生理学细胞的基本功能.ppt

第二章 细胞的基本功能,细胞的结构,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能第二节 细胞的信号转导第三节 细胞的生物电现象第四节 肌细胞的收缩功能,相关链接：,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能第一节学习要求1.复习膜的结构；2.掌握易化扩散和主动转运；3.熟悉单纯扩散、出胞和入胞。,液态镶嵌模型(fluid mosaic model)以液态脂质双分子层为基 架,其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。(一)脂质 磷脂(占70%)、胆固醇(占30%)等。为双嗜性分子。(二)蛋白质 1.表面蛋白:附着于膜表面;2.整合蛋白:以-螺旋结构镶嵌于 脂质双分子层中。(三)糖类：形成糖蛋白或糖脂。,一、膜的化学组成和分子结构,二、细胞膜的物质转运功能 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、外物质交换的唯一途径。(一)单纯扩散(二)易化扩散(三)主动转运(四)出胞和入胞,(一)单纯扩散(simple diffusion)1.单纯扩散没有生物学转运机制参与,物质(主要是脂溶性 小分子和极小分子)仅顺其浓度差穿越细胞膜的过程。2.人体内以单纯扩散转运的重要物质：O2和CO2（脂溶性分子)，水分子(分子极小)。3.影响单纯扩散的因素:(1)浓度势能：正相关；(2)通透性：正相关。,扩散,相关链接：,(二)易化扩散(facilitated diffusion)易化扩散非脂溶性物质在膜结构中某些蛋白质分子的“协助”下，顺差（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：(1)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。浓度梯度（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：通透性愈大，转运速率愈大。,1.经载体的易化扩散(1)转运过程：在高浓度侧膜载体蛋白与被转运物质结合载体蛋白分子变构将被转运的物质转移到膜低浓度侧被转运物与载体蛋白分离，进入该侧。(2)载体转运的特征：结构特异性：每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特定的物质。饱和现象：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。竞争性抑制。,2.经通道的易化扩散(1)转运过程：通道蛋白分子中央的贯通膜内外的亲水性孔道开放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。(2)被转运的物质：主要为带电离子(如：Na+、K+、Ca2+等)，某些细胞膜上存在水通道蛋白,允许水分子通过。(3)经通道易化扩散的特征 离子选择性：每种通道只允许某种或某几种离子通过。离子转运速度快；门控特性:大多数通道具有闸门，可受某种因素的控制开放或关闭。(少数通道为非门控通道，经常处于开放状态）,1.门控通道的类型：一般根据控制闸门开闭的因素，可分为：(1)电压门控通道：受膜两侧的电位差控制开闭的通道。如：神经轴突膜上的某些Na+通道；(2)化学门控通道：受膜两侧某种化学物质控制开闭的通道。如：骨骼肌细胞终板膜上的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道；(3)机械门控通道：受某种机械刺激控制开闭的通道。2.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。(2)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。,(三)主动转运(active transport)主动转运细胞通过本身的某种耗能过程,将物质逆浓度梯度或逆电位梯度跨膜转运。包括原发性主动转运(primary active transport)和继发性主动转运(secondary active transport)。主动转运与被动转运之间的区别：主动转运：将某种物质逆差 转运，细胞将为转运提供能量。被动转运：物质分子或离子由于分子的运动而顺差移动，因此不需细胞为转运提供能量，包括单纯扩散和易化扩散。,1.原发性主动转运 原发性主动转运细胞利用直接分解ATP获得的能量，将物质逆差(浓度梯度或电位梯度)跨膜转运。膜上分解ATP获能并进行主动转运的膜蛋白,称为泵蛋白。几种 重要的泵蛋白：钠-钾泵(简称钠泵)：逆差转运钠离子和钾离子(反方向)，主 要分布于细胞膜上。钙泵：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。H+-K+泵：逆差转运氢离子和钾离子(反方向)，主要分布于胃黏膜泌酸腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵。,钠泵,细胞膜上钠泵的活动:分解ATP获得能量，将Na+泵出 细胞，同时将K+泵入细胞。*当Na+内或K+外时,钠泵的活动增强。*钠泵的生电性作用：钠泵每分解1个ATP分子，将 3个 Na+泵出细胞，同时将 2个K+泵入细胞，结果使跨膜 电位差增大。,细胞膜上钠泵活动的结果:建立和保持Na+、K+在细胞膜两侧的不均衡分布：Na+外高内低，K+外低内高。细胞膜上钠泵活动的生理意义：胞内高钾,利于胞质内的某些代谢反应;维持细胞正常的渗透压和形态：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 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(如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等)继发性主动转 运等功能活动提供能量。,2.继发性主动转运 继发性主动转运驱动力并不直接来自ATP分解，而是来自另一物质原发性主动转运所形成的浓度梯度而进行的逆差转运。*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)第一步：细胞基底侧膜上钠泵活动细胞内Na+低，细胞外 Na+高，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度。第二步：肠腔内的Na+和葡萄糖与同向转运体结合,顺Na+的浓梯度将Na+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，间接利用钠泵分解ATP释放的能量。,(四)出胞和入胞 某些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而进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。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。,1.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。2.简述O2、CO2、水、葡萄糖、Na+、K+、Ca2+的跨膜转运方式(注:有的物质可有多种方式)3.阐述钠泵活动的生理意义。,本节复习题,细胞的结构,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和真核细胞两大类。绝大多数生物是由真核细胞构成的，叫做真核生物。支原体、细菌、蓝藻和放线菌等是由原核细胞构成的，叫做原核生物。真核细胞的结构比原核细胞复杂得多，由细胞膜、细胞质和细胞核等构成。,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。转运对象：CO2、O2、N2、乙醇、尿素等。特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量来源于浓度差形成的势能，是一个被动过程。,第二节 细胞的信号转导(signal transduction of cell)学习要求1.掌握信号转导的基本过程及受体概念；2.掌握受体-G蛋白-cAMP-PKA途径；3.熟悉：受体-G蛋白-DG/PKC途径、受体-G蛋白-IP3/Ca2+途径、通道耦联受体介导的信号转导。3.了解具有酶活性的受体和核受体。,一、信号转导概述,信号转导细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构(受体），通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。,(一)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、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,(二)受体及其特征1.受体的概念及其分类 受体(receptor)位于细胞膜或细胞内能与某些信号物质结合并能引起特定生物效应的大生物分子。受体的分类：根据受体的跨膜信号转导机制分为：(1)G蛋白耦联受体；(2)具有酶活性的受体；(3)通道耦联的受体（化学门控通道）；(4)核受体。2.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学信号(1)特异性；(2)高亲和力；(3)饱和性。,(三)信号转导的基本过程,1.膜受体介导的信号转导(1)G蛋白耦联受体介导的信号转导；(2)具有酶活性的受体介导的信号转导；(3)通道耦联受体介导的信号转导；2.核受体介导的信号转导,1.G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子(1)蛋白耦联受体(2)蛋白(GTP结合蛋白)(3)蛋白效应器(4)第二信使(Camp)(5)蛋白激酶(protein kinase,PK),二、膜受体介导的信号转导(一)G蛋白耦联受体介导的信号转导,G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程,2.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径（以其中的Gs途径为例）,2.G蛋白受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径：（以兴奋性G蛋白为例）配体与膜受体结合 膜中的兴奋型G-蛋白（Gs）激活腺苷酸环化酶(AC)胞质中的ATP转化成cAMP 胞质中的cAMP浓度升高 激活蛋白激酶A(PKA)激活某些蛋白质 引发细胞功能改变。,(二)具有酶活性的受体介导的信号转导,两种模式：1.同一蛋白质分子，既是酶又是受体，如：酪氨酸激酶受体 配体与受体膜外段的配体结合区域结合受体分子内信号传导激活受体膜内段的酪氨酸激酶胞质内一系列变化。2.受体分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能，如：酪氨酸激酶耦联受体。,(三)通道耦联的受体介导的信号转导,细胞膜上同一个生物分子，既是受体(能与配体特异性结合)又是离子通道(即：配体门控通道，或化学门控通道)。信号转导过程：细胞外刺激信号与细胞膜上通道耦联受体结合通道开或闭相应离子跨膜移动改变膜电位改变(新信号形式)细胞功能变化。,三、核受体介导的信号转导,(一)核受体的一般特征 1.位于胞质或胞核内；2.其效应为调节特定基因的表达。(二)信号转导过程：配体穿过细胞膜与胞质内或细胞核内的核受体结合调节特定基因的表达生成特异mRNA 核糖体生成特定功能蛋白质细胞功能活动改变。,