细胞的功能学习教案

1、会计学1第一页，共109页。细胞膜结构及物质转运功能细胞的信号转导细胞的电活动肌细胞的收缩第1页/共108页第二页，共109页。组成(z chn)：脂质、蛋白质、糖类 结构：液态镶嵌(xingqin)模型以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌(xingqin)着具不同结构和功能的蛋白质（一）脂质双分子(fnz)层 磷脂（70%）、胆固醇（30%）由磷酸和碱基构成的亲水性极性基团由两条较长的脂酸烃链构成的疏水性非极性基团第一节 细胞膜的结构及物质转运功能一、细胞膜的结构概述第2页/共108页第三页，共109页。第3页/共108页第四页，共109页。脂质特点：熔点(rngdin)低、体温下为液态 具有

2、某种流动性和稳定性（二）细胞(xbo)膜的蛋白决定细胞(xbo)的功能 表面蛋白：附着在膜表面 整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层（三）细胞膜的糖类(tn li) 量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式）意义：作为细胞或所结合蛋白质的“标志” 表示免疫信息 与激素、递质或其他化学信号结合第4页/共108页第五页，共109页。（一）概述(i sh) （1）细胞膜对物质(wzh)有通透性 （2）动力(dngl)：浓度差、电位差、渗透压差、泵二、物质的跨膜转运1物质转运的两个必备条件第5页/共108页第六页，共109页。第6页/共108页第七页，共109页。2细胞膜转运(zhun yn)的物质 （2）大分子物质:

3、 如酶、激素(j s)、吞噬的细菌等 （1）小分子(fnz)物质H2O无机盐：Na+、K+、Cl-、Ca2+等 有机物：葡萄糖、氨基酸等气体：CO2、O2 第7页/共108页第八页，共109页。（二）物质的跨膜转运(zhun yn)形式 1.单纯扩散(kusn)（simple diffusion） 气体（O2，CO2），P高P低 脂溶性物质(wzh)由膜的高浓度一侧移到膜的低浓度一侧决定扩散通量的因素：浓度差，通透性 通透性：物质通过膜的难易程度第8页/共108页第九页，共109页。2.膜蛋白介导的跨膜转运 在膜上特殊(tsh)蛋白参与下，物质由膜的一侧向膜的另一侧的转运。载体(zit)：转运

4、葡萄糖等，速度慢，选择性严格通道(tngdo)：开放和关闭状态。离子（K+、Ca2+、Na+） 类型：被动转运 （不消耗能量，顺浓度或电位梯度） 主动转运 原发性主动转运 继发性主动转运 （消耗能量，逆浓度或电位梯度）第9页/共108页第十页，共109页。第10页/共108页第十一页，共109页。第11页/共108页第十二页，共109页。类型：同向转运类型：同向转运反向转运反向转运第12页/共108页第十三页，共109页。第13页/共108页第十四页，共109页。 钠-钾ATP酶有ATP酶活性，分解ATP供能 排出3Na+，摄入2K+ 意 义 建立势能(shnng)贮备 提供能量 造成细胞内外

5、离子的不均衡分布 生物电产生的基础第14页/共108页第十五页，共109页。第15页/共108页第十六页，共109页。离子(lz)不均衡分布第16页/共108页第十七页，共109页。n是许多其他物质继发性主动转是许多其他物质继发性主动转运的动力运的动力钠泵的作用(zuyng) 第17页/共108页第十八页，共109页。4.继发性主动(zhdng)转运（secondary active transport）5.出胞与入胞（exocytosis and endocytosis） 1.入胞：吞噬(tnsh)（固体） 吞饮（液体）液相入胞 2.出胞：神经末梢(shn jn m sho)分泌递质，腺体分

6、泌激素 逆浓度差转运时的耗能过程，不直接伴随ATP或其他供能物质的消耗。如葡萄糖的吸收 受体介导的入胞作用 第18页/共108页第十九页，共109页。 secondary active transport第19页/共108页第二十页，共109页。第20页/共108页第二十一页，共109页。第21页/共108页第二十二页，共109页。第二节 细胞(xbo)的跨膜信号转导功能 一、由离子通道受体介导的跨膜信号转导 二、由膜的特异性受体蛋白(dnbi)质、G蛋白(dnbi)和 膜的效应器酶组成的跨膜信号转导 三、由酶耦联受体介导的跨膜信号转导 第22页/共108页第二十三页，共109页。一、离子通道

7、受体介导的跨膜信号转导 离子通道受体（促离子型受体） 1.化学门控通道（chemically-gated channel） 终板膜、神经细胞的突触后膜、以及(yj)嗅味感受细胞2.电压门控通道（voltage-gated channel） 神经(shnjng)轴突、骨骼肌以及心肌的质膜上离子通道 3.机械门控通道（mechanically-gated channel） 血管(xugun)壁的牵张刺激可激活平滑肌细胞的离子通道第23页/共108页第二十四页，共109页。化学(huxu)门控通道第24页/共108页第二十五页，共109页。 2.G-蛋白(dnbi)（鸟苷酸结合蛋白(dnbi)）二、

8、 G蛋白(dnbi)耦联受体介导的信号转导（一）主要的信号蛋白(dnbi) 是受体与效应器间具有信息(xnx)传导功能的蛋白，分激活型G-蛋白（Gs）、抑制型G-蛋白（Gi） 1.G蛋白耦联受体 （receptor） 促代谢型受体，300-400个氨基酸组成，贯穿膜7次。位于膜外的较长N-末端与识别和结合化学信号有关；位于膜内侧的C-末端与激活G蛋白有关。第25页/共108页第二十六页，共109页。第26页/共108页第二十七页，共109页。 4. 第二信使：(second messenger) cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+ 3.G蛋白效应器 主要有腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶

9、A2等，被激活（抑制(yzh)）后导致膜内第二信使增多（减少）第27页/共108页第二十八页，共109页。第28页/共108页第二十九页，共109页。（二）主要的G蛋白(dnbi)耦联受体信号传导途径： H + R Gs AC（腺苷酸环化酶）cAMP PKA（cAMP-PKA系统(xtng)） PLC(磷脂酶C)生成(shn chn)IP3、DGCa内流 Ca-钙调蛋白激酶第29页/共108页第三十页，共109页。化学(huxu)信号+ 受 体激活膜内侧G-蛋白G-蛋白的亚单位与GDP分离亚单位与GTP结合并与和亚单位分离亚单位与膜内效应器酶结合效应器酶被激活胞浆内ATP 被分解为cAMP（第

10、二信使）使胞浆中蛋白激激活酶某种蛋白质被磷酸化蛋白质功能改变第30页/共108页第三十一页，共109页。直接(zhji)激活膜内肽段化学信号 + 膜外肽段膜内肽段中的酪氨酸残基磷酸化其它蛋白质底物中的酪氨酸残基磷酸化细胞功能改变 三、酶耦联受体介导的跨膜信号转导 （一）酪氨酸激酶受体（TKR） 只有一个跨膜螺旋(luxun)和一个较短的膜内片段第31页/共108页第三十二页，共109页。 （二）鸟苷酸环化酶受体（GC） 只有一个跨膜螺旋，膜外侧(wi c)有配体结合位点和膜内侧有GC结构域，可激活GC直接激活GC化学信号（ANP） + 膜外N段膜内生成cGMP,并激活PKGccPKG可使蛋白质

11、底物磷酸化细胞功能改变 第32页/共108页第三十三页，共109页。第三节 细胞(xbo)的生物电 一. 概 述 二. 静息(jn x)电位三. 动作电位四. 局部(jb)兴奋第33页/共108页第三十四页，共109页。一、 概 述 （一）生物电(Bioelectricity) 可兴奋(xngfn)细胞膜内外两侧存在的跨膜电变化 组织(zzh)器官：综合电活动 ECG、脑电、肌电等单细胞受刺激时：动作电位（二）分类(fn li)安静时：静息电位第34页/共108页第三十五页，共109页。（三）生物电产生(chnshng)基础 有通透性：离子通道的开放(kifng)1产生机制： 带电离子(lz)

12、（Na+、K+、Ca2+等）的跨膜转运2离子跨膜转运的二个必备条件有动力：膜内外离子不均衡分布第35页/共108页第三十六页，共109页。- 0 +DiffusionInsideOutside(a) Developing membrane potentialmVCell90DiffusionChargeInsideOutsideCell(b) Electrochemical equilibriummVPotassium ionOrganic anion- 0 +第36页/共108页第三十七页，共109页。离子不均衡(jnhng)分布第37页/共108页第三十八页，共109页。膜通透性：膜允许某

13、种物质从膜的一侧转移到另一侧的能力膜电导 (G)：膜运送带电离子，形成离子电流的能力电压钳（voltage clamp）：又叫电压固定原理：欧姆定律 V=IR；膜电导 (G) = 1/膜电阻 (R) 跨膜离子电流 (I) = V/R = VG; 只要固定膜电位 (V), 测出的跨膜电流 (I) 的变化，既可反应(fnyng)膜通透性的改变工具药： Na+通道阻断剂河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) K+通道阻断剂 四乙基胺 (tetraethylammonium, TEA)膜片钳 (patch clamp) 是一种记录膜结构中单一通道的开放和关闭，测量单通道离子电流I和电导G的技术

14、 电压钳（voltage clamp）和膜片钳 (patch clamp)的应用(yngyng) 第38页/共108页第三十九页，共109页。第39页/共108页第四十页，共109页。二、静息(jn x)电位（resting potential，RP） 1定义：在安静(njng)时，存在于细胞膜内外两侧的电位差 2特点(tdin)：内负外正、相对恒定（一） 静息电位的特点及形成机制 3大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞 （-70 -90mv）第40页/共108页第四十一页，共109页。+ 0 -Er = 70 - 75 mV第41页/共108页第四十二页，共109页。膜内外(niwi)301的K

15、浓度差(动力) 安静(njng)时K通道开放 (通透性) K+外流电位差（阻力(zl)） K + 平衡电位 浓度差（动力） = （即静息电位、跨膜电位、膜电位）4产生机制 总结：安静时，K+外流形成内负外正的Rp （F） 第42页/共108页第四十三页，共109页。第43页/共108页第四十四页，共109页。（二）几个(j )概念 极 化（Polarization） 去极化（Depolarization） 超极化（Hyperpolarization） 复极化（Repolarization ） 第44页/共108页第四十五页，共109页。Na+ channelsK+ channels1. Res

16、ting state2. Depolarization3. Depolarization4. RepolarizationThresholdRestingRestingRestingRestingRestingThresholdThresholdThresholdThreshold5. Hyperpolarization第45页/共108页第四十六页，共109页。2分期(fn q)（以神经细胞为例） 后电位(din wi)锋电位复极化（+30mV 0 -90mV） 三、 动作电位（active potential，AP ）1定义(dngy)： （一）动作电位的分期及产生机制 去极化（-90mV

17、 0 +30mV）第46页/共108页第四十七页，共109页。第47页/共108页第四十八页，共109页。膜内外Na+浓度(nngd)比约110 (动力) 受刺激时Na+通道(tngdo)开放 ( 通透性) Na+内流电位差（阻力(zl)） Na+平衡电位 浓度差（动力） = 即Ap去极化至+30mv时3产生机制 （1）去极化：细胞受刺激时 Na+通道开放， Na+快速内流（内正外负） 总结：去极相是由Na+内流形成 第48页/共108页第四十九页，共109页。刺激 可兴奋细胞(xbo) 动作电位 反应（兴奋和抑制）本质表现 外在表现 神经和肌肉细胞 前提 （2）复极化：细胞去极化至一定程度

18、Na+通道关闭， K+通道开放(kifng)，在K+浓度梯度的作用下 K+外流，形成复极化（3）后电位：钠泵排钠摄钾形成微小(wixio)的电位波动 1兴奋性(Excitability)与兴奋（Excitation） （二）动作电位和兴奋性 第49页/共108页第五十页，共109页。2刺激(cj)（Stimulus） 1）刺激(cj)三要素： 刺激(cj)强度、时间、强度-时间变化率 3）阈上刺激、阈刺激Ap反应(fnyng) 阈下刺激局部反应(fnyng) 刚能引起组织产生反应的最小刺激，此时刺激强度 即阈强度（阈值） 2）分类 按强度分：阈刺激、阈下刺激、阈上刺激按性质分：机械性、化学性、

19、生物性、精神性 第50页/共108页第五十一页，共109页。（三）动作电位产生(chnshng)的条件 1阈刺激是产生动作电位的必须条件 可兴奋组织（Rp） 阈电位 Ap 阈刺激、阈上刺激 不需任何刺激 2阈强度(Threshold intensity) 衡量组织兴奋性高低(god)的指标，与兴奋性成反比 膜去极化到一临界值，Na+通道爆发性开放产生(chnshng)动作电位，此膜电位值即阈电位第51页/共108页第五十二页，共109页。1“全或无”现象 （all-or-none） AP要么不产生(chnshng)（无）， 一旦产生(chnshng)即达最大（全） （四）动作电位的特点(tdi

20、n)2不衰减性传导(chundo) 3脉冲式 因绝对不应期的存在，动作电位不可融合 第52页/共108页第五十三页，共109页。1Na通道功能(gngnng)状态：激活、失活、关闭 （五）动作电位与Na通道(tngdo)功能状态 2组织细胞在受刺激产生AP过程(guchng)中，其兴奋性的 周期性变化 3绝对不应期的意义： 决定两次兴奋的最小间隔时间 锋电位锋电位失活失活 0 0 相对不应期相对不应期后电位后电位 ( (前前) )开始复活开始复活阈上阈上APAP超常期超常期后电位后电位 ( (后后) )逐渐复活逐渐复活 阈下阈下 APAP低常期低常期备用状态备用状态 阈上阈上APAP第53页/

21、共108页第五十四页，共109页。钠通道(tngdo)的性状第54页/共108页第五十五页，共109页。（六）动作电位在同一(tngy)细胞上的传导局部电流流动(lidng)学说（细胞膜依次产生AP的结果） 除此之外，还有缝隙连接 第55页/共108页第五十六页，共109页。第56页/共108页第五十七页，共109页。四、局部兴奋(xngfn)（局部反应、局部电位） 阈下刺激少量Na内流产生低于阈电位的去极化局部(jb)兴奋 1非“全或无”式 其大小随刺激强度(qingd)的变化而变化 2电紧张扩布 3总和效应 时间性总和与空间性总和 （一）定义（二）特点第57页/共108页第五十八页，共10

22、9页。第四节 肌细胞的收缩(shu su)功能 一、神经(shnjng)-肌肉接头处兴奋传递 二、骨骼肌的兴奋(xngfn)收缩耦联 三、骨骼肌收缩的分子机制四、骨骼肌收缩的机械变化 五、骨骼肌收缩形式 第58页/共108页第五十九页，共109页。Ap在神经纤维(shn jn xin wi)上传导 N-M接头处兴奋传递 Ap在骨骼肌细胞上传导 骨骼肌的兴奋-收缩耦联 骨骼肌肌丝滑行收缩 局部电流流动传导局部电流流动传导电化学电传导骨骼肌细胞(xbo)兴奋、收缩过程： 第59页/共108页第六十页，共109页。一、神经(shnjng)-肌肉接头处兴奋传递 （一）神经-肌肉(jru)接头处结构 接

23、头间隙(jin x)：充满细胞外液 接头后膜（终板膜）：有Ach R、Na+、K+通道等 接头前膜：突触囊泡（含Ach）、膜上有Ca2+通道 （二）兴奋传递过程 第60页/共108页第六十一页，共109页。 神经纤维上Ap 前膜前膜上Ca通道开放，Ca2+内流大量ACh释放(shfng)至间隙结合于Ach-R，构型改变终板膜上离子通道开放Na内流 终板电位（局部电流）总和达到肌细胞的阈电位，钠通道开放并使邻近肌膜产生Ap，引起肌细胞收缩 1过 程电（神经纤维(shn jn xin wi)上Ap）化学(Ach)电（骨骼肌上Ap）传递 第61页/共108页第六十二页，共109页。2传递(chund

24、)特点 1）单向(dn xin)传递 2）时间(shjin)延搁 3）ACh被胆碱酯酶水解失活 有机磷使胆碱酯酶失活大量ACh堆积 肌肉震颤 肉毒杆菌、美洲箭毒抑制ACh作用 肌肉松弛 第62页/共108页第六十三页，共109页。二、骨骼肌的兴奋(xngfn)收缩耦联 （Excitation-contraction coupling） （一）兴奋-收缩(shu su)耦联概念 将肌细胞兴奋与肌纤维收缩(shu su)连接起来的中介过程 （二）骨骼肌细胞(xbo)在光镜下结构 1肌原纤维明带（细肌丝）：Z线连接 暗带（粗肌丝）：M线连接，中间为H区肌小节(sarcomere)：暗带+ 2个1/2

25、的明带 第63页/共108页第六十四页，共109页。3兴奋(xngfn)-收缩耦联过程 （以骨骼肌为例） F肌膜Ap 至横管膜激活T管膜上的L型钙通道 ，L型钙通道变构使终池上Ca通道开放(kifng) Ca2+流入胞质 肌质中Ca2+ （关键耦联物）引起肌丝滑行收缩 Ca2+被肌质网上的钙泵回收，引起肌细胞的舒张2肌管系统纵管（肌质网）：末端称终池（钙池） 横管：肌膜延续, 内为细胞外液 传递电信号 三联体(Triad)：兴奋(xngfn)-收缩耦联的关键部位（F） 第64页/共108页第六十五页，共109页。兴奋-收缩(shu su)耦联过程 （以心肌细胞 为例） 肌膜Ap 至横管膜 激活

26、T管膜上的L型钙通道 Ca2+内流，并激活JSR膜上的ryanodine受体使JSR内的Ca2+释放入胞质 胞质中Ca2+ （关键耦联物），与肌钙蛋白结合引起肌丝滑行收缩 Ca2+浓度(nngd)升高，同时激活JSR膜上的钙泵， Ca2+被钙泵回收，使胞质中的Ca2+减少，引起肌细胞的舒张 钙触发(chf)钙释放(calcium-induced Ca2+ release) （F）第65页/共108页第六十六页，共109页。三. 骨骼肌收缩(shu su)的分子机制（一） 骨骼肌肌丝的分子结构(fn z ji u)2细肌丝(thin filament)：由三种(sn zhn)蛋白组成（F） 1粗

27、肌丝：由肌凝蛋白组成杆 + 头（横桥） （1）肌动蛋白(actin) （2）原肌凝蛋白(tropomyosin) （3）肌钙蛋白(troponin) （钙受体）、（连接 ）、（actin) 与细肌丝可逆结合，拖动细肌丝向M线滑行 具ATP酶活性，分解ATP供能 第66页/共108页第六十七页，共109页。（三）滑行(huxng)过程（F） 肌浆中Ca2+ Ca2+与亚基结合亚基传递信息原肌凝蛋白变构暴露横桥与肌动蛋白结合位点横桥与肌动蛋白结合拖动细肌丝向M线方向滑行肌肉(jru)收缩 肌小节、明带、H区变短 暗带长度不变 （二）滑行(huxng)学说(Sliding theory) 肌肉收缩时

28、，无肌丝缩短和卷曲，是细肌丝在粗肌丝间滑行的结果 第67页/共108页第六十八页，共109页。第68页/共108页第六十九页，共109页。四. 骨骼肌收缩的机械(jxi)变化 （一）影响骨骼肌收缩(shu su)的因素 1前负荷（初长度(chngd)）（Preload)（F） 1）定义：肌肉收缩前遇到的负荷，并处于被拉长状态 2）长度-张力曲线：反映初长度与肌肉收缩力关系的曲线 短于最适初长 最适初长 长于最适初长 正比 反比3）最适初长：肌肉产生最大张力时的初长度第69页/共108页第七十页，共109页。2后负荷(Afterload) 3肌肉(jru)收缩力(Contractility) 肌

29、肉(jru)收缩时遇到的阻力 张力-速度曲线(qxin) ： 反映后负荷与肌肉收缩力关系的曲线(qxin)(F) 1）定义： 与负荷无关的、决定肌肉收缩效能的内部功能状态 2）影响因素 神经-体液调节、药物、病理状态等 第70页/共108页第七十一页，共109页。五.骨骼肌收缩(shu su)形式 （一）按肌肉收缩时长度或张力(zhngl)变化分 1. 等长收缩：见于(jiny)负荷肌张力，维持位置和姿势 2. 等张收缩：见于负荷 肌张力，造成肢体运动 （二）按刺激频率分 1. 单收缩(Single twitch) 1次刺激1次Ap 1次收缩， 潜伏期、收缩期和舒张期 第71页/共108页第七

30、十二页，共109页。2. 单收缩(shu su)的复合（summation）（F） 特点： 肌张力(zhngl)随刺激频率增加而增大 ，且为单收缩的4-5倍 完全强直(qingzh)收缩(complete tetanus)分类不完全强直收缩(incomplete tetanus)第72页/共108页第七十三页，共109页。第73页/共108页第七十四页，共109页。第74页/共108页第七十五页，共109页。第75页/共108页第七十六页，共109页。第76页/共108页第七十七页，共109页。 secondary active transport第77页/共108页第七十八页，共109页。第