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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 细胞膜的结构和物质转运功能一、膜的化学组成和分子结构,（一）脂质双分子层液态的脂质双分子层（二）细胞膜蛋白质镶嵌或贯穿于脂质双分子层中,（三）细胞膜糖类多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原决定族=免疫信息（血型）；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 （一）被动转运(passive 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
2、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)(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。,(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（mol or mol数/min.cm2)表示。,(3)转运的物质：O2、CO2、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(facilitated diffusion) (1)概念: 一些
3、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:经通道的易化扩散经载体的易化扩散,（1）经通道的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,（2）经载体的易化扩散,转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质,(3)特点:需依靠特殊膜蛋白质 不需另外消耗能量 选择性 饱和性竟争性 浓度和电压依从性,(二)主动转运(active transport) 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：原发性主动转运；如:Na+-K+泵、H+-K+
4、泵等继发性主动转运；入胞和出胞式转运。,泵转运Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）,通道转运与钠-钾泵转运模式图,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：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。,3.入胞和出胞式转运 出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。,入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。,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
5、=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,出胞：,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,凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡,吞食泡与胞内体的膜性结构相融合,入胞:,入胞:,第二节 细胞的跨膜信号转导功能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,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
6、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,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,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,(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,细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,三、酶偶联受
7、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。,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）。,第三节 细胞的跨膜电变化,“,一、细胞的生物电现象 （一）静息电位(resting potential RP)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.RP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电极插入膜内时，有电位改变，
8、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（membrane potential）。 RP值描述: RP的绝对值 (-70-90mV) 超极化RP的绝对值(-70-50mV) 去极化,（二）动作电位(action potential AP)1.概 念：,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
9、的特征：是非衰减式传导的电位具有“全或无”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。,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
10、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。,(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀Na+iNa+o110, K+iK+o301Cl-iCl-o114, A-iA-o 41,（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
11、说:,Ki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,1.AP产生的基本条件:膜内外存在Na+差:Na+iNa+O 110；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,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
12、式内流,膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）,Na+通道关Na+内流停+同时K+通道激活而开放,K顺浓度差和膜内正电位的吸引K迅速外流,膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）, Na+i、K+O激活Na+K+泵,Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平后电位,2.AP的产生机制:,结论： AP的上升支由Na内流形成，下降 支是K外流形成的，后电位是NaK泵活动引起的。AP的产生是不消耗能量的，AP的恢复是消耗能量的（NaK泵的活动）。AP=Na的平衡电位。,三、细胞兴奋后兴奋性的变化 （一)有关概念兴奋性：活组织或细胞对外界刺激产生AP的能力。兴奋：组织受刺激后由静息活动。抑
13、制：组织受刺激后由活动静息。刺激：能引起细胞或组织发生反应的所有内、外环境的变化。 反应：可兴奋性组织对刺激的应答表现。,（二) 细胞兴奋后兴奋性的变化,分 期 兴奋性 与AP对应关系 机 制 绝对不应期 降至零 锋电位 钠通道失活 相对不应期 渐恢复 负后电位前期 钠通道部分恢复 超常期 正常 负后电位后期 钠通道大部恢复 低常期 正常 正后电位 膜内电位呈超极化,四、局部兴奋,概念：阈下刺激引起的低于阈电位的去极化（即局部电位），称局部兴奋。,特点：不具有“全或无”现象。 电紧张方式扩布。 具有总和效应：时间性和空间性总和。,时间性总和,空间性总和,五、兴奋在同一细胞上的传导 （一）传导机
14、制：局部电流,静息部位膜内为负电位，膜外为正电位 兴奋部位膜内为正电位，膜外为负电位,在兴奋部位和静息部位之间存在着电位差,膜外的正电荷由静息部位向兴奋部位移动 膜内的负电荷由兴奋部位向静息部位移动,形成局部电流,膜内：兴奋部位相邻的静息部位的电位上升 膜外：兴奋部位相邻的静息部位的电位下降,去极化达到阈电位，触发邻近静息部位膜爆发新的AP,局部电流,（二）传导方式：,无髓鞘N纤维为近距离局部电流,有髓鞘N纤维为远距离(跳跃式)局部电流,（三）传导特点 1、生理完整性 2、双向性 3、相对不疲劳性 4、绝缘性 5、不衰减性或“全或无”现象,第四节 肌细胞的收缩功能一、肌细胞的收缩功能 （一）N
15、M接头处的兴奋传递,1、N-M接头结构接头前膜接头间隙接头后膜终板膜。,接头间隙,2.N-M接头处的兴奋传递过程,当神经冲动传到轴突末,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂，囊泡中ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合，受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K (尤其是Na)通透性,终板膜去极化终板电位（EPP）,EPP电紧张性扩布至肌膜,去极化达到阈电位,爆发肌细胞膜动作电位,N-M接头处的兴奋传递过程,膜Ca2通道开放，膜外Ca2向膜内流动,接头前膜内囊泡移动、融合、破裂， 囊泡中的ACh释放(量子释放),ACh与终板膜上的N2受体结合， 受体蛋白分子构型改变,终板膜对Na、K (尤其是Na)通透性,3.N-M接头处的兴奋传递特征:（1）是电-化学-电的过程： N末梢APACh受体EPP肌膜AP（2）具1对1的关系,
