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第二章 细胞的基本功能

第二章 细胞的基本功能. 董 俊 长沙医学院生理学教研室. 主要内容. 细胞膜的结构和物质转运功能 细胞的信号转导功能 细胞的生物电活动 肌细胞的收缩. 细胞膜的基本结构. 组成： 脂质 : 磷脂、胆固醇、糖脂 双嗜性分子，形成脂质双分子层 蛋白质：表面蛋白（ 20%-30% ） 整合蛋白（ 70%-80% ）：载体、通道等 糖：糖蛋白、糖脂。具有受体、抗原的功能 结构：液态镶嵌模型.

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第二章 细胞的基本功能

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Presentation Transcript

  1. 第二章 细胞的基本功能 董 俊 长沙医学院生理学教研室

  2. 主要内容 • 细胞膜的结构和物质转运功能 • 细胞的信号转导功能 • 细胞的生物电活动 • 肌细胞的收缩

  3. 细胞膜的基本结构 • 组成： • 脂质:磷脂、胆固醇、糖脂 • 双嗜性分子，形成脂质双分子层 • 蛋白质：表面蛋白（20%-30%） • 整合蛋白（70%-80%）：载体、通道等 • 糖：糖蛋白、糖脂。具有受体、抗原的功能 • 结构：液态镶嵌模型

  4. 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）：细胞膜的基本骨架是液态的脂质双分子层，其中镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质

  5. 物质的跨膜转运 （1）单纯扩散 脂溶性小分子物质 （2）膜蛋白介导的跨膜转运 水溶性小分子物质 （3）出胞和入胞 大分子物质或物质颗粒

  6. （一）单纯扩散（simple diffusion） • 定义：脂溶性的或少数水溶性小分子物质经细胞 膜由高浓度一侧向低浓度一侧的扩散过程 • 转运物质：O2、CO2、Ｎ2、尿素、甘油、乙醇等 • 影响因素：膜两侧的浓度差 膜对该物质的通透性（脂溶性、分子 量、带电状况） • 特点：顺浓度差转运，不耗能，无需膜蛋白

  7. 单纯扩散

  8. （二）膜蛋白介导的跨膜转运 (1)经通道介导的跨膜转运（经通道易化扩散） 通道蛋白 (2)经载体介导的跨膜转运 载体蛋白 经载体易化扩散 主动转运 易化扩散：非脂溶性或脂溶性小分子物质，在膜蛋白帮助下，顺浓度差和（或）电位差的跨膜转运。

  9. (1)经通道易化扩散: (facilitated diffusion via ion channel) • 需通道蛋白 • 特征：离子选择性；门控性 • 转运物质：离子

  10. (2)经载体易化扩散(facilitated diffusion via carrier)： 需载体蛋白（转运体） • 特征：结构特异性；饱和现象；竟争性抑制 • 转运物质：葡萄糖、氨基酸等

  11. （3）主动转运(active transport): • 需载体蛋白 • 概念：在膜蛋白质的参与下，细胞依靠耗能过程， 将某种物质从膜的低浓度（低电位）的一侧向 高浓度（高电位）的一侧的转运过程。 • 分类：原发性主动转运(primary active transport) 继发性主动转运(secondary active transport)

  12. 原发性主动转运(primary active transport) • 定义：靠直接消耗细胞代谢所产生的能量而 实现的主动转运。 • 载体蛋白：钠泵，钙泵和负离子泵等。

  13. 钠泵的主要功能 ①造成细胞内高K+是胞内许多代谢反应的必需条件 ②维持胞质渗透压和细胞容积 ③是细胞生物电活动产生的前提条件 ④可影响膜电位，使膜内电位的负值增大 ⑤为物质继发性主动转运提供势能储备

  14. 继发性主动转运(secondary active transport) • 定义：靠间接消耗细胞代谢所产生的能量而 实现的主动转运。 • 实质：原发性主动转运和经载体易化扩散结合

  15. （三）入胞和出胞 • 出胞(exocytosis):指胞质内的大分子物质以分 泌囊泡的形式从细胞排出的过程。 激素的分泌；神经递质的释放 • 入胞(endocytosis):指大分子物质或某些团块物 质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。 细胞碎片、细菌、病毒、异物等

  16. 出胞 入胞

  17. 物质的跨膜转运 （1）单纯扩散 （2）膜蛋白介导的跨膜转运 经通道易化扩散 载体介导的跨膜转运 经载体易化扩散 主动转运 原发性的主动转运 继发性的主动转运 （3）出胞和入胞 被动转运 主动转运

  18. 细胞的信号转导(signal transduction) • 离子通道型受体介导的信号转导 • G蛋白耦联受体介导的信号转导 • 酶联型受体介导的信号转导

  19. 离子通道型受体介导的信号转导 神经递质 离子通道型受体 离子通道打开 离子跨膜流动 细胞膜电位改变

  20. G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 配体 受体-配体 + G蛋白耦联受体 G蛋白 激活型G蛋白 腺苷酸环化酶 磷脂酶C 磷酸二酯酶 Ca2+或K+通道 G蛋白效应器 （酶或通道） 激活的 G蛋白效应器 cAMP,IP3, Ca2+,DG,cGMP 第二信使 浓度↑或↓ 第二信使 依赖于第二信使的酶或通道 激活或抑制

  21. （1）G蛋白耦联受体

  22. （2）G蛋白 效应器酶或离子通道

  23. （3）G蛋白效应器 腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C(PLC)、磷酸二酯酶(PDE)、Ca2+或K+通道 （4）第二信使 环-磷酸腺苷（cAMP）、环-磷酸鸟苷（cGMP）、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG）、 Ca2+

  24. G蛋白耦联受体信号转导途径 （1）受体-G蛋白-AC途径 ATP→cAMP↓ - + Gi AC 配体+受体 ATP→cAMP↑ + Gs + PKA 底物蛋白磷酸化

  25. （2）受体-G蛋白-PLC途径

  26. 酶联型受体介导的信号转导 • 酪氨酸激酶受体 配体：生长因子：表皮生长因子、胰岛素等 • 酪氨酸激酶结合型受体 配体：细胞因子：干扰素、催乳素等 生物学效应：细胞的生长、代谢、增殖分化等。 • 鸟苷酸环化酶受体 配体：心房钠尿肽（ANP）、脑钠尿肽（BNP）、NO

  27. 细胞的生物电现象 静息电位（resting potential ，RP） 细胞在未受到刺激而处于安静状态时存在于细胞膜内、外两侧的电位差。

  28. 极化（polarization） 安静状态下细胞膜电位内负外正的状态 • 超极化(hyperpolarization) 静息电位增大的过程或状态 • 去极化(depolarization) 静息电位减小的过程或状态 • 反极化(reverse polarization ) 去极化到零电位后膜电位变为正值 • 超射(overshoot) 膜电位高于零电位的部分 • 复极化(repolarization) 细胞膜去极后再向静息电位恢复的过程

  29. 静息电位产生的机制 • 原因：离子跨膜扩散 • 机制 ①静息时膜内外各种离子分布不均 • ②静息时膜对K+的通透性较大 • ③钠泵的活动 • 实质： K+的平衡电位

  30. 影响静息电位的因素： • ①膜内外K+浓度差： • 浓度差↑,静息电位↑ • ②膜对K+和Na+的相对通透性 • 对K+通透性↑,静息电位↑ • 对Na+通透性↑,静息电位↓ • ③ Na+泵的活动水平： • Na+泵活动↑,静息电位↑

  31. 动作电位（action potential ，AP） • 定义：在静息电位的基础上，可兴奋细胞受到一个适当刺激 时，膜电位产生一个迅速的、可逆的和可传导的电位变化 • 特点：“全或无”特性；不衰减性传播 ab：锋电位上升支 bc：锋电位下降支 cd：负后电位 de：正后电位

  32. 动作电位产生的机制 • 原因：离子的跨膜扩散 电化学驱动力；膜对离子的通透性 • 参与的离子： 上升支（去极相）：Na+内流（内向电流） 下降支（复极相）：K+外流（外向电流） 负后电位：K+蓄积暂时阻碍了K+外流 正后电位： 前半部分：过多的K+扩散到细胞外 后半部分：Na+泵活动

  33. 动作电位产生的过程 阈电位 Na+内流≧K+外流 阈刺激 Na+通道开放 膜去极化 电压门控性 Na+通道开放↑ Na+的平衡电位 膜去极化 ↑ 再生性循环 膜对Na+的通透性降低 对K+的通透性开始增强 K+快速外流 膜快速复极化 动作电位的实质：Na+的平衡电位

  34. Na+通道状态

  35. 动作电位的传导 机制：局部电流

  36. 局部电位(local potential) • 定义：阈下刺激引起少量Na+通道开放，少量Na+内 流，在受刺激的局部产生一个较小的去极化 反应。 • 特点： ①非“全或无”式（与刺激强度有关） ②电紧张扩布 ③总和效应

  37. 可兴奋细胞及其兴奋性 • 兴奋(excitation)：可兴奋细胞受到刺激产生动作电 位的过程。 • 兴奋=动作电位 • 可兴奋细胞：受刺激后能产生动作电位的细胞。 腺细胞、肌细胞、神经细胞 • 刺激：细胞所处环境因素的变化。 • 刺激量的3个参数：刺激强度 • 刺激持续的时间 • 强度对时间的变化率

  38. 兴奋性(excitability) 可兴奋细胞受到刺激产生动作电位的能力 • 阈强度(threshold intensity) 引起细胞产生兴奋的最小刺激强度 • 阈刺激(threshold stimulus) 等于阈强度的刺激 • 衡量兴奋性的指标：阈强度或阈刺激 与兴奋性呈反变关系

  39. 影响细胞兴奋性的因素 • 静息电位：静息电位↓，兴奋性↑ 前提：阈电位保持不变 • 阈电位：阈电位上移，兴奋性↓ 取决于：Na+通道的密度 Na+通道的功能状态（关闭:失活） • 细胞外Ca2+浓度： Ca2+浓度↑，兴奋性↓

  40. 细胞兴奋后兴奋性的变化 ab:绝对不应期 bc:相对不应期 cd:超常期 de:低常期

  41. 肌细胞的收缩 一、横纹肌(骨骼肌) • 神经-骨骼肌接头处兴奋传递 • 横纹肌的收缩机制 • 横纹肌的兴奋-收缩耦联 • 影响横纹肌收缩的因素 二、平滑肌的收缩机制

  42. 神经-骨骼肌接头处兴奋传递 结构

  43. 兴奋传递过程（电-化学-电） 神经末梢兴奋（接头前膜）发生去极化 电压门控Ca2+通道开放 Ca2+内流 ACh被胆碱酯酶分解 神经末梢释放递质ACh ACh扩散到接头后膜（终板膜）并与N2型受体结合 终板膜对Na+通透性增高, Na+内流 终板电位 总和达阈电位 肌细胞产生动作电位

  44. 兴奋传递的特点 ①单向传递 ②时间延搁 ③易受环境因素和某些药物的影响

  45. 骨骼肌的收缩机制 骨骼肌细胞的微细结构

  46. 肌原纤维

  47. 原肌球蛋白 肌钙蛋白 肌动 蛋白 肌球 蛋白

  48. 粗肌丝：肌球蛋白/肌凝蛋白（myosin） • ①横桥有与细肌丝的结合位点，拉动细肌丝向M线方向滑行； • ②横桥具有ATP酶活性

  49. 细肌丝 肌动蛋白/肌纤蛋白(actin)： 构成细肌丝的主干，有与横桥的结合位点 原肌球蛋白/原肌凝蛋白(tropomyosin)： 遮盖肌动蛋白与横桥结合的位点 肌钙蛋白(troponin)：TnT、TnI和TnC 肌动蛋白 原肌球蛋白 肌钙蛋白

  50. 细肌丝横断面分子结构

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