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1、第二章细胞的基本功能 第一节细胞的跨膜物质转运功能 第三节细胞的跨膜电变化 第四节肌细胞的收缩功能 第二节细胞的跨膜信号转导功能 第一节细胞的跨膜物质转运功能一 膜的化学组成和分子结构 一 脂质双分子层 以液态的脂质双分子层为基架 具有稳定性和流动性 二 细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中 生物膜具有的各种功能大多与其有关 有些作为抗原决定族 免疫信息 血型 三 细胞膜糖类多为短糖链 以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合 形成糖脂或糖蛋白 有些作为膜受体的 可识别 部分 能特异地与激递质等结合 二 细胞膜的跨膜物质转运功能 被动转运 主动转运 指物质顺电位或化学梯度的转运过程 指物质逆浓度
2、梯度或电位梯度的转运过程 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 不耗能 转运动力依赖物质的电 化学梯度所贮存的势能 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的 帮助 顺电 化学梯度进行分类 单纯扩散 易化扩散 1 单纯扩散 simplediffusion 1 概念 一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程 CO2 i CO2 o O2 o O2 i 2 特点 扩散速率高 无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的 帮助 不需另外消耗能量 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 C
3、O2 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 2 易化扩散 facilitateddiffusion 1 概念 一些非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 2 分类 经载体的易化扩散 经通道的易化扩散 1 经通道的易化扩散 转运的物质 各种带电离子 K i K o Na o Na i 2 经载体的易化扩散 转运的物质 葡萄糖 GL 氨基酸 AA 等小分子亲水物质 3 特点 需依靠特殊膜蛋白质的 帮助 不需另外消耗能量 选择性 特殊膜蛋白质本身有结构特
4、异性 饱和性 结合位点是有限的 竟争性 经同一特殊膜蛋白质转运 浓度和电压依从性 特殊膜蛋白质的变构是有条件的 如化学门控通道 电压门控通道 二 主动转运 activetransport 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 入胞和出胞式转运 继发性主动转运 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 泵转运 Na K 泵Na K 泵又称Na K ATPase 简称钠泵 当 Na i K o 时 都可被激活 ATP分解产生能量 将
5、胞内的3个Na 移至胞外和将胞外的2个K 移入胞内 通道转运与钠 钾泵转运模式图 钠 钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力 如葡萄糖 氨基酸的吸收 Na 载体 葡萄糖 Na 载体 氨基酸的复合体形式进行的联合转运 维持 Na o高 K i高原先的不均匀分布状态 2K 泵至细胞内 3Na 泵至细胞外 分解ATP产生能量 当 Na i K o 激活 钠 钾泵 2 继发性主动转运概念 间接利用ATP能量的主动转运过程 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时 能量非直接来自ATP的分解 是来自膜两侧 Na 差 而 Na 差是Na K 泵分解ATP释放的能量建立的 分类 同向转运 逆向转运 3 入胞
6、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 出胞 指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程 主要见于细胞的分泌过程 如激素 神经递质 消化液的分泌 入胞 指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程 分为 吞噬 转运物质为固体 吞饮 转运物质为液体 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 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 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 有被小窝 移动 有被小窝 处的膜凹陷 凹陷膜与细胞
7、膜断离 吞食泡 吞食泡与胞内体的膜性结构相融合 入胞 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 4 细胞膜的脂质双分子层是 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
8、用E 吞饮 A C 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信号转导 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 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
9、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 膜外N端 识别 结合第一信使 膜内C端 激活G蛋白 二 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 与 亚单位分离 细胞内生物效应 结合G蛋白偶联受体 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
10、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 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 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 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
11、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 第三节细胞的跨膜电变化 一 细胞的生物电现象 静息电位 细胞处于相对安静状态时 细胞膜内外存在的恒定电位差 动作电位 细胞活动时 细胞膜内外存在的变化的电位波动 2 RP实验现象 一 静息电位 restingpotentialRP 1 概念 细胞处于相对安静状态时 细胞膜内外存在的电位差 2 实验现象 3 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
12、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 4 与RP相关的概念 静息电位 细胞处于相对安静状态时 细胞膜内外存在的电位差 膜电位 因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位 membranepotential 习惯叫法 因膜内电位低于膜外 习惯上RP指的是膜内负电位 RP值 哺乳动物的神经 骨骼肌和心肌细胞为 70 90mV 红细胞约为 10mV左右 RP值描述 RP 膜内负电位 70 90mV 超极化RP 膜内负电位 70 50mV 去极化 二 动作电位 actionpotentialAP 1 概念 可兴奋细胞受到刺激 细胞膜在静
13、息电位基础上发生一次短暂的 可逆的 并可向周围扩布的电位波动称为动作电位 2 AP实验现象 去极化 上升支 下降支 3 动作电位的图形 刺激 局部电位 阈电位 去极化 零电位 反极化 超射 复极化 负 正 后电位 4 动作电位的特征 是非衰减式传导的电位 具有 全或无 的现象 即同一细胞上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改变的现象 5 动作电位的意义 AP的产生是细胞兴奋的标志 6 与AP相关的概念 极化 以膜为界 外正内负的状态 去极化 膜内外电位差向小于RP值的方向变化的过程 超极化 膜内外电位差向大于RP值的方向变化的过程 复极化 去极化后再向极化状态恢复的过程 反极化 细胞膜由外正内
14、负的极化状态变为内正外负的极性反转过程 阈电位 引发AP的临界膜电位数值 局部电位 低于阈电位的去极化电位 后电位 锋电位下降支最后恢复到RP水平以前 一种时间较长 波动较小的电位变化过程 包括 负后电位 去极化后电位 正后电位 超去极化后电位 二 生物电现象的产生机制 一 化学现象 要在膜两侧形成电位差 必须具备两个条件 膜两侧的离子分布不均 存在浓度差 对离子有选择性通透的膜 膜两侧 K 差是促使K 扩散的动力 但随着K 的不断扩散 膜两侧不断加大的电位差是K 继续扩散的阻力 当动力和阻力达到动态平衡时 K 的净扩散通量为零 膜两侧的平衡电位 通透膜 选择性通透膜 1 静息状态下细胞膜内
15、外离子分布不匀 Na i Na o 1 10 K i K o 30 1 Cl i Cl o 1 14 A i A o 4 1 二 静息电位的产生机制 1 静息电位的产生条件 主要离子分布 膜内 膜外 2 静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性通透性 K Cl Na A 静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子通透性 2 RP产生机制的膜学说 静息状态下 细胞膜内外离子分布不均 细胞膜对离子的通透具有选择性 K Cl Na A K i顺浓度差向膜外扩散 A i不能向膜外扩散 K i A i 膜内电位 负电场 K o 膜内电位 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
16、时 RP 结论 RP的产生主要是K 向膜外扩散的结果 RP K 的平衡电位 证明 Nernst公式的计算EK RT ZF ln K O K i 59 5log K O K i同理可算出ENa 因K 的通透性大于Na 近100倍 EK的权重明显大于ENa 故RP是权重后的EK和ENa的代数和 非常接近于EK Hodgkin和Katz的实验在枪贼巨大神经纤维测得RP值为 77mv 与Nernst公式的计算值 87mv 基本符合 人工改变 K O K i RP也发生相应改变 如 轴突管内置换等张Nacl RP消失 即 K i RP 1 AP产生的基本条件 膜内外存在 Na 差 Na i Na O 1 10 膜在受到阈刺激而兴奋时 对离子的通透性增加 即电压门控性Na K 通道激活而开放 三 动作电位的产生机制 2 AP的产生机制 AP上升支 AP下降支 当细胞受到刺激 细胞膜上少量Na 通道激活而开放 Na 顺浓度差少量内流 膜内外电位差 局部电位 当膜内电位变化到阈电位时 Na 通道大量开放 Na 顺电化学差和膜内负电位的吸引 再生式内流 Na i K O 激活Na K 泵 2 AP的产生
