动物生理学课件-细胞的基本功能

1、第二章 细胞的基本功能 average human cell10 - 20 m average bacterium 1 - 2 m virus 50 nm protein molecule 5 nm human eye 250 m light microscope 0.25 m electron microscope 0.2 nmSize of the cellsOutline一、细胞膜的结构与跨膜物质转运二、细胞间通讯三、细胞的发育（自学）四、细胞的电活动细胞膜的分子结构“液态镶嵌模型”（fluid mosaic model ）膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌的不同结构和功能的蛋白质（

2、Singer & Nicolson 1972 ）细胞膜的特性：（1）流动性、（2）不对称性膜脂质：磷脂、胆固醇、糖脂（构成膜的骨架）膜蛋白质：镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）膜糖类： 糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）物质的跨膜运输被动转运主动转运单纯扩散易化扩散载体转运通道转运原发性主动转运继发性主动转运物质的跨膜运输运输方式Simple diffusion （简单扩散）Cell plasma membrane is semi-permeable or selectively permeable, only allows water, gas and small, noncharged m

3、olecules to move across. equilibrium intermediate beginning 细胞生理简单扩散（Simple diffusion）： 靠这种方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气、氨气、类固醇激素、水等。条 件 （1）细胞膜两侧存在物质的浓度差或电位差；指一些小的脂溶性物质依靠分子运动从浓度高的一侧通过细胞膜的脂质双分子层向浓度低的一侧扩散的方式。（2）细胞膜对该物质有通透性。 细胞生理简单扩散沿电化学梯度扩散；不需要提供能量；没有膜蛋白的协助。 脂溶性越高通透性越大，水溶性越高通透性越小；非极性分子比极性容易透过，小分子比大分子容易透过。非极性

4、的小分子如O2、CO2、N2可以很快透过脂双层，不带电荷的极性小分子，如水、尿素、甘油等也可以透过人工脂双层，但速度较慢；分子量略大一点的葡萄糖、蔗糖则很难透过，对带电荷的离子如：H+、Na+、K+、Cl-等高度不通透。细胞生理Facilitated diffusion （易化扩散）Diffusion across a membrane with the aid of a transport protein (carrier or channel) is called facilitated diffusion or facilitated transport . Like diffusion

5、, facilitated transport requires the presence of a concentration gradient across the membrane for any net movement of the substance to occur.细胞生理Facilitated diffusion （易化扩散）potassium ion (K+)细胞生理 某些物质能够依靠细胞膜上的特殊蛋白的帮助，顺电-化学梯度通过细胞膜的转运方式。特 点： （1）顺电-化学梯度进行转运，转运过程不消耗ATP； （2）转运过程中必须有膜蛋白的帮助（介导）。Facilitated

6、 diffusion （易化扩散）细胞生理Carrier proteins 细胞生理Channel proteins 门通道（gated channel） 配体门控通道（ligand gated channel） 电压门控通道（voltage gated channel) 机械门控通道（mechanically gated channel) 水通道或水通道蛋白（Aquaporin，AQP） 2003年诺贝尔化学奖海马神经元上的钾通道细胞生理Active transport （主动转运）Active transport is the process in which energy is used

7、 to move substances across a membrane against a concentration gradient. The source of energy depends on which of three transport mechanisms is used:Pumps use energy from ATP.Exchangers use energy created by a second substance with concentration gradient Electrically coupled transporters use energy b

8、y coupling the electrons across some membranes. 细胞生理在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP，将某种物质逆浓度梯度进行转运的过程。Active transport （主动转运）（2）耗能（ATP） 特 点： （1）逆浓度梯度转运Endocytosis (入胞) & Exocytosis (出胞)/video/66-354-1.html细胞生理Summary of transport across membrane细胞生理Cell communication （细胞通讯） Intercellular communication （细胞间通讯） D

9、irect (gap junction, electrical transmission) Indirect (chemical transmission) Bioelectricity & membrane potential （生物电和膜电位） Signal transduction across the membrane （信号跨膜转导）细胞生理Intercellular communication细胞生理（1）细胞的静息电位（Resting potential）（2）细胞的动作电位（Action potential）（3）兴奋的引起与传导 一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状态都

10、是存在电活动，这种电活动称为生物电现象。其中包括静息电位和动作电位。1、细胞的生物电现象及其产生机制：细胞生理静息电位 细胞在静息状态下存在于细胞膜两侧的电位差，称为静息电位，也称跨膜静息电位。静息电位产生的机制细胞生理静息电位静息电位产生的机制K+Na+Cl-Na+Cl-K+膜内膜外281111330离子浓度差=电位差 在静息状态下，细胞膜内K+的高浓度和安静时膜主要对K+的通透性，是大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因。（K+的平衡电位）细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语 指可兴奋细胞受到刺激而兴奋时，在静息电位的基础上膜两侧的电位发生快速而可逆的倒转和复原的过程。细胞生理动作电位动

11、作电位产生的机制极化（polarization）膜两侧存在的内负外正的电位状态。去极化（Depolarization）膜电位绝对值逐渐减小的过程。超极化（Over-polarization）膜电位绝对值高于静息电位的状态。复极化（Repolarization）膜电位去极化后逐步恢复极化状态的过程。术语细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语第一阶段：动作电位上升支的形成 （去极化相的形成） 产生原因：由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大（Na离子通道被激活），膜外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV，进而上升为+30mV，Na+通道随之失活。细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语第二

12、阶段：动作电位下降支形成： Na+通道失活后，膜恢复了对K+的通透性，大量的K+外流。使膜电位由正值向负值转变，形成了动作电位的下降支。 动作电位是在极短的时间内产生的，因此，在体外描记的图形为一个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰般，称为峰电位（Spike potential）。细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语第三阶段：后电位的形成： 当膜电位接近静息电位水平时，K+的跨膜转运停止。随后，膜上的Na+-K+泵（Na+-K+-ATP酶）被激活，将膜内的Na+离子向膜外转运，同时，将膜外的K+向膜内运输，形成了负后和正后电位。细胞生理兴奋的引起兴奋的传导一切活组织在受到刺激时，都能够应答性地出现

13、一些特殊的反应和暂时性的机能改变。可兴奋组织（Exitable tissue）受到刺激时，能够产生动作电位的组织。兴奋性的变化兴 奋（Exitation）细 胞受到刺激后产生动作电位的过程。兴奋性（Exitability）细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力。细胞生理兴奋的引起兴奋的传导刺 激引起组织产生反应的各种内外环境的变化。刺激引起兴奋的条件： 刺激强度 刺激时间 刺激强度对于时间的变化率兴奋性的变化上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。细胞生理兴奋的引起兴奋的传导 在比较不同组织的兴奋性时，采用强度-时间曲线较困难，因此，一般固定刺激时间，仅采用刺激强度大小来判断。 阈刺激产生动作电位所需的最小刺激强度。 阈上刺激大于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激小于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激不能引起动作电位或组织、细胞的兴奋，但并非对组织细胞不产生任何影响。兴奋性的变化细胞生理兴奋的引起兴奋的传导“局部电流学说” 细胞膜上任何一个部位受刺激后所产生的动作电位，