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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、化学组成和分子结构,(一)脂质双分子层,脂质双分子层基架(稳定性和流动性),(二)蛋白质,镶嵌或贯穿于脂质双分子层中(有多功能:物质转运,能量与信息交换。）,有些作为抗原决定族=免疫信息(血型)；,(三)糖类 多为短糖链，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，特异地与激素递质等结合。,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,被动转运,主动转运,物质顺电位或化学浓度的转运过程。,物质逆浓度梯度或电
2、位浓度的转运过程。,（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 1.不耗能 2.顺电-化学梯度 3.依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 分类 1.单纯扩散 2.易化扩散,1.单纯扩散(simple diffusion) (1)概念 脂溶性高的物质由膜的高浓度一侧向低浓 度一侧移动的过程。,CO2i CO2o,O2o O2i,(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
3、 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。,2.易化扩散(facilitated diffusion) (1)概念 非脂溶性或脂溶解度小的物质,在膜蛋白质的“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,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异性） 饱和性（ 结合位点是有限的） 竞争性（ 经同一特殊膜蛋白质
4、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(active transport) 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，都被激活，ATP分解产生能量，将胞内3个Na+
5、移至胞外和将胞外2个K+移入胞内。,通道转运与钠-钾泵转运模式图,2.继发性主动转运 概念 间接利用ATP能量的主动转运过程。 即物质逆浓度或逆电位梯度转运时，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。 主要见细胞分泌过程：激素、神经递质、消化液的分泌。,指细胞外大分子物质或团块进入细胞的过程。 分 为 吞噬=转运固体物质; 吞饮=转运液体物质。,入胞,分泌物排出,融合处出现裂口,囊泡向质膜内侧移动,分泌囊泡,高尔基复合体,蛋白性分泌物,
6、出胞,囊泡膜与质膜融合,受体对物质的“辨认”,发生特异性结合=复合物,表面的“有被小窝”移动,“有被小窝”处的膜凹陷,吞食泡,吞食泡与胞内体相融合,入胞,小 结,第二节 细胞的跨膜信号转导功能 信号: 含有信息内容的一种物质或刺激 信号的类型: 化学信号 激素, 递质, 细胞因子 机械信号 声音 电磁信号 光 电信号 电流 细胞间传递信息的化学物质多达几百种：如神经递质、激素、细胞因子等。,跨膜信号转导过程:,胞外信号 细胞膜表面 一种或几种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入胞内 (膜电位,化学信号) 细胞功能变化或生物学效应,跨膜信号转导涉及的环节:,胞外信号的识别与结合; 信号转导; 胞内效
7、应;,信号转导比物质转运要复杂,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、离子通道介导的跨膜信号转导,胞外信号 胞膜上的通道蛋白 离子通道打开或关闭 离子跨膜流动 膜电位变化（去极化、超极化） 新 的信号进入细胞内 细胞生物功能,1、化学门控离子通道介导的信号转导,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,神经-肌接头信号转导示意图,神经细胞(神经元)结构:,2 、 机械门控离子通道介导的信号转导,前庭和耳蜗的毛细胞的静纤毛上 机械信号（声）
8、 静纤毛偏曲 机械门控离子通道开放 离子内流 膜电位变化,3 、 电压门控离子通道介导的信号转导,心肌细胞膜上的L型钙通道 胞外信号(电) 心肌细胞膜 L型钙通道 激活 胞外的Ca2+内流 Ca激活肌质网 的钙释放通道 肌质网的钙外流 细胞内 的钙浓度增高 心肌细胞收缩,二、G蛋白耦联受体介导的信号转导,受体: 膜蛋白或糖链,能特异性的识别并结合某种结构的生物性化学物质或蛋白质(配体)。 特点:特异性；饱和性；竞争性；可逆性 G蛋白耦联受体: 促代谢型受体，结合肾上腺素，Ach（乙酰胆碱），5-羟色胺及多数肽类激素。,G蛋白耦联受体（促代谢型受体）,G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）：,结构：三个亚单位
9、；两种状态,GTP,GDP,失活状态,激活状态,G蛋白结合GDP，三个亚单位结合在一起,G蛋白结合GTP，亚单位与，亚单位分离,G蛋白耦联受体,Gs,膜内侧G-蛋白在信号转导中的循环：,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,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,激活蛋白激酶A,结合G蛋白偶联受体,激活G蛋白,说明:,1.1个G蛋白耦联受体-配体复合物可以激活很多G蛋白,产生100多个Gs,1个Gs可以激活一个AC,一个AC分子能产生好几百个cAMP,放大效应。 2.最终产生的细胞内的信号物质为cAMP，因此将此
10、通路称为cAMP通路。,G蛋白相关疾病：,霍 乱 人类历史上爆发过7次霍乱大流行。 甲类传染病：霍乱，鼠疫 病因：霍乱弧菌 临床表现：（腹泻）水样便，呕吐；大量失水和电解质，循环衰竭，休克，最后死于酸中毒，肾功能衰竭。 机理:进入小肠,大量繁殖,产生霍乱毒素,进入小肠细胞,与Gs结合,阻止了G蛋白与GTP分离,是G蛋白始终保持激活状态,使细胞产生大量cAMP。,(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,生物效应,结合G蛋白偶联受体,第二信使,定义 胞
11、外信号或刺激通过膜受体蛋白、G蛋白和效应器酶系统使细胞内产生一种含有第一信使信息内容的一种化学物质。 种类 环磷酸腺苷(cAMP)、二酰甘油 ( DG) 、三磷酸肌醇 （IP3） 、 Ca2+ 、环磷酸鸟苷(cGMP) 功能 调节细胞内的各种蛋白激酶和离子通道，产生以靶蛋白构象变化为基础的的级联反应和细胞功能的变化。,G蛋白效应器,定义：主要是指催化生成（或分解）第二信使的酶。 种类：腺苷酸环化酶（AC）； 磷脂酶C（PLC）；磷脂酶A2（PLA2）； 鸟苷酸环化酶（GC）；cGMP磷酸二酯酶(PDE) 功能：生成第二信使，实现细胞外的信号向细胞内转化。,作用于膜受体蛋白、G蛋白 和效应器酶系
12、统,光刺激 （视网膜的感光细胞） 多数的肽类激素 多数的神经递质 （神经突触后膜）,三、酶偶联受体介导的信号转导:,信号 接合膜酪氨酸激酶外侧端 激活内侧酪氨酸蛋白激酶活性 受体本身 酪氨酸残基磷酸化和胞内其它蛋白残基磷酸化 细胞功能的变化,酪氨酸激酶受体（TKR）,生长因子,与受体酪氨酸 激酶结合,细胞内生物效应,受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示,激活酪氨酸激酶,鸟苷酸环化酶受体,胞外信号,结合鸟苷酸环化酶受体,激活鸟苷酸环化酶（GC）,GTP,cGMP,激活cGMP依赖型蛋白激酶,细胞生物效应,酶耦连受体介导的信号转导的特点:,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
13、的激活。,作业 名词解释: G蛋白效应器;第二信使; 问答题: 1.信号转导的种类; 2.试述G蛋白藕连受体介导的信号转导途径与过程 3.举例说明离子通道受体介导的过程,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 化学门控;电压门控;机械门控, G蛋白偶联受体介导的信号转导 G蛋白藕联受体,G蛋白,信号通路; G蛋白效应器;第二信使;特点, 酶偶联受体介导的信号转导 (TKR;鸟苷酸环化酶受体),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（bioelectric
14、ity）。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.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，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
15、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:哺乳动物神经、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(action potential,AP) 1.概 念 可兴奋细胞受到刺激，膜在RP基础上发生一次短暂的、可逆的,可传播 的电位波动。,去 极 化,上 升 支,下降支,2.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,3.与AP相关的概念 极 化:膜外正内负的状态。 去极化:膜内外电位差向小于RP值的方向变化。 超极化:膜内外电位差向大于RP值的方向变化。 复极化:去极化后再向极化状态恢复的过程。 反极化:由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
