生理细胞（第7版）ppt培训课件

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1、第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,第三节 细胞的电活动,第四节 肌细胞的收缩,第二节 细胞的信号转导,细胞膜结构和物质转运功能膜的化学组成和分子结构,物质的跨膜转运功能脂溶性还是水溶性？（性质） 大分子还是小分子？（分子量） 顺浓度差还是逆浓度差？（是否耗能） 是否需膜上蛋白质的帮助及何种类？ （一）单纯扩散 （二）膜蛋白介导的跨膜转运 （三）出胞和入胞,（一）单纯扩散(simple diffusion) 概念：指体内一些脂溶性（或非极性）而分子量小的物质顺浓度差进行的一种物理扩散转运过程。O2、CO2、N2、乙醇、尿素、水等分类：被动转运（passive trans

2、port),单纯扩散(simple diffusion),（二）膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白包括：通道、载体、离子泵和转运体根据是否耗能：被动转运和主动转运,1、经通道的易化扩散,指体内多种带电离子，借助膜上通道蛋白的介导，顺电-化梯度转运的扩散方式。 特点：- 转运速率快（载体转运速率）离子- 选择性（100：1的含义）- 门控的性质（电压门控通道、化学门控通道、机械门控通道）,经通道的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,电压门控Na+通道,电压门控通道（voltage-gated ion channel） Na+通道、Ca2+通道、K+通道（属同一基因族） 激活（activation)（开放

3、） 失活（inactivation)（关闭） 备用,N2型乙酰胆碱受体阳离子通道,化学门控通道（chemically-gated ion channel）的概念配体（ligand）门控通道（受体）,2、经载体的易化扩散(facilitated diffusion via carrier)水溶性的营养物质（葡萄糖、氨基酸等）在膜上载体蛋白作用下，顺化学梯度的跨膜转运过程。,特征：不耗能（顺化学梯度转运）饱和现象（saturation)结构特异性（specificity)竞争性抑制(competitive inhibition)分类：被动转运,经载体的易化扩散,转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲

4、水物质,3、原发性主动转运（ primary active transport ）,指细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆电-化梯度的转运过程。 （1）钠-钾泵：简称钠泵（sodium pump） （2）钙泵（calcium pump）,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,（1）钠-钾泵：简称钠泵（sodium pump）,通道转运与钠-钾泵转运模式图,钠泵活动的生理意义（1）,造成细胞内高K+的代谢环境 维持细胞内渗透压和细胞容积的相对稳定 膜内外建立Na+浓度差，提供了膜Na+-H+交换的动力，维持

5、细胞内pH稳定 形成细胞内外Na+、K+分布不均一，是产生膜生物电现象必要前提。,钠泵活动的生理意义（2）,它的活动是生电性的，可改变静息膜电位的水平（数值）。 膜内外建立Na+浓度差，也提供了其它物质继发性的主动转运的动力。,（2）钙泵（calcium pump）,广泛分布于细胞膜、肌浆网或内质网上的ATP酶，但存在组织之间结构与功能上的差异。,4.继发性主动转运（secondary active transport) 即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。 应用：葡萄糖和氨基酸的重吸收、甲状腺上皮细胞的聚碘、多种经转

6、运体转运的离子（同向转运，symport与逆向转运,antiport）等。,Na+-葡萄糖同向转运,（2）Na+-Ca2+交换体（exchanger）,由938个氨基酸；11个疏水跨膜片段组成。 3个Na+内入与1个Ca2+外排形成逆向转运（依赖钠泵耗能） 心肌细胞兴奋-收缩耦联过程有重要意义。,（三）出胞和入胞 出胞：指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。 方式：不间断分泌（消化道粘膜的粘液分泌）受控分泌（神经末梢释放递质）依赖于胞外Ca2+内流；突触蛋白（synapsin ）的作用,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

7、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,出胞（exocytosis),入胞（endocytosis）,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（phagocytosis）吞饮（pinocytosis）- 液相入胞 fluid-phase endocytosis （连续不断，按浓度比例）- 受体介导入胞 receptor-mediated endocytosis （如胰岛素、低密度脂蛋白、运铁蛋白等）,入胞中的吞噬过程:,膜上受体对被转运物质的“辨认”,发生特异性=复合物,复合物向膜表面的“复衣凹陷”移动并聚集达一定量,“复衣凹陷”处的膜凹

8、陷,凹陷膜与细胞膜断离吞饮泡（内化）,胞内吞饮泡与被转运物分离，并重新与膜内侧融合,受 体 介 导 入 胞,第二节 细胞的信号转导 跨膜信号转导意义 信号转导包括：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内放大效应等环节。 跨膜信号转导方式大体有以下三类： G蛋白偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导离子通道介导的信号转导,一、G蛋白偶联受体介导的信号转导,（一）参与G蛋白耦联受体信号转导的信号分子 1、 G蛋白耦联受体（和受体、ACh受体、5-HT受体、嗅觉受体、视紫红质以及多数的肽类受体） 2、G蛋白（由、三个亚单位组成 ） 3、G蛋白效应酶（AC、PLC、PDE、磷脂酶A2 ； 以及受

9、调控的离子通道） 4、第二信使（cAMP、IP3和DG、cGMP和Ca2+等） 5、蛋白激酶（PKA、PKC等）,（二）几种主要的信号转导方式,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,cAMP-PKA途径,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,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,磷脂酰肌醇信号通路途径,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

10、放Ca2+,激活G蛋白,细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,二、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。,（一）具有酪氨酸激酶的受体 （二）结合酪氨酸激酶的受体 （三）具有鸟苷酸环化酶的受体,三、离子通道介导的信号转导,化学门控通道 电压门控通道 机械门控通道,化学门控通道,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,生物体及人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（bioelectricity）现象。生理学中对生物电的研究往往与组织的兴奋活动紧密联系在一起。临床应用,第三节 细

11、胞的生物电现象,细胞水平的电活动主要表现为细胞膜两侧电位差的改变，因而也称为跨膜电位（transmembrane potential） 它包括静息电位（细胞处于安静状态）动作电位（细胞处于兴奋状态）,第三节 细胞的生物电现象,一、细胞的静息电位及其产生机制 二、动作电位的产生机制 三、组织的兴奋和兴奋性,一、细胞的静息电位及其产生机制,（一）细胞的静息电位 resting potential RP概念：指细胞在未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差。 通常是一种平稳的直流电位（部分心肌和平滑肌细胞除外） 不同组织的细胞，静息电位都是负电位，但其数值不一（-10100mV） ,（二）静息电位产生

12、机制,1、细胞膜两侧钠钾等分布不均一、 2、安静时膜对钾通透，对钠和其它物质相对不通透。 3、浓度差（化学驱动力）促使钾离子外流 4、钾外流过程中建立了电位差（电场力），将阻碍钾继续外流。 5、当电化学驱动力达到平衡时（代数和=0）膜内钾离子的净移动停止，此时的跨膜电位称为静息电位。,静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子通透性,电化学驱动力（electrochemical driving force）,静息时细胞膜对离子的通透性具有选择性通透性：K+ Cl- Na+ A-,（二）静息电位产生机制,1、细胞膜两侧钠钾等分布不均一、 2、安静时膜对钾通透，对钠和其它物质相对不通透。 3、浓度

13、差（化学驱动力）促使钾离子外流 4、钾外流过程中建立了电位差（电场力），将阻碍钾继续外流。 5、当电化学驱动力达到平衡时（代数和=0）膜内钾离子的净移动停止，此时的跨膜电位称为静息电位。,几点说明,1.不同动物、不同组织细胞内外钠钾分布，以及膜对它们的通透性，并不十分一致。 因此，形成的静息电位数值也不一致。 2.平衡电位（equilibrium potential）与静息电位的关系 3.Nernst公式的应用 4.膜电导（membrane conductance）的概念,5.细胞膜钠-钾泵的作用 维持细胞内外钠钾不均一分布是形成静息电位的重要前提 它的作用强弱变化可以改变静息电位数值的变化（

14、5mV） 6.影响静息电位形成的因素 膜外K+的浓度变化 膜对K+、Na+通透性的相对变化 钠钾泵的活动水平,生物电现象及其数值变化几种描述:,极化（polarization）指膜电位处于外正内负状态 超极化（hyperpolarization）指静息电位向更负的方向变化过程 去极化（depolarization）指静息电位向正的方向变化过程 复极化（repolarization）指膜电位恢复到静息电位变化过程,二、动作电位的产生机制、,（一）细胞的动作电位 （二）细胞膜的被动电学特性（简单介绍） （三）动作电位的产生机制 （四）动作电位的传导 （五）缝隙连接,（一）细胞的动作电位 （acti

15、on potential）,概念：在静息电位的基础上，受到一次有效刺激，膜电位会发生迅速的一过性的波动。 刺激：指细胞所处环境因素变化。任何能量形式的理化因素改变都可能构成对细胞的刺激。,动作电位波形 由锋电位+后电位组成 具有： “全或无”特性可扩布性（不衰减）,（二）细胞膜的被动电学特性,细胞膜存在容抗和阻抗两个特性 电导是阻抗的倒数关系 电缆特怔（导体轴心+周围高阻抗的导电环境）以及与细胞膜结构的关系（绝缘不良的电缆） 纵向阻抗与横向阻抗（电缆的绝缘层） 纵向电流与横向电流（跨膜电流） 时间常数与空间常数的概念和应用,时间常数与空间常数,时间常数：指膜电压随时间而变化的过程，用一常数表示

16、之。表示V达到（1-1/e）V0所需时间 所谓空间常数，是度量电压的空间衰减，即标志电压依距离而衰减的程度的一个常数。是Vx衰减到V0的1/e时的纤维长度。,根据电缆特性,是Vx衰减到V0的1/e时的纤维长度。 =（rm/ri）1/2； 表示V达到（1-1/e）V0所需时间 =（rmri）1/2 cm ； 电紧张性电位（electrotonic potentail） 负极下产生去极化电位 正极下产生超极化电位,（三）动作电位的产生机制,1、电化学驱动力决定离子跨膜流动的方向速度 某一离子的驱动力=膜电位该离子的平衡电位，在静息电位时： 对Na+对的驱动力为-130mV 对K+对的驱动力为+20mV 对Cl-对的驱动力为 0 内向电流与外向电流的概念,2、动作电位期间膜电导的变化,根据欧姆定律，膜的Na+电导GNa与推动力（EM-ENa)和膜电流INa有如下关系：INa= GNa（EM-ENa)，如果推动力（EM-ENa)保持不变，那么通过测量INa数值变化就可达到计算膜电导GNa变化目的 电压钳（voltage clamp)技术的应用,