细胞的基本功能ppt医学课件

,第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,第四节 肌肉的收缩功能,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,细胞膜不但起着细胞与内环境之间的屏障作用，而且是与内环境之间进行物质、能量和信号交换的媒介。,第一节 细胞的基本结构跨膜物质转运功能 一、膜的结构和化学组成,(一)脂质双分子层,以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性。,(二)镶嵌在细胞膜蛋白质,镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。,(三)细胞膜的糖类 :识别作用,（一）被动转运(passive transport) 概念：小分子物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点：顺电-化学梯度进行 不耗能（转运动力依赖物质的电-化学 梯度所贮存的势能） 分类：单纯扩散 易化扩散,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,1.单纯扩散(simple diffusion),(2)特点:不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜 通透性呈正相关。 扩散速率高 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 无饱和性 (3)转运的物质： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、 乙醇、类固醇类激素等少数几种。,(1)概念:一些脂溶性小物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,2.易化扩散(facilitated diffusion) (1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的小分子物质,需要在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,经通道的易化扩散：离子,分类： 化学 电压 机械门控通道,(2)分类:,膜片钳（离子通道）示意图,Erwin Neher教授作精彩学术报告,经载体的易化扩散：葡萄糖、氨基酸等小分子物质,易化扩散的特点:,需依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 不需另外消耗能量 选择性 饱和性（载体） 竟争性（载体） 浓度和电压依从性,(二)主动转运(active transport) 概念：指小分子物质逆浓度梯度或电位梯度的转运 过程。 特点：是逆电-化学梯度进行的。 需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； 依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；,继发性主动转运（简称：联合转运）；,分类： 原发性主动转运（简称：泵转运）；,如:Na+-K+泵、Ca2+泵、H+泵等,原发性主动转运（简称：泵转运）Na+-K+泵 又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵。,当Na+i或 K+o时，泵都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。,钙泵,2.继发性主动转运 概念：即某些小分子物质逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量非直接来自ATP的分解，是来自膜两侧Na+势能差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。,分类： 同向转运 逆向转运,（三）胞纳和胞吐 一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦属于消耗ATP的过程。 主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。,胞纳:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程 分为：吞噬=转运物质为固体; 吞饮=转运物质为液体。,胞吐:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。,胞吞与胞吐示意图,第一节 总结,一、被动转运 1 .单纯扩散：O2 、CO2 、乙醇等 2.易化扩散 通道易化扩散：各种离子 载体易化扩散：氨基酸、葡萄糖等 二、主动转运 1.原发性主动转运：各种离子泵 2.继发性主动转运：氨基酸、葡萄糖等 三、胞纳和胞吐,第二节 细胞的跨膜信号转导功能 定义：细胞外信息以信号形式传递到膜内，引发靶细胞相应的功能效应，这一过程称为跨膜信号转导。 转导过程：识别与结合、信号转导、胞内效应,分类：G蛋白偶联受体介导的信号转导,离子通道介导的信号转导,酶偶联受体介导的信号转导,一、G蛋白偶联受体介导的信号转导,receptor,(一) cAMP信号通路,腺甘酸环化酶 磷脂酶C,cAMP (第二信使） IP3/DG（第二信使）,(二) 磷脂酰肌醇信号通路,(一) cAMP信号通路,神经递质、激素等（第一信使）,激活腺苷酸环化酶(AC),ATP,cAMP（第二信使）,细胞内生物效应,蛋白激酶A,结合G蛋白偶联受体,激活G蛋白(与、亚单位分离),激活磷脂酶C,PIP2,IP3 和DG（第二信使）,蛋白激酶C,内质网释放Ca2+,(二) 磷脂酰肌醇信号通路,二、酶偶联受体介导的信号转导 受体本身具有酶的活性，又称受体酪氨酸激酶。,生长因子,与受体酪氨酸激酶结合,细胞内生物效应,受体自身或靶蛋白磷酸化,三、离子通道介导的信号转导 离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道,化学性胞外信号(ACh),ACh + 受体=复合体,终板膜变构=通道开放,Na+内流,终板膜电位,骨骼肌收缩,第二节 总结,熟悉内容： 1.跨膜信号转导的概念 2.跨膜信息转导的方式 （1）G蛋白藕联受体介导的信号转导 cAMP途径 磷脂酰肌醇途径 （2）酶藕联受体介导的信号转导 酪氨酸激酶受体途径 鸟甘酸环化酶受体途径 （3）离子通道介导的信号转导,兴奋性：细胞在受到刺激时产生动作电位的能力。 兴奋：产生动作电位的过程。 生物电现象：活的细胞或组织不论在安静还是活 动时，都具有电的变化，称为生物电现象。,第三节 细胞兴奋性和生物电现象,一、神经和骨骼肌细胞的生物电现象,（一）生物电现象的观察和记录方法 细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式： 1.安静时保持的静息电位（resting potential,RP） 2.受到刺激时产生的动作电位(action potential,AP),（二）细胞的跨膜静息电位和动作电位 1.静息电位（Resting potential,RP）： 安静状态下细胞膜两侧的电位差。,膜内负电位、膜外正电位的状态，称为膜的极化。,通常人为规定膜外电位为零，膜内电位即为-10-100mV,2.动作电位(Action Potential, AP)：细胞受刺激后在RP基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原，称动作电位。,2.细胞的动作电位（神经和骨骼肌细胞的动 作电位又称锋电位）,去极化（depolarization）：膜两侧电位差从静息值逐渐减小到零的过程。 反极化（overshoot):进而膜两侧电位倒转，成为内正外負,即超射。 复极化（repolarization）：此后，膜电位恢复到内负外正。 超极化(hyperpolarization)：膜两侧电位差高于RP。,动作电位的特征： 可扩布性； 具有“全或无”的现象 。,（三）生物电现象的产生机制 ,1.细胞膜内外两侧的离子分布及膜对离子的通透性： 细胞在安静状态时，细胞内液的K+浓度比膜外高2040倍，而细胞外液的Na+浓度比细胞内液的高约712倍。膜内外各种离子的分布不均衡成为离子被动跨膜移动势能贮备。,2.静息电位与K+平衡电位 安静时膜对K+有通透性、细胞内K+浓度比细胞外高是大多数细胞产生及维持静息电位的主要机制。,当扩散动力和阻力相等时，K+跨膜移动的净通量为零。这时，膜两侧的K+浓度稳定在一定数值，K+外移所形成的电位差也稳定于某一数值。此时，内负外正的电位差称K+的平衡电位。,（1）去 极 化：膜内外Na+ 不均匀分布（外高内低），膜对Na+通透突然增大（ Na+通道开放）Na+内流达Na+平衡电位。,3.动作电位与Na+平衡电位,（2）复 极 化：Na+通道关闭，K+通道继续开放，K+外流。 （3）负后电位：复极时迅速外流的K+蓄积在膜外附近，暂时阻碍了K+外流,（4）正后电位：钠泵的排钠作用大于摄钾作用的结果,刺激引起兴奋的条件 1.刺激强度， 2.刺激持续时间， 3.强度时间变化率。 三者之间互相影响。,二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导,基强度：在刺激作用时间足够长的条件下，能够引起细胞兴奋的最小刺激强度。 利用时：用基强度作刺激要引起细胞兴奋所需的最短作用时间。 时值：两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短刺激时间。,（二）阈电位（threshold potential) 与动作电位,阈电位指能够产生去极化而爆发动作电位的临界膜电位。细胞的阈电位一般比静息电位的绝对值低1020mV。 阈刺激：在时间和强度-时间变化率都固定不变的情况下，能够引起组织细胞兴奋所需的最小刺激强度。,（三）阈下刺激、局部反应及其总和 局部反应：阈下刺激不能引起动作电位，但却可以使细胞膜产生局部的轻微的去极化。 局部反应的特点： 1.不呈现“全或无”的定律，电位幅度随着刺激增强而增大； 2.衰减传播电紧张性扩布（lectrotonic propagation） 3.几个阈下刺激所引起的局部反应可以总和，包括时间总和和空间总和。,（四）细胞兴奋及其恢复过程中兴奋性的规律变化及其本质,绝对不应期：无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间。 相对不应期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。 超常期：小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间。 低常期：大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间。,2. 兴奋性的周期性变化的本质： Na+通道有3种功能状态： （1） “备用”状态：在静息电位时，Na+通道大多处于关闭，称为静息状态， Na+不能通过通道进入细胞内，但是它能因刺激而开放。 （2） “激活”状态：当细胞受到了刺激而产生兴奋时，Na+通道开放，此时Na+可以由通道内流，形成了动作电位的去极相。 （3） “失活”状态：去极化期间和以后的一段时间内，任何强度的刺激都不能使之再度开放。,（五）兴奋在同一细胞上的传导,无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流,有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流(跳跃式),第三节 总结,掌握内容： 1.静息电位和动作电位的概念及机制； 2.动作电位特点； 3.阈刺激、阈电位与动作电位的引起。,第四节 肌肉的收缩功能-骨骼肌,分布于躯干、四肢的随意肌，肌纤维呈细长圆柱状，有多个直至数百个细胞核，位于纤维的周缘部。,一、骨骼肌细胞的微细结构,（一）肌原纤维与肌小节 肌小节指的就是肌原纤维上每一段位于两条Z线之间的区域，是肌肉收缩和舒张的最基本单位，它包含一个位于中间部分的暗带和两侧各1/2的明带。,肌小节 Z线,细肌丝 粗肌丝,（二） 肌 管 系 统,兴奋收缩耦联：在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维机械变化为基础的收缩过程之间的中介性联系过程。,二、骨骼肌的兴奋收缩耦联 (Excitation -contraction coupling),包括三个主要步骤： (1)电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处； (2)信息在三联管结构处的传递； (3)肌浆网（即纵管系统）中的Ca2+释放入胞浆以及Ca2+由胞浆向肌浆网的再聚积。,粗肌丝(myosin ): 由肌球或称肌凝蛋白组成，其头部有一膨大部（横桥）:能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合; 具有ATP酶的作用,与细肌丝结合后,分解ATP提供横桥扭动和作功的能量。,三、骨骼肌收缩的分子机制,肌动蛋白(actin)：表面有与横桥结合的位点，静息时被原肌球蛋白掩盖； 原肌球蛋白(tropomyosin)：静息时掩盖横桥结合位点； 肌钙蛋白(troponin)： 与Ca2+结合变构后,使原肌球蛋白位移，暴露出结合位点。,细肌丝,兴奋-收缩耦联及肌细胞的收缩过程,收缩后：暗带长度不变，明带长度变短，H带变窄，肌小节变短,肌小节缩短=肌细胞收缩,横桥摆动，牵拉细肌丝朝肌节中央滑行,横桥与结合位点结合，分解ATP释放能量,原肌球蛋白位移，暴露肌动蛋白上与横桥的结合位点,Ca2+与肌钙蛋白结合,终池膜上的钙通道开放 终池内的Ca2+进入肌浆,肌丝滑行,四、骨骼肌收缩的外部表现和力学分析,（一）肌肉收缩的外部表现 1.等张收缩与等长收缩 等长收缩(Isometric contraction)：肌肉收缩时，其长度不会缩短，但肌肉所产生的张力增大。 等张收缩(Isotonic contraction)：肌肉收缩后张力并不改变，但长度明显缩短。,单收缩(Single contraction)：肌肉受到一次刺激，引起一次收缩和舒张的过程。,2.单收缩和强直收缩,不完全强直收缩:当新刺激落在前一次收缩的舒张期,所出现的强而持久的收缩过程。 完全强直收缩: 当新刺激落在前一次收缩的缩短期,所出现的强而持久的收缩过程。,强直收缩(Tetanus ):肌肉受到连续刺激，前一次收 缩和舒张尚未结束，新的收缩在此基础上出现的过程。,（二）肌肉收缩的力学分析 前负荷(preload)：在肌肉收缩之前就加在肌肉上的负荷，它使肌肉在收缩前即处于某种被拉长的状态，又称初长度； 后负荷(afterload)：当肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力。,肌小节最适初长（2.0-2.2m）时，粗细肌丝重叠最佳，肌肉收缩速度、幅度和张力最大；大于或小于最适初长时，粗细肌丝重叠，肌肉收缩速度、幅度和张；,1.前负荷对肌肉收缩力的影响：,后负荷0张力0而速度、幅度最大后负荷张力而速度、幅度后负荷最大张力最大而速度、 幅度最