《细胞的基本功能》PPT课件.ppt

1、细胞的基本功能,The Cell and Its Function,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,一、膜的化学组成和分子结构,单位膜（生物膜） 液态镶嵌模型,脂质双 分子层,球形蛋白质,纤维状蛋白质,亲水性基 团,疏水性基团,液 态 镶 嵌 模 型,各种成分的生理功能,脂质：决定了膜的稳定性和流动性 蛋白质：物质转运、传递信息、催化作用、标志作用 糖类：细胞和蛋白质的“标记,抗原性 受体的可识别部分,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,一)单纯扩散,扩散 扩散通量,mol / (cm2.s,定义 在生物体系中，脂溶性物质由膜的高浓度区一侧向膜的低浓度区一侧顺浓度差的跨细胞膜的转运称为单纯扩散(

2、Simple Diffusion,O2、CO2、 N2、乙醇、 尿素、水,二)易化扩散,定义 某些非脂溶性或脂溶性较小的物质，在特殊蛋白 的“协助”下，由膜的高浓度一侧向低浓度一侧扩散的 过程，称为易化扩散(Facilitated Diffusion)。 类型 载体介导的易化扩散（葡萄糖、氨基酸） 通道介导的易化扩散（K、Na、Ca2+、Cl,载体介导的易化扩散,X物质的扩散通量,膜两侧X物质的浓度差,特点 (1)结构特异性 (2)饱和现象 (3)竞争性抑制,载体介导的易化扩散,通道介导的易化扩散,离子通道和细胞膜的通透性,某种离子的通透性加大，实际就是膜中与该离子有关的通道开放数目增多的结果

3、,通道蛋白的闸门控制模式图,细胞膜,外表面,通道蛋白,内表面,闸门分子,通道蛋白质 的三种状态： 关闭(备用) 开放(激活) 失活,河豚毒素 Na+通道 四乙铵 K+通道 维拉帕米 Ca2+通道,阻断,阻断,阻断,单纯扩散 易化扩散,被动转运,细胞通过本身的耗能过程，在细胞膜上特殊蛋白质（泵）的协助下，将某些物质分子或离子经细胞膜逆浓度梯度或电位梯度转运的过程，称为主动转运（Active Transport,三)主动转运 1.概念,Na+泵的主动转运,膜内,膜外,K+,Na+,钠泵特点： 1.胞内Na+ 胞外K+ 2. Na+泵出和K+ 泵入耦联 3.生电性泵,钠泵活动,钠泵(Na+-K+-A

4、TP酶,2,3,Cell membrane,Inside cell,Outside cell,钠泵活动的生理意义： 由钠泵形成的细胞内高K+，是许多代谢反应进行的必需条件。 维持细胞正常的渗透压与形态。 它能够建立起一种势能贮备。这种势能贮备是可兴奋组织具有兴奋性的基础，这也是一些营养物质（如葡萄糖、氨基酸）逆浓度差跨膜转运的能量来源,2.主动转运的类型 (1) 原发性主动转运(Primary Active Transport) 是指直接利用ATP的能量逆浓度差和电位差对离子 进行的主动转运过程。 原发性主动转运是人体最重要的物质转运形式，除 钠泵外，还有Ca2+ 泵（或称Ca2+-Mg2+依

5、赖式ATP酶）、 H+泵（质子泵）和碘泵等,2）继发性主动转运(Secondary Active Transport) 物质逆浓度梯度转运所需的能量不是直接来自ATP或其他供能物质分解，而是来自膜外Na+的高势能,A,B,C,D,葡萄糖的继发性主动转运,葡萄糖的继发性主动转运,四)胞吐和胞饮式的物质转运,胞 吐 胞 饮,第二节 细胞的兴奋性和生物电现象 一、细胞的兴奋性 （一）兴奋和兴奋性的概念 兴奋性(Excitability)是指活组织或细胞对外界刺激发 生反应的能力或特性,神经 肌肉细胞 腺细胞,可兴奋组织或细胞,刺激动作电位其他外部反应 因此，兴奋性可看作是细胞受到刺激后产生动作电位的

6、能力；兴奋可理解为是动作电位或产生动作电位的过程,可兴奋细胞兴奋时的共同特征,二、细胞的生物电现象及其产生机制 (一)细胞生物电现象的观察和记录方法 1.细胞外记录 双相动作电位 单相动作电位,单相动作电位示意图 神经干的双相动作电位和,2 .细胞内记录,常用微电极方法记录,二)静息电位(Resting Potential) 1. 静息电位 是指细胞静息时存在于细胞膜内外 两侧的电位差，又称跨膜静息电位或膜电位,测定静息电位的方法,极化 polarization 去极化 depolarization 超极化 hyperdepolarization 反极化 reverse polarizatio

7、n 复极化 repolarization,地方,2. 静息电位形成机制和K平衡电位,安静状态下细胞膜主要对K有通透性,细胞内外K的不均衡分布,静息电位的产生机制：静息时 K+外流 K+平衡电位,K+o,RT,Ek,ZF,ln,K+i,静息电位主要是K平衡电位，其大小取决于膜两侧原来存在的K浓度差的大小. 细胞内外K的不均衡分布和安静时膜对K具有通透性，是大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因。 问： 细胞内外K+浓度变化对Resting Potential有何影响,三) 动作电位,动作电位（Action Potential）： 膜受刺激后在静息电位的基础上发生一次膜电位的快速而短暂的逆转并且可

8、以扩布的电位变化,1. 发生动作电位时，膜内外电位的变化过程,反极化 超射,2. 动作电位的时程,峰电位,全或无现象 All or no 不衰减扩布 脉冲式发放,3. 动作电位的特征,4. 动作电位和Na+的平衡电位,超射值相当于Na+的平衡电位,Na+通透性,K+通透性,动作电位,Na+内流的再生性循环正反馈,每次兴奋的恢复时期内，Na+泵必须将进入膜内的Na+泵出，同时泵回流出的K+，以恢复并维持兴奋前的离子不均衡分布状态,生物电产生的离子基础 带电离子在细胞膜两侧的不均衡分布 膜在不同情况下对这些离子的选择性通透,离子泵活动,各种离子通道的功能状态,刺激种类： 化学、机械、温度、光、声和

9、电等 刺激参数： 刺激强度 刺激的持续时间 刺激强度对时间的变化率,5.刺激及其引起组织兴奋的条件,可兴奋组织的强度-时间曲线,刺激参数与组织兴奋的关系,能引起组织兴奋的最小刺激强度称为阈强度(Threshold Intensity)或阈值(Threshold)。 阈值也可作为衡量组织兴奋性的指标,阈刺激threshold stimulation 阈下刺激subthreshold stimulation 阈上刺激superthreshold stimulation,在外加的有效刺激作用下，膜内负电位去极化到某一临界值时，引发一次动作电位，这个临界值即为阈电位(Threshold Potenti

10、al,引起细胞兴奋的关键： 阈电位水平,6.细胞兴奋及其恢复中的兴奋性的变化 绝对不应期 相对不应期 超常期 低常期,四) 局部反应,概念细胞膜的轻度去极化 特点 不是“全或无”的； 电紧张性扩布； 无不应期； 时间性总和与空间性总和 实质 Na+通道少量被激活,时间总和和空间总和,空间总和,时间总和,五)兴奋在同一细胞上的传导机制 1.无髓神经纤维上兴奋传导的机制,局部电流,2.有髓神经纤维上兴奋传导的机制： 特点：传导速度快 节能,跳跃式传导,Review passive transport simple diffusion polarization depolarization thre

11、shold threshold poential hyperdepolarization facilitated diffusion threshold intensity repolarization primary active transport ctive transport excitablity all or no action potential secondary active transport resting potential,第三节 细胞的跨膜信号传递功能,跨膜信号传递系统： 膜通道跨膜信号传递系统 受体 G-蛋白 第二信使跨膜信号传递系统 酪氨酸蛋白激酶跨膜信号传递系

12、统,递质与受体结合 通道蛋白质的变构 离子通道开放 相应离子的易化扩散 完成信号的跨膜传递,过程,本身也是通道,一、膜通道跨膜信号传递系统 (一)化学门控通道,通过化学门控通道进行跨膜信号传递，进而影响靶细胞功能活动的化学物质有,乙酰胆碱 谷氨酸 甘氨酸 -氨基丁酸 5-羟色胺等,二)电压门控通道 刺激信号膜电位改变电压门控通道 开放离子跨膜移动完成信号传递,过程,这类通道的活动主要与动作电位的形成有 关，如Na通道、K通道、Ca通道等,三)机械门控通道,机械性信号 机械门控通道开放 膜电位变化 完成信号转导,二、受体蛋白、G-蛋白和第二信使跨膜信号传递系统,化学信息物质 + 特异性受体 激活

13、或抑制效应器蛋白 第二信使生成增加或减少 蛋白激酶活性改变 调节细胞内的功能,G-蛋白,配体,G-蛋白,需三磷酸鸟苷(GTP)激活； 、 3个亚基； 亚基是催化亚基 、亚基是调节亚基。 各种G-蛋白的差异主要 在亚基,抑制第二信使物质的生成,兴奋性信息物质 + 兴奋性受体激活效应器酶 促进第二信使物质的生成,Gs,抑制性信息物质 + 抑制性受体抑制效应器酶,Gi,G-蛋白,兴奋性G-蛋白（Gs） 抑制性G-蛋白（Gi,三、酪氨酸蛋白激酶信号传递系统,四、细胞内第三信使的信息传递,第四节骨骼肌的兴奋和收缩,一、神经-肌接头的结构 概念,结构 接头前膜 接头间隙 接头后膜 (终板膜,二、神经-肌接

14、头处的兴奋传递过程,AP到达运动神经末梢 电压门控Ca2+通道打开， Ca2+内流 神经末梢释放大量ACh经接头间隙弥散 ACh与终板膜上的N-ACh-R 结合 离子通道打开Na+内流（和K+外流） 终板膜产生终板电位(EPP) （局部去极化的电位，约60 mV） 肌细胞膜去极化达阈电位， 电压门控通道打开，产生AP,二)神经-肌接头处的兴奋传递过程,受体本身也是 通道，允许Na+，K+同时通过,终板电位： 局部电位 兴奋传递： 1对1的,量子式释放,特点：没有“全或无”特性； 电紧张性扩布； 无不应期； 总和现象,终板电位(end-plate potential, EPP): 终板膜产生的局

15、部去极化电位,神经-肌接头传递的特征： 单向传递； 时间延搁； 易受环境因素和药物的影响,三)影响神经-肌接头兴奋传递的因素 1.影响乙酰胆碱释放的因素 动作电位； 细胞外液中Ca、Mg的浓度。 2.影响乙酰胆碱与受体结合的因素 筒箭毒、三碘季铵酚 3.影响胆碱酯酶活性的因素 有机磷农药,二、骨骼肌的结构与肌丝的分子组成 骨骼肌细胞（肌纤维）的结构特点,大量肌原纤维,丰富肌管系统,肌纤维,细胞核,肌细胞有多个细胞核,一)肌原纤维和肌小节 1.肌原纤维的结构特点,暗带： 明带,Z线之间的区域 收缩和舒张的 基本单位 中间的暗带和两侧 各12的明带,1. 肌小节的组成,二)肌管系统,横管系统 纵管

16、系统 三联体,横管,终末池,纵管,三、骨骼肌的兴奋-收缩耦联 (excition-contraction coupling) 定义以肌膜的电变化为 特征的兴奋过程和以肌丝 滑行为基础的收缩过程之 间的中介过程,步骤 1.兴奋传向肌细胞深部； 2.三联体处的信息传递； 3.Ca的回摄,四、骨骼肌收缩的机制 肌丝滑行学说,一)肌丝的分子组成和横桥的运动 1. 粗肌丝主要由肌凝蛋白（亦称肌球蛋白)组成。 尾部向M线聚 合成束； 头部裸露在表 面,形成横桥,2.细肌丝的组成,肌钙蛋白,肌纤蛋白,原肌凝蛋白,二) 肌肉收缩、舒张的分子机制,五、肌肉收缩的形式和力学分析 骨骼肌的收缩可表现为肌肉长度或张力

17、的机械变化，其收缩形式取决于：,外加刺激的条件 收缩时所遇负荷的条件及大小,前负荷 preload (初长度) 后负荷 after-load,肌肉本身的功能状态,后负荷,前负荷,后负荷,前负荷,初长度,一)骨骼肌收缩的形式 1.等长收缩和等张收缩,等长收缩 isometric contraction,等张收缩 isotonic contraction,2.单收缩和强直收缩 (1)单收缩(single twitch,潜伏期 收缩期 舒张期,a b,c,d,2) 强直收缩(Tetanus) 不完全强直收缩 完全强直收缩,强直收缩可以产生 更大的收缩效果,动作电位不会融合,单收缩和强直收缩,张 力,肌肉初长(前负荷,1,2,3,1,2,肌肉等长收缩时的长度-张力关系曲线,最适前负荷 最适初长度,二) 肌肉收缩的力学分析 1.前负荷或初长度对肌肉收缩的影响,最适前负荷(Optimal Preload)或最适初长度(Optimal Initial Length)： 能使肌肉收缩产生最大张力的前负荷或初长度,肌小节长度和张力关系示意图,2.后负荷对肌肉收缩的影响,不同后负荷对肌肉单收缩所产生的 张力和缩短程度的影响,张力在前， 缩短在后 后负荷越大， 张力越大,张力-速度关