细胞的基本功能(3)

,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,一、细胞膜的结构和物质转运功能,内容：,1.,细胞膜的结构,2.,单纯扩散,3.,易化扩散,4.,主动转运,5.,继发转运,6.,出胞和入胞,被动转运,“,液态镶嵌模型”,1,、脂质双分子层为基架：膜具流动性,2,、镶嵌蛋白质：,-,螺旋或球形结构、,构型不同、功能不同,3,、糖类在表面：与脂质或蛋白结合成,糖脂、糖蛋白、成为,抗原,一、细胞膜的化学组成和分子结构,细胞膜脂质,磷脂类（,70,）,胆固醇（,30,）,鞘脂类（少量）,特点：双嗜性分子,熔点低,细胞膜蛋白,结构：,-,螺旋或球形结构存在形式,表面蛋白：附着于膜的内表面或外表面。整合蛋白：肽链一次或多次穿越脂质双层,如：载体、离子通道、离子泵,3.,功能：细胞骨架、酶蛋白、转运蛋白、,受体蛋白,细胞膜的糖类,以糖脂、糖蛋白形式存在,二、膜的跨膜物质转运功能,（一）单纯扩散,（二）易化扩散,（三）主动转运,（四）出胞和入胞,被动转运,1.,概念：,脂溶性物质,顺浓度差通过细胞膜的过程。,2.,影响因素：,膜两侧分子的浓度差,膜对物质的通透性,3.,单纯扩散物质：,O,2,、,CO,2,（一）单纯扩散（,Simple diffusion,）,（二）,易化扩散,（,facilitated diffusion,）,概念,：,不溶于或难溶于脂质的物质在细胞膜结构中的特殊蛋白帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程,。,分类,：,1.,载体介导的易化扩散,2,.,通道介导的易化扩散,1.,经载体介导的易化扩散,特征,:,（,1,）转运方向顺浓度梯度,（,2,）饱和现象（膜上的载体和载体的结合位点是有限的）,（,3,）载体与溶质的结合具有化学结构特异性,（,4,）化学结构相似的溶质经同一载体转运时会出现竞争性抑制,2.,经通道易化扩散,特征,：,离子选择性和门控特性,1.,离子选择性,:,每种通道只对一种或几种离子有较高的通透特性，而对其它离子则不易或不能通过。,2.,门控特性,:,通道对离子的导通,表现为开放和关闭两种状态,.,处于激活状态的通道是开放的,处于失活状态的通道是关闭的,.,可分为,:,电压门控通道、化学门控通道和机械门控通道。,电压门控通道,水的跨膜转运,水分子由渗透压低的一侧向渗透压高的一侧移动。转运速度主要取决于对水的通透性,水通道：（,AQP,）水孔蛋白,易化扩散共同特点：,1,、由高浓度到低浓度扩散（离子,扩散与电位差有关）,2,、转运蛋白与转运物质间有选择性,3,、转运蛋白的功能受环境因素的影响,被动转运,单纯扩散及经载体和通道介导的易化扩散（不耗能量；顺浓度梯度或电位梯度）,主动转运,分原发性和继发性主动转运（消耗能量；逆浓度梯度或电位梯度）,（三）主动转运,定义：,细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程。,代表例子：,Na-K-ATP,酶（,Na,K,泵）,分类,：,原发性和继发性,化学本质和功能特点,Na,+,泵是,Na,+,/K,+,依赖式,ATP,酶，当细胞膜,内,Na+,和膜外,K,+,浓度升高时泵激活。,逆电,-,化学梯度转运，消耗能量,耦联转运,Na,+,和,K,+,每分解,1,分子,ATP,，移出,3,个,Na,+,至细胞,外，,2,个,K,+,移入细胞内。,哇巴因抑制其作用,Na-K-ATP,酶（,Na,K,泵）,(2)Na-K,泵的生理意义,造成细胞内外离子分布不均是细胞生物电活动的前提；且胞内高钾也是细胞代谢活动所必须的,防止胞内钠升高，维持胞浆渗透压和细胞形态,逆浓度差电位差转运，建立起一种势能储备，这种势能是细胞内外,Na-K,等顺着浓度差和电位差移动的能量来源,继发性主动转运,定义,：,物质在进行逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运时，所需的能量并不直接来自,ATP,的分解，而是利用钠泵分解,ATP,释放能量建立起来的膜两侧,Na,的浓度势能差，这种间接利用,ATP,能量的主动转运过程成为继发性主动转运。,继发性主动转运（肾小管的重吸收）,主动转运,被动转运,需由细胞提供能量,不需外部能量,逆电,-,化学势差,顺电,-,化学势差,使膜两侧浓度差更大,使膜两侧浓度差更小,（四）出胞和入胞,1.,出胞,是指胞质内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。如：外分泌腺的分泌；突触囊泡的释放,2.,入胞,是指大分子物质或物质的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，并分为,吞噬,和,吞饮,。,吞饮又分为,液相入胞,和,受体介导入胞,受体介导入胞,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、跨膜信号转导概念的提出,不同形式的细胞接受外来多种多样的刺激信号并引起相应反应时有明显的共性：,1.,外界信号通过跨膜信号转导（,transmembrane,singnal,transduction,）或跨膜信号传递（,transmembrane,signaling,）过程来影响靶细胞,2.,转导过程是通过几种类似的途径或方式实现的，相应的蛋白质分子具有很大的同源性。,配体,：细胞间传递信息的物质通称为配体，包括各种神经递质、激素、细胞因子、气体分子,受体,：是指存在于细胞膜或细胞内的特殊蛋白，能特异性识别生物活性分子（配体）并与之结合，进而诱发生物效应。,二、跨膜信号转导方式,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,1 G,蛋白耦联受体介导的信号转导,参与,G,蛋白耦联受体介导的信号转导的信号分子：,膜受体（,G,蛋白耦联受体）,GTP,结合蛋白（,G,蛋白）,G,蛋白效应器：酶和离子通道,第二信使（细胞外信号作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子）,蛋白激酶,第二信使及其作用,1.cAMP,激活蛋白激酶,A,（,PKA,），,PKA,使酶蛋白或通道蛋白磷酸化,2.IP,3,和,DG,3.cGMP,激活,cGMP,依赖性,Na,+,通道,4.Ca,2+,激活依赖于,Ca,2+,的钙调蛋白,AC,ATP,cAMP,PLC,PIP,2,IP,3,DG,+,IP,3,受体,内质网或肌浆网中,Ca,2+,的释放,化学门控的,Ca,2+,释放通道,激活蛋白激酶,C(PKC),GC,GTP,cGMP,G,蛋白耦联受体介导的几种主要信号转导方式,（,1,）,cAMP,-PKA,途径,（,2,）,IP,3,-Ca,2+,途径,（,3,）,DG-PKC,途径,（,4,）,G,蛋白,-,离子通道途径,G,蛋白可间接或直接通过第二信使调节离子通道的活动以进行信号的转导,例如：心肌,M,受体耦联,Gi,，激活,Ach,门控,K,通道,2,酶耦联受体介导的信号转导,（,1,）,通过,酪氨酸激酶受体介导的信号转导,具有酪氨酸激酶的受体,结合酪氨酸激酶的受体,(2),通过鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导,3,离子通道介导的信号转导,种类：,化学门控通道,电压门控通道,机械门控通道,跨膜电流,带电离子跨膜移动,细胞功能改变,通,道,开,放,膜两侧电位改变,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,刺激,反应 兴奋,抑制,兴奋性,可兴奋组织,一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象,神经肌肉标本,现象：刺激神经后可以看到肌肉一次快速的缩舒,结论：神经纤维受刺激处产生了电信号，以一定的速度传向肌肉，在肌肉表面产生类似的电变化，肌肉的缩舒发生在肌肉的电变化之后。,兴奋性,：组织细胞对外界刺激产生反应的能力。,兴奋,：组织细胞受外界刺激产生的反应。,组织细胞受外界刺激产生动作电位的能力。,组织细胞受外界刺激产生了动作电位,（一）生物电现象的观察和记录方法,1,复合动作电位,2,单细胞动作电位,电压钳,膜片钳,（二）细胞的跨膜静息电位和动作电位,胞膜两侧的电位差，称为跨膜电位，简称为膜电位。,1,静息电位,2,动作电位,1,、静息电位,（,Resting Potential,）,（一）概念,：,一切细胞，或兴奋细胞处于静息状态时的跨膜电位，称为静息电位,。,（二）,产生机制,细跑膜是一种具有选择性通透的半透膜，在,膜内外离子分布不均一,性的基础上，,细胞膜对某种离子的通透性,(,即离子电导,),发生改变将导致细胞膜两侧发生电位变化。,细胞内液离子浓度（,mmol,/L,）,细胞外液离子浓度（,mmol,/L,）,Na,+,12.0,145.0,K,+,155.0,4.0,Cl,3.8,120.0,A,155.0,哺乳动物骨骼肌细胞内、外主要离子的浓度,生成机理,静息电位的生成有两个因素：,其一,是钠泵在向细胞膜外转运,Na,+,的过程中，造成膜内负离子过剩；,其二,，当膜处于静息状态下，钾通道开放，膜的,gK,+,增高，因此，膜内的,K,+,顺浓度梯度向膜外扩散而产生膜内负离子过剩。,还有，细胞膜外,K,+,的浓度会影响静息电位水平,1,、细胞内钾浓度高于细胞外，安静时膜对钾的通透性较大，故钾外流聚于膜外，带负电的蛋白不能外流而滞于膜内，使膜外带正电，膜内带负电。,2,、当促使钾外流的钾浓度势能差同阻碍钾外流的电势能差（钾外流导致的外正内负）相等时，钾跨膜净移动量为零，故,RP,相当于钾平衡电位。,其精确数值可按,Nernst,公式计算：,R:,气体常数,T:,绝对温度,Z:,离子价,F:,法拉第常数,R:,气体常数,T:,绝对温度,Z:,离子价,F:,法拉第常数,计算值比测定值稍高，主要是静息时有少量,Na,+,内移，抵消部分,K+,外移造成的电位差数值。,2,、动作电位,（一）概念,细胞受刺激时，细胞膜在静息电位基础上发生的一次迅速而短暂的可扩布性电位。,（二）动作电位的时相,极 化,静息电位存在时膜两侧保持的内负外 正的状态,。,去极化,静息电位减小甚至消失的过程,。,反极化,膜内电位由零变为正值的过程。,超射值,膜内电位由零到反极化顶点的数值,。,复极化,去极化、反极化后恢复到极化的过程,。,超极化,静息电位增大的过程,。,Ap,的特点,“,全或无”,(all-or-none),：,动作电位一旦产生就达到最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大，也就是说，动作电位要么不产生,(,无,),，一旦产生就达到最大,(,全,),，这称为“全或无”；,可扩播性：,动作电位产生后迅速向周围扩播，直至整个细胞的细胞膜都依次产生动作电位；,不衰减性传导：,在扩播过程中，它的幅度不会因为扩布距离的增加而减小,（三）产生机理,钠平衡电位,1,、上升支：细胞受刺激时，膜对钠的通透性增加，因膜外钠浓度高于膜内且受膜内负电的吸引，故钠内流引起上升支直至内移的钠在膜内,形成的正电位足以阻止钠的净移入时为止（,ENa,),。,（河豚毒）,2,、下降支：钠通道关闭，钾通道开放，钾外,流引起。随后钠泵工作，泵出钠、泵入钾，,恢复膜两侧原浓度差。,（四乙胺）,去极化,复极化,动作电位的离子机制,上升支,下降支,正后电位,膜对,Na,+,通透性增加,Na,+,内流、膜去极化,膜去极化达,阈电位,水平,钠迅速内流，超射达,Na,+,平衡电位,K,+,外流、复极化至静息电位水平,快,Na,+,通道失活、,K,+,通透性增加,Na,+,-K,+,泵活动、恢复离子分布,阈刺激,.AP,过程中细胞膜通透性的改变,：,上升支：,膜对,Na,+,的通透性增加,，,超过对,K,+,的通透性,。,当内移的,Na,+,在膜内形成的正电位足以阻止,Na,+,的净移入时，此时的膜两侧的电位差为,Na,+,的平衡电位,。,下降支：,膜对,Na,+,的通透性突然减小,，,对,K,+,的 通透性逐渐增大,负后电位：复极时快速外流的,K,+,蓄积在膜外侧暂时阻碍,K,+,外流,正后电位：生电性钠泵活动,二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导,（一）刺激引起兴奋的条件,（二）阈电位与动作电位,（三）阈下刺激、局部反应及其总和,（四）细胞兴奋及其恢复过程中兴奋性的周期变化及其本质,（五）兴奋在同一细胞上的传导,（一）刺激引起兴奋的条件,刺激和兴奋,刺激；兴奋；兴奋性,刺