细胞的生理功能

1、细胞的基本功能,2,掌握 1.细胞膜的物质主动转运机能：单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞和入胞的概念和特点。 2. 细胞的生物电现象及其原理，静息电位和动作电位。 3.神经-肌肉接头处的兴奋传递过程。 4.骨骼肌兴奋收缩耦联过程。,3,熟悉,1.动作电位的传导及其特点 2.神经-肌肉接头处的结构和兴奋传递的特点。 3.影响骨骼肌收缩的主要因素。 4.单收缩与强直收缩，等长收缩与等张收缩。,4,了解,1.G蛋白耦联受体、离子通道； 2.骨骼肌收缩的机制。,5,细胞是构成人体最基本的功能单位,6,第一节 细胞的跨膜物质转运功能,细胞的基本结构,7,1、脂质双分子层-头端亲水。磷酸和碱基是极性基团

2、；尾端疏水。长烃链是非极性基团。这种排列具有稳定性和流动性。（细胞膜的基本骨架 ）,一.膜的分子结构 流体镶嵌模型：以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同结构和功能的蛋白质 。,8,2、膜蛋白质,-根据在膜上的存在形式，可分为整合蛋白(贯穿全层或镶嵌其中,作为离子通道、载体和离子泵) ；表面蛋白(附着于膜的外或内表面 ) 功能： 物质转运功能 受体功能 识别功能 连接功能 催化功能,9,3、细胞膜糖类(糖链外露) 主要是一些寡糖和多糖链以共价键形式与膜蛋白或膜脂质结合，生成糖蛋(glycoprotein)或糖脂(glycolipid)。有些作为抗原决定族=免疫信息(如ABO血型)；有些

3、作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激素、递质等结合。,二、细胞膜的物质转运方式,小分子物质的转运：,大分子物质的转运：,11,（一）被动转运(passive transport) 概念：是物质顺浓度梯度或（和）电位梯度跨细胞膜转运的过程，不需要细胞提供能量。 特点： 不耗能（转运动力依赖物质的电-浓度梯度所贮存的势能） 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 顺电-浓度梯度进行 分类： 单纯扩散 易化扩散,1.单纯扩散(simple diffusion) （1）概念：一些脂溶性小分子物质通过脂质双层由高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,如:氧气 氮气 二氧化碳 水 乙醇 尿素 甘油,CO2i

4、CO2o,O2o O2i,（2）影响因素：“单纯” 简单的物理扩散 某物质通过膜的难易程度（即膜对该物 质的通透性）取决于它们的脂溶 性和分子大小； 扩散的方向和速度取决于膜两侧该物质 的浓度差和膜对该物质的通透性。 （3）特点：不需要外力，不消耗能量被动过程,14,2.易化扩散(facilitated diffusion) 概念: 一些不溶于脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。,特点: 需依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 不需另外消耗能量 由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动,15,据参与的膜蛋白不同，分为：,经载体的易化扩散,经通道的易化扩

5、散,影响因素：膜两侧物质浓度差和电位差； 膜上载体的数量或通道开放的数量。,又称以载体为中介的易 化扩散、载体运输。,如葡萄糖、氨基酸等等小分子亲水物质在载体蛋白的帮助下顺浓度差进入细胞。,（1）经载体的易化扩散,17,转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA),18,特点: 特异性（物质不同载体不同） 饱和性（载体的数量是有限的） 竟争性（经同一特殊膜蛋白质转运）,又称以通道为中介的 易化扩散、通道运输。,如：Na+通道 K+通道 Ca2+通道 Cl-通道,（2）经通道的易化扩散,20,1）转运的物质:各种带电离子如Na+、K+、Ca2+、Cl-,K+i K+o,Na+o Na+i,特点:

6、1、顺浓差或电位差; 不耗能(ATP) 2、具有选择性(起介导作用的蛋白质有结构特异性); 3、通道功能门控性,(即电压门控通道;化学门控通道;机械门控通道)。,通道的开放（激活）或关闭（失活） 是通过“闸门”来调控的。,据引起闸门开关动因的不同，分为： 化学门控通道：N-Ach（乙酰胆碱）受体 电压门控通道：Na+通道 机械门控通道：听觉毛细胞膜上的离子通道,23,(二)主动转运(active transport) 概念：指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。 特点：需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； 依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”； 是逆电-化学梯度进行的。 分类：,继发性主动转运（

7、简称：联合转运）；,原发性主动转运（简称：泵转运）；,如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等,24,泵转运Na+-K+泵 Na+-K+泵又称钠-钾依赖式ATP酶，简称钠泵。,当细胞内钠增加或细胞外钾增加时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。,25,通道转运与钠-钾泵转运模式图,26,维持细胞外高Na+、细胞内高K+的不均衡离子分布。,2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外,分解ATP产生能量,当细胞内钠增加或细胞外钾增加被激活,钠-钾泵:,钠泵的主要功能 ： 钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件; b. 钠泵

8、能不断的将顺浓度梯度漏入的Na+ 转运回去维持胞内渗透压和细胞容积； c. 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； d. 钠泵活动造成的跨膜浓度梯度，是细胞发生电活动的前提条件； e. 钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的负值增大。,2.继发性主动转运(secondary active transport)简称联合转运(cotransport),指驱动力并不直接来自ATP的分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运方式。,同向转运(symtport),逆向转运(antitport),主动转运与被动转运的

9、区别,主动转运,被动转运,需由细胞提供能量,不需外部能量,逆浓度差或电位差,顺浓度差或电位差,使膜两侧浓度差更大,使膜两侧浓度差更小,1. K进入细胞内错误的叙述是 ( ) A.借助通道 B.不耗能 C.被动扩散 D.借助泵 E.顺浓度递度 2. Na进入细胞是 ( ) A.借助通道 B.不耗能 C.主动转运 D.借助泵 E.顺浓度递度 3. Na通过细胞膜的方式有 ( ) A.易化扩散 B.主动转运 C.单纯扩散 D.出胞 E.入胞 4. Na泵的作用有 ( ) A.将Na转运至细胞内 B.将细胞外的K转运至细胞内 C将K转运至细胞外 D.将细胞内Na转运至细胞外 E.将Na或K同时转运至细

10、胞外,33,（三）入胞和出胞式转运 一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。,34,1.入胞 (endocytosis) 又称胞吞，是指细胞外某些大分子物 质或物质团快，进入细胞的过程。 如蛋白质、脂肪颗粒、细菌和异物等进入细 胞的过程。,据入胞物质的性质，入胞分为吞噬、 吞饮两种形式。,35,吞噬：固体物质进入细胞的过程。 如：巨噬细胞吞噬细菌及衰老、死亡的细胞。,吞饮：液体物质进入细胞的过程。 如：小肠上皮细胞、肾小管上皮细胞和毛细血 管内皮细胞吞饮液体物质。,36,细胞膜上的受体对物质的“辨认”,发生特异性结合=复合物,复合物向膜表面的“有被小

11、窝”移动,“有被小窝”处的膜凹陷,凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡,吞食泡与胞内溶酶体相融合,入胞:,溶酶体中的蛋白水解酶将被吞入的物质消化分解,37,2.出胞(exocytosis),又称胞吐，是指细胞将大分子物质 排出细胞的过程。主要见于细胞的分泌过程。,如：内分泌细胞分泌激素 消化腺细胞分泌消化酶 神经末梢释放神经递质,38,分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,膜性结构包被=分泌囊泡,高尔基复合体加工,粗面内质网合成蛋白性分泌物,出胞：,囊泡膜与质膜的某点接触并融合,囊泡的膜成为细胞膜的组成部分,小分子物质的转运：,被动扩散,单纯扩散 易化扩散,载体转运 通道转运,主动转运,小结：

12、,大分子物质的转运：,入胞 出胞,吞噬 吞饮,1.下列物质的转运属于哪一种转运方式： 肾小管液中的葡萄糖重吸收进入肾小管上皮细胞 葡萄糖进入红细胞 运动神经纤维末梢释放ACh 2.载体、通道和离子“泵”的化学本质是什么？,42,复习思考题 1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？ 2.Na+-K+泵的作用意义？ 3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可使( ) A.2个钠离子移出膜外 B.2个钾离子移入膜内 C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内 E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内,D,43,4、细胞膜的脂质双分子

13、层是( ) A.细胞内容物和细胞环境间的屏障 B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户 C.离子进出细胞的通道 D.受体的主要成分 E.抗原物质 5、葡萄糖进入红细胞膜是属于( ) A.单纯扩散 B.主动转运 C.易化扩散 D.入胞作用 E.吞饮,A,C,44,第二节 细胞的跨膜信号转导功能 多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统以协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、激素、细胞因子等。 跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。 跨膜信号转导方式大体有以下三类：, 离子通道介导的信号转导, 酶偶联受体介导的信号转导, G蛋白偶联受体介导的

14、信号转导,45,一、离子通道介导的信号转导 离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道 如：,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,46,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,二、G蛋白偶联受体介导的信号转导 (一) 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),ATP,cAMP（第二信使）,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(与、亚单位分离),47,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,(二) 磷脂

15、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(与、亚单位分离),细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,48,三、酶偶联受体介导 的信号转导 受体本身具有酶的活性，又称受体酪氨酸激酶。,生长因子,与受体酪氨酸激酶结合,细胞内生物效应,膜外N端：识别、结合第一信使 膜内C端：具有酪氨酸激酶活性,特点：信号转导与G蛋白无关；无第二信使的产生；无细胞质中蛋白激酶的激活。,受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示,49,复习思考题 1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不同？ 2.

16、通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几种方式？比较各种方式之间的异同。 3.试述细胞信号转导的基本特征。 4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间的异同。 5.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。,50,概 述 恩格斯在100多年前就指出：“地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化”。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（bioelectricity）。细胞生物电现象是普遍存在的，临床上广泛应用的心电图、脑电图、肌电图及视网膜电图等就是这些不同器官和组织活动时生物电变化的表现。,第三节 细胞的生物电现象,“,是指细胞处于静

17、息时， 存在于细胞膜内外两侧的 电位差。,一、静息电位(resting potential, RP),52,2.实验现象：,53,证明RP的实验：,（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。,极化：是指安静时，细胞膜两侧电位保持着内负 外正的电荷分布状态。,去极化：细胞接受刺激后，在静息电位的基础上 膜内电位向负值减小的方向变化。 细胞去极化时表现为兴奋。,超极化：是指膜内电位向负值增大的方向变化。 细胞超极化时表现为抑制

18、。,复极化：细胞膜发生去极化后，电位又恢复到极 化状态的过程。,假设细胞膜的静息电位为-90mV,-90mV -90mV-70mV -90mV-100mV -90mV35mV 35mV -90mV,极化RP存在时膜电位外正内负的状态 去极化 RP减少的过程-表示兴奋 超极化 RP增大的过程-表示抑制 去极化 复极化去极化后再向RP方向恢复的过程,“膜的离子流学说” 生物电产生的前提是： 细胞膜内外某些带电离子分布和浓度不同。,在不同状态下，细胞膜对不同的离子具有 不同的通透性。,3.静息电位的产生机制,K+,K+,Na+,Na+,K+,K+,K+,K+,K+,静息电位主要是： K+外流所形成的平衡电位。,59,K膜内顺浓差向膜外扩散 A-膜内不能向膜外扩散,膜内电位(负电场) 膜外电位(正电场),膜外为正、膜内为负的极化状态,当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP,结论:RP的产生