发生的电紧张电位的极性相反。第24页,本讲稿共58页二、静息电位及其产生机制二、静息电位及其产生机制 (一一)静息电位静息电位(resting potential,RP)在静息状态下在静息状态下(未受刺激时未受刺激时)细胞膜两侧存在着细胞膜两侧存在着外正内负的电位差,称为静息电位。外正内负的电位差,称为静息电位。神经纤维和骨骼肌细胞的静息电位为神经纤维和骨骼肌细胞的静息
19、电位为-90mV。第25页,本讲稿共58页(一一)静息电位静息电位 膜电位的变化:膜电位的变化:极极化化(polarization)超极化超极化(hyperpolarization)去极化去极化(depolarization)反极化反极化 超射超射(overshoot)复极化复极化(repolarization)第26页,本讲稿共58页(二二)静息电位的产生静息电位的产生机制机制 细胞内高细胞内高K+,细胞外高,细胞外高Na+。安静时细胞膜主要对安静时细胞膜主要对K+有通透性。有通透性。浓度差使浓度差使K+外流外流膜外带正电,膜内带负膜外带正电,膜内带负电电产生电场力,阻止产生电场力,阻止K+
20、外流。外流。浓度差浓度差电场力时,电场力时,K+外流达到平衡,此外流达到平衡,此时膜两侧电位差即为静息电位,在数值上接近于时膜两侧电位差即为静息电位,在数值上接近于K+平衡电位平衡电位(EK)。第27页,本讲稿共58页(二二)静息电位的产生机制静息电位的产生机制 影响静息电位水平的因素:影响静息电位水平的因素:1细胞外细胞外K+的浓度的浓度 人工增加细胞膜外的人工增加细胞膜外的K+浓度,浓度,RP有何变化?有何变化?人工降低细胞膜外的人工降低细胞膜外的K+浓度,浓度,RP有何变化?有何变化?2细胞膜对细胞膜对K+的通透性的通透性 3钠泵活动的水平钠泵活动的水平第28页,本讲稿共58页三、动作电
21、位及其产生机制三、动作电位及其产生机制 (一一)细胞的动作电位细胞的动作电位 细细胞受到适当的刺激时,细胞膜在静息电位的胞受到适当的刺激时,细胞膜在静息电位的基础上发生一次可传播的膜电位波动,称为动作电基础上发生一次可传播的膜电位波动,称为动作电位位(action potential,AP)。动动作电位升支作电位升支(去极相去极相)动动作电位降支作电位降支(复极相复极相)锋锋电位电位 后后电位:负后电位电位:负后电位(后去极化后去极化)正正后电位后电位(后超极化后超极化)第29页,本讲稿共58页(二)动作电位的产生机制(二)动作电位的产生机制1电化学驱动力电化学驱动力2动作电位期间膜电导的变化
22、动作电位期间膜电导的变化3动作电位产生的过程动作电位产生的过程 (1)去极相:去极相:Na+通道开放,通道开放,Na+内流。内流。(2)复极相:复极相:K+通道开放,通道开放,K+外流。外流。(3)复极化后,通过钠泵的活动,恢复膜两侧复极化后,通过钠泵的活动,恢复膜两侧Na+和和K+的分布。的分布。4膜对离子通透性变化的机制膜对离子通透性变化的机制第30页,本讲稿共58页(二)动作电位的产生机制(二)动作电位的产生机制 锋电位的引起和阈电位的关系锋电位的引起和阈电位的关系 刺激刺激膜去极化到某一临界值膜去极化到某一临界值Na+通道开放通道开放Na+内流内流膜进一步去极化膜进一步去极化Na+通道
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