动物生理学第二章细胞的基本功能

1、第二章 细胞的基本功能（Cell basic function）一、细胞膜的结构特点与物质转运功能二、细胞间的信息传递第一页，共四十二页。细胞生理第一节 细胞膜的结构特点和物质转运功能1、膜的化学组成和分子结构2、膜物质转运功能半透膜单纯扩散（Simple diffusion）易化扩散（Faciliated diffusion）主动转运（Active transport）入胞和出胞作用（Endocytosis and Exocytosis）第二页，共四十二页。细胞生理“液态镶嵌模型”（Fluid mosaic model ）膜以液态的脂质双分子层为支架，其中镶嵌不同结构和功能的蛋白质（Sing

2、er & Nicolson 1972 ）1、膜的化学组成和分子结构第三页，共四十二页。细胞生理脂 质：磷脂、胆固醇蛋白质：镶嵌于脂质双层（介导细胞功能的实现）糖 类： 糖脂、糖蛋白（起细胞标识的作用）（构成膜的基架）第四页，共四十二页。1、脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；2、镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂浮移位；3、膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换；4、糖链是蛋白质和细胞的特异性的“标志”，能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。小 结第五页，共四十二页。细胞生理2、膜物质转运功能半透膜第六页，共四十二页。细胞生理单纯扩散（Simple di

3、ffusion）： 靠这种方式进行转运的物质较少，例如：二氧化碳、氧气条 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。 第七页，共四十二页。细胞生理易化扩散（Facilitated diffusion）： 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。分 类：（1）以载体为中介的易化扩散(carrier mediated diffusion)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

4、助（介导）。（2）离子通道介导的易化扩散(channel mediated diffusion)第八页，共四十二页。细胞生理第九页，共四十二页。细胞生理特 点： 主动转运（Active transport）： 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。（1）逆浓度梯度转运；（2）耗能（ATP） 第十页，共四十二页。小 结第十一页，共四十二页。细胞生理 指某些物质与细胞膜接触，导致接触部位的质膜内陷,以包被该物质，然后出现膜结构融合和断裂，使该物质连同包被它的质膜一起进入胞浆的过程，含吞饮和吞噬。出胞作用（Exocytosis）： 出胞与入胞相反，指某些大分子物

5、质或颗粒从细胞排出的过程，主要见于细胞的分泌活动等。入胞作用（Endocytosis）：第十二页，共四十二页。细胞生理入胞过程：配体被受体识别配体-受体复合物向有被小窝集中吞食泡形成吞食泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体配体与受体分离配体转运到其它细胞器中循环小泡形成，膜再利用。 第十三页，共四十二页。 分泌物由粗面内质网合成。 在向高尔基体转移过程中形成囊泡，并贮存在胞浆中。 当细胞分泌时，引起局部膜中的Ca2+通道开放，Ca2+内流。 诱发小泡被运送到细胞膜的内侧面，与细胞膜融合后胞裂外 排将内容物一次性排出。 囊泡膜变成细胞膜的一部分。出 胞第十四页，共四十二页。细胞生理1、细胞的生物电现

6、象及其产生机制2、细胞膜的信号转导系统第四节 细胞的兴奋性与生物电现象 动物体各种器官之间的功能协调以及整体统一性的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的信息传递来完成的。第十五页，共四十二页。细胞生理（1）静息电位（Resting potential; RP）（2）动作电位（Action potential; AP）（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：第十六页，共四十二页。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

7、膜静息电位。静息电位产生的机制静息电位第十七页，共四十二页。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。（或:RP是K+的平衡电位，静息电位主要是K+外流所致）第十八页，共四十二页。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。动作电位第十九页，共四十二页。细胞生理动作电位动作电位产生的机制极化（polarization）膜两侧存在的内

8、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。复极化（Repolarization）膜电位去极化后逐步恢复极化状态的过程。超极化（Over-polarization）膜电位绝对值高于静息电位的状态。超射(overshoot)：膜由原来的-70mv去极化到0 mv，进而变化到2040mv，去极化超过0电位的部分称为超射。 术语第二十页，共四十二页。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 由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大（Na+通道被激活，对K+通透性减小），膜外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV，进而上升为+3

9、0mV，Na+通道随之失活。此时的电位即为动作电位，亦是Na+的平衡电位。第二十一页，共四十二页。细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语第二阶段：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。 在体外描记的动作电位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）。第二十二页，共四十二页。第三阶段：后电位的形成：动作电位动作电位产生的机制术语 当膜电位接近静息电位时，K+跨膜转运停止。随后，膜上的Na+-K+泵被激活，将膜内的Na+离子向膜外转运，同时，将膜外的K+向膜内运输

10、，形成了负后电位和正后电位。后电位的产生机制:负后电位：细胞外K瞬间蓄积正后电位：Na泵活动增强第二十三页，共四十二页。动作电位特点： 动作电位一经引起，其波形与幅度基本相同，而与原刺激强度无关，这一特性称为动作电位的“全或无”现象。 动作电位传导幅度不会因传导距离增大而减小。 动作电位一经产生将传遍整个细胞。第二十四页，共四十二页。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

11、奋性（Exitability）细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力。（3）兴奋的引起与传导第二十五页，共四十二页。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。兴奋的引起第二十六页，共四十二页。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

12、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。 兴奋性的变化第二十七页，共四十二页。 阈刺激、阈上刺激与最大刺激第二十八页，共四十二页。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，都可以沿着细胞膜向周围扩布，使兴奋部位与未兴奋部位之间形成局部电流，导致整个细胞膜都经历一次跨膜离子移动，实现动作电位在膜上的传导。兴奋性的变化兴奋的传导第二十九页，共四十二页。1、绝对不应期： 锋电位上升支与下降支初期 特点：对任何刺激均不产生反应。2、相对不应期： 锋电位下降支的后期 特点：对阈上刺激反应。3、超常期：负后电位 特点：对阈下刺激产生反应。4

13、、低常期：正后电位 特点：对阈上刺激产生反应。 细胞生理兴奋的引起兴奋的传导兴奋性的变化兴奋性的变化-55第三十页，共四十二页。细胞生理第三十一页，共四十二页。细胞生理各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号，大多数作用到细胞膜上，通过跨膜信号传递（transmembrane signaling），引起细胞功能活动的改变。第一信使：激素、神经递质和细胞因子第二节 细胞的跨膜信息转导功能：第三十二页，共四十二页。细胞生理 根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将信号转导系统分为以下三大类：1、G蛋白耦联受体介导的信号转导2、酶耦联受体介导的信号转导3、离子通道介导的信号转导第三十三页，共四十二页。第三

14、十四页，共四十二页。细胞生理G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤配体+受体G蛋白G蛋白效应器第二信使第二信使效应器腺苷酸环化酶依赖于cGMP的磷酸二酯酶磷酯酶CCa2+或K+通道蛋白激酶A（PKA）蛋白激酶C（PKC）Na+、K+和Ca2+通道蛋白环磷酸腺苷（cAMP）环磷酸鸟苷（cGMP）三磷酸酰肌醇（IP3）二酰甘油（DG）钙离子和NO等第三十五页，共四十二页。(二)酶耦联受体介导的跨膜信号转导1）具有酪氨酸激酶的受体有两种类型:（1）受体具有酪氨酸激酶的结构域,即受体与酪氨酸激酶是同一个蛋白质分子。 当其与相应的化学信号结合时,直接激活自身的酪氨酸激酶结构域,导致受体自身或细胞内靶蛋白的

15、磷酸化。 （2）受体本身没有酶的活性，但其被配体结合时使酪氨酸激酶激活，通过对自身和底物蛋白的磷酸化作用，把信号传入细胞内。第三十六页，共四十二页。酶耦联受体介导的跨膜信号转导第三十七页，共四十二页。第三节 细胞的生长、增殖与保护掌握:凋亡的概念其他:自学第三十八页，共四十二页。一.选择题1.可兴奋细胞兴奋时，其共有的特征是产生 收缩反应；分泌；神经冲动；反射活动；电位变化2.静息电位的形成主要是由于 K+内流；Cl-内流；K+外流；Na+内流；Ca+内流3.各种可兴奋组织产生兴奋的共同标志是 1）肌肉收缩; 2）腺体分泌；3）产生神经冲动；4）产生动作电位 4.细胞受到刺激而兴奋时，膜内电位

16、负值绝对值减小称作 1）极化；2）去极化；3）复极化；4）超极化；5）反极化第三十九页，共四十二页。5.动作电位产生过程中，膜内电位由负变正称为 1)极化；2）去极化；3）复极化；4）超级化;5）反极化6.内环境是指：细胞外液；2）细胞内液；3）细胞外液和组织内液；4）组织液；5）血浆7.组织兴奋后处于绝对不应期，其兴奋性为 零；无限大；大于正常；小于正常;等于正常8.神经细胞动作电位上升相是由于K+内流；Cl-内流；Na+内流；K+外流；Ca+内流9.细胞膜在静息情况下，对下列哪种离子通透性最大？ K+；Na+；Cl -；Ca+；Mg+10.安静时细胞膜两侧存在着正常数值的电位差称为 极化；去极化；复极化；超极化；反极化11.在神经细胞动作电位的去极化期，通透性最大的离子： K+；Na+；Cl -；Ca+；Mg+第四十页，共四十二页。二.填空题1.动作电位的形成包括去极化，反极化，复极化及离子主动性转运个过程。2.细胞兴奋后，兴奋性要经历 四个时期,才恢复正常。3.心肌细胞兴奋后其 期比其它任何电兴奋细胞都长得多，这是因为心肌细胞的 过程特别缓慢之故。三.判断题1.细胞的跨膜（静息）电位一般表现为膜内为正，膜外为负.（）2.心肌细胞动作电位平台期是由于Na+内流，Cl - 外流. （）3.