级药学本科细胞的基本功能

级药学本科细胞的基本功能第1页/共64页目录2第一节细胞膜的物质转运功能第二节细胞的跨膜信号转导第三节细胞的生物电活动第四节肌肉的收缩功能（自学）第2页/共64页1.掌握细胞膜的物质转运功能；2.熟悉由通道蛋白介导、膜的特异受体蛋白质、

G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号传导系统；3.掌握细胞的生物电现象及其产生机制；4.掌握细胞的兴奋和兴奋性教学目的与要求第3页/共64页4第一节细胞膜的物质转运功能一、细胞膜的结构概述电镜下细胞膜形态：三层(7.5nm)内外两层电子致密带，各2.5nm

中间夹层为透明带，2.5nm化学组成：

脂质磷脂（70%）磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇胆固醇（30%）鞘脂类（少量）

蛋白质糖类第4页/共64页5

液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel)

1972年S.J.Singer和G.Nicholson，冰冻蚀刻技术和免疫荧光标记技术

以液态的脂质双分子层为基本骨架，其中镶嵌着不同分子结构、具有各种生理功能的蛋白质。蛋白质主要以-螺旋或球蛋白质形式存在。第5页/共64页6第6页/共64页7（一）脂质双分子层

脂质分子结构：羟基+脂肪酸羟基+脂肪酸疏水性非极性基团羟基+磷酸+碱基—亲水性极性基团第7页/共64页8第8页/共64页9（二）细胞膜蛋白质1.表面蛋白质：蛋白质肽链中带电的氨基酸或基团，与膜两侧脂质的级性基团相互吸引而附着在膜的表面2.整和蛋白质：有蛋白质肽链中某些疏水性氨基酸组成的段落贯穿脂质双分子层第9页/共64页10第10页/共64页11

（三）细胞膜糖类主要是寡糖和多糖链，与脂质或蛋白质结合，形成糖脂质或糖蛋白第11页/共64页12第12页/共64页13二、细胞膜的跨膜物质转运功能

（一）被动转运（二）主动转运（三）出胞与入胞（胞纳与胞吐）第13页/共64页14（一）被动转运(passivetransport)

概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。

特点：①不耗能（依赖电-化学梯度的势能）②依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”③顺电-化学梯度进行

分类：①单纯扩散②易化扩散第14页/共64页15

扩散(diffusion):同种物质两种浓度的液体相邻时，高浓度侧的溶质向低浓度侧移动的现象

高浓度区→

低浓度区

细胞膜单纯扩散的物质：脂溶性物质（CO2、

O2、脂溶性激素）

影响因素：脂溶性程度、浓度差、膜的通透性第15页/共64页161.单纯扩散:脂溶性物质（CO2、O2、脂溶性激素）2.易化扩散:借助细胞膜上的特殊蛋白质，使物质从高浓度一侧向低浓度一侧移动的形式。（1）通道介导的易化扩散（facilitateddiffusionviaionchannel）：（2）载体介导的易化扩散（facilitateddiffusionviacarrier）第16页/共64页17特点：（1）由高浓度区向低浓度区扩散（2）不耗能第17页/共64页18

(2)特点:

①扩散速率高②无饱和性③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”④不需另外消耗能量⑤扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用扩散通量（molormol数/min.cm2)表示。

(3)转运的物质：

O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素

等少数几种。注:∵膜对H2O具高度通透性∴H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。第18页/共64页19易化扩散

:（1）通道介导的易化扩散：离子扩散相关蛋白质-离子通道在细胞膜蛋白质的帮助下，物质顺着电-化学梯度转运的过程。化学门控通道：膜两侧出现化学信号;电压门控通道：膜两侧的电位发生变化;机械门控通道：膜受到机械性刺激;第19页/共64页20经通道的易化扩散转运的物质:各种带电离子第20页/共64页21

离子通道蛋白质的分子组成

离子通道-离子扩散相关膜蛋白质第21页/共64页22（2）经载体的易化扩散转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质第22页/共64页23载体介导的易化扩散:在载体膜蛋白质的帮助下，物质顺着电-化学梯度转运的过程。易化扩散的特征：

1）动力：物质自身的热运动；不需另外消耗

能量；

2）饱和现象：载体和载体结合位点

3）特异性：帮助物质分子或离子移动的蛋白质有结构特异性；

4）竞争性：化学结构类似的物质之间；

5)浓度和电压依从性：第23页/共64页24

(二)主动转运(activetransport)

指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；③是逆电-化学梯度进行的。分类：①原发性主动转运；

如:Na+-K+泵、H+-K+泵等②继发性主动转运；③入胞和出胞式转运。第24页/共64页251.泵转运——Na+-K+泵(Na+-K+-ATPase)第25页/共64页26原发性主动转运：靠细胞膜上的特殊蛋白质，通过消耗能量，把物质逆着电-化学梯度转运的形式钠-钾泵（sodium-potassiumpump）：具有ATP酶功能的膜蛋白，可ATP释放能量，逆着浓度差将膜内的Na+向膜外、膜外的K+向膜内转运。细胞膜内[K+]30倍细胞膜外[Na+]12倍第26页/共64页钠泵的主要功能：

1.造成胞内高[K+]为许多代谢反应所需。

2.维持胞内渗透压和细胞容积。

3.建立[Na+]的跨膜浓度梯度，为继发性主动转

运的物质提供势能储备。

4.由钠泵造成的跨膜离子浓度梯度也是细胞发生

电活动的前提条件。

5.生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的

负值增大。

特异性抑制剂：哇巴因→强心

钙泵：胞质[Ca2+]0.1～0.2μmol

质子泵：H+-ATP酶，H+,K+-ATP酶

27第27页/共64页28

2.继发性主动转运：经载体易化扩散+主动转运逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。同向转运：Na+-Glu、Na+-AA、Na+-K+-CI-逆向转运：H+-Na+、Na+-Ca2+第28页/共64页29

（三）出胞与入胞

大分子或固态，液态团快物质的跨膜转运方式入胞（胞纳endocytosis)

吞噬（phagocytosis）：特殊细胞，单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等吞饮（pinocytosis）：几乎所有细胞液相入胞：受体介导入胞：运铁蛋白、LDL等

出胞（胞吐exocytosis)第29页/共64页30出胞第30页/共64页31入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。第31页/共64页32第二节细胞的跨膜信号转导

细胞之间信号的传递，通过激素、神经递质或细胞因子进行。这些都是化学信号。

细胞间信号的作用方式：

1、疏水性分子：可扩散入细胞内而发挥作用（类固醇激素-维生素D、甲状腺素等）

2、亲水性分子：借助细胞膜上的受体或受体样蛋白质，把信号传给细胞内。第32页/共64页33几种主要的跨膜信号传递方式一、G蛋白耦联受体介导的信号转导二、酶耦联受体介导的信号转导三、离子通道受体介导的信号转导第33页/共64页34

一、G蛋白耦联受体介导的信号转导通过膜受体蛋白、G蛋白、G蛋白效应器、第二信使共同完成信号的转导。（一）参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子

1.G蛋白耦联受体：

2.G-蛋白：

3.G蛋白效应器：

4．第二信使（secondmessenger）：

5.蛋白激酶（proteinkinase）：第34页/共64页351.G蛋白耦联受体：与到达膜表面的化学信号可特异性结合的膜蛋白质，可激活G-蛋白。结构：蛋白质的N-末端由22-28个疏水性氨基酸组成的α-螺旋形成不具有通道样结构的球形蛋白质（能识别、结合信号）；C-端与膜内G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）有关第35页/共64页362.G-蛋白：由α、β、γ3个亚单位组成，其中α亚单位起催化作用。当G-蛋白未被激活时，α亚单位与一分子GDP

结合，被激活时则与GDP分离，而与GTP

结合，同时与其他亚单位分离，并影响效应器酶的活性第36页/共64页373.G蛋白效应器：被激活后使胞浆中的第二信使生成增加或减少4．第二信使（secondmessenger）：各种信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内另一个信号分子（第二信使），把细胞外的信号传给细胞内的。

第37页/共64页第38页/共64页第39页/共64页40

较重要的第二信使环一磷酸腺苷（cyclicadenosinemonophosphate,cAMP）三磷酸肌醇（inositoltriphosphate,IP3）二酰甘油（diacylglycerol,DG）环一磷酸鸟苷（cyclicguanosinemonophosphate,cGMP）第40页/共64页415.蛋白激酶（proteinkinase）：分类：根据他们磷酸化底物蛋白机制的差别

1）丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：

2）酪氨酸蛋白激酶：第41页/共64页42（二）G蛋白耦联受体信号转导的主要途径

配体（ligand）：能与受体结构或受体分子特异性结合的化学物质众多的配体与受体结合后，仅通过几条有限的途径把信号转导给细胞内，引发生物效应。较为重要的途径有：

1．cAMP-PKA途径：

2．IP3-Ca2+途径：

3.DG-PKC途径:4.G-蛋白-离子通道途径:第42页/共64页43第43页/共64页44(1)

cAMP信号通路神经递质、激素等（第一信使）兴奋性G蛋白(GS)激活腺苷酸环化酶(AC)ATPcAMP细胞内生物效应激活cAMP依赖的蛋白激酶A结合G蛋白偶联受体激活G蛋白第44页/共64页45

cAMP-PKA途径:

参与该途径的G蛋白属于Gs和Gi家族。如果受体活化后激活的G蛋白属于Gs，可激活细胞膜上的G蛋白效应器酶-腺苷酸环化酶(AC)，

AC进一步分解ATP生成cAMP。

*一个受体-配体复合物可激活100多个Gs蛋白，

一个Gs蛋白可激活一个AC，一个AC可催化生

成多个cAMP.

如果受体活化后激活的G蛋白属于Gi家族，则激活后可抑制AC的激活,从而降低细胞内cAMP

的水平。第45页/共64页46(2)磷脂酰肌醇信号通路激素（第一信使）兴奋性G蛋白(GS)激活磷脂酶C(PLC)PIP2(第二信使）IP3和DG激活蛋白激酶C内质网释放Ca2+激活G蛋白细胞内生物效应结合G蛋白偶联受体第46页/共64页47

IP3-Ca2+途径：

一些配体与受体结合后，可经Gi家族或Gq家族中的某些亚型激活磷脂酶C(PLC)，以后水解膜脂质中的二磷酸磷脂酰肌醇产生两种第二信使；三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。

IP3：可激活钙释放通道，使内质网或肌质网内的钙离子释放入胞质。

DG：留在细胞膜内，可激活胞质内的蛋白激（PKC）激活。

以后，Ca2+和PKC进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白，完成细胞内的信号转导。

第47页/共64页4848PLC-IP3/DG-CaMpathway磷脂酶C二酰甘油磷脂酰二磷酸肌醇三磷酸肌醇钙调蛋白第48页/共64页4949(3)GC-cGMP-PKGpathway第49页/共64页50

二、酶耦联受体介导的信号转导（一）酪氨酸激酶受体：类型很多，主要的区别在其肽链的膜外部分结构的共同性：膜外肽端-配体结合部位膜内肽端-酪氨酸蛋白激酶

酪氨酸蛋白激酶的膜外端与配体结合时具有活性,

可促进其他蛋白质底物中酪氨酸残基磷酸化-

改变细胞的功能活动第50页/共64页51第51页/共64页52

（二）鸟苷酸环化酶受体配体与受体结合即可激活鸟苷酸环化酶（GC），进而发挥作用。

如：ANP-GC-cGMP-PKG（三）结合酪氨酸激酶的受体无酶的活性如：EPO，GH，PRL第52页/共64页53

三、离子通道受体介导的信号转导受体本身就是离子通道，某些外部信号与受体结合即可改变通道的功能状态。类型：化学门控通道；

电压门控通道；

机械门控通道；激动剂(agonist)：拮抗剂(antagonist)：TTX，TEA第53页/共64页54化学性胞外信号(ACh)ACh+受体=复合体终板膜变构=离子通道开放Na+内流终板膜电位骨骼肌收缩第54页/共64页55第三节细胞的生物电活动生物电现象(bioelectricity):

人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象。

一、细胞的生物电现象二、细胞的