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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能细胞的结构细胞的结构第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能相关链接：相关链接：1第一节第一节 细胞膜的结构和细胞膜的结构和物质转运功能物质转运功能第一节学习要求第一节学习要求1.1.复习膜的结构；复习膜的结构；2.2.掌握掌握易化扩散和主动转运；易化扩散和主动转运；3.3.熟悉熟悉单纯扩散、出胞和入胞。单纯扩散、出胞和入胞。2 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model)以
2、以液态脂质双液态脂质双分子层分子层为为基基 架架, 其中其中镶嵌镶嵌着具有不同生理功能的着具有不同生理功能的蛋白质蛋白质。 (一一)脂质脂质 磷脂磷脂(占占70%)、胆固醇、胆固醇(占占30%)等。为等。为双嗜双嗜性分子。性分子。 (二二)蛋白质蛋白质 1.表面蛋白表面蛋白: 附着于膜表面附着于膜表面; 2.整合蛋白整合蛋白: 以以 -螺旋结构螺旋结构镶嵌于镶嵌于 脂质双分子层中。脂质双分子层中。 (三三)糖类：形成糖蛋白或糖脂。糖类：形成糖蛋白或糖脂。 一、膜的化学组成和分子结构一、膜的化学组成和分子结构3二、细胞膜二、细胞膜的的物质转运功能物质转运功能 细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外的营
3、养物质和代谢细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外的营养物质和代谢产物不断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一产物不断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一途径。途径。( (一一) )单纯扩散单纯扩散( (二二) )易化扩散易化扩散( (三三) )主动转运主动转运( (四四) )出胞和入胞出胞和入胞4( (一一) )单纯单纯扩散扩散(simple diffusion) 1.单纯扩散单纯扩散没有没有生物学转运机制参与生物学转运机制参与, 物质物质 (主要是脂溶性主要是脂溶性 小分子和极小分子小分子和极小分子)仅仅顺顺其其浓度差浓度差穿越细胞膜的过程穿越细胞膜的过程。 2.人体内以单纯扩散
4、转运的人体内以单纯扩散转运的重要重要物质：物质： O2和和CO2（脂溶性分子（脂溶性分子)，水分子水分子(分子极小分子极小)。 3.影响单纯扩散的因素影响单纯扩散的因素: (1)浓度势能：浓度势能：正正相关；相关； (2)通透性通透性：正正相关。相关。扩散扩散相关链接：相关链接：5 (二二)易化易化扩散扩散(facilitated diffusion) 易化扩散易化扩散非脂溶性物质非脂溶性物质在膜结构中某些蛋白质分在膜结构中某些蛋白质分子的子的“协助协助”下，下，顺差顺差（浓度差或电场力差）的跨膜移动。（浓度差或电场力差）的跨膜移动。 易化扩散量的大小主要取决于以下两个方面：易化扩散量的大小主
5、要取决于以下两个方面： (1)细胞膜两侧物质的浓度梯度，若是所转运的物质是细胞膜两侧物质的浓度梯度，若是所转运的物质是带电的电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度的影响。带电的电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度的影响。浓度浓度梯度（电位梯度）愈大，扩散速率愈大。梯度（电位梯度）愈大，扩散速率愈大。 (2)细胞膜对所转运物质的通透性：细胞膜对所转运物质的通透性：通透性愈大，转运通透性愈大，转运速率愈大。速率愈大。6 1.1.经经载体载体的易化扩散的易化扩散 (1)转运过程：在高浓度侧膜载体蛋白与被转运物质结合转运过程：在高浓度侧膜载体蛋白与被转运物质结合载体蛋白分子变构载体蛋白分子变构将被转运的物质转移
6、到膜低浓度侧将被转运的物质转移到膜低浓度侧被转被转运物与载体蛋白分离，进入该侧。运物与载体蛋白分离，进入该侧。 (2)载体转运的特征：载体转运的特征： 结构结构特异性特异性：每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特：每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特定的物质。定的物质。 饱和饱和现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该物的转运量将不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限。物的转运量将不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限。 竞争性竞争性抑制抑制。 7 2.2.经经通道通道的易化扩散的易化扩散 (1) (1)转运过程：转运过程：通道蛋白分子中央的贯通膜
7、内外的亲水性通道蛋白分子中央的贯通膜内外的亲水性孔道开放孔道开放相应的带电离子经通道顺差（顺浓度梯度或电位相应的带电离子经通道顺差（顺浓度梯度或电位梯度）跨膜快速移动。梯度）跨膜快速移动。 (2)被转运的物质：主要为带电离子被转运的物质：主要为带电离子(如：如：Na+、K+、Ca2+等等)，某些细胞膜上存在水通道蛋白，某些细胞膜上存在水通道蛋白,允许水分子通过。允许水分子通过。 (3) (3)经通道易化扩散的经通道易化扩散的特征特征 离子离子选择性选择性：每种通道只允许某种或某几种离子通过。：每种通道只允许某种或某几种离子通过。 离子转运速度离子转运速度快快； 门控门控特性特性: 大多数通道具
8、有闸门，可受某种因素的控大多数通道具有闸门，可受某种因素的控制开放或关闭。制开放或关闭。(少数通道为非门控通道，经常处于开放状态）少数通道为非门控通道，经常处于开放状态）81.门控通道的类型：一般根据控制闸门开闭的因素，可分为：门控通道的类型：一般根据控制闸门开闭的因素，可分为： (1)电压电压门控通道：受膜两侧的门控通道：受膜两侧的电位差电位差控制开闭的通道。控制开闭的通道。 如：神经轴突膜上的某些如：神经轴突膜上的某些Na+通道；通道； (2)化学化学门控通道：受膜两侧某种门控通道：受膜两侧某种化学物质化学物质控制开闭的通道。控制开闭的通道。 如：骨骼肌细胞终板膜上的如：骨骼肌细胞终板膜上
9、的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道；乙酰胆碱受体阳离子通道； (3)机械机械门控通道：受某种门控通道：受某种机械刺激机械刺激控制开闭的通道。控制开闭的通道。2.电压门控通道的功能状态：电压门控通道的功能状态： (1)静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。 (2)激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。 (3)失活状态：通道关闭并不能被激活。失活状态：通道关闭并不能被激活。 静息状态静息状态激活状态激活状态失活状态失活状态刺激刺激电压依从性（随膜电位复极化进程）电压依从性（随膜电位复
10、极化进程）时间依从性时间依从性9 (三三)主动主动转运转运 (active transport) 主动转运主动转运细胞通过本身的某种细胞通过本身的某种耗能耗能过程过程, 将物质将物质逆逆浓度梯浓度梯度或逆电位梯度跨膜转运。包括度或逆电位梯度跨膜转运。包括原发性原发性主动转运主动转运(primary active transport)和和继发性继发性主动转运主动转运(secondary active transport)。 主动转运主动转运与与被动转运被动转运之间的区别：之间的区别： 主动转运主动转运：将某种物质：将某种物质逆差逆差 转运，细胞将为转运转运，细胞将为转运提供能量提供能量。 被动转
11、运：物质分子或离子由于分子的运动而被动转运：物质分子或离子由于分子的运动而顺差顺差移动，因此移动，因此不需细胞为转运提供能量，包括单纯扩散和易化扩散。不需细胞为转运提供能量，包括单纯扩散和易化扩散。10 1.原发性原发性主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运细胞利用细胞利用直接直接分解分解ATP获得的能量，获得的能量，将将物质物质逆差逆差(浓度梯度或电位梯度浓度梯度或电位梯度)跨膜转运。跨膜转运。 膜上分解膜上分解ATP获能并进行主动转运的膜蛋白获能并进行主动转运的膜蛋白,称为称为泵泵蛋白。蛋白。 几种几种 重要的泵蛋白：重要的泵蛋白： 钠钠-钾泵钾泵(简称简称钠泵钠泵)：逆差转运钠离
12、子和钾离子：逆差转运钠离子和钾离子(反方向反方向)，主，主 要分布于细胞膜上。要分布于细胞膜上。 钙泵钙泵：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细 胞的肌浆网膜上。胞的肌浆网膜上。 H+-K+泵泵：逆差转运氢离子和钾离子：逆差转运氢离子和钾离子(反方向反方向)，主要分布于，主要分布于胃黏膜泌酸腺的壁细胞的顶膜上，又称为胃黏膜泌酸腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵质子泵。 11钠泵钠泵细胞膜上钠泵的活动细胞膜上钠泵的活动: 分解分解ATP获得能量，将获得能量，将Na+泵出泵出 细胞，同时将细胞，同时将K+泵入泵入细胞。细胞。 *当当Na+内内或或
13、K+外外时时,钠泵的活动增强。钠泵的活动增强。 *钠泵的钠泵的生电性生电性作用作用：钠泵：钠泵每每分解分解1个个ATP分子，将分子，将 3个个 Na+泵出细胞，同时将泵出细胞，同时将 2个个K+泵入细胞，结果使跨膜泵入细胞，结果使跨膜 电位差增大。电位差增大。钠泵钠泵+12细胞膜上细胞膜上钠泵活动的钠泵活动的结果结果: 建立和保持建立和保持Na+、K+在细胞膜两侧的在细胞膜两侧的不均衡不均衡分布：分布： Na+外外高高内内低低，K+外外低低内内高高。细胞膜上钠泵活动的生理意义：细胞膜上钠泵活动的生理意义： 胞内胞内高钾高钾, 利于胞质内的某些代谢反应利于胞质内的某些代谢反应; 维持细胞正常的渗
14、透压和形态维持细胞正常的渗透压和形态：将胞质内的钠离子泵出细：将胞质内的钠离子泵出细 胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而 防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态；防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态； 建立起一种生理性势能储备，为生物电产生、某些物质的建立起一种生理性势能储备，为生物电产生、某些物质的 (如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等)继发性继发性主动转主动转 运等功能活动提供运等功能活动提供能量能量。13 2.继发继发性性主动主动转运转运 继发性主动转运继发性主动转运
15、驱动力并驱动力并不直接不直接来自来自ATP分解，而是来自分解，而是来自另一物质另一物质原发性主动转运所形成的原发性主动转运所形成的浓度梯度浓度梯度而进行的而进行的逆差逆差转运。转运。 *继发性主动转运的基本步骤：继发性主动转运的基本步骤： (以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖的吸收为例以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖的吸收为例) 第一步：细胞基底侧膜上第一步：细胞基底侧膜上钠泵钠泵活动活动细胞内细胞内Na+低低，细胞外，细胞外 Na+高高，形成细胞管腔膜两侧的，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度。浓度梯度。 第二步：肠腔内的第二步：肠腔内的Na+和葡萄糖与同向和葡萄糖与同向转运体转运体结合结合,顺顺Na+
16、的浓梯度的浓梯度将将Na+和葡萄糖同时移入细胞内。和葡萄糖同时移入细胞内。 葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度，间接利用钠葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度，间接利用钠泵分解泵分解ATPATP释放的能量。释放的能量。14 ( (四四) )出胞和入胞出胞和入胞 某些某些大分子物质或物质团块是通过细胞复杂的大分子物质或物质团块是通过细胞复杂的结构和功能变化结构和功能变化而进出细胞的，这是细胞活动的一种而进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程主动过程。 1.出胞：分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡出胞：分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡膜与细胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外
17、。膜与细胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外。 2.入胞：某处细胞膜逐渐内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。入胞：某处细胞膜逐渐内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。151.1.简述各种跨膜转运方式的概念、转运过程、主要转运物质简述各种跨膜转运方式的概念、转运过程、主要转运物质及特点。及特点。2.2.简述简述O O2 2、COCO2 2、水、葡萄糖、水、葡萄糖、NaNa+ +、K K+ +、CaCa2+2+的跨膜转运方式的跨膜转运方式 ( (注注: :有的物质可有多种方式有的物质可有多种方式) )3.3.阐述钠泵活动的生理意义。阐述钠泵活动的生理意义。本节复习题本节复习题16细胞的结构细胞的结构根
18、据细胞结构的特点和复杂程度根据细胞结构的特点和复杂程度的不同，可将细胞分为原核细胞的不同，可将细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。和真核细胞两大类。 绝大多数生物是由真核细胞构成绝大多数生物是由真核细胞构成的，叫做真核生物。支原体、细的，叫做真核生物。支原体、细菌、蓝藻和放线菌等是由原核细菌、蓝藻和放线菌等是由原核细胞构成的，叫做原核生物。胞构成的，叫做原核生物。 真核细胞的结构比原核细胞复杂真核细胞的结构比原核细胞复杂得多，由细胞膜、细胞质和细胞得多，由细胞膜、细胞质和细胞核等构成。核等构成。 17扩散扩散 单纯扩散是指脂溶性的小分子物质顺浓度差通过细胞膜单纯扩散是指脂溶性的小分子物质顺浓度差
19、通过细胞膜的扩散过程。的扩散过程。单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及其通过细胞膜的难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、其通过细胞膜的难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、扩散方向及扩散速率。扩散方向及扩散速率。转运对象：转运对象：COCO2 2、O O2 2、N N2 2、乙醇、尿素等。、乙醇、尿素等。特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量来源于浓度差形成的势能，是一个被动过程。来源于浓度差形成的势能，是一个被动过程。 18第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导(signa
20、l transduction of cell)(signal transduction of cell)学习要求学习要求1.1.掌握掌握信号转导的基本过程及受体概念；信号转导的基本过程及受体概念；2.2.掌握掌握受体受体-G-G蛋白蛋白-cAMP-PKA-cAMP-PKA途径；途径；3.3.熟悉：熟悉：受体受体-G-G蛋白蛋白-DG/PKC-DG/PKC途径、途径、 受体受体-G-G蛋白蛋白-IP-IP3 3/Ca/Ca2+2+途径、途径、 通道耦联受体介导的信号转导。通道耦联受体介导的信号转导。3.3.了解了解具有酶活性的受体和核受体。具有酶活性的受体和核受体。 19一、信号转导概述一、信号
21、转导概述信号转导信号转导细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构(受体）受体），通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。，通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。(一一)细胞外刺激信号细胞外刺激信号体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、细胞因子等，其中多数为水溶性物质。细胞因子等，其中多数为水溶性物质。体外的信号物质包括物理性、化学性、生物性信号体外的信号物质包括物理性、化学性、生物性信号20 (二二)受体及其特征受体及其特征1.受体的概念及其分类受体的概念及其分类 受体受体(receptor)位于细
22、胞膜或细胞内能与某些信号位于细胞膜或细胞内能与某些信号物质物质结合结合并能并能引起特定生物效应引起特定生物效应的大生物分子。的大生物分子。 受体的分类：根据受体的跨膜信号转导机制分为：受体的分类：根据受体的跨膜信号转导机制分为： (1)G蛋白耦联受体；蛋白耦联受体； (2)具有酶活性的受体；具有酶活性的受体； (3)通道耦联的受体（化学门控通道）；通道耦联的受体（化学门控通道）； (4)核受体。核受体。2.受体与配体结合的主要特征受体与配体结合的主要特征配体是能与受体结合的特异性物质，通常是体内的各种化配体是能与受体结合的特异性物质，通常是体内的各种化学信号学信号 (1)特异性；特异性； (2
23、)高亲和力；高亲和力； (3)饱和性。饱和性。21 (三三)信号转导的基本过程信号转导的基本过程1.1.膜受体膜受体介导的信号转导介导的信号转导(1)(1)G G蛋白耦联受体蛋白耦联受体介导的信号转导；介导的信号转导；(2)(2)具有酶活性的受体具有酶活性的受体介导的信号转导；介导的信号转导；(3)(3)通道耦联受体通道耦联受体介导的信号转导；介导的信号转导；2.2.核受体核受体介导的信号转导介导的信号转导221. G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子蛋白耦联受体信号通路中的信号分子(1)蛋白耦联受体蛋白耦联受体(2)蛋白蛋白(GTP结合蛋白结合蛋白)(3)蛋白效应器蛋白效应器 (4)第二信使第
24、二信使 (Camp)(5)蛋白激酶蛋白激酶(protein kinase, PK)二、膜受体介导的信号转导二、膜受体介导的信号转导(一一) G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导23 第二信使第二信使 或或 受体受体-配体配体 激活型激活型G蛋白蛋白 激活的激活的 G蛋白效应器蛋白效应器 依赖于第二信使的依赖于第二信使的酶酶或或通道通道激活激活或或抑制抑制 生物效应生物效应 G蛋白蛋白 G蛋白效应器蛋白效应器 配体配体 受体受体 G G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程242.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径蛋白耦联受体介导的信号转导
25、的主要途径(1)受体受体-G蛋白蛋白-cAMP-PKA途径（以其中的途径（以其中的Gs途径途径为例）为例） 胞质内胞质内cAMP 升高升高 受体受体-配体配体 激活型激活型Gs 激活的激活的 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 蛋白激酶蛋白激酶A（PKA）激活激活 生物效应生物效应 兴奋型兴奋型G蛋白蛋白(Gs) 腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC) 配体配体 受体受体252. G蛋白受体介导的信号转导的主要途径蛋白受体介导的信号转导的主要途径(1)受体受体-G蛋白蛋白-cAMP-PKA途径：途径： （以兴奋性（以兴奋性G蛋白为例）蛋白为例） 配体与膜受体结合配体与膜受体结合 膜中的兴奋型膜中的兴奋型G-蛋
26、白（蛋白（Gs） 激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶(AC) 胞质中的胞质中的ATP转化成转化成cAMP 胞质中的胞质中的cAMP浓度升高浓度升高 激活蛋白激酶激活蛋白激酶A(PKA) 激活某些蛋白质激活某些蛋白质 引引发细胞功能改变。发细胞功能改变。26(二二)具有具有酶活性酶活性的的受体受体介导的信号转导介导的信号转导两种模式：两种模式：1.同一蛋白质分子，既是同一蛋白质分子，既是酶酶又是又是受体受体，如：如：酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 配体与受体膜配体与受体膜外段外段的配体结合区域结合的配体结合区域结合受体分子内信号受体分子内信号传导传导激活受体膜激活受体膜内段内段的酪氨酸激酶的酪氨酸激
27、酶胞质内一系列变化。胞质内一系列变化。2.受体分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能，受体分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能，如：如：酪氨酸激酶酪氨酸激酶耦联耦联受体受体 。27( (三三) )通道耦联的通道耦联的受体受体介导的信号转导介导的信号转导 细胞膜上细胞膜上同一个生物分子，同一个生物分子，既是既是受体受体 ( (能与配体特异性结合能与配体特异性结合) )又是又是离子通道离子通道( (即：配体门控通道，或化学门控通道即：配体门控通道，或化学门控通道) )。信号转导过程：信号转导过程： 细胞外刺激信号细胞外刺激信号与与细胞膜上细胞膜上通道耦联受体通道耦联受体结合结合通道通道开或开或闭闭相应相
28、应离子离子跨膜移动改变跨膜移动改变膜电位膜电位改变改变(新信号新信号形式形式) 细细胞功能变化。胞功能变化。28三、核三、核受体受体介导的信号转导介导的信号转导 (一一)核受体的一般特征核受体的一般特征 1.位于胞质或胞核内；位于胞质或胞核内； 2.其效应为调节特定基因的表达。其效应为调节特定基因的表达。 (二二)信号转导过程：信号转导过程： 配体配体穿过穿过细胞膜细胞膜与胞质内或细胞核内的与胞质内或细胞核内的核受体核受体结合结合调节特定基因的表达调节特定基因的表达生成特异生成特异mRNA 核糖体生成特核糖体生成特定功能蛋白质定功能蛋白质细胞功能活动改变。细胞功能活动改变。29 细胞内细胞内递递质质激激素素细细胞胞因因子子等等 细胞膜细胞膜 细胞外细胞外核受体核受体功能改变功能改变 G蛋白蛋白耦联耦联受体受体G蛋蛋白白 G蛋蛋白效白效应器应器 (酶酶)第二信使第二信使代谢改变代谢改变 通道耦联受体通道耦联受体通道开或闭通道开或闭,离子跨膜移动离子跨膜移动膜电位变化膜电位变化兴奋改变兴奋改变具有酶活具有酶活性的受体性的受体代谢改变代谢改变基因表达基因表达酶活性被酶活性被激活激活或受或受抑制抑制30
