生理细胞的基本功能.ppt
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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能1亲水基团亲水基团亲水基团亲水基团疏水基团疏水基团疏水基团疏水基团蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质第一节第一节 细胞膜的物质转运细胞膜的物质转运 和信号转导功能和信号转导功能一、细胞膜的化学组成和分子结构一、细胞膜的化学组成和分子结构2二、细胞膜的物质转运功能二、细胞膜的物质转运功能(一)被动转运(一)被动转运(Passive transport)顺浓度差或电位差进行的跨膜转运,顺浓度差或电位差进行的跨膜转运,其能量是来源于细胞膜内外两侧的浓度差其能量是来源于细胞膜内外两侧的浓度差和电位差所释放出的势能,而不需要额外和电位差所释放出的势能,而不需要额外供能。供
2、能。31.单纯扩散(单纯扩散(simple diffusion)溶液中的一切分子,都处溶液中的一切分子,都处于不断的热运动中。高浓度区于不断的热运动中。高浓度区域中的溶质分子将向低浓度区域中的溶质分子将向低浓度区域发生净移动,这种现象称为域发生净移动,这种现象称为扩散(扩散(diffusion)。)。4C1C2 脂溶性或脂溶性较高的物质,通过脂溶性或脂溶性较高的物质,通过扩散,由高浓度向低浓度方向的跨膜运扩散,由高浓度向低浓度方向的跨膜运动,称单纯扩散。动,称单纯扩散。5 2.易化扩散(易化扩散(facilitated diffusion)体内许多非脂溶性或脂溶性很低的物体内许多非脂溶性或脂溶
3、性很低的物质,在膜蛋白质帮助下,顺浓度梯度和质,在膜蛋白质帮助下,顺浓度梯度和/或电位梯度进行的跨膜转运,称或电位梯度进行的跨膜转运,称易化扩散易化扩散。需通道蛋白或载体蛋白的参与需通道蛋白或载体蛋白的参与 6(1)以载体)以载体(carrier)为中介的易化扩散为中介的易化扩散7特点:特点:1)高度特异性)高度特异性 2)饱和现象)饱和现象 3)竞争性抑制)竞争性抑制8(2)以通道)以通道(channel)为中介的易化扩散为中介的易化扩散9特点:特点:1)特异性:孔道的大小及带电情况。)特异性:孔道的大小及带电情况。2)失活现象:多数通道开放短暂,有)失活现象:多数通道开放短暂,有“门门控控
4、”机制调节通道的活动。(电压门控通机制调节通道的活动。(电压门控通道及化学门控通道等)道及化学门控通道等)3)竞争性抑制)竞争性抑制4)转运速度快于载体)转运速度快于载体10(二)主动转运(二)主动转运(Active transport)细胞通过本身的耗能活动将某种物细胞通过本身的耗能活动将某种物质逆浓度梯度和电位梯度的转运形式为质逆浓度梯度和电位梯度的转运形式为主动转运。主动转运。11 1.原发性主动转运原发性主动转运 由由ATP直接供能的主动转运称为原发性主直接供能的主动转运称为原发性主动转运。动转运。如:如:Na+-K+泵(泵(Na+-K+依赖式依赖式ATP酶酶 sodium-potas
5、sium pump)逆浓度差将)逆浓度差将Na+由由膜内移出膜外,膜内移出膜外,K+由膜外移入膜内。由膜外移入膜内。2.继发性主动转运继发性主动转运 由由ATP间接供能的称为继发性主动转运间接供能的称为继发性主动转运。12(三)入胞和出胞作用(三)入胞和出胞作用 细胞外某些物质团块进入细胞的过程称为细胞外某些物质团块进入细胞的过程称为 入胞(入胞(endocytosis)进入的物质为固体进入的物质为固体吞噬吞噬 进入的物质为液体进入的物质为液体吞饮吞饮 物质由细胞排出的物质由细胞排出的过程称过程称出胞(出胞(exocytosis)13三、细胞的跨膜信号转导功能三、细胞的跨膜信号转导功能 外界信
6、号外界信号膜?膜?细胞内功能变化细胞内功能变化跨膜信号转导跨膜信号转导Transmembrane signaling transduction(一)经通道完成的信息转导(一)经通道完成的信息转导 1.化学门控通道化学门控通道 由化学物质控制通道的开关由化学物质控制通道的开关14AchAchIonchannelreceptoraadgbNa+Ca2+Ca2+ActionpotentialFusingvesicle152.电压门控通道电压门控通道 由膜电位改变控制通道的开关由膜电位改变控制通道的开关电压依从性电压依从性 钠通道钠通道22224444163.机械门控通道机械门控通道 机械运动改变控制
7、通道开关机械运动改变控制通道开关 内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时,引起其内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时,引起其根部所在的膜变形,直接激活通道,改变其根部所在的膜变形,直接激活通道,改变其活动状态。活动状态。17(二)经膜受体蛋白、(二)经膜受体蛋白、G-蛋白和膜效应器酶蛋白和膜效应器酶完成的信息转导完成的信息转导 当细胞外的第一信使(如某些激素及神当细胞外的第一信使(如某些激素及神经递质)与细胞膜上受体特异性结合后,激经递质)与细胞膜上受体特异性结合后,激活细胞膜上的另一种蛋白质(活细胞膜上的另一种蛋白质(G蛋白),蛋白),激激活的活的G蛋白再激活一种或多种效应蛋白(离蛋白再激活一种或多种效应蛋白(离
8、子通道或酶),从而改变胞浆内第二信使物子通道或酶),从而改变胞浆内第二信使物质的浓度,调节细胞多种生理活动。质的浓度,调节细胞多种生理活动。181.受体:受体:是一类位于细胞膜表面的具有特异性识是一类位于细胞膜表面的具有特异性识别和结合功能的蛋白质,目前已确定有别和结合功能的蛋白质,目前已确定有300多种。多种。蛋白:蛋白:鸟苷酸结合蛋白,存在于膜上,已知有鸟苷酸结合蛋白,存在于膜上,已知有20余种。余种。主要功能:主要功能:1)改变膜效应器酶的活性)改变膜效应器酶的活性 2)也能直接影响通道)也能直接影响通道 193.膜效应器酶:膜效应器酶:存在于膜上,可改变细胞内第二信使存在于膜上,可改变
9、细胞内第二信使的量。典型的膜效应器酶有:腺苷酸环化的量。典型的膜效应器酶有:腺苷酸环化酶,磷酯酶酶,磷酯酶C等。等。4.第二信使:第二信使:细胞内的一些具有生物活性的物质,细胞内的一些具有生物活性的物质,在第一信使的作用下改变活性或含量,影在第一信使的作用下改变活性或含量,影响细胞内的一系列功能。如:响细胞内的一系列功能。如:cAMP、IP3、Ca2+等。等。20RsGsbgaGTPGDPATPcAMPbgaGTPACProteinPKAATPADPPiPhysiologicalactivitiesmembraneplasma21第二节第二节 细胞的兴奋性与生物电现象细胞的兴奋性与生物电现象
10、一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件一、兴奋性和刺激引起兴奋的条件 (一)兴奋和兴奋性(一)兴奋和兴奋性 1.1.兴奋(兴奋(excitation):):活组织或细胞接受刺激发生的反应活组织或细胞接受刺激发生的反应 2.2.兴奋性(兴奋性(excitability):):活组织或细胞接受刺激发生反应的能力活组织或细胞接受刺激发生反应的能力22 3.3.可兴奋组织或细胞可兴奋组织或细胞 :肌细胞、神经细胞、腺细胞的兴奋性较高肌细胞、神经细胞、腺细胞的兴奋性较高 尽管各种可兴奋细胞兴奋时的外部表现不尽管各种可兴奋细胞兴奋时的外部表现不同,但它们共同的最先出现的反应一般都是在同,但它们共同的最先出现的反应
11、一般都是在受刺激局部膜两侧出现特殊形式的电变化受刺激局部膜两侧出现特殊形式的电变化 动作电位动作电位 兴奋性可被理解为细胞在受刺激时产生动兴奋性可被理解为细胞在受刺激时产生动作电位的能力。兴奋也可被理解为动作电位的作电位的能力。兴奋也可被理解为动作电位的同义语同义语23(二)刺激引起兴奋的条件(二)刺激引起兴奋的条件 1.刺激(刺激(stimulus):):能引起组织细胞发生反应的各种环境能引起组织细胞发生反应的各种环境因素的变化。因素的变化。刺刺激激由由强强度度、作作用用时时间间和和强强度度-时时间间变变化率三个要素构成。化率三个要素构成。242.阈值(阈强度阈值(阈强度threshold
12、intensity):):在刺激作用时间和强度在刺激作用时间和强度-时间的变化时间的变化率固定不变的情况下,能引起组织或细胞率固定不变的情况下,能引起组织或细胞产生兴奋的最小刺激强度。产生兴奋的最小刺激强度。25阈下刺激(阈下刺激(subthreshold stimulus):):低于阈值的刺激。低于阈值的刺激。阈上刺激(阈上刺激(suprathreshold stimulus):):强于阈值的刺激强于阈值的刺激 阈值是衡量组织兴奋性的指标,二者阈值是衡量组织兴奋性的指标,二者呈反变关系呈反变关系 26二、单一神经、骨骼肌细胞的跨膜二、单一神经、骨骼肌细胞的跨膜 静息电位和动作电位静息电位和动
13、作电位 细胞外记录细胞外记录 细胞内记录细胞内记录0-+0 mV-+00 mV-90 mV27(一)静息电位(一)静息电位(Resting potential,RP)细胞未受刺激时存在于细胞膜两侧的电位差细胞未受刺激时存在于细胞膜两侧的电位差膜电位降低的过程膜电位降低的过程膜电位降低的过程膜电位降低的过程(内负值减小内负值减小内负值减小内负值减小)去极化去极化去极化去极化depolarizationdepolarization 膜电位加大的过程膜电位加大的过程膜电位加大的过程膜电位加大的过程(内负值加大内负值加大内负值加大内负值加大)超极化超极化超极化超极化hyperpolarizationh
14、yperpolarization 极化极化极化极化polarizationpolarization +膜外膜外膜外膜外正正正正+膜内膜内膜内膜内负负负负-反极化反极化反极化反极化-+-+-+复复复复极极极极化化化化 repolarizationrepolarization 28(二)动作电位(二)动作电位(Action potential,AP)膜受刺激后在原有静息电位的基础上膜受刺激后在原有静息电位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。转和复原。290 mV-90 mV插入细胞插入细胞给予刺激给予刺激去极相去极相超射超射overshoot
15、复极相复极相锋电位锋电位spike potential 后电位后电位afterpotential 负后电位负后电位(去极化后电位)(去极化后电位)正后电位正后电位(超极化后电位)(超极化后电位)细胞内记录细胞内记录0-+刺激器刺激器30细胞外记录细胞外记录刺激器0-+刺激器0-+刺激器0-+0 mV单相动作电位单相动作电位0-+0 mV刺激器刺激器0-+双相动作电位双相动作电位31(三)生物电现象产生的机制(三)生物电现象产生的机制 膜学说:膜学说:离子在细胞膜内外的不均衡离子在细胞膜内外的不均衡分布以及细胞膜在不同状态下对离子的通分布以及细胞膜在不同状态下对离子的通透性不同是生物电现象产生的
16、基础。透性不同是生物电现象产生的基础。1.静息电位产生的机制静息电位产生的机制32细胞膜细胞膜内侧内侧外侧外侧NaNa+i i/Na/Na+o o=10/130=10/130ClCl-i i/Cl/Cl-o o=4/120=4/120 A-A-A-A-A-膜内有大量的氨基酸负离子膜内有大量的氨基酸负离子膜内有大量的氨基酸负离子膜内有大量的氨基酸负离子K K+K K+K K+K K+K K+KK+i i/K/K+o o=140/5=140/52)细胞膜对离子的通透性()细胞膜对离子的通透性(P)不同)不同 静息时,细胞膜对静息时,细胞膜对PK+比对比对PNa+大大50100倍,对氨基酸基本不通透
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