细胞基本功能改

1、细胞的基本功能Cell Physiology1第 一 节细胞膜的基本结构和物质转运功能Cell membrane structure and substance transport返回首页2脂质双分子层球形蛋白质纤维状蛋白质亲水性基 团疏水性基团一、细胞膜的结构与成分返回首页3构成：由双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层（一）脂质双分子层细胞的基本骨架返回首页4（二）细胞膜上的蛋白质: 表面蛋白、整合蛋白 转运物质 传递信息 酶的功能免疫标志 返回首页5（三）糖类： 免疫标志 传递信息返回首页6二、细胞膜的跨膜物质转运功能 What molecules cross the cell membr

2、ane? How do these molecules cross the cell membrane?细 胞O2，能源物质氨基酸，脂类各种离子等CO2代谢产物返回首页7 (一)单纯扩散影响因素： 浓度差 渗透性返回首页8定义 在生物体系中，小分子物质或离子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(simple diffusion)。返回首页9 特点 顺浓度差 不需要膜蛋白帮助 不消耗能量 转运脂溶性物质返回首页10 通透性指物质通过膜的难易程度。扩散通量 (diffusive flux)： 表示单位时间内通过单位面积膜的分子数量。 取决于浓度差、扩散面积、温度

3、、脂溶性和电场力（离子）等。mol / (cm2.s)通透性 (permeability)返回首页11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-）(二)易化扩散定义物质在特殊蛋白的“协助”下，顺电化学梯度的跨膜转运过程，称为易化扩散(facilitated diffusion)。返回首页12特点顺浓度差或电位差 膜蛋白帮助不消耗能量转运水溶性物质返回首页13载体介导的易化扩散返回首页14 X物质的扩散通量 膜两侧X物质的浓度差特点结构特异性 饱和现象竞争性抑制载体介导的易化扩散返回首页15通道介导的易化扩散返回首页16特点 结构的相对特异性“闸门

4、”调控电压门控通道化学门控通道机械门控通道返回首页17转运物质：Na+, K+, Cl, Ca2+等直径较小离子。 根据其结构特异性和转运离子的特异性命名： Na+通道、K+通道、 Cl通道、 Ca2+通道等。通道两种状态：开放、关闭返回首页18Na+通道的功能状态：备用：关闭，受适当刺激可被激活和重新开放激活：开放失活：关闭，受适当刺激也不能被激活或重新开放19Channel blockerNa+ 通道阻断剂：河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) 利多卡因（lidocaine)K+ 通道阻断剂： 四乙胺 (tetraethylammonium)Ca2+通道阻断剂：维拉帕米 返回首页

5、20 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)主动转运返回首页21特点:膜蛋白（泵）帮助逆浓度差或电位差 耗能分类原发性主动转运 primary (direct) active transport继发性主动转运 secondary (indirect) active transport返回首页22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

6、物质转运形式，除钠泵外，还有Ca2+ 泵（或称Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶）、H+泵（质子泵）和碘泵等。返回首页23Na+泵的主动转运膜内膜外K+ Na+ 返回首页24钠泵特点胞内Na+或胞外K+可触发钠泵活动。Na+泵出和K+泵入耦联。生电性泵。钠泵(Na+-K+-ATP酶)2325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,是一些营养物质（如葡萄糖、氨基酸）继发性主动转运的能量来源。返回首页26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

7、来自ATP或其他供能物质分解，而是来自膜外Na+的高势能. 返回首页27葡萄糖的继发性主动转运 返回首页28 (四) 出胞和入胞 1出胞（exocytosis，又称为胞吐） 主要见于细胞的分泌活动、神经末梢的递质释放等。 2入胞（endocytosis，又称为吞噬或吞饮） 是指细胞外某些物质团块或液体进入细胞的过程。 返回首页29胞吐：运动神经末稍释放乙酰胆碱30胞 吞 作 用返回首页31E小分子物质主动转运低 高被动转运高 低继发性：间接利用ATP，由钠泵形成膜外高势能。原发性：直接消耗ATP.如:钠泵，质子泵，钙泵单纯扩散：脂溶性小分子物质。如O2,CO2,N2.易化扩散：非脂溶性,特殊蛋

8、白的协助大分子物质入胞出胞：细胞的分泌活动吞噬吞饮通道介导载体介导电压门控通道化学门控通道机械门控通道返回首页32 第二节 细胞的生物电现象 返回首页33一、静息电位resting potential (RP)细胞处于静息状态时，细胞膜两侧的电位差。返回首页34静息电位形成机制条件细胞内外K的不均衡分布安静状态下细胞膜主要对K有通透性动力(浓度差)阻力(电位差)Inside cellOutside cell返回首页35静息电位的产生机制：静息时 K+外流 K+平衡电位：.K+oRT=EkZFlnK+i返回首页36 小结静息电位主要是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

9、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。 返回首页37证据 膜外K浓度RP；反之，RP胞内用NaCl代替KCl，则RP几乎为0，换回KCl RP恢复;膜内外Na、K互换膜内外极性倒转;用K2SO4代替KCl RP无变化。 返回首页38是膜受到有效刺激后，在RP的基础上发生一次膜电位的快速而短暂可扩布的电位变化。 二、动作电位(action potential，AP)返回首页39-700-55极 化 polarization 去极化 depolarization反极化 reverse polarization超 射 overshoot 复极化 rep

10、olarization超极化 hyperdepolarization 几个相关概念返回首页40(一）动作电位的发生过程 “去极化-反极化-复极化” 反极化超射神经纤维动作电位模式图ab:动作电位上升支；bc:动作电位下降支；abc:锋电位；cd:去极化后电位；de:超极化后电位41一旦爆发，其电位就会发生快速而连续的变化稳定的电位差一旦产生，迅速向外扩布不能扩布标志着细胞的兴奋细胞处于静处状态 动作电位 静息电位动作电位和静息电位的不同表现返回首页42（二） 动作电位波形的波形：锋电位和后电位 峰电位0mV-70+30 锋电位具有动作电位的主要特征是动作电位的标志 AP的上升支(去极相) AP

11、的下降支(复极相) 返回首页43（三） AP的特征 AP或spike potential产生是细胞兴奋的标志。 全或无现象 刺激强度一旦达到或超过阈值，即可爆发AP，且其 幅度不因刺激强度的增加而改变 不衰减扩布 AP不因传导距离的延长而衰减。 脉冲式发放 因AP存在不应期，故AP不会融合。返回首页44（四）动作电位产生机制：动作电位上升支：Na+通道通透性的再生性循环过程PNa+增加Na+内流增加去极化刺激返回首页45有效刺激钠通道开放Na+内流静息电位减小细胞膜去极化Na+快速内流,达Na+平衡电位膜去极化临界值Na+内流形成动作电位的上升支返回首页462. 动作电位下降支达Na+平衡电位

12、通道失活关闭Na+内流停止K+通道激活开放K+快速外流膜内电位下降细胞膜复极化下降支返回首页47 总结（1）膜对Na+通透性突然增大， Na+快速、大量内流，形成了AP的上升支。 Na+内流的再生性循环 Na+的平衡电位（2）膜对K+的通透性增大，造成K+外流，形成了AP下降支。 （3）复极后，Na+泵的活动是维持膜内外Na+、K+正常分布的关键。 返回首页48Na+通透性K+通透性动作电位返回首页（五）AP过程中膜电导的变化和离子通道的开放与关闭 1. AP过程中膜电导的变化49返回首页2. 离子通道的功能状态50 Na+通道的两种闸门及三种状态: m闸门(激活门)关闭和h闸门(失活门) 开

13、放为备用状态; m和h闸门均开放为激活状态; h闸门关闭为失活状态。 K+通道是由n闸门控制的。返回首页51（六）动作电位产生的条件1. 刺激：细胞所处环境因素的变化刺激种类： 化学、机械、温度、光、声和电等（1）刺激强度 阈值(threshold)（2）刺激作用的时间（3）刺激强度对时间的变化率返回首页52可兴奋组织的强度-时间曲线 刺激参数与组织兴奋的关系:返回首页532. 阈电位(threshold potential) 在有效刺激下，使膜去极化达到某一临界值时，爆发一次动作电位，这个临界膜电位的数值即阈电位引起细胞兴奋的关键： 阈电位水平返回首页54（七）神经纤维AP的细胞外记录方法5

14、5三、局部电位（一）概念 细胞膜的轻度去极化,如：终板电位（二）实质 Na+通道少量被激活（三）特点 1.等级性反应 2.电紧张扩步 3.无不应期 4.时间性总和与空间性总和返回首页56返回首页57(一)组织的兴奋和可兴奋细胞1.定义 兴奋：细胞受刺激产生动作电位的过程 兴奋性：细胞受刺激后产生动作电位的能力2.可兴奋细胞 凡在受刺激后能产生动作电位的细胞。包括：神经细胞、肌细胞、腺细胞。四、组织的兴奋和兴奋性 返回首页581.影响组织兴奋性的因素（1）静息电位水平（2）阈电位水平（3）离子通道的状态2.阈刺激的大小与兴奋性的关系 阈刺激：相当于阈强度的刺激称为阈刺激。 组织的阈刺激和兴奋性成

15、反变关系（二）影响组织兴奋性的因素和阈刺激返回首页59（三）细胞兴奋后的兴奋性阶段性变化 1.绝对不应期 2.相对不应期 3.超常期 4.低常期返回首页60局部电流五、兴奋在同一细胞上的传导 （一）无髓神经纤维上兴奋传导的机制61（二）有髓神经纤维上兴奋传导的机制： 特点： 传导速度快 节能跳跃式传导返回首页62动作电位在有髓及无髓神经纤维上的传导：返回首页63 化学信息物质（如激素、递质、细胞因子等）通常不需要直接进入靶细胞发挥作用，而是选择性地同靶细胞膜上特异性受体相结合，再通过跨膜信号传递或跨膜信号转导（signal transduction）过程，最后才间接地引起靶细胞产生各种生物学效

16、应。第三节 细胞的跨膜信号传递功能返回首页64细胞内主要的跨膜信号转导途径： G-蛋白偶联受体介导的跨膜信号传递途径 离子通道受体介导的跨膜信号传递途径 酶偶联受体介导的跨膜信号传递途径返回首页65（一）参与G-蛋白偶联受体跨膜信号转导的信号分子 G-蛋白偶联受体（G protein linked receptor）G-蛋白（G protein）G-蛋白效应器: AC、PLC、PLA2、GC、PDG 生成或分解第二信使.第二信使:cAMP、IP3、DC、cGMP、Ca2+返回首页66（二）G-蛋白偶联受体信号转导的主要途径返回首页67第二信使学说配体+受体G蛋白-GDPG蛋白-GTP效应器酶第

17、二信使第二信使前体蛋白激酶及其他细胞功能改变返回首页68 1. 受体- G-蛋白-AC途径兴奋性信息物质（配体）+ 受体配体-受体复合物受体活化配体-受体-Gs-蛋白复合物激活AC催化胞内ATP生成cAMP激活PKA（在不同的细胞中， PKA磷酸化的底物蛋白不同，因而其功能也不同）。 抑制兴奋性信息物质（配体） + 受体活化的受体则激活Gi 抑制AC的活性胞内cAMP降低。返回首页692. 受体- G-蛋白-PLC途径配体 + 受体激活Gi激活磷脂酶C（PLC）DGIP3内质网释放Ca2+ Ca2+蛋白激酶C（PKC）+ Ca2+信号转导 PIP2返回首页70二、离子通道受体介导的信号转导 化

18、学门控通道（chemically-gated ion channel）N2受体、GABAA受体、甘氨酸受体、谷氨酸受体和5-HT受体电压门控通道（voltage-gated ion channel) 如Na+通道、K+通道、Ca2+通道等。机械门控通道(mechanically-gated ion channel)如内耳耳蜗毛细胞返回首页71化学门控通道 化学物质控制： (递质、 激素等) 例：终板膜化学 门控通道72电压门控通道跨膜电位控制 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。例：钠通道、钙通道等。返回首页73三、酶偶联受体介导的信号转导酪氨酸激酶受体（tyro

19、sine kinase receptor, TKR） 74鸟苷酸环化酶受体（guanylyl cyclase receptor） 受体分子只有一个跨膜螺旋，膜外N端有配体结合位点，膜内C端有鸟苷酸环化酶（ GC ）结构域. 配体与受体结合激活GC（勿需G-蛋白的参与）胞质内GTP生成cGMP激活PKG磷酸化底物蛋白，完成信号转导 心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）就是鸟苷酸环化酶受体的配体。返回首页75第四节 骨骼肌的兴奋和收缩返回首页76（一） 神经-肌接头的结构 1.接头前膜2.接头间隙3.接头后膜 (终板膜)一 骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递返回首

20、页77终板膜特征： 比普通肌膜要厚，形成许多小凹陷的皱壁。 终板膜上存在大量N-受体，能与Ach特异性结合。 终板膜表面存在大量AchE，及时分解Ach。返回首页78（二） 神经-肌接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60mV） 肌细胞膜去极化达阈电位， 电压门控通道打开，产生AP1. 乙酰胆碱的释放2. 终板电位的形成3. 乙酰胆碱的降解返回首页79神经肌接头兴奋传递过程返回首页

21、80 小结 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的量子式释放返回首页81 EPP系一种局部电位（local potential）。 其特点是： 具有等级性反应，电位幅度与ACh释放 量成正比；不具有“全或无”现象； 能以电紧张性扩布； 无不应期； 具有总和现象。返回首页82 4. 神经-肌接头传递的特征： （1）单向传递； （2）时间延搁； （3）易受环境变化和药物的影响。返回首页83 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

22、酯酶活性的因素 有机磷农药返回首页84二、骨骼肌细胞的结构特点（一）肌小节 1.肌原纤维的结构特点：返回首页85 相邻两Z线之间的区域2. 肌小节的组成收缩和舒张的基本单位中间的暗带和两侧各12的明带86 (二)肌管系统1.横管系统 2.纵管系统 3.三联体 横管终末池 纵管返回首页87三、骨骼肌细胞的兴奋-收缩耦联兴奋-收缩耦联(excitation-contraction coupling) 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。返回首页88步骤 （一）兴奋通过横管传向肌细胞深部；（二） Ca的释放；动作电位传至终末池Ca通道开放Ca扩散到肌质中触发肌丝

23、滑行（三） 肌质网的钙泵对Ca的回摄.返回首页89骨骼肌的兴奋-收缩耦联返回首页90四、骨骼肌收缩的机制 肌丝滑行学说返回首页91(一)肌丝的分子组成粗肌丝 主要由肌凝蛋白（亦称肌球蛋白)组成。杆部向M线聚合成束；头部裸露在表面,形成横桥。 返回首页92横桥功能：与细肌丝上位点可逆性结合，拉动细肌丝向M线方向滑行。具有ATP酶的作用。返回首页93 2.细肌丝肌钙蛋白肌动蛋白原肌凝蛋白收缩蛋白：肌动蛋白、肌凝蛋白调节蛋白：原肌凝蛋白、肌钙蛋白返回首页94(二) 肌肉收缩的基本过程返回首页95Ca2+和肌钙蛋白的结合，诱发横桥和肌纤蛋白相互作用96五、肌肉收缩的形式及其影响因素 骨骼肌的收缩可表现

24、为肌肉长度或张力的机械变化，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返回首页97(一)骨骼肌收缩的基本形式 1.等长收缩和等张收缩 等长收缩isometric contraction等张收缩isotonic contraction返回首页982.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 d c返回首页99 (2) 强直收缩(Tetanus) 不完全强直收缩 完全强直收缩完全强直收缩产生的张力比单收缩大倍左右。 肌肉收缩可以融合，但动作电位不会融合。人体骨骼肌的收缩都是完全强直收缩返回首页100 单收缩不完全强直收缩 完全强直收缩返回首页1011.前负荷或初长度:肌肉收缩前所承受的负荷,称为前负荷，前负荷决定了肌肉在收缩前的长度，