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文档简介

1、第三章、细胞的根本功能第三章、细胞的根本功能一、被动转运一、被动转运1、单纯分散:脂溶性、小分子、不带电荷的非极性、单纯分散:脂溶性、小分子、不带电荷的非极性分子分子例如:例如:O2、CO2、乙尿素、乙尿素特点:不需求膜上特殊蛋白质的协助;特点:不需求膜上特殊蛋白质的协助; 驱动力是物质的浓度梯度;驱动力是物质的浓度梯度; 物质转运的方向是从高能度向低浓度,不需求物质转运的方向是从高能度向低浓度,不需求能量;能量; 转运的结果是浓度差为零。转运的结果是浓度差为零。浸透压:溶液中的溶质经过半透膜吸引水分子或保管浸透压:溶液中的溶质经过半透膜吸引水分子或保管水分子水分子 的一种力量,是溶液的固有特

2、性。的一种力量,是溶液的固有特性。浸透压与溶质颗粒多少有关,与溶质种类和颗粒大浸透压与溶质颗粒多少有关,与溶质种类和颗粒大小无关。小无关。溶液浓度越大,浸透压越大溶液浓度越大,浸透压越大 。 由细胞膜上蛋白质协助实现的物质跨膜分散。由细胞膜上蛋白质协助实现的物质跨膜分散。1、经载体的易化分散、经载体的易化分散 例如:葡萄糖、氨基酸例如:葡萄糖、氨基酸 饱和景象饱和景象 立体构象特异性立体构象特异性 竞争性抑制竞争性抑制2、经通道的易化分散、经通道的易化分散需求借助细胞膜上特殊的通道蛋白的跨膜分散。需求借助细胞膜上特殊的通道蛋白的跨膜分散。例如:例如:Na+、K+、Ca2+、Cl-,通道蛋白又称

3、离子通道。,通道蛋白又称离子通道。特点:特点: 离子选择性:孔道内壁所带电荷性质及孔道大小离子选择性:孔道内壁所带电荷性质及孔道大小 门控特性:控制通道的封锁和开放门控特性:控制通道的封锁和开放分散量取决于物质浓度梯度和细胞膜两侧电位差影响。分散量取决于物质浓度梯度和细胞膜两侧电位差影响。v 物质分子或离子逆着浓度梯度或电化学梯度所进展的跨膜物质分子或离子逆着浓度梯度或电化学梯度所进展的跨膜转运,需求耗能。转运,需求耗能。v 1、原发性自动转运:经过水解、原发性自动转运:经过水解ATP酶提供能量,经过特酶提供能量,经过特殊蛋白逆浓度差或电化学梯度进展跨膜转运。殊蛋白逆浓度差或电化学梯度进展跨膜

4、转运。v 例如:钠例如:钠-钾泵钾泵细胞内细胞内细胞外细胞外EE-P正常情况下:正常情况下:K+K+在细胞内浓度是外的在细胞内浓度是外的3030倍;倍;Na+Na+在外是内的在外是内的1010倍倍钠泵的意义:钠泵的意义: 生物电产生;生物电产生;细胞内高钾是细胞代谢所需求;细胞内高钾是细胞代谢所需求;维持细胞内液正常浸透压和细胞维持细胞内液正常浸透压和细胞容积;容积;细胞外高钠储存势能细胞外高钠储存势能2、继发性自动转运、继发性自动转运间接利用间接利用ATP分解释放的能量完成的分解释放的能量完成的 物质转运借助钠泵产生的物质转运借助钠泵产生的Na+在细胞膜两侧的浓度势能,在细胞膜两侧的浓度势能

5、,逆浓度梯度所进展的跨膜转运。逆浓度梯度所进展的跨膜转运。 分类:同向转运、逆向转运分类:同向转运、逆向转运 例如:葡萄糖、氨基酸或例如:葡萄糖、氨基酸或Ca2+、H+、Cl-特点:特点: 以原发性转运为根底,经过细胞内外的钠浓度梯以原发性转运为根底,经过细胞内外的钠浓度梯度。度。 与与Na+顺浓度梯度的转运耦联进展。顺浓度梯度的转运耦联进展。 ATP间接为这些物质浓度梯度的转运供能。间接为这些物质浓度梯度的转运供能。一入胞细胞外大分子或物质借助于细胞膜所构成的囊泡进入细胞。1. 吞噬:巨噬细胞和中性粒细胞2. 吞饮:小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞3. 受体介导入胞:结合Fe2+的运铁蛋白、低密

6、度脂蛋白。二出胞激素、酶、神经递质等排除细胞。概念:携带生物信息的信号分子与细胞膜或细胞内的受体结合概念:携带生物信息的信号分子与细胞膜或细胞内的受体结合后,引发并产生一系列信号分子传送反响,从而影响细胞的生理后,引发并产生一系列信号分子传送反响,从而影响细胞的生理功能。功能。v 化学信号:激素、化学信号:激素、 神经递质神经递质 细胞因子细胞因子v 非化学信号:电刺激非化学信号:电刺激 机械刺激机械刺激 电磁波电磁波细胞外液细胞外液脂溶性分子,结合细胞内受体,脂溶性分子,结合细胞内受体,如如 类固醇、甲状腺类固醇、甲状腺水溶性分子,结合细胞膜受体,水溶性分子,结合细胞膜受体,如递质、细胞因子

7、如递质、细胞因子等等一、一、G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 三种类型的特殊蛋白质参与。三种类型的特殊蛋白质参与。1、受体:位于细胞膜,具有特异的识别、受体:位于细胞膜,具有特异的识别和结合外来化学信号的功能蛋白质。胞和结合外来化学信号的功能蛋白质。胞外外第一信使化合物,即配体特异结第一信使化合物,即配体特异结合部位。合部位。7次跨膜受体。次跨膜受体。已发现已发现1000多种:例如肾上腺素受体、多种:例如肾上腺素受体、乙酰胆碱受体、多数的肽类激素受体等。乙酰胆碱受体、多数的肽类激素受体等。2、G蛋白:鸟苷酸结合蛋白。与蛋白:鸟苷酸结合蛋白。与GDP结合为失活形状

8、;与结合为失活形状;与GTP结合为激活形状。结合为激活形状。3、效应器:催化或分解第二信使物质的分子;、效应器:催化或分解第二信使物质的分子; 离子通道。离子通道。主要的效应器:主要的效应器:AC:腺苷酸环化酶:腺苷酸环化酶PLC:磷脂酶:磷脂酶CPLA:磷脂酶:磷脂酶AGC:鸟苷酸环化酶:鸟苷酸环化酶PDE:磷酸二酯酶:磷酸二酯酶1、化学门控通道、化学门控通道特定的化学信号与蛋白结合后,通道蛋白分子想象发生改动,使通道开放或特定的化学信号与蛋白结合后,通道蛋白分子想象发生改动,使通道开放或封锁,进而影响细胞的功能。传导的结果是细胞膜产生部分电位变化。封锁,进而影响细胞的功能。传导的结果是细胞

9、膜产生部分电位变化。例如:乙酰胆碱受体、氨基酸受体、例如:乙酰胆碱受体、氨基酸受体、5-羟色胺受体等。称为配体。羟色胺受体等。称为配体。2、电压门控通道、电压门控通道由膜电位变化的信号控制其开放或封锁的一类通道。膜电位变化作用于特异由膜电位变化的信号控制其开放或封锁的一类通道。膜电位变化作用于特异感受构造,这些构造诱发整个通道分子想象的改动,使通道开放或封锁。感受构造,这些构造诱发整个通道分子想象的改动,使通道开放或封锁。结果是产生动作电位。结果是产生动作电位。例如:神经元轴突和肌细胞膜例如:神经元轴突和肌细胞膜Na+、K+、Ca2+离子通道。离子通道。3、机械门控通道、机械门控通道机械信号控

10、制开放或封锁。结果是产生动作电位。机械信号控制开放或封锁。结果是产生动作电位。例如:内耳毛细胞,受声波的机械信号影响激活膜上的机械门控通道,引起例如:内耳毛细胞,受声波的机械信号影响激活膜上的机械门控通道,引起离子跨膜挪动。离子跨膜挪动。v 由一类特殊的受体分子所完成,这些受体分子可以充任由一类特殊的受体分子所完成,这些受体分子可以充任受体及酶的双重角色,或者可与其他酶分子联络并使之受体及酶的双重角色,或者可与其他酶分子联络并使之激活。激活。v 例如:酪氨酸激酶受体介导的信号传导。主要调理细胞例如:酪氨酸激酶受体介导的信号传导。主要调理细胞的生长和增值的生长和增值一、细胞生物电景象及其产活力制

11、一、细胞生物电景象及其产活力制 静息电位静息电位RP:细胞在没有收到:细胞在没有收到刺激的情况下,及安静形状下,细刺激的情况下,及安静形状下,细胞膜的内外存在电位差。胞膜的内外存在电位差。RP为内负外正的电位;为内负外正的电位;RP是稳定的。是稳定的。神经细胞神经细胞-70mv骨骼肌骨骼肌-90mV平滑肌平滑肌-55mV红细胞红细胞-10mVv极化:静息电位存在时,膜两侧坚持的内负外正的形状。极化:静息电位存在时,膜两侧坚持的内负外正的形状。v超级化:在极化的根底上,膜内电位向负值增大的方向变超级化:在极化的根底上,膜内电位向负值增大的方向变化。化。v去极化:膜内电位向负值减小的方向变化。去极

12、化:膜内电位向负值减小的方向变化。v超射:去极超越超射:去极超越0mV的部分。的部分。v复极化:细胞先发生去极化,然后又向原来的极化形状恢复极化:细胞先发生去极化,然后又向原来的极化形状恢复的过程。复的过程。1、RP产生的必要条件:产生的必要条件: 1膜内外存在膜内外存在K+浓度差,浓度差,Ki Ko 30倍倍 2安静时,膜主要对安静时,膜主要对K+通透通透电化学驱动力:浓度构成的电化学驱动力和电位差构成的电电化学驱动力:浓度构成的电化学驱动力和电位差构成的电化学驱动力的代数和。化学驱动力的代数和。(浓度差浓度差-动力;电位动力;电位差差-阻力阻力)钾平衡电位:离子分散到达平衡时的分散电位。钾

13、平衡电位:离子分散到达平衡时的分散电位。Nernst公式:公式:E (mv) =59.5 lg(Ci/Co) 2、RP构成的缘由构成的缘由 膜内的膜内的K+顺浓度差外流顺浓度差外流膜外膜外K+浓度升高、电位添加,膜内负离子浓度添加、浓度升高、电位添加,膜内负离子浓度添加、电位下降电位下降推进推进K+外流的浓度差动力和膜外的正电场力阻外流的浓度差动力和膜外的正电场力阻力到达平衡力到达平衡电化学驱动力为零电化学驱动力为零K+的净通量为零的净通量为零RP构成构成实测实测Ek与计算与计算Ek有微小差别,由于少量的钠内流。有微小差别,由于少量的钠内流。结论:静息电位的产生主要是由于结论:静息电位的产生主

14、要是由于K+外流和少量的钠内流。外流和少量的钠内流。影响影响RP的要素:的要素:A、膜内外、膜内外K+浓度;浓度;B、膜对、膜对Na+和和K+的通透性的通透性 静息电位静息电位 阈电位阈电位 上升支上升支 下降支下降支1 1、2 2、3 3去极化去极化4 4、复极化、复极化-70mV-+50mV-70mV-+50mVv 超射值:动作电位上升支中零线以上的部分超射值:动作电位上升支中零线以上的部分v 反极化:细胞受刺激后,细胞膜由静息时的内负外正变为内正外负。反极化:细胞受刺激后,细胞膜由静息时的内负外正变为内正外负。v 锋电位:动作电位主要部分的脉冲呈尖峰状锋电位:动作电位主要部分的脉冲呈尖峰

15、状v 后电位:负后电位、正后电位。后电位:负后电位、正后电位。v 阈电位:能引起大量阈电位:能引起大量Na+通道开放和通道开放和Na+内流,并构成内流,并构成Na+通道激通道激活对膜去极化的正反响过程,进而诱发动作电位的临界膜电位值。活对膜去极化的正反响过程,进而诱发动作电位的临界膜电位值。 Na+Na+通道的激活通道的激活 正反响正反响APAP上升支上升支 膜去极化到达某一临界膜电位,膜上膜去极化到达某一临界膜电位,膜上Na+Na+通道大量开放,通道大量开放,Na+Na+内流加强,内流加强,膜进一步去极化,较强的去极化又使更多的膜进一步去极化,较强的去极化又使更多的Na+Na+通道开放,通道

16、开放,Na+Na+通道的开放通道的开放与膜去极化之间构成正反响,直至膜电位接近于与膜去极化之间构成正反响,直至膜电位接近于 Na+Na+平衡电位,构成了平衡电位,构成了APAP上升支。上升支。 K+K+通道的激活通道的激活APAP下降支下降支 Na+Na+通道失活通道失活: : 膜电位接近峰值时膜电位接近峰值时, , 大量大量Na+Na+通道失活。通道失活。 K+K+通道的开放通道的开放: : 在在Na+ Na+ 通道失活时开放,通道失活时开放,K+K+外流,膜电位复极外流,膜电位复极 Na+Na+通道的失活和通道的失活和K+K+通道的激活构成锋电位的下降支通道的激活构成锋电位的下降支 后电位

17、:复极时外流的后电位:复极时外流的K+K+蓄积在膜外蓄积在膜外, ,妨碍了妨碍了K+K+外流外流 K+K+电导短时间高于静息电位时的程度,此时的膜电位接近于电导短时间高于静息电位时的程度,此时的膜电位接近于EkEk 恢复期:钠恢复期:钠- -钾泵钾泵v动作电位的特点v 1、不衰减性传导v 2、“全或无景象v 3 、存在不应期v 绝对不应期和相对不应期v 阈电位阈电位v 能引起大量能引起大量Na+通道开放和通道开放和Na+内流,并构成内流,并构成Na+通道激活对膜通道激活对膜去极化的正反响过程,进而诱发动作电位的临界膜电位值。去极化的正反响过程,进而诱发动作电位的临界膜电位值。v 部分反响部分反

18、响v 阈下刺激因强度较弱而不能使膜的去极化到达阈电位,不能触发阈下刺激因强度较弱而不能使膜的去极化到达阈电位,不能触发AP,但可引起细胞膜发生一定程度的去极化。,但可引起细胞膜发生一定程度的去极化。v 部分反响的特征:部分反响的特征:v 非非“全或无:反响幅度随刺激强度的增大而增大全或无:反响幅度随刺激强度的增大而增大v 非不衰减传播非不衰减传播v 总和总和: 空间总和空间总和 、时间总和总和后到达阈电位,可以引发、时间总和总和后到达阈电位,可以引发AP 部分电流部分电流1.无髓鞘神经纤维无髓鞘神经纤维AP传导机制传导机制 部分电流部分电流 2.有髓鞘神经纤维有髓鞘神经纤维AP传导机制传导机制

19、 部分电流发生在郎飞结间的腾跃式传部分电流发生在郎飞结间的腾跃式传导,速度更快导,速度更快 细胞内细胞内细胞内细胞内细胞内细胞内v细胞直径越大、电阻越小,部分电流传导越快细胞直径越大、电阻越小,部分电流传导越快v动作电位去极化的幅度动作电位去极化的幅度v有髓纤维比无髓纤维传导快。有髓纤维比无髓纤维传导快。 绝对不应期:兴奋性=0,Na+通道全部封锁相对不应期:兴奋性正常,Na+通道恢复 低常期:兴奋性正常,Na+通道渐静息 v 骨骼肌的收缩:骨骼肌的收缩:v 当来自于神经元的神经激动,即动作电位到达神经末梢当来自于神经元的神经激动,即动作电位到达神经末梢时,经过神经时,经过神经-肌接头的兴奋传

20、送,使动作电位从神经纤肌接头的兴奋传送,使动作电位从神经纤维传送至肌纤维;维传送至肌纤维;v 再经过兴奋再经过兴奋-收缩耦联的机制,引起骨骼肌细胞的机械收收缩耦联的机制,引起骨骼肌细胞的机械收缩活动。缩活动。接头前膜:接头前膜:Ach递质递质接头后膜:接头后膜:Ach受体受体神经激动神经激动(动作电位动作电位)传到运动神经的接头前膜传到运动神经的接头前膜电压门控式电压门控式钙通道开放,钙通道开放,Ca2+进入接头前膜进入接头前膜轴突末梢内乙酰胆碱轴突末梢内乙酰胆碱ACh囊泡向接头前膜接近囊泡向接头前膜接近经过出胞作用将囊泡内的经过出胞作用将囊泡内的ACh释放入接头间隙释放入接头间隙ACh经过接

21、头间隙与接头后膜上的经过接头间隙与接头后膜上的ACh门控通道结合门控通道结合该门控通道开放该门控通道开放Na+内流内流(为主为主)和和(少量少量)K+外流外流终板膜去极化终板膜去极化,构成终板电位构成终板电位以电紧张以电紧张扩布方式使与终板膜邻接的肌细胞,膜去极化到达阈电位程扩布方式使与终板膜邻接的肌细胞,膜去极化到达阈电位程度度引发肌细胞迸发动作电位。引发肌细胞迸发动作电位。 ACh发扬作用后立刻被接头间隙中和终板膜上的胆碱酯发扬作用后立刻被接头间隙中和终板膜上的胆碱酯酶水解而迅速去除。酶水解而迅速去除。v 神经神经-肌接头兴奋的传送的特征肌接头兴奋的传送的特征v 单向传送;单向传送;时间延

22、搁;时间延搁;易受环境要素和药物影响易受环境要素和药物影响v 影响神经影响神经-肌接头兴奋的传送的要素肌接头兴奋的传送的要素v 乙酰胆碱受体阻断剂:肉毒杆菌毒素乙酰胆碱受体阻断剂:肉毒杆菌毒素麻木骨骼肌麻木骨骼肌v 筒箭毒筒箭毒肌肉松弛竞争受体肌肉松弛竞争受体v 胆碱酯酶抑制剂:有机磷农药胆碱酯酶抑制剂:有机磷农药肌肉痉挛肌肉痉挛v 乙酰胆碱受体激动剂:司可林乙酰胆碱受体激动剂:司可林结合乙酰胆碱受体,结合乙酰胆碱受体,阻阻 断兴奋传送断兴奋传送v 重症肌无力:破坏乙酰胆碱通道,无重症肌无力:破坏乙酰胆碱通道,无N-M传送传送传送 传导滑行学说滑行学说 ( sliding theory)肌肉的

23、缩短是经过肌小节中肌肉的缩短是经过肌小节中细肌丝与粗肌丝相互滑行的结果细肌丝与粗肌丝相互滑行的结果 (其间肌丝本身的长度不变,肌其间肌丝本身的长度不变,肌节缩短。节缩短。v 横桥周期:横桥周期:v 横桥头部处于垂直于细肌丝的高势能形状横桥头部处于垂直于细肌丝的高势能形状,受原受原肌球蛋白妨碍肌球蛋白妨碍,不能与肌动蛋白结合。不能与肌动蛋白结合。v 胞质胞质Ca2+升高时升高时, 肌钙蛋白与肌钙蛋白与Ca2+结合结合变构变构原肌球蛋白变构原肌球蛋白变构移位移位肌动蛋白活化位点暴露肌动蛋白活化位点暴露与横桥结合。与横桥结合。v 横桥头部摆动横桥头部摆动利用原储存的能量拖动细肌丝向利用原储存的能量拖动细肌丝向M线滑行线滑行肌节缩短肌节缩短肌肉收缩。肌肉收缩。v 横桥头部结合横桥头部结合ATP 与肌动

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