畜禽生理学-细胞的基本功能

第二章细胞的基本功能目的要求：了解细胞膜的基本结构和物质转运功能。掌握生物电产生和兴奋传导的基本原理。第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运一、细胞膜的基本结构（复习组织学有关内容）

脂质双分子层）从低等生物草履虫直至高等哺乳动物的各种细胞，都具有类似的细胞膜结构。电镜下：分为三层，膜的内外两侧各有一条厚约2.5~4nm的电子致密带，中间夹有一条厚约2.5nm的透明带，总厚度约7.0~7.5nm。这种结构也见于其它生物膜，被认为是一种细胞中普遍存在的基本结构形式。称为单位膜（unitmembrane）或生物膜。胆碱蛋白质镶嵌在膜中的形态学证据。用冰冻蚀刻技术撕开膜的双分子层，现出的膜中存在的颗粒，用蛋白质水解酶消化处理后膜上的颗粒逐步消失（Eckert,AnimalPhysiology,1983）二、细胞膜的跨膜物质转运功能被动转运单纯扩散易化扩散特点：顺着浓度差进行，不耗能主动转动特点：逆着电化学梯度进行，耗能二、细胞膜的跨膜物转运功能（一）单纯扩散（simplediffusion）单纯扩散：脂溶性物质穿过细胞膜，由高浓度一侧向低浓度一侧作跨膜运动或转运的过程。如O2、CO2等气体分子,此外，体内一些类固醇激素虽系脂溶性物质，理论上也能够靠单纯扩散由细胞外液进入胞浆内，但同时它们也可以在某些膜蛋白质的“帮助”下较快地进入细胞(易化扩散)。（二）易化扩散（facilitateddiffusion）易化扩散：指非脂溶性或脂溶性甚小的物质在细胞膜的蛋白质帮助下，由膜的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一侧扩散或转运的过程。注：不通过膜的脂质分子间隙，而是蛋白质构象变化增加分子的通透性。该过程受激素等因素的调控。（如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等无机离子）易化扩散分为：一种以蛋白质载体为中介；另一种以离子通道（ionchannel）为中介。以蛋白质为中介的易化扩散以离子通道为中介的易化扩散以离子通道为中介的易化扩散（三）主动转运（activetransport）主动转运：指细胞通过耗能过程将分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。研究最充分的是Na+和K+的主动转运钠` -钾泵（sodium-potassiumpump）：是镶嵌在膜的脂质双分子层中的、具有ATP酶活性的特殊蛋白质。它可被Na+、K+和Mg2+等激活，通过分解ATP为物质的主动转运提供能量。主动转运包括：初级主动转运继发性主动转运（葡萄糖的主动转运）其它的离子泵:Ca2+、质子泵主动转运初级主动转运（ATP供能）细胞内高钾，胞外高钠的维持初级主动转运继发性主动转运（利用膜外的高Na+势能，不是直接利用ATP）总结：

物质的转运包括被动转运（分为单纯扩散和易化扩散）

和主动转运（包括初级主动转运和继发性主动转运）（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）入胞：指细胞外某些大分子物质或团块被整批转入细胞的过程。（如细菌、病毒或大分子蛋白质等）如进入的物质是固体物质，称为吞噬（phagocytosis）；

如进入的是液体物质，则称为吞饮（pinocytosis）。吞噬吞饮受体介导的吞饮吞噬过程吞饮过程受体介导的胞吞作用

出胞：指某些大分子物质或团块由细胞排出的过程。如，腺细胞分泌某些酶和粘液内分泌腺分泌激素神经末稍释放递质等(五)、细胞膜之间的连接缝隙连接(gapjunction)，膜上的六聚体蛋白质通道性结构对接（非永久，与细胞间不沟通，受环境因素影响）。允许1.0~1.5Kd以下或直径小于1nm的物质通过，包括电解质、氨基酸、葡萄糖和核苷酸等。使同步性活动成为可能。见于小肠上皮、心肌细胞上的闰盘结构等。缝隙连接第二节细胞的跨膜信息传递功能一、跨膜信息传递的概念跨膜信息传递（transmembranesignalingtransmission）：许多胞外信号作用于细胞时，不进入细胞内，而是通过细胞膜上的特异蛋白质分子（受体）发生的变构作用，将信息传递到细胞膜内，引起相应的功能改变（如电变化、代谢变化等），该过程叫跨膜信号传递或转导。二、跨膜信息传递的主要方式受体（receptor）：指细胞中某些能与激素、递质和其它生物活性物质结合，并引起特定生物学效应的特殊结构。通常是存在于细胞膜或细胞内的特殊蛋白质，主要是球状蛋白，也有糖蛋白或脂蛋白。通道（ionchannel）可分为化学门控通道（chemically-gatedchannel）、电压门控通道（voltage-gatedchannel）、时间门控通道。（一）由离子通道介导的跨膜信息传递毒蕈碱受体（M型受体）（二）由G蛋白耦联受体介导的跨膜信息传递

G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的简称，有10多种亚型，其结构和功能极为相似。G蛋白由α、β和γ三个亚单位组成，α亚单位起催化作用。无活性的G蛋白（抑制性G蛋白）与1分子GDP结合；已激活的G蛋白（兴奋性G蛋白）其α亚单位与1分子GTP结合，并与其它2个亚单位分离，影响相邻的离子通道的通透性，或者对膜的效应器酶（如腺苷酸环化酶）起催化作用，后者的激活可引起胞浆中第二信使（如cAMP）的增加或减少。G蛋白调控离子通道的活动

第二信使：细胞内传递激素携带的调节信息的特殊化学物质，称为第二信使。含氮类激素的第二信使为cAMP，甾体类激素的第二信使为细胞内的激素-受体复合物。此外，Ca2+、cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作为第二信使。G蛋白激活后，通过膜上的效应器酶，引起第二信使的改变，产生生物学效应。效应器酶如：腺苷酸环化酶磷脂酶C磷脂酶A2等腺苷酸环化酶磷脂酶C（三）由酪氨酸激酶受体介导的跨膜信息传递酪氨酸激酶受体是一类贯穿脂质双层的膜蛋白,其膜外有与配体结合的位点,膜内侧面的一端具有酪氨酸激酶结构域,因此得名.当配体与膜外的结合位点结合，直接激活膜内侧的酪氨酸激酶结构域,使受体自身或细胞内的靶蛋白磷酸化,将信号传入细胞内。如胰岛素和细胞生长因子等就是通过其受体的酪氨酸激酶活性,将信号传入核内,影响基因的转录。生长激素及其受体的作用机理也与酪氨酸激酶活性有关，却复杂得多。GH+2GHR→GH/GHR复合物→胞内信号传导(不祥)。已知：酪氨酸激酶（JAK2）、蛋白激酶C（PKC）和细胞分裂素激活蛋白激酶(MAPK）等参与此过程。GHR没有内在的JAK2活性,但可与胞质JAK2结合，使2分子的JAK2相互磷酸化而活化，进一步使GHR的酪氨酸磷酸化，GHR活化，促进其它调节因子与GHR结合；活化的JAK2一方面激活转录因子STATs,使STATS二聚化后，转入核内与特异性的DNA应答元件结合，促进基因的转录，影响基因的表达;另一方面，JAK2引起第二信使的释放,如二酯酰甘油（DAG）、Ca2+、NO等，进一步激活MAPK、PKC、磷酸酯酶A和磷脂酰肌醇激酶（PI3K）等，通过这些路径调节代谢和酶活力等。活