细胞的基本功能1-3ppt课件

1、 第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导 信号转导信号转导signal transductionsignal transduction 靶细胞靶细胞感受器细胞感受器细胞激素或其他体激素或其他体液性调理因子液性调理因子 (远间隔调理远间隔调理) 递质或调质递质或调质近间隔调理近间隔调理 细胞因子细胞因子 中间隔调理中间隔调理 机械的、电的、机械的、电的、一定波长的电磁波一定波长的电磁波跨膜信号转导的途径分为跨膜信号转导的途径分为3 3类：类：根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分子构造和功能的不同：子构造和功能的不同： 1 1、离子通道受体介导的信号转导、离子通

2、道受体介导的信号转导 2 2、G-G-蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 3 3、酶耦联受体介导的信号转导、酶耦联受体介导的信号转导一、离子通道受体介导的信号转导一、离子通道受体介导的信号转导 根据根据 通道蛋白质通道蛋白质 感受外来刺激信感受外来刺激信号号的不同，可将之分为：的不同，可将之分为： 化学门控通道化学门控通道 电压门控通道电压门控通道 机械门控通道机械门控通道 1 1化学门控通道：由某些化学物质控制其化学门控通道：由某些化学物质控制其 开或关的通道。开或关的通道。 具有构造上的类似性。具有构造上的类似性。 如：如：N2N2型型AchAch受体阳离子通道受体阳离子

3、通道 (只能引起部分反响只能引起部分反响) 由由4 4种不同的亚单位组成的种不同的亚单位组成的5 5聚体蛋白聚体蛋白质，构成一种构造为质，构成一种构造为22的梅花状的梅花状通道样构造；通道样构造； 每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜每个亚单位的肽链都要反复贯穿膜4 4次；次； 在在5 5个亚单位中，个亚单位中，AchAch的结合位点在的结合位点在亚单位上，结合后可引起通道构造的开亚单位上，结合后可引起通道构造的开放放, ,然后靠相应离子的易化分散而完成跨然后靠相应离子的易化分散而完成跨膜信号转导。膜信号转导。AChACh化学性胞外信号化学性胞外信号(Ach)Ach+Ach+化学门控通道化学门控通道

4、终板膜上离子通道开放终板膜上离子通道开放Na+Na+内流内流终板膜电位终板膜电位骨骼肌收缩骨骼肌收缩心肌细胞心肌细胞T T管膜上的管膜上的L L型钙通道：型钙通道：T T管膜的去极化管膜的去极化L L型钙通道激活型钙通道激活钙离子内流钙离子内流内流钙离子作为第二信使激活肌内流钙离子作为第二信使激活肌质网的钙释放通道质网的钙释放通道胞质钙离子浓度升高胞质钙离子浓度升高肌细胞收缩肌细胞收缩对血管壁的牵张刺激对血管壁的牵张刺激- -机械门控通道开放机械门控通道开放-Ca+Ca+内流内流-血管收缩血管收缩转导速度较快转导速度较快对外来信号起反响的位点较局限对外来信号起反响的位点较局限与通道蛋白质分布有

5、关与通道蛋白质分布有关较为少见较为少见 二、二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导嗅觉受体嗅觉受体视紫红质以及多视紫红质以及多肽类受体肽类受体G G蛋白耦联受体：蛋白耦联受体：10001000种左右种左右每种受体都是由一条每种受体都是由一条7 7次穿膜的肽链构成次穿膜的肽链构成, ,故也称为故也称为7 7次跨膜受体次跨膜受体蛋白耦联受体与配体结合后，经过构象变蛋白耦联受体与配体结合后，经过构象变化结合并激活化结合并激活G G蛋白蛋白. .受体空间构造受体空间构造2 2G G蛋白：蛋白： 鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白guanine nucleotide-guanine nu

6、cleotide-binding binding proteinprotein，简称，简称G-G-蛋白，通常是指由蛋白，通常是指由、三个亚单位构成的异源三聚体三个亚单位构成的异源三聚体G G蛋白。蛋白。 此外此外, ,还有一类单一亚单位的还有一类单一亚单位的G G蛋白，称蛋白，称为小为小G G蛋白。蛋白。特点：是其中的特点：是其中的亚单位同时具亚单位同时具有结合有结合GTPGTP或或GDPGDP的才干和的才干和GTPGTP酶活酶活性。性。分型：失活型和激活型分型：失活型和激活型 能相互转化，在信号转导能相互转化，在信号转导的级联反的级联反 应中起着分子开关的作用。应中起着分子开关的作用。* *

7、 G G蛋白激活后，可进一步激活膜蛋白激活后，可进一步激活膜的效应器蛋白，把信号向细胞内的效应器蛋白，把信号向细胞内转导。转导。失失活活型型激激活活型型小小G蛋白：蛋白：分子构造上相当于分子构造上相当于G蛋白的蛋白的亚单位亚单位具有结合具有结合GTP和和GDP的才干和的才干和GTP酶活性酶活性有结合有结合GTP的激活型和结合的激活型和结合GDP的失活型，可相互转换。的失活型，可相互转换。激活过程中激活过程中GDP的解离非常缓的解离非常缓慢，需鸟苷酸释放因子慢，需鸟苷酸释放因子GTP酶活性较低，需酶活性较低，需GTP酶激酶激活蛋白活蛋白3.G3.G蛋白效应器蛋白效应器G protein G pr

8、otein effectoreffector： 指催化生成或分解第二信使的指催化生成或分解第二信使的酶。酶。 主要有主要有: : 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶ACAC 磷脂酶磷脂酶C CPLCPLC 磷脂酶磷脂酶A2(PLA2)A2(PLA2) cGMP cGMP磷酸二酯酶磷酸二酯酶(PDE)(PDE)它们生成第二信使物质它们生成第二信使物质经过生成或分解第二信使，实现细经过生成或分解第二信使，实现细胞外信号向细胞内转导；胞外信号向细胞内转导；4. 4. 第二信使第二信使: : 是指激素、递质、是指激素、递质、细胞因子等信号分子第一信使细胞因子等信号分子第一信使作用于细胞膜后产生的细胞内信作用于细

9、胞膜后产生的细胞内信号分子，能把细胞外信号分子携号分子，能把细胞外信号分子携带的信息转入胞内。带的信息转入胞内。如如: : 环环- -磷酸腺苷磷酸腺苷cAMPcAMP，简称环磷腺，简称环磷腺苷苷三磷酸肌醇三磷酸肌醇IP3IP3二酰甘油二酰甘油DGDG环环- -磷酸鸟苷磷酸鸟苷cGMPcGMPCa2+Ca2+调理调理 靶蛋白蛋白激酶、离子通道，靶蛋白蛋白激酶、离子通道，产生以靶蛋白构象变化为根底的基联反产生以靶蛋白构象变化为根底的基联反响和细胞功能的改动；响和细胞功能的改动；二主要的二主要的G G蛋白耦联受体信蛋白耦联受体信号转导途径号转导途径 1.1.受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC腺苷酸

10、环化酶途径腺苷酸环化酶途径2.2.受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC磷脂酶磷脂酶C C途径途径配体：能与受体发生特异性结合的活性配体：能与受体发生特异性结合的活性物质物质ligandligand生物胺类激素：肾上腺素、去甲肾上腺生物胺类激素：肾上腺素、去甲肾上腺素、组胺、素、组胺、5 5羟色胺羟色胺肽类激素：缓激肽、黄体生成素、甲状肽类激素：缓激肽、黄体生成素、甲状腺激素腺激素气味分子、光量子气味分子、光量子1.1.受体受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC腺苷酸环化酶途径腺苷酸环化酶途径GsGs家族家族G G蛋白蛋白激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶ACAC催化催化ATPcAMPATPcAMP

11、GiGi家族家族G G蛋白蛋白抑制抑制ACAC降低降低cAMPcAMP腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶AC位于细胞膜上的位于细胞膜上的G蛋白效应器，蛋白效应器，催化活性部位位于胞质侧，可催化活性部位位于胞质侧，可催化催化ATP生成生成cAMPcAMP细胞内的信号物质，经过激活细胞内的信号物质，经过激活蛋白激酶蛋白激酶APKA来实现信来实现信号转导功能。号转导功能。蛋白激酶蛋白激酶A：肝细胞：肝细胞：PKA激活磷酸化酶激激活磷酸化酶激酶，促进肝糖原分解；酶，促进肝糖原分解；心肌细胞：心肌细胞：PKA使钙通道磷酸使钙通道磷酸化，添加有效钙通道的数量，化，添加有效钙通道的数量，加强心肌的收缩；加强心肌的收缩

12、；胃粘膜壁细胞：胃粘膜壁细胞：PKA激活可促激活可促进胃酸的分泌；进胃酸的分泌；海马锥体细胞：海马锥体细胞：PKA可抑制钙可抑制钙激活的钾通道，使细胞去极化，激活的钾通道，使细胞去极化，放电时间延伸；放电时间延伸；DGDG可激活蛋白激酶可激活蛋白激酶C C 特点：特点： 效应出现较慢效应出现较慢 反响较灵敏反响较灵敏 作用较广泛作用较广泛膜外膜外N N端：识别、结合第一信使端：识别、结合第一信使膜内膜内C C端：具有酪氨酸激酶活性端：具有酪氨酸激酶活性三、酶耦联受体介导的信号转导三、酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体：分子的胞质侧酶耦联受体：分子的胞质侧本身具有酶的活性，或者可本身具有酶的活性

13、，或者可直接结合并激活胞质中的酶直接结合并激活胞质中的酶而不需求而不需求G蛋白。蛋白。酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体TKR鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导是一些肽类激素、细胞因子的信号转导方式是一些肽类激素、细胞因子的信号转导方式有多种类型，与相应配体有特异性结合才干有多种类型，与相应配体有特异性结合才干只需一个跨膜只需一个跨膜-螺旋螺旋膜外侧的长肽段：受体膜外侧的长肽段：受体膜内侧的短肽段：蛋白激酶膜内侧的短肽段：蛋白激酶受体受体+化学信号化学信号激活激活蛋白激酶蛋白激酶引起细胞内效应引起细胞内效应酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体

14、TKRTKR鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体第三节第三节 细胞的生物电景象细胞的生物电景象 一切活细胞无论处于安静或活动形状都存在电的活动，一切活细胞无论处于安静或活动形状都存在电的活动，这种电的活动称为生物电。这种电的活动称为生物电。 静息电位静息电位 动作电位动作电位不同方式的生物电景象：不同方式的生物电景象：肌电图、心电图、脑电图肌电图、心电图、脑电图不同部位的生物电景象：不同部位的生物电景象：感受器受刺激产生感受器电位感受器受刺激产生感受器电位传入、传出神经纤维产生的电脉冲传入、传出神经纤维产生的电脉冲神经原细胞和效应器细胞的跨膜电变化神经原细胞和效应器细胞的跨膜电变化一、细胞膜的被动

15、电学特性一、细胞膜的被动电学特性膜的被动电学特性：细胞膜作为膜的被动电学特性：细胞膜作为一个静态的电学元件时所表现的一个静态的电学元件时所表现的电学特性；电学特性；包括静息形状下膜的电容、电阻包括静息形状下膜的电容、电阻以及它们所决议的膜电流、膜电以及它们所决议的膜电流、膜电位的变化特征。位的变化特征。一膜电容：一膜电容： 细胞膜具有显著的电容特性，且膜细胞膜具有显著的电容特性，且膜电电容较大；当膜上的离子通道开放而引容较大；当膜上的离子通道开放而引起带起带电离子的跨膜流动时，就相当于在电电离子的跨膜流动时，就相当于在电容器容器上充电或放电而产生电位差，即跨膜上充电或放电而产生电位差，即跨膜电

16、位电位transmembrane potentialtransmembrane potential，或简称膜电，或简称膜电位。位。二膜电阻二膜电阻 通常用膜电容的倒数膜电导通常用膜电容的倒数膜电导membrane conductancemembrane conductanceG G来表示。来表示。膜电导膜电导 对带电离子而言，膜对某种离对带电离子而言，膜对某种离子的电导，就是膜对它的通透性；子的电导，就是膜对它的通透性；细胞膜对某离子电导的变化与其细胞膜对某离子电导的变化与其对该离子的通透性的变化是完全对该离子的通透性的变化是完全一致的。一致的。三电紧张电位：三电紧张电位： 由膜的被动电学特性

17、决议其空由膜的被动电学特性决议其空间分布间分布的膜电位称为电紧张电位的膜电位称为电紧张电位electrotonic electrotonic potentialpotential。单纯的电紧张电位产生。单纯的电紧张电位产生过程中过程中没有离子通道的激活，因此也没没有离子通道的激活，因此也没有膜电导有膜电导的改动，完全是由膜固有的电学的改动，完全是由膜固有的电学性质决议性质决议的。的。电紧张电位：随间隔逐渐衰减的跨膜电流电紧张电位：随间隔逐渐衰减的跨膜电流引起的膜电位变化引起的膜电位变化二、静息电位及其产活力制二、静息电位及其产活力制一细胞的静息电位一细胞的静息电位1 1概念：概念：restin

18、g potentialresting potential。细胞未受刺激时静息形状下存细胞未受刺激时静息形状下存在于细胞膜内外两侧的电位差。在于细胞膜内外两侧的电位差。2.2.证明证明RPRP的实验：的实验：甲当甲当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜外，无电位改动，细胞膜外，无电位改动，证明膜外无电位差。证明膜外无电位差。乙当乙当A A电极位于细胞电极位于细胞膜外，膜外，B B电极插入膜内时，电极插入膜内时，有电位改动，证明膜内、有电位改动，证明膜内、外间有电位差。外间有电位差。丙当丙当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜内，无电位改动，细胞膜内，无电位改动，证明膜内无电位差。证明膜内

19、无电位差。留意：留意：细胞处于静息电位时，膜内电位较细胞处于静息电位时，膜内电位较膜外膜外 电位为负，这种膜内为负，膜外为电位为负，这种膜内为负，膜外为正的正的 形状称为膜的极化；形状称为膜的极化；当静息时膜内、外电位差的数值向当静息时膜内、外电位差的数值向膜内膜内 负值加大的方向变化时，称为膜的负值加大的方向变化时，称为膜的超极超极 化；化；当静息时膜内、外电位差的数值向膜内当静息时膜内、外电位差的数值向膜内 负值减小的方向变化时，称为膜的去负值减小的方向变化时，称为膜的去 极化或除极化；极化或除极化；去极化至零电位后膜电位如进一步变为去极化至零电位后膜电位如进一步变为 正值，那么称为反极化

20、或倒极化，膜正值，那么称为反极化或倒极化，膜电电 位高于零电位的部分称为超射；位高于零电位的部分称为超射；细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复 的过程，称为复极化。的过程，称为复极化。 二静息电位产生的机制二静息电位产生的机制 * * 1902 1902年年 Bernstein Bernstein 膜学说膜学说 * * 电化学驱动力电化学驱动力electrochemical electrochemical driving forcedriving force 1 1 离子跨膜分散的驱动力和平衡电位离子跨膜分散的驱动力和平衡电位 浓度差和电位差浓度差和电位差 静息

21、形状下细胞膜内、外离子分布不匀静息形状下细胞膜内、外离子分布不匀 1 1静息电位的产生条件静息电位的产生条件: :主要离子分布：主要离子分布：膜内：膜内：膜外：膜外：2 2 膜对离子的通透性和静息单位膜对离子的通透性和静息单位 具有选择性具有选择性 RPRP产活力制产活力制: : KKii顺浓度差向膜外分散顺浓度差向膜外分散A-iA-i不能向膜外分散不能向膜外分散K+iK+i膜内电位膜内电位(负电场负电场) )K+oK+o膜内电位膜内电位(正电场正电场) )膜外为正、膜内为负的极化形状膜外为正、膜内为负的极化形状当分散动力与阻力到达动态平衡时当分散动力与阻力到达动态平衡时=RP=RP结论结论:

22、 : 静息电位主要是由静息电位主要是由K+K+外流构成的；接外流构成的；接近于近于 K+K+外流外流 的平衡电位。的平衡电位。静息电位的影响要素：静息电位的影响要素： 细胞外细胞外K+K+浓度的改动；浓度的改动； 膜对膜对K+K+和和Na+Na+的相对通透性：的相对通透性： 钠钠- -钾泵活动的程度。钾泵活动的程度。3 3 钠泵的生电作用钠泵的生电作用钠泵：分解一个分子的钠泵：分解一个分子的ATPATP可使可使3 3个分个分子的子的Na+Na+排除，将排除，将2 2个分子的个分子的K+K+进入细进入细胞胞 。三、动作电位及其产活力制三、动作电位及其产活力制一细胞的动作电位一细胞的动作电位act

23、ion action potentialpotential1 1概念：概念：2.2.动作电位的组成动作电位的组成: :502.动作电位期间膜电导的变化三动作电位的传导：三动作电位的传导： 静息部位膜内为负电位，膜外为正电位静息部位膜内为负电位，膜外为正电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位挪动膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位挪动膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位挪动膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位挪动构成部分电流构成部分电流膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降去极化到达阈电位，去极化到达阈电位，触发临近静息部位膜迸发新的触发临近静息部位膜迸发新的APAP在无髓鞘的神经纤维上在无髓鞘的神经纤维上: : 2. 2.在有髓鞘的神经纤维上在有髓鞘的神经纤维上: : 腾跃