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1、第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜物质转运,第三节 细胞的跨膜电变化,第二节 细胞的跨膜信号转导,第四节 肌细胞的收缩功能,学习并掌握细胞膜的跨膜物质转运的基本原理；细胞跨膜信号转导过程；细胞的生物电现象及其产生机制；肌肉收缩的原理。,目 的 要 求,第一节 细胞膜的跨膜物质转运功能 一、膜的化学组成和分子结构,细胞膜蛋白质的生理机能 骨架蛋白：附着作用 识别蛋白：异体蛋白或癌细胞 酶：催化作用 受体蛋白：激素和递质结合 转运蛋白、载体蛋白、通道蛋白和膜泵：物质转运,二、细胞膜的跨膜物质转运功能单纯扩散1、被动转运易化扩散,原发性主动转运,继发性主动转运,2、主动转运,（一）被动转运（pa
2、ssive transport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点： 不耗能（依赖电-化学梯度的势能） 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(simple diffusion)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。,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(电化学梯度，通透性）转运的物质：O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇等。,影响因素:,膜两侧分子的浓度差膜对物质的通透性,2.易化扩散(facilitated diffusion)概念: 一些非脂溶性或脂溶
3、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。,分类: 经载体中介的易化扩散 经通道中介的易化扩散,载体（carrier): 是指细胞膜上一类特殊的蛋白质，它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，并且构象发生变化，把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来，载体蛋白恢复到原来的构象。,经载体介导的易化扩散,特点: 顺浓度梯度 结构特异性饱和性竞争性 转运的物质：葡萄糖、氨基酸等营养物质,K+i K+o,Na+o Na+i,经通道介导的易化扩散,特点：,选择性 高速率 门控性：通道的开放与关闭受精密调控化学门控通道：膜所受的压力不同电压门控通道：膜两侧电位差的变化
4、机械门控通道：某种化学信号的出现 转运的物质：溶于水的离子,(二)主动转运(active transport)概念：指在细胞膜上载体的帮助下，通过消耗ATP,将某种物质逆浓度梯度进行转运的过程。 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： 原发性主动转运；如:Na+-K+泵、H+-K+泵等 继发性主动转运。,原发性主动转运（primary active transport),钠-钾泵（钠泵）:,1）是一种特殊蛋白； 2）将Na+移出膜外； 3）将K+移入膜内； 4）本身具有ATP酶活性。,在主运转运过程中如果所需的能量是由
5、ATP直接提供的主动转运过程,细胞膜上的钠泵活动的意义： 1）造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件； 2）维持细胞正常形态； 3）建立起一种势能贮备； 4）为继发性主动转运提供能量； 5）在小肠、肾小管参与重吸收。,2.继发性主动转运(secondary active transport)物质逆着浓度差转运的能量间接来自于ATP。称为继发性主动转运或联合（或协同）转运（cotransport）。 每一种联合转运都有特定的转运体蛋白。 Na+泵活动形成的储备势能可用来完成其他物质逆着浓度梯度的跨膜转运，即能量间接来自ATP.,载体蛋白必须与Na+和待转运物质的分子同时结合，才能顺着Na
6、+浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的Na+ 泵活动，不断将Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低Na+状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。,（三）入胞和出胞式转运细胞膜对于一些大分子物质或物质团块（固态或液态）通过复杂的结构和功能变化，使之通过细胞膜。包括出胞(exocytosis) 和入胞(endocytosis)。出胞指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。内分泌腺分泌激素，外分泌腺分泌酶原颗粒或粘液，神经细胞分泌、释放神经递质。,出胞过程：, 分泌物由粗面内质网合成。 在向高尔基体转移过程
7、中形成 囊泡，并贮存在胞浆中。 当细胞分泌时，引起局部膜中 的Ca2+通道开放，Ca2+内流。 诱发小泡被运送到细胞膜的内 侧面，与细胞膜融合后胞裂外 排将内容物一次性排出。 囊泡膜变成细胞膜的一部分。,入胞(endocytosis):指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬（固体）和吞饮（液体）。,入胞过程:, 配体被受体识别 配体-受体复合物向有被小窝集中 吞食泡形成 吞食泡与初级溶酶体融 合形成次级溶酶体 配体与受体分离 配体转运到其它细胞器 循环小泡形成，膜再利 用。,Mechanical signal,extracellular,hormone,Physical signa
8、l,intracellular,responsion,membrane,？,第二节 细胞的跨膜信号转导,外界信号作用于细胞，往往只作用于细胞膜，通过引起膜上一种或几种特异蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以一种新的信号形式传递到膜内，在引起靶细胞相应功能的改变。这一过程称细胞的跨膜信号转导。,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 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共性：只作用于膜表面，不进入细胞。,1.化学门控通道化学物质控制： 递质、 激素等 主要分布：肌细胞的终板膜、
9、神经细胞的突触后膜及某些嗅、味感受细胞的膜中。 作 用：产生局部电位,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,2.电压门控通道 主要分布： 神经轴突、骨骼肌、 心肌细胞的一般 细胞膜上。 作 用： 产生动作电位,3.机械门控通道,机械刺激通过某种机制使机械感受器细胞膜上的通道开放，产生感受器电位。各种门控通道完成的跨膜信号转导特点：（1）速度相对较快（2）对外界作用出现反应的位点较局限。,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,G蛋白效应器,第二信使,1. 受体(Receptor)概念：细胞
10、中存在能专一性结合激素、神经递质以及其它化学介质，并能触发特定效应的蛋白质，称为受体。,乙酰胆碱受体模式图,2. G 蛋白-GTP结合调节蛋白,未激活:+GDP,激活:, 亚基与 、 亚基 及 GDP分离 + GTP,是鸟苷酸结合蛋白的简称，具有耦联受体和激活效应 蛋白（酶或离子通道）的作用。其介导的跨膜信号传 递的通路主要有cAMP信号通路和磷脂酰肌醇信号通路。,G蛋白在信号传导过程中起着分子开关的作用，当G蛋白亚基与GDP结合，处于关闭态；当胞外配体与受体结合形成复合物时，导致受体胞内结构域与G蛋白 亚基偶联，并促使亚基结合的GDP被GTP交换而被活化，处于开启态，从而传递信号。,3. G
11、蛋白效应器,催化生成第二信使的酶和离子通道。,4. 第二信使,细胞外信号分子作用于细胞膜产生的细胞内信号分子，它调节各种蛋白激酶和离子通道，包括cAMP、cGMP、三磷酸肌醇、二酰甘油等。,G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤,配体+受体,腺苷酸环化酶 依赖于cGMP的磷酸二酯酶 磷酯酶C Ca2+或K+通道,蛋白激酶A（PKA） 蛋白激酶C（PKC） Na+、K+和Ca2+通道蛋白,环磷酸腺苷（cAMP） 环磷酸鸟苷（cGMP） 三磷酸酰肌醇（IP3） 二酰甘油（DG） 钙离子和NO等,G蛋白偶联受体介导的信号转导,(1)cAMP-PKA pathway cAMP-蛋白激酶A信号通路 (2)
12、Ip3-Ca2+ pathway三磷酸肌醇-钙离子信号通路 (3)DG-PKC pathway 二酰甘油-蛋白激酶C信号通路,cAMP信号通路：细胞外的化学信号与兴奋性受体结合后，通过Gs中介，激活腺苷酸环化酶，使胞浆中的ATP生成cAMP，cAMP作为第二信使，使无活性的蛋白激酶A转化为有活性的蛋白激酶A，最后产生一系列的生理效应。在细胞膜上还有一类Gi，在化学信号与抑制性受体结合后，可以抑制腺苷酸环化酶，因而减少cAMP的生成。,该途径是真核细胞应答激素反应的主要机制之一。,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,cAMP信号通路,神经递质、激素等(第一信使),兴奋性G蛋白(G
13、S),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),磷脂酰肌醇信号通路：有些细胞外的化学信号与兴奋性受体结合后，可以通过一种称为Go的G蛋白，再激活磷脂酶C，使磷脂酰肌醇生成三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）的第二信使，影响细胞内过程，完成跨膜信号传递。DG可以激活蛋白激酶C，IP3通过使内质网释放Ca2+，后者再与钙调蛋白结合，使细胞内一些酶的活性发生改变，进而改变细胞的功能。,磷脂酰肌醇信号通路（双信使系统）：以磷脂酰肌醇代谢为基础的信号通路，胞外信号被膜受体接受后，同时产生两个胞
14、内信使（IP3和DG），分别激动两个信号传递途径（IP3 Ca2+和DGPKC）,膜外N端：识别、结合第一信使,膜内C端：激活G蛋白,磷脂酰肌醇与信息传递通路,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,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,受体本身具有酶活性.当配体与受体结合后,激活了受体的酶活性,随即引起一系列磷酸化级联反应,终致细胞生理和基因表达的改变.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。,酪氨酸激酶受体：只有一个跨膜-螺旋，当位于膜外侧的较长的肽链部分同特定的化学信号结合后，可以直接引起受体肽链的膜内段激活，使之具有磷酸激酶活性，通过使自身肽链和膜内蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化，因而产生细胞内效应。鸟苷酸环化酶受体： GTP生成cGMP, 激活PKG,底物磷酸化，产出相应效应。,
