动物生理学第二章 细胞的基本功能

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章 细胞的基本功能,（,Cell,basic,function,）,一、细胞膜的结构特点与物质转运功能,二、细胞间的信息传递,细胞生理,第一节 细胞膜的结构特点和物质转运功能,1,、,膜的化学组成和分子结构,2,、,膜物质转运功能,半透膜,单纯扩散（,Simple diffusion,）,易化扩散（,Faciliated,diffusion,）,主动转运（,Active transport,）,入胞和出胞作用（,Endocytosis,and,Exocytosis,）,细胞生理,“液态镶嵌模型”,（,Fluid mosaic model,）,膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌不同结构和功能的蛋白质（,Singer &,Nicolson,1972,）,1,、,膜的化学组成和分子结构,细胞生理,脂 质：,磷脂、胆固醇,蛋白质：,镶嵌于脂质双层,（介导细胞功能的实现）,糖 类：,糖脂、糖蛋白,（起细胞标识的作用）,（构成膜的基架）,1,、,脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；,2,、,镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂浮移位；,3,、,膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换；,4,、,糖链是蛋白质和细胞的特异性的“标志”，能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。,小 结,细胞生理,2,、,膜物质转运功能,半透膜,细胞生理,单纯扩散（,Simple diffusion,）,：,靠这种方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气,条 件,（,1,）细胞膜两侧存在物质的,浓度差或电位差,；,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的脂质双分子层向浓度低的一侧扩散的方式。,（,2,）细胞膜对该物质有,通透性,。,细胞生理,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,-,化学梯度通过细胞膜的转运方式。,分 类,：,（,1,）,以,载体为中介的易化扩散,(carrier mediated diffusion),特 点,：,（,1,）顺电,-,化学梯度进行转运，转运过程,不消耗,ATP,；,（,2,）转运过程中必须有,膜蛋白,的帮助（介导）。,（,2,）,离子通道介导的易化扩散,(channel mediated diffusion),细胞生理,细胞生理,特 点,：,主动转运（,Active transport,）,：,在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗,ATP,，将某种物质逆浓度梯度进行转运的过程。,（,1,）,逆浓度梯度,转运；,（,2,）,耗能,（,ATP,）,小 结,细胞生理,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，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过程，含吞饮和吞噬。,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的过程，主要见于细胞的分泌活动等。,入胞作用,（,Endocytosis,）,：,细胞生理,入胞,过程：,配体被受体识别,配体,-,受体复合物向有被小窝集中,吞食泡形成,吞食泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体,配体与受体分离,配体转运到其它细胞器中,循环小泡形成，膜再利用。,分泌物由粗面内质网合成。,在向高尔基体转移过程中形成囊泡，并贮存在胞浆中。,当细胞分泌时，引起局部膜中的,Ca2+,通道开放，,Ca2+,内流。,诱发小泡被运送到细胞膜的内侧面，与细胞膜融合后胞裂外,排将内容物一次性排出。,囊泡膜变成细胞膜的一部分。,出 胞,细胞生理,1,、,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,第四节 细胞的兴奋性与生物电现象,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、细胞与细胞之间的信息传递来完成的。,细胞生理,（,1,）,静息电位（,Resting potential; RP,）,（,2,）,动作电位（,Action potential; AP,）,（,3,）,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态都是存在电活动，这种电活动称为,生物电现象,。其中包括静息电位和动作电位。,1,、,细胞的生物电现象及其产生机制：,细胞生理,静息电位,细胞在静息状态下存在于细胞膜两侧的电位差，称为,静息电位，,也称,跨膜静息电位,。,静息电位产生的机制,静息电位,细胞生理,静息电位,静息电位产生的机制,K+,Na+,Cl,-,Na+,Cl,-,K+,膜内,膜外,28,1,1,1,13,30,离子浓度差,=,电位差,在静息状态下，,细胞膜内,K,+,的高浓度,和,安静时膜主要对,K,+,的通透性,，是大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因。（或,:,RP,是,K+,的平衡电位，静息电位主要是,K+,外流所致）,细胞生理,动作电位,动作电位产生的机制,术语,指可兴奋细胞受到刺激而兴奋时，在静息电位的基础上膜两侧的电位发生快速而可逆的倒转和复原的过程。,动作电位,细胞生理,动作电位,动作电位产生的机制,极化,（,polarization,）,膜两侧存在的内负外正的电位状态。,去极化（,Depolarization,）,膜电位绝对值逐渐减小的过程。,复极化（,Repolarization,）,膜电位去极化后逐步恢复极化状态的过程。,超极化（,Over-polarization,）,膜电位绝对值高于静息电位的状态。,超射,(overshoot),：,膜由原来的,-70mv,去极化到,0,mv,，进而变化到,20,40mv,，去极化超过,0,电位的部分称为超射。,术语,细胞生理,动作电位,动作电位产生的机制,术语,第一阶段：动作电位上升支的形成,由于刺激引起膜对,Na,+,的通透性瞬间增大（,Na,+,通道被激活，对,K,+,通透性减小），膜外的,Na,+,内流，使膜电位由,-70mV,增加至,0mV,，,进而上升为,+30mV,，,Na+,通道随之失活。此时的电位即为动作电位，亦是,Na+,的平衡电位。,细胞生理,动作电位,动作电位产生的机制,术语,第二阶段：动作电位下降支形成：,Na,+,通道失活后，膜恢复了对,K,+,的通透性，大量的,K,+,外流。使膜电位由正值向负值转变，形成了动作电位的下降支。,在体外描记的动作电位图形为一个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰般，称为,峰电位（,Spike potential,）,。,第三阶段：后电位的形成：,动作电位,动作电位产生的机制,术语,当膜电位接近静息电位时，,K,+,跨膜转运停止。随后，膜上的,Na,+,-K,+,泵,被激活，将膜内的,Na,+,离子向膜外转运，同时，将膜外的,K,+,向膜内运输，形成了负后电位和正后电位。,后电位的产生机制,:,负后电位：细胞外,K,瞬间蓄积,正后电位：,Na,泵活动增强,动作电位特点,：,动作电位一经引起，其波形与幅度基本相同，而与原刺激强度无关，这一特性称为动作电位的“全或无”现象。,动作电位传导幅度不会因传导距离增大而减小。,动作电位一经产生将传遍整个细胞。,细胞生理,兴奋的引起,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些特殊的反应和暂时性的机能改变。,可兴奋组织（,Exitable,tissue,）,受到刺激时，能够产生动作电位的组织。,兴奋性的变化,兴 奋（,Exitation,）,细 胞受到刺激后产生动作电位的过程。,兴奋性（,Exitability,）,细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力。,（,3,）,兴奋的引起与传导,细胞生理,兴奋的引起,兴奋的传导,刺 激,：,引起组织产生反应的各种内外环境的变化。,刺激引起兴奋的,条件,：,刺激强度,刺激时间,刺激强度对于时间的变化率,兴奋性的变化,上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。,兴奋的引起,细胞生理,兴奋的引起,兴奋的传导,在比较不同组织的兴奋性时，采用强度,-,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。,阈刺激,：,产生动作电位所需的最小刺激强度。,阈上刺激,：,大于阈刺激的刺激强度。,阈下刺激,：,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，但并非对组织细胞不产生任何影响。,兴奋性的变化,阈刺激,、,阈上刺激与最大刺激,细胞生理,兴奋的引起,兴奋的传导,“局部电流学说”,细胞膜上任何一个部位受刺激后所产生的动作电位，都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形成局部电流，导致整个细胞膜都经历一次跨膜离子移动，实现动作电位在膜上的传导。,兴奋性的变化,兴奋的传导,1,、,绝对不应期,：,锋电位上升支与下降支初期,特点,：,对任何刺激均不产生反应。,2,、,相对不应期,：,锋电位下降支的后期,特点,：,对阈上刺激反应。,3,、,超常期,：,负后电位,特点,：,对阈下刺激产生反应。,4,、,低常期,：,正后电位,特点,：,对阈上刺激产生反应。,细胞生理,兴奋的引起,兴奋的传导,兴奋性的变化,兴奋性的变化,-55,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，大多数作用到细胞膜上，通过,跨膜信号传递（,transmembrane,signaling,）,，引起细胞功能活动的改变。,第一信使,：,激素、神经递质和细胞因子,第二节 细胞的跨膜信息转导功能,：,细胞生理,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：,1,、,G,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,3,、,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,配体,+,受体,G,蛋白,G,蛋白效应器,第二信使,第二信使效应器,腺苷酸环化酶,依赖于,cGMP,的磷酸二酯酶,磷酯酶,C,Ca,2+,或,K,+,通道,蛋白激酶,A,（,PKA,）,蛋白激酶,C,（,PKC,）,Na,+,、,K,+,和,Ca,2+,通道蛋白,环磷酸腺苷（,cAMP,）,环磷酸鸟苷（,cGMP,）,三磷酸酰肌醇（,IP,3,）,二酰甘油（,DG,）,钙离子和,NO,等,(,二,),酶耦联受体介导的跨膜信号转导,1,）具有酪氨酸激酶的受体,有两种类型,:,（,1,）受体具有酪氨酸激酶的结构域,即受体与酪氨酸激酶是同一个蛋白质分子。,当其与相应的化学信号结合时,直接激活自身的酪氨酸激酶结构域,导致受体自身或细胞内靶蛋白的磷酸化。,（,2,）受体本身没有酶的活性，但其被配体结合时使酪氨酸激酶激活，通过对自身和底物蛋白的磷酸化作用，把信号传入细胞内。,酶耦联受体介导的跨膜信号转导,第三节 细胞的生长、增殖与保护,掌握,:,凋亡的概念,其他,:,自学,一,.,选择题,1.,可兴奋细胞兴奋时，其共有的特征是产生,收缩反应；分泌；神经冲动；反射活动；电位变化,2.,静息电位的形成主要是由于,K+,内流；,Cl,-,内流；,K+,外流；,Na+,内流；,Ca+,内流,3.,各种可兴奋组织产生兴奋的共同标志是,1,）肌肉收缩,; 2,）腺体分泌；,3,）产生神经冲动；,4,）产生动作电位,4.,细胞受到刺激而兴奋时，膜内电位负值绝对值减小称作,1,）极化；,2,）去极化；,3,）复极化；,4,）超极化；,5,）反极化,5.,动作电位产生过程中，膜内电位由负变正称为,1),极化；,2,）去极化；,3,）复极化；,4,）超级化,;5,）反极化,6.,内环境是指：,细胞外液；,2,）细胞内液；,3,）细胞外液和组织内液；,4,）组织液；,5,）血浆,7.,组织兴奋后处于绝对不应期，其兴奋性为,零；无限大；大于正常；小于正常,;,等于正常,8.,神经细胞动作电位上升相是由于,K+,内流；,Cl,-,内流；,Na+,内流；,K+,外流；,Ca+,内流,9.,细胞膜在静息情况下，对下列哪种离子通透性最大？,K+,；,Na+,；,Cl,-,；,Ca+,；,Mg+,10.,安静时细胞膜两侧存在着正常数值的电位差称为,极化；去极化；复极化；超极化；反极化,11.,在神经细胞动作电位的去极化期，通透性最大的离子：,K+,；,Na+,；,Cl,-,；,Ca+,；,Mg+,二,.,填空题,1.,动作电位的形成包括,去极化,，,反极化,，,复极化,及,离子主动性转运,个过程。,2.,细胞兴奋后，兴奋性要经历, ,四个时期,才恢复正常。,3.,心肌细胞兴奋后其,期比其它任何电兴奋细胞都长得多，这是因为心肌细胞的,过程特别缓慢之故。,三,.,判断题,1.,细胞的跨膜（静息）电位一般表现为膜内为正，膜外为负,.,（）,2.,心肌细胞动作电位平台期是由于,Na+,内流，,Cl,-,外流,.,（）,3.,神经细胞接受一次阈上刺激后，其兴奋性的周期变化是绝对不应期,相对不应期,低常期,超常期。 （）,4.,静息电位是,K+,的平衡电位，静息电位主要是,K+,外流所致,.,（）,5.,动作电位的去极化过程相当于,Na+,内流所形成的电,-,化学平衡电位。,（）,研究生入学试题,1,、激素与受体结合的部分在细胞膜的外表面，而腺苷酸环化酶在膜的内表面，那么，信息是怎样由受体传到腺苷酸环化酶系统的,?,？,2,、当兴奋在球形细胞上传导时，为什么不会沿细胞膜反复在细胞上循环不停？,3,、为什么动作电位的大小不因传导的距离增大而降低？,