人体解剖第三章细胞的基本功能

人体解剖第三章细胞的基本功能第1页，共81页，2023年，2月20日，星期三一、细胞跨膜信号转导的概念信号:含有信息内容的一种物质或刺激人体内的信号:存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质,或机械的、电的、电磁波等刺激第2页，共81页，2023年，2月20日，星期三信号的类型

化学信号激素,递质,细胞因子机械信号声音电磁信号光电信号电流第3页，共81页，2023年，2月20日，星期三跨膜信号转导

(transmembranetranduction)外界信号细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子构象改变胞内信号分子变化引起相应的效应

第4页，共81页，2023年，2月20日，星期三二、细胞跨膜信号转导的方式G蛋白耦联受体介导信号转导酶耦联受体介导的信号转导离子通道介导的信号转导第5页，共81页，2023年，2月20日，星期三三、G蛋白耦联受体介导的

信号转导

（signaltransductionmediatedbyGprotein-linkedreceptor)第6页，共81页，2023年，2月20日，星期三第7页，共81页，2023年，2月20日，星期三1.Gprotein-linkedreceptor位于细胞膜、具有特异地识别和结合外来化学信号的功能蛋白质G蛋白结合部位第一信使结合部位穿膜7次多肽功能：受体与配体结合构象变化结合并激活G蛋白结构：第8页，共81页，2023年，2月20日，星期三接受信号1345672和G蛋白结合第9页，共81页，2023年，2月20日，星期三第一信使：由细胞分泌的可调节靶细胞生命活动的化学物质。化学本质：蛋白质和肽类（生长因子、细胞因子、胰岛素等）氨基酸衍生物（如甲状腺素、肾上腺素、甘

AA等）类固醇激素（糖皮质激素、盐皮质激素、性激素等）脂酸衍生物（如前列腺素）气体分子（如一氧化氮、一氧化碳）。第10页，共81页，2023年，2月20日，星期三2.Gprotein(GTPbindingprotein)位于受体与效应器之间G蛋白的功能过程1G蛋白处于失活状态2信号分子使受体构象改变G蛋白与受体结合3释放GDT结合GTP,G蛋白被激活结构：1亚基2GDP/GTP结合位点4α亚单位水解GTP激活效应器分子5G蛋白恢复原状，第11页，共81页，2023年，2月20日，星期三第12页，共81页，2023年，2月20日，星期三第13页，共81页，2023年，2月20日，星期三第14页，共81页，2023年，2月20日，星期三第15页，共81页，2023年，2月20日，星期三3.效应器分子Gproteineffector:

酶：催化底物形成第二信使

腺苷酸环化酶Adenylatecyclase,AC→cAMP

磷脂酶CPhospholipaseC,PLC→IP3,DG

磷脂酶A2PhospholipaseA2,PLA2→催化磷脂二位酰基水解磷酸二酯酶phosphodiesterase,PDE→降解细胞内cAMP或cGMP

鸟苷酸环化酶guanylatecyclase,GC→cGMP蛋白激酶A蛋白激酶C蛋白激酶G内质网和肌质网钙通道蛋白质磷酸化细胞内钙效应激酶磷酸化钙效应酶第二信使第16页，共81页，2023年，2月20日，星期三离子通道ionchannel效应器是离子通道则通过通道的开闭促进或抑制离子扩散，改变细胞膜电位第17页，共81页，2023年，2月20日，星期三

蛋白质磷酸化(Proteinphosphorylation)是生物界最普遍,也是最重要的一种蛋白质翻译后修饰(Posttranslationalmodifications,PTMs)在细胞中,大约有1/3的蛋白质被认为是经过磷酸化修饰的.在人类基因组中,大约有2%的基因编码了500种激酶和100种磷酸酶.蛋白质磷酸化和去磷酸化是原核和真核生物细胞表达调控的关键环节,对许多生物的细胞功能起开关调控作用,是一种普遍的重要调节机制.因此,蛋白质磷酸化的分析和磷酸化位点的鉴定已成为目前蛋白质组学研究的焦点之一.

磷酸化蛋白质根据其磷酸氨基酸残基的不同大致可分为四类,即:O-磷酸盐、N-磷酸盐、酰基磷酸盐和S-磷酸盐.O-磷酸盐是通过羟氨基酸的磷酸化形成的,如丝氨酸、苏氨酸或酪氨酸,羟脯氨酸或羟赖氨酸磷酸化仍不清楚;N-磷酸盐是通过精氨酸、赖氨酸或组氨酸的磷酸化形成的;酰基磷酸盐是通过天冬氨酸或谷氨酸的磷酸化形成;而S2磷酸盐通过半胱氨酸磷酸化形成.

蛋白质磷酸化具有以下功能:(1)磷酸化参与酶作用机制,在此过程磷酸化为反应性中间产物(多为S-或N-磷酸盐),如在磷酸烯醇型丙酮酸羧激酶依赖的磷酸转移酶系统(PTR)的组氨酸蛋白激酶(HPr);(2)磷酸化介导蛋白活性,蛋白分子通过蛋白激酶发生磷酸化,如蛋白激酶A(丝氨酸和苏氨酸残基)或不同的受体酪氨酸激酶(酪氨酸残基);(3)天冬氨酸、谷氨酸和组氨酸的磷酸化在细菌趋化反应的感觉性传导中发生解离.

蛋白质的磷酸化和去磷酸化过程调节着细胞信号转导、细胞分化和细胞生长等几乎所有的生命活动过程,因此,被生动形象的描述为细胞生理活动的分子开关.第18页，共81页，2023年，2月20日，星期三

第二信使secondmessenger

概念

细胞表面受体接受细胞外信号后转换而来的细胞内信号称为第二信使细胞内有五种最重要的第二信使:cAMP、cGMP、1,2-二酰甘油(diacylglycerol,DAG)、1,4,5-三磷酸肌醇(inosositol-1,4,5-trisphosphate,IP3)、Ca2+等第19页，共81页，2023年，2月20日，星期三蛋白激酶Proteinkinase（了解内容）分类：丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶酪氨酸蛋白激酶另一分类：

cAMP-dependentproteinkinase,PKACalcium-dependentproteinkinase,PKC第20页，共81页，2023年，2月20日，星期三

cAMP-PKApathway

GsreceptorLigandACATPcAMP5’-AMPPDEPKA蛋白激酶A磷酸二酯酶腺苷酸环化酶第21页，共81页，2023年，2月20日，星期三IP3-Ca2+/DG-PKCpathwayPIP2GqreceptorLigandPLCIP3DGPKC第22页，共81页，2023年，2月20日，星期三四、酶耦联受体介导的信号转导五种类型：鸟苷酸环化酶受体

酪氨酸激酶受体

酪氨酸激酶相关受体

受体酪氨酸磷酸酶

受体Ser/Thr激酶

特点：受体均为跨膜蛋白

膜内具酶活性（或与其他酶相关）

第23页，共81页，2023年，2月20日，星期三1.酪氨酸激酶受体结构：

酶与受体是同一膜蛋白这类受体一般只有一个α-螺旋，膜外侧肽链有与配体结合位点，膜内侧肽链有蛋白激酶的活性。第24页，共81页，2023年，2月20日，星期三作用过程受体与配体结合受体分子酪氨酸残基磷酸化细胞浆内蛋白质酪氨酸磷酸化细胞内信号分子作用SOS,Ras,GRB2基因转录改变表皮生长因子EGF,神经生长银子NGF,胰岛素第25页，共81页，2023年，2月20日，星期三连接器

Ras(未激活)

Ras(激活)第26页，共81页，2023年，2月20日，星期三Ras下游的信号介导物第27页，共81页，2023年，2月20日，星期三2.结合酪氨酸激酶的受体特点：受体本身没有酶的活性，当它与配体结合后，就可与酪氨酸激酶结合，并激活酪氨酸激酶促红细胞生成素生长激素催乳素第28页，共81页，2023年，2月20日，星期三3.具有鸟苷酸环化酶的受体结构：只有一个跨膜α-螺旋；膜外侧肽链（N端）有与配体结合位点；膜内侧肽链（C端）有鸟苷酸环化酶。（guanylylcyclase,GC）。特点：受体具GC活性

无需G蛋白介导第29页，共81页，2023年，2月20日，星期三

受体GC信号转导过程

GTPcGMPPKG配体ANP心房钠尿肽第30页，共81页，2023年，2月20日，星期三五、离子通道介导的信号转导功能：担负着通道和受体的作用结构：跨膜蛋白（多个亚单位）类型：化学门控、电压门控、机械门控第31页，共81页，2023年，2月20日，星期三1化学门控通道(chemicallygatedchannel)分布主要分布于肌细胞的终板膜和神经元的突触后膜中，如神经-肌肉接头处的N-乙酰胆碱门控通道。作用ACh受体本身就是离子通道的一个组成部分，因它的激活能直接引起跨膜离子流动，故又称为通道型受体,或促离子型受体（ionotropicreceptor）。结构该通道由2α.β.γ.δ组成的5个亚基构成，Ach的结合位点就存在于2个α亚单位上,当两个Ach与之结合后引起Na+通道开放。这种通道只有在膜外特定的化学信号（配体,ligand）与膜上的受体结合后才开放又称配子门控通道。第32页，共81页，2023年，2月20日，星期三

神经突触谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸神经肌肉接头乙酰胆硷结构第33页，共81页，2023年，2月20日，星期三运动神经末梢AchAch门控通道蛋白（a亚单位）通道开放大量Na+流入胞内胞膜去极化产生终板电位完成化学信号向生物电信号的转换

第34页，共81页，2023年，2月20日，星期三刺激细胞膜电位的变化电压门控离子通道开放或关闭离子内流或外流新信号形成2电压门控通道（voltagegated

channel）主要是分布在除突触后膜和终板膜以外的神经和肌肉细胞表面膜中的Na+、k+、Ca2+等通道。

第35页，共81页，2023年，2月20日，星期三αβ1β2构成电压门控Na通道（voltagegated

channel）α有4个结构域没个结构域6次贯膜结构第36页，共81页，2023年，2月20日，星期三机械门控通道(mechanicallygatedchannel)

如神经末梢顶部的纤毛受到切向力弯曲时由于纤毛受力使其根部的膜变形（牵拉），直接激活了其附近膜中的机械门控通道而出现离子跨膜移动。机械信号（声）耳蜗毛细胞纤毛弯曲毛细胞上机械门控离子通道开放离子跨膜流动耳蜗微音器电位第37页，共81页，2023年，2月20日，星期三第38页，共81页，2023年，2月20日，星期三细胞表面受体的差别：

（1）离子通道偶联受体；（2）G蛋白偶联受体；（3）酶连受体。（2）（3）存在于不同组织几乎所有类型的细胞。G蛋白偶联受体是7跨膜受体，受体激活后，需要GTP结合蛋白激活下游的酶，如AC，借助第二信使分子（如cAMP,cGMP,DAG）发挥作用。酶连受体也是跨膜蛋白，与GPCR的一大不同是其需要2个受体激酶二聚体化，与信号分子结合，从而自身活化，然后再向细胞内传递信号。RTK介导的信号通路还需要Ras蛋白。第39页，共81页，2023年，2月20日，星期三

生物电现象是以细胞为单位产生的，以细胞膜两侧带电离子的不均衡分布和离子的选择性跨膜转运为基础。

细胞膜的生物电现象主要有两种表现形式，即安静时的静息电位和受刺激时产生的膜电位的改变（包括局部电位和动作电位）。

第二节细胞的生物电现象第40页，共81页，2023年，2月20日，星期三

一、静息电位（restingpotential）

细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。极化：静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态称为膜的极化。

超极化：当静息时膜内外电位差的数值向膜内负值加大的方向变化时,RP由-70→-90mV，称为膜的超极化。

去极化（除极化）：与超极化相反，膜内电位向负值减少的方向变化,RP由-70→-50mV。

复极化：细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复，则称为复极化。

动作电位：可兴奋细胞兴奋时细胞内产生的可扩布的电位变化过程。

“全或无”现象：在同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象。第41页，共81页，2023年，2月20日，星期三静息电位的测量第42页，共81页，2023年，2月20日，星期三（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。

（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。

（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。第43页，共81页，2023年，2月20日，星期三静息电位形成的原理

（1）

细胞膜内、外的离子浓度差

枪乌贼巨轴突细胞膜两侧主要离子浓度离子胞浆（mmol/L）细胞外液（mmol/L）平衡电位（mV）K+

40020-75Na+

50440+55Cl-

52560-60A-

385--第44页，共81页，2023年，2月20日，星期三（2）细胞膜对离子的选择通透性和K+平衡电位K+外流量与回收（回到胞内）的量达到了动态平衡，K+的跨膜净移动为零，此时膜两侧电位差就稳定在某一不再增大的数值，即静息电位。因其是K+移动达到平衡时的膜电位，又可称作K+平衡电位。

第45页，共81页，2023年，2月20日，星期三第46页，共81页，2023年，2月20日，星期三静息电位的维持机制钠泵（sodiumpump）的活动维持了安静时细胞内外的离子平衡：引起细胞膜上钠泵活动的因素是细胞内Na+的增加和细胞外K+的升高。只要细胞内外的Na+、K+平衡稍有变化，Na+泵就被激活，在泵出胞内多余的Na+的同时，将胞外

多余

的K+泵回，从而维持了细胞内外正常的离子浓度梯度。

第47页，共81页，2023年，2月20日，星期三细胞内液细胞外液内环境[K+]155mmol/L[Na+]12mmol/L[Cl-]4mmol/L[M-]155mmol/L[K+]4mmol/L[Na+]140mmol/L[Cl-]120mmol/L[M-]15mmol/L哺乳动物神经细胞静息电位非门控钾离子通道实测值-90mv能斯特值[C]A[C]B-122mv①K+穿过非门控钾离子通道②基于离子浓度膜内外的电驱动力平衡③膜外正电荷多于膜外④以细胞膜外为参照极，内负外正第48页，共81页，2023年，2月20日，星期三二、动作电位及其形成机制

1.动作电位（actionpotential,AP）：指膜受刺激后在原有的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。

第49页，共81页，2023年，2月20日，星期三2.动作电位形成的原理

AP的峰出现超射，即膜电位由静息时的内负外正转变成内正外负，AP的形成不是单纯由于膜对K+通透性发生改变（如仅对K+不再通透，膜电位至多能达到零电位水平），而是受刺激时膜对Na+产生通透的结果。而AP的复极化过程是由于膜重新对K+通透造成的。第50页，共81页，2023年，2月20日，星期三3.动作电位的实验证据及其分子基础

动作电位刺激强度不随刺激强度增强而增强

动作电位的传导是不衰减的

相继产生的动作电位不能发生重合失活门激活门第51页，共81页，2023年，2月20日，星期三

细胞产生动作电位时的兴奋性变化兴奋性阈电位锋电位负后电位正后电位（超极化）低常期绝对不应期相对不应期超常期0.5-231270ms第52页，共81页，2023年，2月20日，星期三4.动作电位的引起和传导

刺激引起细胞膜去极化，可以使电压门控Na+、K+通道开放，从而产生动作电位（actionpotential,AP)。但并不是任何强度的刺激都可使细胞产生AP。

①去极化与Na+内流的正反馈

当细胞膜受到刺激去极化时，膜上电压门控Na+通道开放，其开放的数量可随膜去极化幅度的增加而增加。Na+通道开放使Na+内流增加，又导致膜的进一步去极化，从而使更多的Na+通道开放。

第53页，共81页，2023年，2月20日，星期三去极化与Na+内流示意图第54页，共81页，2023年，2月20日，星期三第55页，共81页，2023年，2月20日，星期三②阈电位与动作电位的引起

细胞受到刺激时，细胞膜发生去极化，即膜电位值升高。当膜电位值达到阈电位（Thresholdpotential）水平时，动作电位才能被触发。

阈电位指恰好能使膜的去极化与Na+内流之间形成正反馈的临界膜电位值。第56页，共81页，2023年，2月20日，星期三③局部电位与膜的兴奋性

阈下刺激引起的膜局部去极化电位（未达到阈电位的膜电位）称为局部电位（Localpotential）。阈下刺激引起膜的去极化，膜上少量Na+通道开放，Na+内流形成局部电位。

第57页，共81页，2023年，2月20日，星期三④动作电位的传导及其原理

只要细胞膜上的某一位点受到刺激产生AP，这个AP就会沿着细胞膜向周围传播，使整个细胞的膜都经历一次类似于受刺激部位的离子电导的改变，表现为AP沿整个细胞膜的传导第58页，共81页，2023年，2月20日，星期三⑤影响动作电位传导速度的因素

神经纤维的传导速度很快，但不同神经纤维的传导速度有所不同。人体一些较粗的有髓神经纤维，传导速度可达120米/秒，而某些较细的无髓纤维的传导速度甚至不超过1米/秒。影响动作电位传导速度的因素有：

1．轴突直径

2．动作电位去极化的幅度

3．髓鞘

支配骨骼肌的传出神经大多数由粗的有髓鞘神经纤维组成脊椎动物的许多神经纤维都包有髓鞘，这是AP传导速度增加的重要原因，比单纯增加纤维的直径更有效。髓鞘是沿细胞膜间断排列的，每隔一段髓鞘就有一个无髓鞘的朗飞氏结（Ranvier'snode）存在。由于髓鞘具有高电阻低电容的特性，产生AP的结区，只能与相邻的结区形成局部电流，而仅有很少的电流能从髓鞘漏过。AP只在结区处产生，就好象AP由一个结区跳到另一个结区。因此，有髓神经纤维上AP的传导是跳跃式传导。第59页，共81页，2023年，2月20日，星期三动作电位形成的过程①静息电位细胞膜的化学门控Na+离子通道接受配体②Na+内流，细胞膜去极化，达到域电位，电压门控Na+通道大量开放，形成上升支，内正外负③Na+达到平衡电位，Na+关闭，电压门控K+通道开放（延迟激活）④K+外流，正反馈K+通道，复级形成下降支⑤电压门控K+通道关闭迟缓，超极化⑥Na+和K+门控通道关闭，恢复静息电位水平，Na泵使离子恢复到原来的分布。120mv第60页，共81页，2023年，2月20日，星期三

第四节肌纤维的收缩功能人体各种形式的运动，主要由各种肌细胞（骨骼肌、心肌、平滑肌）的收缩活动来完成。不同肌肉组织在功能和结构上各有特点。从分子水平上看，各种肌纤维收缩活动都与细胞内的收缩蛋白质，主要与肌凝蛋白和肌纤蛋白的相互作用有关。第61页，共81页，2023年，2月20日，星期三骨骼肌是由大量成束的肌纤维组成的，每条肌纤维就是一个肌细胞（内含肌管组织）。肌纤维平行排列成肌束，两端与由结缔组织构成的肌腱相融合，后者附着在骨上。通常四肢的骨骼肌在附着点之间至少要跨过一个关节，通过肌肉的收缩和舒张，就能导致肢体的屈曲和伸直。骨骼肌纤维接受运动神经末梢的支配，在有神经冲动传来时，发生收缩。当神经冲动传导到神经末梢，首先进行神经-肌肉接头的兴奋传递，使骨骼肌纤维产生自己的AP；肌纤维内部的兴奋-收缩偶联(在横桥作用下，细肌丝沿粗肌丝之间的间隙，向肌小节中央（M线）作相对滑动，使肌小节缩短而产生收缩。)机制导致肌纤维产生收缩。

骨骼肌肌束肌纤维肌原纤维第62页，共81页，2023年，2月20日，星期三一、骨骼肌纤维的结构骨骼肌

骨骼肌纤维（肌细胞）肌原纤维肌小结粗肌丝细肌丝神经肌肉接头神经信息第63页，共81页，2023年，2月20日，星期三

粗细肌丝的空间排列相当规则。每条细肌丝周围有三条粗肌丝环绕，每条粗肌丝周围有六条细肌丝环绕。粗肌丝细肌丝A带的暗区域第64页，共81页，2023年，2月20日，星期三

二、肌管系统

肌管系统指包绕在每一条肌原纤维周围的膜性囊管状结构，由来源和功能都不同的两组独立的管道系统组成。横管（transversetubule）系统，或T管。它是肌膜向细胞深处的延续。

纵管系统，又称L管则是肌原纤维周围的另一组肌管系统，即肌浆网（sarcoplasmicreticulum），分支多，相互连通，走行与肌小节平行，包绕每个肌小节的中间部分。终末池（terminalcisternae），其中贮存了大量钙离子，因此又称为细胞内的钙库。三联管结构（triadsystem）每一个横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成。

横管系统的作用是将肌细胞的兴奋沿T管膜传导到细胞内部，而肌浆网和终末池的作用是控制钙离子的贮存、释放和再积聚，触发肌小节的收缩和舒张。第65页，共81页，2023年，2月20日，星期三三联管终末池第66页，共81页，2023年，2月20日，星期三三、神经、神经肌肉接头、肌细胞（纤维）、肌管系统的联系第67页，共81页，2023年，2月20日，星期三神经-肌肉接头的结构第68页，共81页，2023年，2月20日，星期三二、神经-骨骼肌接头处兴奋的传递

（一）兴奋传递的接头前过程

轴突末梢的轴浆中，含有大量囊泡，每个囊泡中储存有恒量的乙酰胆碱（ACh）分子，约5000-10000个，它们可通过出胞作用进行“量子式释放”。在安静状态时，末梢内的Ca2+浓度很低，只有少数囊泡与接头前膜随机融合，自发释放ACh。

当有神经冲动传来时，轴突末梢的膜局部去极化，导致电压门控Ca2+通道开放，Ca2+的内流触发大量囊泡出胞，将所含全部ACh释放到接头间隙。一次AP可引起200-300个囊泡释放，使106以上个ACh分子进入接头间隙。

第69页，共81页，2023年，2月20日，星期三

（二）兴奋传递的接头后过程

在接头后膜上，存在化学门控离子通道受体，每个通道受体分子含有两个能与ACh特异结合的位点，也叫做N-型乙酰胆碱受体。当其与通过接头间隙扩散到接头后膜的ACh结合后，构象改变导致通道开放。这种通道允许Na+、K+通透，Na+内流和K+外流的总体结果是使接头后膜去极化，这一局部去极化电位称为终板电位。

终板电位产生后，由于终板电位的幅度很高（60mV），约超过引起肌细胞膜AP所需的刺激阈值的3-4倍，因此它扩布到周围很容易引起肌膜去极化达到阈电位水平，使Na+内流和膜去极之间形成再生式循环，触发AP产生。第70页，共81页，2023年，2月20日，星期三第71页，共81页，2023年，2月20日，星期三三、兴奋-收缩耦联

兴奋-收缩耦联（Excitation-contractioncoupling）是指连接肌纤维的兴奋和收缩的中介过程。它包括三个步骤：

电兴奋通过横管系统传到肌细胞的深处；三联管结构处的信息传递；肌浆网（即纵管系统）对Ca2+释放和再聚积，及其导致的肌肉收缩和舒张。

兴奋传递引起终池Ca2+释放第72页，共81页，2023年，2月20日，星期三兴奋传递引起终池Ca2+释放当横管膜发生去极化，Ca2+通道开放，于是终池内的Ca2+被大量释放到肌浆中进入肌浆中的Ca2+触发肌丝的滑行

进入肌浆中的高浓度Ca2+与细肌丝上的肌钙蛋白结合，引起细肌丝构象改变，暴露出其上的横桥结合位点，粗肌丝上的横桥与之结合，并发生扭动、解离和再结合、再扭动的循环过程，拉动细肌丝不断向粗肌丝间隙中滑动，使肌小节缩短，肌肉