生理-第三章节细胞的基本功能幻灯片

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1、江苏大学 药学院,江苏大学 药学院,第三章 细胞的基本功能,江苏大学 药学院,内容提要,细胞膜结构及物质转运 细胞的跨膜信号转导 细胞的生物电现象 骨骼肌细胞的收缩,1 2 3 4,江苏大学 药学院,第一节 细胞膜结构及物质转运,一、细胞膜的结构概述,液态镶嵌模型(fluid mosaic model),架,以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有不同结构,和功能的蛋白质和糖类物质。,江苏大学 药学院,层:,架,一、细胞膜的结构概述 1.脂质双分子层:磷脂、胆固醇双嗜分子 构成基架,体温条件下具有流动性。,磷,脂 70%,脂 质 胆固醇 30% 亲水的磷酸和碱基朝向C内外。 疏水的烃基朝向膜中间。

2、,江苏大学 药学院,一、细胞膜的结构概述,子:,2.细胞膜蛋白质分子:分为表面蛋白和,整合蛋白两大类。,表面蛋白：骨架蛋白，吞噬、吞饮、变形,膜蛋白,整合蛋白：转运功能、受体功能、酶、免疫,1）与细胞膜的物质转运有关：载体、通道、离子泵 2）与“辨认”和“接受”细胞环境中特异化学性刺,激有关：受体,3）属于酶类的膜蛋白：如：腺苷酸环化酶 4）与细胞免疫功能有关的膜蛋白,江苏大学 药学院,一、细胞膜的结构概述,3.糖类:与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖脂,成为抗原决定簇、受体可识别部分。,江苏大学 药学院,二、细胞膜的生理功能,、保护：屏障作用,、物质转运：载体、通道、离子泵,、识别：膜外侧的糖链

3、,、信息传递： 受体 化学信息,通道 生物电信息,江苏大学 药学院,1.物质转运 两个必备条件,2）存在转运 动力： 浓度差、电位 差、渗透压差,三、细胞膜的跨膜物质转运,（一）概述 1）细胞膜对物 质有通透性： 选择性， 非选择性,江苏大学 药学院,三、细胞膜的跨膜物质转运,2细胞膜转运的物质,（1）小分子物质：,（2）大分子物质：,如酶、激素、吞噬的细菌等,水分子,无机盐：Na+、K+、Cl-、Ca2+等 有机物：G等,气体：CO2、O2,3物质转运存在于,C膜内外、消化道对物质的吸收、肾小管的重吸收等结构。,江苏大学 药学院,三、细胞膜的跨膜物质转运 （二）分类 跨膜转运 transme

4、mbrane transport: 体内各种 物质经过细胞膜进出细胞的过程。 单纯扩散,易化扩散 原发性主动转运 继发性主动转运, 被动转运 passive transport 主动转运 active transport 出胞和入胞作用,膜 蛋 白 介 导,江苏大学 药学院,量(,性(,运),(三)单纯扩散 Simple diffusion 脂溶性物质由高低浓度侧的净移动。 通量(flux):摩尔/cm2.秒,扩散,浓度差,膜通透性(脂溶性,分子量,带 电状况) 单纯扩散物质：小分子物质 O2、CO2、乙醇、 尿素、少量激素、 水(还可通过水通道water channel 即水孔蛋白aquap

5、rin来跨膜转运),江苏大学 药学院,(四) 易化扩散 Facilitated diffusion,质(,非脂溶性物质借助细胞膜蛋白质(通,体),道、载体)帮助顺电化学梯度的跨膜转运。,特点:,散(,由高到低顺浓度差扩散(离子扩散,关),还与电位差有关),转运蛋白与转运物质间有选择性 转运蛋白的功能受环境因素的影响,江苏大学 药学院,1.经载体的易化扩散,Facilitated diffusion via carrier 转运物质:小分子物质,载体：是 贯穿脂质 双层的整 合蛋白。,江苏大学 药学院,经载体的易化扩散的特点：,顺浓度差转运,速度比依溶质物理特,性预期的快;,饱和现象satura

6、tion;,结构特异性:如对GS转运,只转运右 旋GS,因为载体是D-GS carrier或称,glucose transporter;,竞争抑制competitive inhibition;,江苏大学 药学院,2.经通道的易化扩散,Facilitated diffusion via channel：,质:,转运物质:带电离子,江苏大学 药学院,离子通道：,是一类贯穿脂质双层的、中央带有,亲水性孔道的膜蛋白。,分类：,化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道 Voltage-gated channel 机械门控通道 Mechanical-gated chan

7、nel,江苏大学 药学院,通道的特征： 离子选择性 门控性,通道转运的功能特点：,转运速率比载体快,无饱和现象，无竞争性抑制 通道有不同的功能状态,2.经通道的易化扩散,江苏大学 药学院,通道蛋白状态：静息、激活、失活,江苏大学 药学院,细胞膜通过本身某种耗能过程，,借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非 脂溶性物质分子或离子逆电化学梯度 差进行的转运。,根据转运能量是否直接来源于 于ATP,为:,的不同分为:原发和继发两种主动转运 形式。,(五) 主动转运active transport,江苏大学 药学院,简称钠泵sodium pump,又称Na -K -,1.原发性主动转运,Primary ac

8、tive transport,指细胞直接利用代谢产生的能量(ATP) 将物质(通常是带电离子) 逆浓度梯度 或电位梯度进行的跨膜转运过程。 介导这一过程的膜蛋白称为离子泵。 如：钠-钾泵 sodium-potassium pump，,+ +,ATP酶(Na+-K+-ATPase),江苏大学 药学院,Primary active transport,Na+-K+ 依赖式ATP酶（钠泵）,3Na+(由胞内向胞外): 2K+(由胞外向胞内),江苏大学 药学院,体,细胞内 内Na+ 细胞外 外K+,ATP 钠泵激活 ADP+Pi+E,剂:,3Na+(移出胞外 外):2K+（移入胞内） 同时逆向转运。

9、钠泵抑制剂:哇巴因ouabain,Na+-K+依赖式 式ATP酶由一对和一对亚 单位构成的四联体,水解 解ATP及与阳离子结合 部位均在亚单位(功能亚单位)。当：,江苏大学 药学院,胞内高K+维持胞内代谢反应所必需；,膜内外K+、Na+浓度差RP、AP产生的前提； 维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定； 生电性活动影响RP数值； 胞外高Na+势能储备：,GS、AA继发性主动转运；,Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定；,Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定；,钠泵活动的生理意义,江苏大学 药学院,H+泵(H+-ATP酶；H+-K+-ATP酶): 分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分 泌有

10、关,Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：主要分布于 骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与 肌肉收缩有关,其它泵,江苏大学 药学院,2. 继发主动转运 (联合转运),secondary active transport,如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸 收GS、AA为继发主动转运。介导继发主动转运 的是特殊的转运蛋白：转运体 transporter 。,细胞膜间接利用钠泵分解ATP 释放的能量 完成的主动转运。即细胞膜利用钠泵分解 ATP 释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差的 势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学梯 差的跨膜转运。,江苏大学 药学院,葡萄糖在小肠粘膜的吸收,基侧膜,钠

11、泵活动,Na+浓度势能差,管腔膜,Na+、GS,同向转运体,GS再易化扩散,入血,江苏大学 药学院,转运体 transporter,转运体和载,体具有相似的转 运机制，也会出 现饱和现象,同向转运体,反向转运体（交换体）,江苏大学 药学院, GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收； GS和AA在肾小管上皮的重吸收； 神经递质在突触间隙被神经末梢,所重摄取；, 甲状腺上皮细胞的聚碘过程； Na+-H+交换,Na+-Ca2+交换；,典型的继发性主动转运,江苏大学 药学院,(六)出胞和入胞,exocytosis and endocytosis,Exocytosis: 指胞质内的大分子物质以分泌囊泡,的形式排

12、出细胞的过程。,江苏大学 药学院,Endocytosis：大分子物质或物质团块借助于细 胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程， 包括吞噬和吞饮。,例如：白细胞吞噬细菌、异物等,(六)出胞和入胞,江苏大学 药学院,第二节 细胞的跨膜信号转导,1、G蛋白耦联受体介导的信号转导,2、离子通道受体介导的信号转导,3、酶耦联受体介导的信号转导,江苏大学 药学院,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导 “第二信使”学说 信息物质,受 体,G蛋白,酶 第二信使,蛋白激酶,功能蛋白 生物学效应,cAMP IP3（三磷 酸 肌醇）、 DG（二酰,甘油）、,钙离子等,江苏大学 药学院,二、离子通道受体介导的信号转

13、导,1、化学门控通道（chemically-gated channel）,如：运动终板处的“N-型ACh受体”,2、电压门控通道（voltage-gated channel）,3、机械门控通道（mechanically-gated channel）,4、细胞间通道（intercellularchannel）或缝隙连接,（gap junction）,江苏大学 药学院,载体、离子通道、离子泵、转运体,载体,离子通道,离子泵,转运体,膜蛋白 类型,整合蛋白,参与的物质 转运类型,易化扩散,原发性 主动转运,继发性 主动转运,转运物质类 型 是否存在,“饱和”,小分子 物质 有,带电离子 无,带电离子

14、 无,小分子物质， 带电离子 有,江苏大学 药学院,三、酶耦联受体介导的信号转导,（一）酪氨酸激酶受体,一些肽类激素（胰岛素、NGF等）通过细胞膜中,的酪氨酸激酶受体完成跨膜信号转导。,化学信号膜外段（受体）跨膜段膜内段蛋白 激酶自身及其他蛋白质内酪氨酸残基磷酸化细胞 功能改变。（此途径无G蛋白和第二信使的参与）,（二）鸟苷酸环化酶受体 (略),江苏大学 药学院,第三节 细胞的生物电现象（电生理）,一、细胞膜的被动电学特性,二、静息电位及其产生机制,三、动作电位及其产生机制,四、组织的兴奋和兴奋性传导,江苏大学 药学院,一、细胞膜的被动电学特性,（一）生物电：可兴奋细胞膜内外两侧存在的跨膜电变

15、化 。,组织器官：ECG、脑电、肌电等所有细胞Ap,的综合表现,受刺激时动作电位（Ap） 反应,（二）分类：,安静时静息电位（Rp）,单细胞,江苏大学 药学院,一、细胞膜的被动电学特性,（三）生物电产生的物质基础,1.膜电容和膜电阻,细胞膜主要由脂质构成具有较高的电阻特性。 电阻较高的细胞膜与其内外两侧导电性较高,的细胞外液构成了膜电容。故细胞膜具有一般的电学特征 2钠泵：带电离子（Na+和K+）经离子通道产生跨膜转运。,有选择通透性：离子通道的开放具有选择性； 有动力：膜内外离子分布差异大，具很高的浓度,差 （内K+、外Na+高）,江苏大学 药学院,二、静息电位及其产生机制,（一）细胞的静息

16、电位,1. 定义：静息电位（resting potential, RP）：,指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差,。不同Cell值有所不同，若膜外为零，则蛙肌C膜,内：-50 -70mv，高等动物神经C：-70 -90mv。,【特点】外正内负相对恒定的直流电。,江苏大学 药学院,二、静息电位及其产生机制,2. 描述膜两侧电荷分布状态的术语：,（1）极化（polarization）：RP存在时所保持的膜两侧,外正内负状态；,（2）去极化（depolarization）：RP的数值向膜内负值,减小的方向变化的过程（ |RP|值减小）；,（3）复极化（repolarization）：细胞去极化后，又向,原初的极化状态恢复的过程；,（4）超极化（hyperpolarization）：RP的数值向膜内,负值加大的方向变化的过程 （ |RP|值增大）； （5）超射（overshoot）:膜电位高于0电位部分。,