医学精品课件：2-细胞的基本功能-1

第二篇

细胞的基本功能Cell(endoplasmicreticulum)一、膜的化学组成和基本功能细胞膜或质膜（cell/plasmamembrane）第二章细胞膜的结构特征和物质转运功能细胞膜的功能结构支持屏障作用物质转运功能跨膜信息传递功能细胞膜的兴奋功能…第一节细胞膜的结构特征

以液态脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。二、液态镶嵌模型

(fluidmosaicmodel)基架：液态的脂质双分子层中间：镶嵌许多结构和功能不同的蛋白质疏水性非极性基团（长烃链）亲水性极性基团（磷酸和碱基）

半透膜O2，能源物质氨基酸脂类各种离子等细胞CO2代谢尾产物

哪些物质可以通过细胞膜?

这些物质是如何通过细胞膜的?第二节细胞膜的物质转运功能不同物质透过人工脂双层的能力不同按照是否需要消耗能量分：被动转运主动转运（二）单纯扩散（simplediffusion)一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。一、被动运输

（一）扩散与渗透是溶液分子被动转运的两个过程1、顺浓度差2、不需要膜蛋白帮助3、不消耗能量4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2

和极性小分子物质细胞CO2O2特点：

非脂溶性物质在细胞膜特殊蛋白的帮助下，顺浓度差跨膜转运的过程，称为易化扩散（facilitateddiffusion

）。1.通道(channel)2.载体(carrier)（三）易化扩散是膜蛋白介导的被动转运1、通道转运（channeltransport）

非脂溶性物质在细胞膜上通道蛋白的帮助下，顺浓度差跨膜扩散的转运过程。

由于“孔道”较小，只能允许直径较小的离子通过，所以通道蛋白主要是用来转运离子的，包括Na+,K+,Cl－,Ca2+

等。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（激活）、关闭（静息和失活）具有离子选择性和门控特性通道的门控特性借助通道蛋白进行易化扩散电压门控通道化学门控通道机械门控通道Na+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电压门控通道通道开放离子进入膜内神经递质（Ach）离子细胞外细胞内化学门控通道机械门控通道膜外通道的开放和关闭受机械力控制膜内微管胞外锚锭结构Na+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)♦通道阻断剂♦

意义：

转运带电离子，完成跨膜信号传递(Na+、K+、Ca2+…)1、顺浓度差或电位差2、膜蛋白帮助3、不消耗能量4、转运离子特点：2、载体介导的易化扩散

(carrier)

非脂溶性物质在细胞膜上载体蛋白的帮助下，顺浓度差跨膜转运的过程。一般转运极性小分子，如葡萄糖、氨基酸等。葡萄糖、氨基酸载体转运对象:(1)结构特异性Glucosetransportersmove6carbonsugars(己糖).Glucosetransporterswillnotmovemaltose

(麦芽糖).载体转运特点:(2)饱和现象(3)竞争性抑制OnlygalactoseGlucoseandgalactose(半乳糖)载体细胞膜AB水的跨膜转运单纯扩散——水虽是极性分子 但分子极小，又不带电荷。渗透(osmosis)

溶液拖曳(solventdrag)易化扩散——水通道(waterchannel)

水孔蛋白(aquaporin,AQP)

Waterchannel1、原发性主动转运

Primary(direct)ActiveTransport2、继发性主动转运

Secondary(indirect)ActiveTransport二、主动转运细胞膜通过其中的泵蛋白利用生物能将物质分子或离子逆浓度差或（和）电位差进行转运的过程。（一）原发性主动转运（primaryactivetransport）钠泵（钠-钾泵，钠-钾ATP酶）、钙泵、碘泵等。钠-钾泵：分解1个分子ATP，使3个Na+移出膜外，2个K+移到膜内——生电性钠泵。3钠出2钾入ATP泵入和泵出正离子数相等---------中性泵

Na+-K+ATPaseNa+K+LowlevelsofintracellularNa+

Step1:Activetransport:Na+-K+ATPase3IntracellularNa+ionsbindontoNa+-K+ATPase细胞内细胞外

Step2:Activetransport:Na+-K+ATPaseATPhydrolysis细胞内细胞外

Step3:Activetransport:Na+-K+ATPaseThe3Na+ionsarereleasedIntotheECF细胞外

Step4:Activetransport:Na+-K+ATPaseBindingof2K+ionsfromECF细胞外细胞内

Step5:Activetransport:Na+-K+ATPaseIntracellularreleaseof2K+ions钠泵作用：泵入钾泵出钠，形成并保持膜内高钾膜外高钠的分布，建立势能贮备。参与生物电活动维持细胞正常体积，防止水肿胞内高钾是许多生物生化反应的必需条件（二）继发性主动转运（secondaryactivetransport）

1）概念:利用原发性主动转运所造成的某种物质的势能贮备，使其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。

如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。转运体蛋白（转运体，transporter)2）特点

♦间接耗能（钠泵）

♦膜转运体（特殊蛋白质）Na+

和葡萄糖的同向转运继发性主动转运示意图Sodium-glucosesymporter同向转运(symport)和逆向转运(antiport)特点:1、膜蛋白（泵）帮助2、逆浓度差或电位差3、耗能三、出胞和入胞转运对象：大分子或物质团块入胞(endocytosis):

吞噬(phagocytosis)

吞饮(pinocytosis)出胞

(exocytosis)

单纯扩散膜蛋白介导的跨膜转运入胞和出胞通道中介载体中介跨膜物质转运经载体易化扩散原发主动转运继发主动转运第一节细胞信号转导的概念和一般特性

transmembranesignaltransduction第三章细胞的跨膜信号转导一、细胞外的化学信号化学信号——激素、递质、细胞因子（cytokines)机械信号电信号电磁波，等信号转导——细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构，通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。

第二节跨膜信号转导的几种主要方式离子通道（G

ionchannel）G蛋白耦联受体（G

protein-linkedreceptor）

酶耦联受体（enzyme-linkedreceptor）一、离子通道型受体介导的跨膜信号传递细胞膜上同一个生物分子，既是受体(能与配体特异性结合)又是离子通道(即：配体门控通道，或化学门控通道)。信号转导过程：

细胞外刺激信号→与细胞膜上通道耦联受体结合→通道开或闭→相应离子跨膜移动改变→膜电位改变(新信号形式)→细胞功能变化。化学门控通道(chemicallygatedchannel)电压门控通道(voltagegatedchannel)机械门控通道

(mechanicallygatedchannel)很多激素、神经递质（第一信使到达靶细胞时不直接进入胞浆，而是首先与靶细胞膜受体结合，通过存在于膜结构中的信息传递系统（第二信使系统），使胞浆中某物质（第二信使）浓度改变，引起靶细胞功能和生化反应发生相应变化，实现对靶细胞的功能调节。二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导SignaltransductionmediatedbyGprotein-linkedreceptor

G蛋白耦联受体,Gprotein-linkedreceptorG蛋白,Gprotein(GTP结合蛋白，GTP-bindingprotein)G蛋白效应器，Gproteineffector第二信使，secondmessenger蛋白激酶，proteinkinase1.肾上腺素+受体Gs蛋白激活腺苷酸环化酶

ATPcAMP

一些蛋白质磷酸化PKA2.乙酰胆碱+受体Go蛋白激活磷脂酶C

磷脂酰肌醇三磷酸肌醇+二酰甘油一些蛋白质磷酸化PKC

1第一信使：激素、递质等2效应器酶：腺苷酸环化酶、磷酯酶C等3第二信使：cAMP、IP3、DG、cGMP、PG、钙离子等

第二信使学说

G蛋白-GDP第一信使+RG蛋白-GTP效应器酶

蛋白激酶第二信使及其他第二信使前体细胞功能改变膜特异受体介导的跨膜信号转导酪氨酸激酶受体：膜外部分跨膜a-螺旋膜内肽段识别相应配体酪氨酸残基磷酸化三、酶联型受体介导的信号转导1.同一蛋白质分子，既是酶又是受体，如：酪氨酸激酶受体配体与受体膜外段的配体结合区域结合→受体分子内信号传导→激活受体膜内段的酪氨酸激酶胞质内一系列变化。肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如NGF）

细胞膜上酪氨酸激酶受体膜内侧肽段的蛋白激酶被激活

酪氨酸残基磷酸化细胞功能改变

第四节

肌细胞的收缩功能—横纹肌（骨骼肌）一、骨骼肌细胞的微细结构及其与收缩功能的关系（一）肌原纤维和肌小节每条肌原纤维的全长呈规则的明、暗带交替排列。

暗带的长度比较固定，中央有一狭窄的较透明的H带，H带正中有一条M线。明带的长度可变，中央有一条暗线即Z线。

肌小节相邻两之线之间的结构，称为肌小节，是肌肉收缩和舒张的最基本单位。在体骨骼肌安静时肌小节长度约2.0～2.2μm。肌原纤维由粗、细肌丝按一定规律排列而成。暗带中含有粗肌丝，其长度与暗带相同，M线起着固定成束粗肌丝的作用。细肌丝由之线向两侧明带伸出，并伸入暗带，与粗肌丝规则地交错对插。Restinglength肌丝滑行理论暗带明带暗带明带DuringcontractionZlinesmoveclosertogetherSarcomereshortensAbandsamelengthIbandreducedHbandreduced1.粗肌丝(thickfilament)肌凝蛋白(肌球蛋白，myosin)组成

横桥(crossbridge)：1.可逆性与细肌丝结合，拖动细肌丝滑行；2.具有ATP酶活性。（二）肌丝的分子组成2.细肌丝(thinfilament)

三种蛋白质组成：肌动蛋白(肌纤蛋白，actin)、原肌球蛋白(原肌凝蛋白，tropomyosin)和肌钙蛋白(troponin）（三）肌管系统

1.横管或T管(Ttubule)：将肌细胞膜其他部位传来的动作电位传导到肌细胞深部。

2.纵管或L管(Ltubule),即肌浆网(sarcoplasmicreticulum,SR)。终末池-Ca2+的贮存/释放(Ca2+通道)和再聚集(Ca2+泵)。三联管结构(triad)：兴奋-收缩藕联的结构基础。二、骨骼肌收缩的分子机制RelaxedstateInitiationofcontration收缩蛋白调节蛋白肌凝蛋白

肌动蛋白

原肌球蛋白

肌钙蛋白（一）肌丝滑行过程肌浆中Ca2+浓度↑→Ca2+与肌钙蛋白结合→肌钙蛋白构型变化→原肌凝蛋白构型变化→肌纤蛋白上活性位点暴露→横桥与肌纤蛋白结合→横桥ATP酶激活→分解ATP放出能量→横桥头部摆动并拖动细肌丝→肌丝滑行(肌肉收缩)。

肌浆中Ca2+浓度↓→肌钙蛋白构型恢复→原肌凝蛋白构型恢复→掩盖肌纤蛋白上活性位点→横桥不能与肌纤蛋白结合→细肌丝回到原位→肌肉舒张。（二）骨骼肌的兴奋－收缩耦联肌细胞的动作电位与收缩之间的联系起来的过程。Ca2+Excitation/contractioncoupling

1．兴奋通过横管系统传导到肌细胞内部三联体结构处。

2．三联体结构处的信息传递：横管膜上的动作电位产生的电流或诱发细胞膜产生的IP3（三磷酸肌醇），均可导致Ca2+通道开放，Ca2+顺浓度梯度从肌质网内流入胞浆，触发肌丝滑行。

3．肌浆网对Ca2+的贮存、释放和再聚集：肌浆网膜上的钙泵把肌浆中的Ca2+主动转运到肌浆网内（肌浆Ca2+浓度较低而肌浆网内Ca2+浓度较高）。Excitation/contractioncoupling

当肌浆网膜对Ca2+通透性增高时，肌质网中Ca2+顺浓差扩散到肌浆中触发肌肉收缩。随后，肌浆网膜上钙泵的活动增强，导致Ca2+在肌质网内的再聚集和肌浆中Ca2+浓度降低，肌肉舒张。由于Ca2+的再聚集是由钙泵消耗ATP而完成的，所以肌肉的舒张和收缩一样，都属主动过程。

三、神经-肌接头处的兴奋传递（一）形态结构—运动终板递质囊泡（Ach）③运动终板膜肌小节②接头间隙①接头前膜（二）神经－肌接头处的兴奋传递动作电位到达神经末梢→Ca2+通道开放

Ca2+进入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合

通过出胞作用将囊泡中的ACh释放到接头间隙ACh与ACh受体结合→化学门控通道开放→Na+内流→终板膜去极化形成终板电位→扩散到相邻肌细胞膜总和达阈电位→肌细胞膜爆发动作电位Asinglecontraction-relaxationcycleElectricalandmechanicalevents

Duringmusclecontraction神经-肌接头处兴奋传递的特征：

一对一兴奋传递每一次神经冲动到达时释放的ACh量，超过引起肌细胞动作电位所需量的3～4倍。每次神经冲动所释放的ACh在它引起一次肌肉兴奋后迅速被终板膜上的胆碱酯酶破坏而终止作用，使下次神经冲动的效应不受影响。MoreaboutNeuromuscularjunctions

量子式释放(quantalrelease)

Ca2+进入轴突末梢的量决定释放ACh的囊泡数目终板电位(endplatepotential)（三）影响神经-肌接头传递的-因素影响ACh释放的因素：细胞外液低Ca2+或高Mg2+→ACh释放↓影响ACh与受体结合的因素：美洲箭毒、-银环蛇毒、肌肉松弛药胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药、新斯的明终板膜上ACh门控通道的表达及其功能异常：重症肌无力等长收缩：

张力增加、长度不变等张收缩：

张力不变、长度缩短四、肌肉收缩的外部表现和力学分析

（一）骨骼肌收缩的形式

1．等长收缩和等张收缩张力时间肌肉开