中南大学湘雅医学院生理课件细胞生理功能

细胞生理功能细胞是生物体的基本单位，执行着各种各样的生理功能，维持着生命活动的正常进行。细胞的结构与功能细胞核细胞核是细胞的控制中心，包含遗传物质DNA，并负责细胞的生长、分裂和代谢活动。细胞质细胞质是细胞核外的区域，包含各种细胞器，如线粒体、内质网和高尔基体，它们执行不同的功能。细胞膜细胞膜是细胞的边界，控制物质进出细胞，并参与细胞信号转导。细胞膜的结构和性质细胞膜是细胞与外界环境之间的界限，也是细胞进行物质交换和信息传递的重要场所。它主要由脂类、蛋白质和少量糖类组成，呈磷脂双分子层结构，蛋白质镶嵌其中。细胞膜具有选择性通透性，即对不同物质的通透性不同。这主要取决于膜的结构和性质，包括膜的组成成分、脂类分子的流动性、膜蛋白的种类和数量等。细胞膜的通透性1选择性细胞膜对不同物质的通透性不同，这是细胞膜最重要的特性之一。2脂溶性脂溶性物质更容易通过细胞膜，而水溶性物质则较难通过。3大小分子量较小的物质更容易通过细胞膜，而分子量较大的物质则较难通过。4极性非极性物质更容易通过细胞膜，而极性物质则较难通过。被动转运和主动转运被动转运不需要能量消耗，物质顺浓度梯度或电化学梯度移动。简单扩散物质直接穿过细胞膜，如氧气、二氧化碳等。协助扩散需要膜蛋白帮助，物质仍顺浓度梯度移动。主动转运需要能量消耗，物质逆浓度梯度移动。初级主动转运直接利用ATP提供能量，如钠钾泵。次级主动转运利用其他物质的浓度梯度提供能量，如葡萄糖的转运。渗透压和等渗压渗透压溶液中溶质的浓度决定了其渗透压。溶质浓度越高，渗透压越高。等渗压当两种溶液的渗透压相等时，它们被称为等渗溶液。细胞通常处于等渗环境中。高渗和低渗当溶液的渗透压高于细胞内液时，称为高渗溶液；当溶液的渗透压低于细胞内液时，称为低渗溶液。细胞的静息电位定义细胞膜内外电位差在未受刺激时的状态。形成原因细胞膜内外离子浓度差异和膜对不同离子的选择性通透性。数值一般为-70mV，即细胞膜内负外正。意义维持细胞正常生理功能，例如神经冲动传导。细胞的动作电位1去极化钠离子内流2复极化钾离子外流3超极化钾离子通道恢复神经冲动的产生和传导1静息电位神经元在未受刺激时，细胞膜内负外正，形成静息电位。2去极化当神经元受到刺激时，细胞膜对钠离子的通透性增加，钠离子内流，膜电位发生改变，称为去极化。3动作电位当去极化达到阈值时，就会触发动作电位的产生，表现为膜电位的快速上升和下降，最后恢复至静息电位。4传导动作电位在神经纤维上传导，遵循“全或无”定律，即只要达到阈值，就会产生一个标准的动作电位，传导速度取决于神经纤维的类型。神经递质的释放和作用1神经递质的释放神经冲动到达突触前膜，引起钙离子内流，促使突触小泡与前膜融合并释放神经递质。2神经递质与受体结合释放的神经递质与突触后膜上的特异性受体结合，引发一系列的生物化学反应。3神经递质的清除为了维持突触传递的正常进行，神经递质需要及时从突触间隙清除。清除方式包括：酶降解、重摄取和扩散。肌肉收缩的机制1肌丝滑行理论肌动蛋白和肌球蛋白相互作用，肌球蛋白头部牵引肌动蛋白丝滑行2钙离子作用钙离子与肌钙蛋白结合，暴露肌动蛋白结合位点3能量供应ATP水解为ADP，为肌球蛋白头部提供能量肌肉的兴奋-收缩耦联1动作电位神经冲动到达肌肉纤维2钙离子释放肌浆网释放钙离子到肌浆3肌丝滑动肌球蛋白与肌动蛋白相互作用4肌肉收缩肌纤维缩短，产生力量细胞信号转导机制细胞间信息传递细胞之间通过信号分子传递信息，例如激素、神经递质等。受体识别细胞表面受体识别并结合信号分子，启动信号转导过程。信号放大信号在细胞内被放大，引发一系列的级联反应。细胞内信号转导通路1受体激活细胞外信号分子与细胞膜上的受体结合，激活受体。2信号转导激活的受体启动一系列的信号转导事件，将信号传递到细胞内。3靶蛋白调控信号传递最终到达靶蛋白，改变其活性，从而影响细胞的生理功能。细胞外信号转导通路配体结合细胞外信号分子（配体）与靶细胞膜上的受体蛋白结合，引发信号转导过程。信号转导受体蛋白活化后，通过一系列中间分子传递信号，最终到达靶蛋白。细胞反应靶蛋白被激活后，引起细胞内的特定反应，例如基因表达改变、酶活性改变等。生长因子与细胞增殖促进细胞增殖生长因子通过与细胞表面受体结合，激活细胞内信号转导通路，最终促进细胞增殖。调控细胞周期生长因子可以调节细胞周期各阶段的进程，例如促进G1期向S期过渡。影响细胞分化生长因子还可以影响细胞的分化，例如促进干细胞分化为特定类型的细胞。细胞周期的调控1细胞周期蛋白调控细胞周期的关键蛋白2细胞周期蛋白依赖性激酶(CDK)催化细胞周期蛋白的磷酸化3细胞周期检查点确保细胞周期正常进行细胞周期蛋白和CDK的相互作用，以及细胞周期检查点的监控，共同保证了细胞周期有序进行，并维持细胞的正常生长和发育。细胞凋亡的机制DNA损伤或错误折叠的蛋白质会激活凋亡信号通路。细胞膜出现变化，例如磷脂酰丝氨酸外翻和细胞表面出现凋亡小体。细胞器分解，包括线粒体释放凋亡蛋白。干细胞的特性和分类自我更新干细胞具有自我更新的能力，可以不断地复制自身。多能性干细胞可以分化为多种类型的细胞，具有多能性。分化潜能干细胞的分化潜能决定了它们可以分化成哪些细胞类型。干细胞的分化与再生1再生医学利用干细胞修复受损组织2分化潜能干细胞可分化为多种细胞类型3自我更新干细胞可自我复制，维持自身数量组织工程与再生医学组织工程利用生物材料、细胞和生物因子，构建具有特定功能的组织或器官，以替代或修复受损组织。再生医学利用生物材料、细胞和生物因子，促进体内组织或器官再生，修复或重建受损组织。细胞代谢的基本过程物质代谢包括合成代谢和分解代谢，合成代谢是将小分子物质合成大分子物质，分解代谢是将大分子物质分解成小分子物质。能量代谢包括物质分解过程中释放能量的利用和能量储存，能量代谢是物质代谢的基础。物质和能量转化细胞代谢是一个连续的物质和能量转化过程，细胞通过代谢活动维持生命活动。细胞糖代谢糖酵解葡萄糖在细胞质中被分解成丙酮酸，生成少量ATP。三羧酸循环丙酮酸进入线粒体，经过一系列氧化反应，生成大量ATP和还原剂NADH和FADH2。氧化磷酸化NADH和FADH2在电子传递链中被氧化，为ATP的合成提供能量。细胞脂代谢脂类的合成脂肪酸和甘油的合成过程.脂类的分解脂肪酸和甘油的分解过程，产生能量.脂类的运输脂类在血液中的运输，以及脂蛋白的作用.细胞蛋白质合成遗传信息传递从DNA到蛋白质的遗传信息传递过程，称为基因表达。转录过程DNA作为模板，合成mRNA的过程，称为转录。翻译过程mRNA作为模板，指导蛋白质合成的过程，称为翻译。细胞呼吸作用1能量转化将食物中的化学能转化为细胞可利用的能量形式，ATP。2主要场所主要在细胞器线粒体中进行。3三个阶段糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化。细胞分裂的类型有丝分裂一种常见的细胞分裂方式，用于生长和修复组织。每个子细胞继承了母细胞的完整染色体组。减数分裂在生殖细胞中发生的细胞分裂，将染色体数目减半，确保子代遗传物质的一半来自父本，另一半来自母本。细胞分裂的调控机制1细胞周期蛋白细胞周期蛋白（Cyclins）是一类蛋白质，它们在细胞周期中以周期性的方式表达和降解。2细胞周期蛋白依赖性激酶细胞周期蛋白依赖性激酶（Cyclin-dependentkinases，CDKs）是一类蛋白激酶，它们与细胞周期蛋白结合后才能发挥作用。3肿瘤抑制基因肿瘤抑制基因（Tumorsuppressorgenes）编码能够抑制细胞过度增殖的蛋白质。4生长因子生长因子（Growthfactors）是一类能够刺激细胞增殖和分化的蛋白质。细胞衰老的机制端粒缩短细胞每次分裂，端粒都会缩短，最终导致细胞停止分裂，进入衰老状态。DNA损伤随着时间的推移，细胞内的DNA会受到各种因素的损伤，影响细胞功能，最终导致衰老。线粒体功能障碍线粒体是细胞的能量工厂，随着年龄增长，线粒体功能下降，会影响细胞代谢，加速衰老。细胞的死亡形式细胞凋亡是一种程序性死亡，通常是细胞在特定条件下被激活，例如DNA损伤或发育过程中不需要的细胞.细胞坏死是一种非程序性死亡，通常是由外部因素造成的，例