第一章--细胞的基本功能.ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,第一章 细胞的基本功能,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第一章 细胞的基本功能,上一页,结束放映,下一页,细胞是动物和其他生物体的基本结构和功能单位。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,学习要求：,1.,了解细胞膜的基本结构和物质转运功能。,2.,掌握生物电产生和兴奋传导的基本原理。,学习内容：,1.,细胞膜的结构与物质的跨膜转运；,2.,细胞的跨膜 信号传递功能；,3.,细胞的兴奋性和生物电 现象。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,一、细胞膜的基本结构,细胞膜主要由,蛋白质,和,磷脂,构成。磷脂是一种两,性分子，,亲水的极性基团,都朝向膜的两表面，,疏,水的非极性基团,都朝向膜的中央，形成,脂质双层,结构。,第一节 细胞膜的基本结构和,跨膜物质转运功能,细胞膜的作用：,将细胞的内容物和细胞周围的微环境分,割开来，使细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受,外界或其它细胞的影响。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,解释细胞膜结构的最好学说是,液体镶嵌模型,该模型的基本内容是：,膜以液态的脂质双分子层,为基架，其中镶嵌着蛋白质分子。另外还有少量,糖类，以糖脂或糖蛋白形式存在。,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,二、细胞膜的物质转运,(,一,),被动转运,指物质顺电位或化学梯度的转运过程,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,被动转运的特点：,不耗能（转运动力依赖物质的电,-,化学梯度所 贮存的势能）,;,依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”,顺电,-,化学梯度进行,分类：,单纯扩散易化扩散,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,1,、单纯扩散,(simple diffusion)(,如图,),概念：,物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式称为单纯扩散。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,单纯扩散的特点：,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,转运的物质：,O,2,、,CO,2,、,NH,3,、,N,2,、尿素、乙醚、乙醇、类固醇激素等少数几种注：膜对,H,2,O,具高度通透性，,H,2,O,除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2,、易化扩散（,facilitated diffusion,）,概念：,指,一些,非脂溶性或脂溶性甚小的物质,（如葡萄糖、氨基酸，,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,等无机离,子）在细胞膜一些特殊蛋白质的“帮助”下，由膜,的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一,侧扩散或转运的过程。,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,分类,:,经通道的易化扩散（以离子通道为中介的易化扩散）,经载体的易化扩散（是以蛋白质载体为中介的易化扩散）,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,经通道的易化扩散,(,如图,),K,+,i,K,+,o,转运的物质,:,各种带电离子如,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,经通道的易化扩散特点,：,速度快选择性受精密调控：浓度和电压依从性（化学门控通道、电压门控通道）,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,经载体的易化扩散,如葡萄糖、氨基酸都不溶解于脂质，但在载体的“帮助”下,也能进行被动地跨膜转运。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,特点：,A.,高度的结构特异性,B.,饱和现象,C.,竞争性抑制，,D.,转运速度快，,E.,因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的影响,因此与蛋白质分子有关的物质的通透性是可变化的。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（二）主动转运（,active transport,）,1,、概念：,指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物,质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的,过程。,上一页,结束放映,下一页,物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2,、主动转运的特点：,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”逆电,-,化学梯度进行的,原发性主动转运,（简称：泵转运）如：,Na,+,-K,+,泵、,Ca,2+,-,Mg2+,泵、,H,+,-K,+,泵等,继发性主动转运,（简称：联合转运）,3,、主动转运的分类,:,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,原发性主动转运,Na,+,-K,+,泵,是镶嵌在膜的脂质双分子层中的、具有,ATP,酶活性的特殊蛋白质。它可被,Na,+,、,K,+,和,Mg,2+,等离子所激活，通过分解,ATP,为物质主动转运提供能量。,通道转运与钠,-,钾泵转运模式图,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,钠,-,钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力（如葡萄糖、氨基酸的吸收：,Na,+,-,载体,-,葡萄糖、,Na,+,-,载体,-,氨基酸的复合体形式进行的联合转运）。,Na,+,-K,+,泵,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,继发性主动转运,概念：,间接利用,ATP,能量的主动转运过程即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，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。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,载体蛋白必须与,Na+,和待转运物质的分子同时结合，才能顺着,Na+,浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的,Na+,泵活动，不断将,Na+,转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低,Na+,状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,分类：,同向转运 逆向转运,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（四）出胞（,exocytosis,）,和入胞（,endocytosis,）,入胞：,指细胞外某些大分子物,质或团块（例如侵入动物体内,的细菌、病毒或大分子蛋白质,等）被整批转入细胞的过程。,如进入的物质是固体物质，便,称为,吞噬,（,phagocytosis,）；,如进入的是液体物质，则称为,吞饮,（,pinocytosis,）。,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,入胞,:(,如图：,),2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（四）出胞和入胞,上一页,结束放映,下一页,出胞：,指某些大分子物,质或团块由细胞排出的,过程。例如，腺细胞分,泌某些酶和粘液，内分,泌腺分泌激素以及神经,末稍释放递质等都属于,出胞作用。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,出胞,:(,如图：,),2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,第二节 细胞的跨膜信息传递功能,上一页,结束放映,下一页,内环境中的各种化学因子可通过,4,种方式到达靶细胞，发挥生理作用,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,远距离分泌：,内分泌腺分泌的激素或其它体液性调节因子经血液循环运输达到靶细胞的方式；,突触传递：,神经末梢释放的神经递质或调质，经突触间隙液扩散到突触后神经或效应器细胞膜上的方式,旁分泌：,某些细胞分泌的化学物质经细胞外液以扩散到达邻近细胞膜上的方式；,自分泌,:,细胞自身分泌的物质又作用于自身的膜上,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,一、跨膜信息传递的概念,各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程，而是通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，以一定形式的弱电变化，将信息传递到膜内的过程。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,二、跨膜信息传递的主要方式,1.,离子通道偶联受体介导的信号转导,2.G,蛋白偶联受体介导的信号转导,3.,酶偶联受体介导的信号转导,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（一）离子通道偶联受体介导的信号转导,离子通道大体有：,化学、电压、机械性门控通道,上一页,结束放映,下一页,离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形成的通道。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（二）,G,蛋白偶联受体介导的信号转导,上一页,结束放映,下一页,过程：,1.,激素或调节分子与膜受体结合,2.,配体,-,受体结合物与,G,蛋白相互作用并使后者激活,3.,活化态,G,蛋白与一种或数种酶相互作用而激活或抑,制它们。一种或数种第二信使（,cAMP,、,cGMP,、,Ca2+,等）,在细胞内水平增加或降低。第二信使依赖性蛋白激酶,的活性改变：酶或离子通道的磷酸化水平发生改变或,离子通道活性变化从而引起最后的细胞反应。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（二）,G,蛋白偶联受体介导的信号转导,上一页,结束放映,下一页,1,、受体（,receptor,）：,指细胞中存在能专一性结合,激素、递质和其它生物活性物质，并能引起特定生物,学效应的特殊结构。,受体的结构：,受体的结合部分,决定受体的特异性,受体的催化部分,功能部分，大多是酶，被激活而引,发一系列连锁性生化反应，导致细胞功能,.,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2,、,G,蛋白耦联受体,受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的独立的蛋白质分子，包括,和,肾上腺素能受体,Ach,受体,多数肽类激素,5-,羟色氨受体,嗅觉受体,视紫红质受体等。,3,、,G-,蛋白：,鸟苷酸结合蛋白的简称。有,兴奋型,和,抑制型,两种，可分别引起效应器酶的,激活,和,抑制,而导致细胞内第二信使物质,增加,或,减少,。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧,G,蛋白，,G-,蛋白通常由,、,、,3,个亚基组成，其中,亚单位起催化作用。,无活性的,G,蛋白（抑制性,G,蛋白）与,1,分子,GDP,结合；,已激活的,G,蛋白（兴奋性,G,蛋白）其,亚单位与,GDP,和,其它,2,个亚单位分离，而与,1,分子,GTP,结合，并对膜,的效应器酶起催化作用，后者的激活可引起胞浆中,第二信使生成增加或减少（图）。,G,蛋白的,无活性状态：,G,蛋白,-GDP,G,蛋白的,活性状态：,G,蛋白,-GTP,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,4,、,G,蛋白效应器,1,）能催化第二信使生成的酶：,位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（,AC,）、磷脂酶,C,（,PLC,）；依赖于,cGMP,的磷酸二酯酶,(PDE),及磷脂酶,A2,。它们能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使物质增加。,2,）离子通道,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,5,、信使,：信息的载体或携带者,(1),第一信使：,神经递质、激素等,(2),第二信使：,在细胞内继续传递激素所携带的调节信息的特殊,化学物质，称为,第二信使,。含氮类激素的第二信,使为,cAMP,，甾体类激素的第二信使为细胞内的激,素,-,受体复合物。此外，,Ca,2+,、,cGMP,、前列腺素、,三磷酸肌醇（,IP,3,）和二酰甘油（,DG,）也可作为第,二信使。,第二信使的功能是调节各种蛋白激酶和,离子通道。,（图）,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,受体,-G,蛋白,-AC,信号转导途径,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,受体,-G,蛋白,-PLC,信号转导途径,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（三）,酶耦联受体介导的跨膜信号转导,如,胰岛素和细胞生长因子,等的跨膜信息传递过程，其,特点：,1.,无,G,蛋白参与,2.,无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活,3.,该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化的,位点是底物蛋白中的酪氨酸残基，并由此实现细胞外,信息对细胞功能的调节。,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,当动物生活的环境发生变化时引起体内代谢过程及,其外表活动的改变，称为,反应,。,反应有两种表现形式：,上一页,结束放映,下一页,兴奋,(excitation),：,由相对静止变为显著的运动状,态，或原有的活动由弱变强。,抑制,(inhibition),：,由运动转为相对静止，或活动,由强变弱。,实际上抑制是兴奋的另一种表现形式。,能被动物体所感受，并引起动物体发生反应的环境,变化称为,刺激,。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,一、细胞的兴奋性,（一）兴奋性和兴奋的含义,兴奋性（,excitability,）：,活组织或细胞受到刺激后具,有产生动作电位的能力或特性，称为兴奋性。,兴奋（,excitation,）：,指产生动作电位的过程或是动作,电位的同意语。活组织或细胞受刺激后产生了动作电,位即产生了兴奋。,受到刺激能产生动作电位的组织（细胞）称为,可兴奋,组织（细胞）,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,1.,刺激的强度,阈强度：,引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。,阈刺激 阈下刺激 阈上刺激。,2.,刺激的持续时间,时间阈值：,引起组织产生兴奋的最短刺激作用时间。,两个要素都达到最小值（阈值）才能引起组织（细,胞）兴奋，低于阈值的刺激不能引起兴奋。,3.,强度,-,时间变化率,强度,时间变化曲线：在一定范围内引起组织兴奋所,需的刺激强度与该刺激的作用时间呈反变关系。,（二）刺激引起兴奋的条件,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,刺激强度,时 值,基强度,刺激作用的时间,强 度,时 间 曲 线,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,（三）组织（细胞）兴奋时兴奋性的变化,绝对不应期（,absolute refractory period,）,相对不应期（,relative refractory period,）,超常期（,supranormal period,）,低常期（,subnormal period,）,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,绝对不应期：,在神经接受前一个刺激而兴奋时的,一个短暂时期内，神经的兴奋性下降至零。此时,无论多强的刺激也不能再次兴奋,相对不应期：,在绝对不应期之后，神经的兴奋性,有所恢复，但要引起组织的再次兴奋，所用的刺,激强度必须大于该神经的阈强度。,超常期：,继相对不应期之后，兴奋性继续上升并超,过正常水平。用低于正常阈强度的检测刺激就可引,起神经第二次兴奋的时期。,低常期：,继超常期之后神经的兴奋性又下降到低,于正常水平的时期。,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,生物电现象：,细胞在静息或活动状态下所伴随的各种,电现象（离子电流、溶液导电、静息电位、动作电位,等）总称为生物电现象。,二、细胞的生物电现象及其产生机制,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,细胞未受刺激时,(,处于相对安静状态,),，存在于膜内,外两侧的电位差。表现为膜内较膜外为负。,（一）静息电位（,resting potential,）,RP,上一页,结束放映,下一页,Nernst,公式：,E,k,=,RT,ZF,ln,K,+,0,K,+,i,实验现象,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,上一页,结束放映,下一页,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,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,2026/10/22,第一章 细胞的基本功能,