生理学第二章细胞课件.ppt

第第 二二 章章 细胞的基本功能细胞的基本功能1.1.人体大约人体大约1010万亿个细胞，每个细胞都是一个万亿个细胞，每个细胞都是一个有生命的基本单位。有生命的基本单位。2.2.按功能细胞可分按功能细胞可分200200余种，每一种细胞主要余种，每一种细胞主要执行一种功能，也有的执行多种功能。例如心执行一种功能，也有的执行多种功能。例如心室肌细胞有收缩功能，物质跨膜转运功能，信室肌细胞有收缩功能，物质跨膜转运功能，信号转导功能和生物电现象。号转导功能和生物电现象。3.3.若想了解机体各系统和器官的功能，首先必若想了解机体各系统和器官的功能，首先必须了解细胞的结构和功能，学习生理学就从细须了解细胞的结构和功能，学习生理学就从细胞生理学开始。胞生理学开始。2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三节第三节 细细 胞胞 的的 生生 物物 电电 现现 象象第四节第四节 肌肌 细细 胞胞 的的 收收 缩缩第二节第二节 细细 胞胞 的的 跨跨 膜膜 信信 号号 转转 导导 细胞膜的作用：细胞膜的作用：屏障作用屏障作用 物质转运功能物质转运功能 跨膜信息传递功能跨膜信息传递功能 C C膜的兴奋功能膜的兴奋功能 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一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述19721972年年SingerSinger等人提出的膜学说，液态脂质双分子层为等人提出的膜学说，液态脂质双分子层为膜的基本构架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其中，糖膜的基本构架，不同结构和功能的蛋白质镶嵌其中，糖与脂质、蛋白结合附着于表面。与脂质、蛋白结合附着于表面。水水水水 水水水水水水水水 水水水水 水水水水 水水水水(一一)脂质双分子层脂质双分子层（lipid bilayer）1.1.组成成分：磷脂（组成成分：磷脂（70%70%）磷脂酰）磷脂酰-胆碱胆碱丝氨酸丝氨酸乙醇胺乙醇胺肌醇；磷脂酰胆碱肌醇；磷脂酰胆碱和糖脂分布在膜外，而磷脂酰和糖脂分布在膜外，而磷脂酰-丝氨酸丝氨酸乙醇胺乙醇胺肌醇分布在膜内肌醇分布在膜内.磷脂酰肌醇含磷脂酰肌醇含量低，在磷脂酶量低，在磷脂酶C C的作用下分解成第二信使的作用下分解成第二信使IP3IP3和和DG,DG,胆固醇（胆固醇（30%30%）,糖脂糖脂（10%10%）2.2.组成形式：组成形式：脂质分子是双嗜性分子，具有亲水性和疏水性分子集团，亲水脂质分子是双嗜性分子，具有亲水性和疏水性分子集团，亲水性朝向细胞外液和细胞质，疏水性朝向膜中间，因此脂质分子在细胞膜上以脂质性朝向细胞外液和细胞质，疏水性朝向膜中间，因此脂质分子在细胞膜上以脂质双层形式存在。双层形式存在。19251925年由年由GorterGorter等人提出。被实验所证实：红细胞膜表面积计算。等人提出。被实验所证实：红细胞膜表面积计算。膜脂质具有流动性，可使膜中蛋白质产生移动。细胞膜的很多生理特性和功能膜脂质具有流动性，可使膜中蛋白质产生移动。细胞膜的很多生理特性和功能与膜脂质流动特性密切相关，如细胞的运动、膜蛋白的相互作用等。与膜脂质流动特性密切相关，如细胞的运动、膜蛋白的相互作用等。(二二)细胞膜的蛋白细胞膜的蛋白 1.1.细胞膜主要功能由膜蛋白质完成，膜蛋白组成：表面蛋白、细胞膜主要功能由膜蛋白质完成，膜蛋白组成：表面蛋白、整合蛋白整合蛋白 2.2.表面蛋白：膜蛋白的表面蛋白：膜蛋白的20-30%20-30%，可和膜表面亲水基团和整合，可和膜表面亲水基团和整合蛋白结合。蛋白结合。3.3.整合蛋白：膜蛋白的整合蛋白：膜蛋白的70-80%70-80%，以其肽链穿越膜脂质双层部，以其肽链穿越膜脂质双层部分的氨基酸为疏水性的，露在膜的内外表面的为亲水性的。分的氨基酸为疏水性的，露在膜的内外表面的为亲水性的。”G G”蛋白偶联受体，是蛋白偶联受体，是7 7次跨膜的整合蛋白。例如：通道、次跨膜的整合蛋白。例如：通道、载体、载体、G G蛋白偶联受体及离子泵都是整合蛋白。蛋白偶联受体及离子泵都是整合蛋白。受体受体整合蛋白质整合蛋白质表面蛋白质表面蛋白质 (三三)细胞膜糖类细胞膜糖类细胞膜中的糖与膜蛋白、细胞膜中的糖与膜蛋白、膜脂质结合为糖蛋白或糖膜脂质结合为糖蛋白或糖脂，起到受体标记物的作脂，起到受体标记物的作用。用。二、物质的跨膜转运二、物质的跨膜转运 细胞膜由脂质双分子层构成，细胞膜由脂质双分子层构成，理论上只有脂容性的物质才能理论上只有脂容性的物质才能透过它。但新陈代谢的细胞，透过它。但新陈代谢的细胞，不断和细胞周围环境进行物质不断和细胞周围环境进行物质交换，包括供能物质、细胞内交换，包括供能物质、细胞内合成新物质的原料、代谢中间合成新物质的原料、代谢中间产物和终产物，产物和终产物，O2.CO2.Na+.K+.Ca2+O2.CO2.Na+.K+.Ca2+离子进出离子进出细胞。它们之中少数能通过脂细胞。它们之中少数能通过脂质直接进出细胞，多数依赖于质直接进出细胞，多数依赖于膜上的蛋白质。大分子和颗粒膜上的蛋白质。大分子和颗粒物质则以出入胞形式进行。物质则以出入胞形式进行。被动转运被动转运主动转运主动转运 指物质顺电指物质顺电位或化学梯度的位或化学梯度的转运过程。转运过程。指物质逆浓指物质逆浓度梯度或电位梯度梯度或电位梯度的转运过程。度的转运过程。分类：分类：（一）被动转运（一）被动转运(passive transport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点：特点：分类：分类：不耗能（转运动力依赖物质的电不耗能（转运动力依赖物质的电-化化学梯度所贮存的势能）学梯度所贮存的势能）依靠或不依靠特殊膜蛋白质的依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮帮助助”顺电顺电-化学梯度进行化学梯度进行 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散(1)(1)概念概念:脂溶性物质或不带电荷的小分子物质从细脂溶性物质或不带电荷的小分子物质从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。COCO2 2 i i COCO2 2 o oOO2 2 o o OO2 2 i i1.1.单纯扩散单纯扩散（simple diffusion）(2)(2)特点特点:扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”不需另外消耗细胞本身的能量不需另外消耗细胞本身的能量 单纯扩散的影响因素单纯扩散的影响因素：膜两侧扩散膜两侧扩散物质浓度梯度物质浓度梯度膜对扩散物膜对扩散物质的通透性质的通透性 膜的有效面膜的有效面积积 底底 物物 浓浓 度度 流流量量 (3)(3)转运的物质：转运的物质：O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3、N N2 2、尿素、乙醚、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素等少数几种。乙醇、类固醇类激素等少数几种。注：注：膜对膜对H H2 2O O具高度通透性，具高度通透性，H H2 2O O是单纯扩散，此外还可通过是单纯扩散，此外还可通过水水通道通道（water channel）跨膜转运。跨膜转运。2.2.易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)概念概念:非脂溶性的物质或带电离子，从细非脂溶性的物质或带电离子，从细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。分类分类:经通道的易化扩散经通道的易化扩散经载体的易化扩散经载体的易化扩散（1）经载体的易化扩散经载体的易化扩散膜蛋白载体又称转运体，水溶性小分子物质借助于转运体进膜蛋白载体又称转运体，水溶性小分子物质借助于转运体进行跨细胞膜转运。是顺浓度梯度进行的。行跨细胞膜转运。是顺浓度梯度进行的。载体中介的易化扩散载体中介的易化扩散细胞膜细胞膜细细胞胞外外细细胞胞内内载载体体蛋蛋白白载载体体蛋蛋白白转运过程转运过程：转运体与转运物质 有结合位点，转运物质浓度结合位点与作用物结合构象改变被转运物质被封闭在转运体中，转运到另一侧时转运物被解离。转运速度转运速度：转运速度较慢，是因“结合构象变解离”需时间。例如：葡萄糖、氨基酸的转运都是经载体异化扩散进行的。substrateflux载体载体扩散扩散特点：特点：特异性：特异性：膜蛋白载体能够识别具有结构特殊性的被转运物质。饱和现象：饱和现象：转运体数量受限，被转运物质浓度再提高，转运速度不再提高。此现象称载体转运的饱和现象。此时转运速度写为Vmax，12 Vmax时的被转运底物浓度被称为米氏常数米氏常数（Km），此常数愈小表明转运载体对底物亲和力高，转运速率大。竞争性抑制：竞争性抑制：结构相似的被转运物与同一载体具有竞争性抑制现象，浓度较低或Km较大者易被抑制。（2）经通道的易化扩散经通道的易化扩散带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度从高浓度带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度从高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运，此通道蛋白又称离子一侧向低浓度一侧的跨膜转运，此通道蛋白又称离子通道：离子通道处在开放，离子可通过；关闭时不能通道：离子通道处在开放，离子可通过；关闭时不能通过。通过。KK+i i KK+o oNaNa+o o NaNa+i i通道开放通道开放离子进入膜内离子进入膜内神经递质神经递质（AchAch）离子离子细胞外细胞外细胞内细胞内通道特点：通道特点：（1 1）离子选择性）离子选择性（Na+）静息态（关）静息态（关）激活态（开）激活态（开）刺激不能开放刺激不能开放 失活态（关）失活态（关）A.激活们激活们 I.失活门失活门每种通道仅对一种或几种离子有通透能力，对其它离子通透能力每种通道仅对一种或几种离子有通透能力，对其它离子通透能力很低，很低，例如：钾通道；例如：钾通道；根据对离子通透能力：又称为钾、钠、钙通道。根据对离子通透能力：又称为钾、钠、钙通道。选择性的大小：和通道口径、结构及带电电荷有关。选择性的大小：和通道口径、结构及带电电荷有关。刺激能开放刺激能开放离子扩散离子扩散 电压门控通道电压门控通道 化学门控通道化学门控通道 机械门控通道机械门控通道（2 2）门控性）门控性电压门控通道电压门控通道：此类通道受细胞膜膜电位的调节控制，简称调控，膜两侧电位差膜电位改变时，通道状态改变。去极化时，开放。例如：细胞膜上的钠、钾离子通道。化学门控通道化学门控通道：此类通道受膜内外化学物质的调控，这类通道蛋白还具有受体的结构，和一些特殊的化学物质（配体）特异性结合，被称为“配体门控通道”。例如：神经肌接头处肌细胞膜部位的终板膜，膜上的乙酰胆碱受体，其本身即是通道，又可和配体乙酰胆碱结合引起通道开放，为配体门控通道。机械门控通道机械门控通道：受机械性刺激，例如耳毛细胞机械门控钾通道受牵张刺激。(二二)主动转运主动转运(active transport)概念概念：细胞通过本身的某耗能过程将物质逆浓度梯细胞通过本身的某耗能过程将物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。度或电位梯度的转运过程。特点特点：分类分类：入胞入胞和和出胞出胞式转运。式转运。继发性主动转运继发性主动转运（简称：（简称：联合转运联合转运）；）；原发性主动转运原发性主动转运（简称：（简称：泵转运泵转运）；）；如如:Na:Na+-K-K+泵、泵、CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+泵、泵、H H+-K-K+泵等泵等 需要消耗能量需要消耗能量,能量由分解能量由分解ATPATP来提供；来提供；依靠特殊膜蛋白质依靠特殊膜蛋白质(泵、转运体泵、转运体)的的“帮助帮助”；是逆电是逆电-化学梯度进行的。化学梯度进行的。1.1.原发性主动转运原发性主动转运(primary active transport)Na+-K+泵泵(又称又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵简称钠泵)。细胞直接利用代谢产生的能量，经膜蛋白的介导将转运物细胞直接利用代谢产生的能量，经膜蛋白的介导将转运物质逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运被转运的物质多为钠钾质逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运被转运的物质多为钠钾钙离子，这一膜蛋白称为离子泵钙离子，这一膜蛋白称为离子泵 ,其化学本质是其化学本质是ATPATP酶，可酶，可将细胞内将细胞内ATPATP水解成水解成ADPADP。细胞外细胞外细胞内细胞内 2K 2K+2K 2K+3Na3Na+3Na3Na+钠钠泵泵ATPATP催化部位催化部位NaNa+浓差浓差K K+浓差浓差钠钠钾泵转运：钾泵转运：钠钠-钾钾泵泵的的这这种种活活动动还还为为其其它它一一些些物物质质的的转转运运提提供供了了动动力力（如如葡葡萄萄糖糖、氨氨基基酸酸的的吸吸收收：NaNa+-载载体体-葡葡萄萄糖糖、NaNa+-载载体体-氨氨基基酸酸的的复复合合体体形形式式进进行行的的联合转运）。联合转运）。维持维持NaNa+o o高高、KK+i i高高原先原先的的不均匀分布状态不均匀分布状态2K2K+泵至细胞内泵至细胞内;3Na;3Na+泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATPATP产生能量产生能量当当NaNa+i i/K/K+o o激活激活 钠钠-钾泵钾泵:A A.哺乳类动物细胞膜上普遍存在，简称哺乳类动物细胞膜上普遍存在，简称“钠泵钠泵”B B.由由、二个亚单位组成的蛋白质二个亚单位组成的蛋白质,亚单位是催化亚单位是催化亚单位，需要膜内亚单位，需要膜内Na+Na+和膜外和膜外K+K+的共同参与下具有的共同参与下具有ATPATP酶酶活性，因此钠泵又被称为钠钾依赖式活性，因此钠泵又被称为钠钾依赖式ATPATP酶。酶。C C亚单位有亚单位有2 2种构象：种构象：E1E1、E2E2。与。与ATPATP结合时呈结合时呈E1E1构象，构象，亚单位在膜内呈现亚单位在膜内呈现E1E1构象，对构象，对K+K+亲和力弱，对亲和力弱，对Na+Na+亲和亲和力强，解离力强，解离K+K+，结合，结合Na+Na+。在膜外呈现。在膜外呈现E2E2构象。构象。D D.钠泵每分解钠泵每分解1 1分子分子ATPATP可将可将3 3个个Na+Na+移出膜外，移出膜外，2 2个个K+K+移至移至膜内。产生膜内。产生1 1个正电荷的净外运，钠泵有生电效应，个正电荷的净外运，钠泵有生电效应，1 1个周个周期大约期大约10mS10mS。E E.依靠钠泵的活动，细胞内依靠钠泵的活动，细胞内K+K+浓度高于细胞外浓度高于细胞外3030倍，倍，Na+Na+细胞外高于细胞内细胞外高于细胞内1010倍。当细胞外倍。当细胞外Na+Na+或细胞内或细胞内K+K+浓度增浓度增加时，都会激活钠泵，以维持细胞外、内的加时，都会激活钠泵，以维持细胞外、内的Na+Na+、K+K+浓度浓度。(5)(5)钠泵活动的意义钠泵活动的意义细胞内高钾环境，胞质内代谢反应所必须。细胞内高钾环境，胞质内代谢反应所必须。维持细胞内渗透压和容积维持细胞内渗透压和容积细胞内、外钠钾浓度梯度是细胞生物电发生基础。细胞内、外钠钾浓度梯度是细胞生物电发生基础。可使膜内负电位加大可使膜内负电位加大钠在膜两侧浓度梯度为继发性主动转运提供基础钠在膜两侧浓度梯度为继发性主动转运提供基础2.2.继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport)概概念念：某某些些离离子子原原发发性性主主动动转转运运（钠钠泵泵作作用用）所所形形成成的的膜膜内内外外浓浓度度梯梯度度，这这些些离离子子顺顺其其浓浓度度梯梯度度扩扩散散同同时时，而而其其它它物物质质逆逆浓浓度度梯梯度度跨跨细细胞胞膜膜转转运运。属属于于间间接接利利用用ATPATP能量。能量。例如：肾小管周膜钠例如：肾小管周膜钠泵将泵将Na+Na+逆浓度梯度泵逆浓度梯度泵出细胞出细胞肾小管细胞肾小管细胞内内Na+Na+浓度浓度肾小管肾小管腔膜两侧呈现腔膜两侧呈现Na+Na+浓度浓度梯度梯度Na+Na+顺浓度梯度顺浓度梯度进入细胞内进入细胞内由此释由此释放的势能用于葡萄糖放的势能用于葡萄糖逆浓度梯度进入细胞。逆浓度梯度进入细胞。分类：同向转运、逆向转运分类：同向转运、逆向转运n n同向转运：被转运的分子或离子向同一方向的同向转运：被转运的分子或离子向同一方向的转运，其转运体称为同向转运体。钠转运，其转运体称为同向转运体。钠-葡萄糖同葡萄糖同向转运体（近端肾小管上皮细胞向转运体（近端肾小管上皮细胞1:11:1；小肠粘膜；小肠粘膜2:12:1）。）。Na+-K+-2ClNa+-K+-2Cl同向转运体。同向转运体。逆向转运：被转运的分子或离子向相反方向的逆向转运：被转运的分子或离子向相反方向的 转运，其转运体称为反向转运体或反向交换体。转运，其转运体称为反向转运体或反向交换体。两种重要的反向交换体：两种重要的反向交换体：Na+-Ca+Na+-Ca+交换体：机体几乎所有的细胞都具有交换体：机体几乎所有的细胞都具有Na+-Ca+Na+-Ca+交换体，交换体，Na+Na+顺浓度梯度进入细胞，顺浓度梯度进入细胞，Ca+Ca+逆浓度梯度出细胞，逆浓度梯度出细胞，3:13:1比例转运。比例转运。Na+-H+Na+-H+交换体：肾小管上皮细胞具有交换体：肾小管上皮细胞具有Na+-H+Na+-H+交交换体，换体，Na+Na+进入细胞，进入细胞，H+H+出细胞，出细胞，1:11:1比例比例29 泵泵Na+K+ATPADPNa+Na+继继发发性性主主动动转转运运细细胞胞GH+H+主动转运的特点主动转运的特点1.1.逆浓度梯度和电位梯度逆浓度梯度和电位梯度2.2.饱和现象饱和现象3.3.需特殊膜蛋白的帮助需特殊膜蛋白的帮助4.4.有特异性有特异性5.5.原发性主动转运能量直接来自原发性主动转运能量直接来自ATP；继发性主动转运继发性主动转运能量直接来自能量直接来自Na+的的势能，间接来自势能，间接来自ATP 3.3.出胞和入胞式转运出胞和入胞式转运 大大分分子子物物质质和和颗颗粒粒物物质质进进出出细细胞胞不不是是直直接接穿穿过过细细胞胞膜膜，而而是是先先接接触触细细胞胞膜膜并并被被其其包包被被形形成囊泡成囊泡 出胞出胞(exocytosis):指胞质内大分子物质指胞质内大分子物质以分泌囊泡形式排出细胞的过程。以分泌囊泡形式排出细胞的过程。主主要要见见于于细细胞胞的的分分泌泌过过程程：如如激激素素、神神经经递递质质、消化液的分泌。消化液的分泌。入胞入胞(endocytosis):指细胞外的大分子指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。物质或团块进入细胞的过程。分分 为为：吞噬吞噬=转运物质为固体转运物质为固体;吞饮吞饮=转运物质为液体。转运物质为液体。分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被=分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分囊泡的膜成为细胞膜的组成部分出胞出胞：细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合=复合物复合物复合物向膜表面的复合物向膜表面的“有被小窝有被小窝”移动移动“有被小窝有被小窝”处的膜凹陷处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡吞食泡吞食泡与内容物相分离，吞食泡与内容物相分离，其膜性结构与细胞膜相融合其膜性结构与细胞膜相融合入胞入胞:被动与主动转运方式的比较：被动与主动转运方式的比较：被动转运被动转运被动转运被动转运主动转运主动转运主动转运主动转运单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散通道通道 载体载体原发性原发性 继发性继发性转运方向转运方向高浓度高浓度 低浓度低浓度低浓度低浓度 高浓度高浓度膜膜转运蛋白转运蛋白否否需需需需需需需需饱和现象饱和现象无无有有无无有有有有化学特异性化学特异性无无有有有有有有有有消耗代谢能消耗代谢能及来源及来源不消耗不消耗消耗消耗钠泵钠泵消耗消耗离子浓差离子浓差钠泵钠泵转运的物质转运的物质O O2 2 COCO2 2脂肪酸脂肪酸Na+K+Ca+葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸Na+、K+Ca+、H+葡萄糖葡萄糖氨基酸氨基酸第二节 细胞的信号转导细胞功能的改变细胞功能的改变刺激信号刺激信号（激素或递质）（激素或递质）靶细胞膜靶细胞膜（效应器细胞）（效应器细胞）多细胞生物体必多细胞生物体必须具备完善的信号转须具备完善的信号转导系统以协调其正常导系统以协调其正常的生理功能。细胞间的生理功能。细胞间传递信息的物质多达传递信息的物质多达几百种：如递质、激几百种：如递质、激素、细胞因子、物理素、细胞因子、物理性信号等。性信号等。根据受体的结构和功能特性，跨膜信根据受体的结构和功能特性，跨膜信号转导方式大体有以下三类：号转导方式大体有以下三类：离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导 酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导一、一、离子通道型受体介导的信号转导 离子型受体又称为促离子型受体，离子型受体又称为促离子型受体，离子通道大体有：化学、电压、机械性离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道，如：门控通道，如：化学门控性化学门控性电压门控性电压门控性 机械门控通道机械门控通道受机械刺激而开闭受机械刺激而开闭的通道，如内耳的毛细的通道，如内耳的毛细胞的听毛在受声波作用胞的听毛在受声波作用发生弯曲时，会导致听发生弯曲时，会导致听毛根部的膜变形，直接毛根部的膜变形，直接激活了膜附近的机械门激活了膜附近的机械门控通道，毛细胞可出现控通道，毛细胞可出现短暂的电位变化。短暂的电位变化。二、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（一）主要的信号蛋白（一）主要的信号蛋白 1 1、G G蛋白耦联受体蛋白耦联受体：又称为促代谢型又称为促代谢型受体，受体，最大的细胞表面受体家族，共有最大的细胞表面受体家族，共有300300多种；受体由一条多种；受体由一条7 7次穿膜的肽链构次穿膜的肽链构成，膜外侧和膜内有配体的结合部位，成，膜外侧和膜内有配体的结合部位，胞浆侧有结合胞浆侧有结合G G蛋白的部位，通过与配体蛋白的部位，通过与配体结合后的构象变化来结合和激活结合后的构象变化来结合和激活G G蛋白。蛋白。2 2、G G蛋白：蛋白：也称也称GTPGTP结合蛋白，是耦联膜受结合蛋白，是耦联膜受体与效应器的一种特定蛋白，由体与效应器的一种特定蛋白，由、和和三三个亚单位组成，其中个亚单位组成，其中亚亚单位具有鸟苷酸的结单位具有鸟苷酸的结合位点和合位点和GTPGTP酶活性。非活化的酶活性。非活化的G G蛋白在膜内与蛋白在膜内与受体分离，其受体分离，其亚亚单位结合一分子的单位结合一分子的GDPGDP；当当配体与受体结合后，受体构象改变，从而激活配体与受体结合后，受体构象改变，从而激活G G蛋白，此时蛋白，此时亚亚单位与单位与GDPGDP解离，结合一分子解离，结合一分子GTPGTP，并与另两个亚单位分离，继而激活其靶并与另两个亚单位分离，继而激活其靶蛋白。蛋白。3 3、G G蛋白效应器：蛋白效应器：A、效应器酶：效应器酶：包括包括:腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶(AC)(AC)磷脂酶磷脂酶C(PLC)C(PLC)磷酸二脂酶磷酸二脂酶(PDE)(PDE)磷脂酶磷脂酶A A2 2(PLA(PLA2 2)等等 B B、离子通道离子通道:4 4、第二信使：、第二信使：它是激素、递质、细胞因子等信号分它是激素、递质、细胞因子等信号分子作用于细胞膜后细胞内产生的信号因子，子作用于细胞膜后细胞内产生的信号因子，间接地把细胞外信号转入细胞内。包括间接地把细胞外信号转入细胞内。包括cAMPcAMP、三磷酸肌醇三磷酸肌醇(IP(IP3 3)、二酰甘油二酰甘油(DG)(DG)、环环-磷酸鸟苷磷酸鸟苷(cGMPcGMP)和和CaCa2+2+等。等。（二）主要的（二）主要的G G蛋白偶联受体信号转导途径蛋白偶联受体信号转导途径 1 1、受体、受体-G-G蛋白蛋白-AC-AC途径：途径：外来信使细胞膜受体G蛋白腺甘酸环化酶ATP 蛋白激酶A心肌：增加Ca2+通道数胃：促进胃酸分泌脑：抑制K+通道，延长放电cAMP2 2、受体、受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径途径 配体与受体结合 激活G蛋白Gq激活PLC磷脂酰 二磷酸肌醇IP3和DG化学门控Ca通道激活胞浆Ca2+浓度升高PKC三、酶耦联受体介导三、酶耦联受体介导的信号转导的信号转导(一一)酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 该类受体本身具有该类受体本身具有酶的活性，贯穿于膜的酶的活性，贯穿于膜的脂质双层中，其膜外侧脂质双层中，其膜外侧有配体结合的位点，膜有配体结合的位点，膜内侧具有酪氨酸激酶的内侧具有酪氨酸激酶的结构域。结构域。（二）鸟苷酸环化酶受体：（二）鸟苷酸环化酶受体：也称为具有鸟苷酸环化酶的受体，由也称为具有鸟苷酸环化酶的受体，由一条肽链组成，分子的一条肽链组成，分子的N N端有配体结合位点，端有配体结合位点，位于膜外侧，位于膜外侧，C C端有鸟苷端有鸟苷酸环化酶酸环化酶(GC)(GC)的结的结构域。构域。当配体与受体结合后，即激活当配体与受体结合后，即激活GCGC，后者，后者使胞内的使胞内的GTPGTP环化生成环化生成cGMPcGMP，依次激活蛋白依次激活蛋白激酶激酶G G，引起细胞的生理效应。引起细胞的生理效应。第三节 细胞的生物电现象 概概 述述 恩恩格格斯斯在在100100多多年年前前就就指指出出：“地地球球上上几几乎乎没没有有一一种种变变化化发发生生而而不不同同时时显显示示出出电电的的变变化化”。人人体体及及生生物物体体活活细细胞胞在在安安静静和和活活动动时时都都存存在在电电活活动动，这这种种电电活活动动称称为为生生物物电电现现象象（bioelectricity）。细细胞胞生生物物电电现现象象是是普普遍遍存存在在的的，临临床床上上广广泛泛应应用用的的心心电电图图、脑脑电电图图、肌肌电电图图及及视视网网膜膜电电图图等等就就是是这这些些不不同同器器官和组织活动时生物电变化的表现。官和组织活动时生物电变化的表现。一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象2.RP2.RP实验现象：实验现象：安静时安静时 静息电位静息电位(RP)(RP)受刺激时受刺激时 动作电位动作电位(AP)(AP)表现形式：表现形式：（一）静息电位（一）静息电位(resting potential,RP)1 1.概概 念念 ：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差。位差。2.2.实验现象实验现象：3.3.与与RPRP相相关的概念关的概念：膜电位膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位称为膜电位（membrane potential）习惯叫法习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上因膜内电位低于膜外，习惯上RPRP指的是膜内负电位。指的是膜内负电位。RPRP值值:哺乳动物的神经哺乳动物的神经-70-70mVmV、骨骼肌骨骼肌-90mV90mV和平滑肌细胞和平滑肌细胞-55mV-55mV，红细胞约为红细胞约为-10mV-10mV左右。左右。RPRP值描述值描述:RP RP膜内负电位膜内负电位(-70-90mV)=(-70-90mV)=超极化超极化 RPRP膜内负电位膜内负电位(-70-50mV)=(-70-50mV)=去极化去极化1)1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 NaNa+i i NaNa+o o 110,K110,K+i iKK+o o301301 ClCl-I I ClCl-o o 114,A114,A-i iAA-o o 41 414.4.静息电位的产生机制静息电位的产生机制(1)(1)静息电位的产生条件静息电位的产生条件主要离子分布：主要离子分布：膜内：膜内：膜外：膜外：2)2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：通透性：K+Cl-Na+A-+K+K+K K+外流形成外流形成 K K+平衡电位平衡电位神经纤维神经纤维电势能电势能30K+1 K+P-浓差势能浓差势能(2)(2)形成机制：形成机制：EK=60 log K K+平衡电位平衡电位可由可由Nernst 方程式计算方程式计算 5.5.影响影响RPRP的因素的因素RPRP实测值略实测值略计算值。计算值。K+oK+i（mV）why？1 1）跨膜）跨膜K K+浓度差：浓度差：2 2）膜对膜对NaNa+及及K K+的通透性的通透性3 3）NaNa+-K-K+泵活动水平泵活动水平KK+o o RPRPK K+RPRP（二）动作电位二）动作电位(action potential,AP)1 1.概概 念念：在静息电位的基础上，给细胞一个适在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动当的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动 。2.2.APAP实验现象：实验现象：3.3.与与APAP相关的概念相关的概念:极极 化化(polarization):RPRP存在时细胞膜电位外正内存在时细胞膜电位外正内负的状态。负的状态。去极化去极化(depolarization):膜内外电位差向小于膜内外电位差向小于RPRP值值的方向变化的过程的方向变化的过程。超极化超极化(hyperpolarization):膜内外电位差向大于膜内外电位差向大于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。复极化复极化(repolarization):去极化后再向去极化后再向RPRP状态恢复状态恢复的过程。的过程。反极化反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程。负的极性反转过程。超射超射(overshoot)：膜电位高于零电位的部分，膜电位高于零电位的部分，锋电位锋电位(spike potential)：构成：构成APAP主要部分的脉主要部分的脉冲样变化，冲样变化，是是APAP的标志的标志。阈值阈值(threshold)：能引起能引起APAP的最小刺激强度。的最小刺激强度。后电位后电位(after-potential)：锋电位下降支最后恢锋电位下降支最后恢复到复到RPRP水平以前，一种时间较长、波动较小水平以前，一种时间较长、波动较小的电位变化过程。的电位变化过程。包括：包括：负后电位负后电位(negative after-potential)=后去极化后去极化(after depolarization)，正后电位正后电位(positive after-potential)=后超极化后超极化(after depolarization)。时间（时间（ms）正后电位正后电位负后电位负后电位-70-550+35mV刺激伪迹刺激伪迹锋电位锋电位动动作作电电位位的的波波形形及及组组成成后电位后电位时间（时间（ms）-70-550+35mV动动作作电电位位的的波波形形及及组组成成去极相去极相复极相复极相静息期静息期超射超射AP刺激刺激RS5.AP的意义：的意义：AP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志。4.AP的特征：的特征：具有可传播性。具有可传播性。具有具有“全或无全或无”(all-or-none)的现象的现象(1)AP产生的产生的基本条件基本条件:膜内外存在膜内外存在NaNa+差差:NaNa+i iNaNa+O O 110 110；膜在受到膜在受到阈刺激阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性即电压门控性NaNa+、K K+通道激活而开放通道激活而开放。6.6.动作电位的产生机制动作电位的产生机制-+Na+Na+-+细细胞胞外外细细胞胞内内1NaClNa+浓度差浓度差 10 NaClRP刺激刺激(2)AP产生的机制：1 1）去极相）去极相RPK+K+细胞外细胞外1NaCl10 NaCl-+细胞内细胞内Na+K+-+泵泵3 3）静息期）静息期2 2）复极相）复极相APAP上升支上升支APAP下降支下降支当细胞受到当细胞受到刺激刺激细胞膜上细胞膜上少量少量NaNa+通道激活而开放通道激活而开放NaNa+顺浓度差少量内流顺浓度差少量内流膜内外电位差膜内外电位差局部电位局部电位当膜内电位变化到阈电位时当膜内电位变化到阈电位时NaNa通道大量开放通道大量开放NaNa+顺电化学差和膜内负电位的吸引顺电化学差和膜内负电位的吸引再生式内流再生式内流 NaNa+i i、KK+O O激活激活NaNa+K K+泵泵膜内负电位减小到零并变为正电位（膜内负电位减小到零并变为正电位（APAP上升支上升支）NaNa+通道关通道关NaNa+内流停止同时内流停止同时K K+通道激活而开放通道激活而开放K K顺浓度差和膜外负电位的吸引顺浓度差和膜外负电位的吸引K K迅速外流迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到膜内电位迅速下降，恢复到RPRP水平（水平（APAP下降支下降支）NaNa+泵出、泵出、K K+泵回，泵回，离子恢复到兴奋前水平离子恢复到兴奋前水平后电位后电位结结论论：APAP的的上上升升支支由由NaNa内内流流形形成成，下下降降 支支是是K K外外流流形形成成的的，后后电电位位是是NaNaK K泵泵活活动动引起的。引起的。APAP的产生是不消耗能量的，的产生是不消耗能量的，APAP的恢的恢复是消耗能量的（复是消耗能量的（NaNaK K泵的活动）。泵的活动）。AP=AP=NaNa的平衡电位。的平衡电位。NernstNernst公式的计算公式的计算 APAP达到的超射值（正电位值）相当于计算达到的超射值（正电位值）相当于计算所得的所得的E ENaNa值。值。应用应用NaNa通道特异性阻断剂河豚毒后，通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失（内向电流全部消失（APAP消失）。消失）。证明：证明：1.1.刺激：刺激：刺激分：刺激分：阈刺激阈刺激、阈上刺激阈上刺激、阈下刺激阈下刺激 前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发前二者能使膜电位去极化达到阈电位引发APAP；后后者者只只能能引引起起低低于于阈阈电电位位的的去去极极化化（即即局局部部电电位）不会引发位）不会引发APAP。2.2.阈电位：阈电位：是激活是激活电压门控性电压门控性NaNa+通道通道的临界值。的临界值。即阈电位先引发一定数量的即阈电位先引发一定数量的NaNa+通道开放，通道开放，NaNa+迅速迅速大量内流后，再引发更多数量的大量内流后，再引发更多数量的NaNa+通道开放，爆发通道开放，爆发APAP。因此，因此，当膜电位达到阈电位后，导致当膜电位达到阈电位后，导致NaNa+通道开通道开放与放与NaNa+内流之间出现再生性循环内流之间出现再生性循环。(正反馈正反馈)几点说明几点说明：7.7.兴奋在同一细胞上的传导兴奋在同一细胞上的传导1 1）传导机制：）传导机制：局部电流局部电流+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+神经纤维神经纤维2 2）传导方式）传导方式：无髓鞘无髓鞘N N纤维的兴奋传导为纤维的兴奋传导为近距离局部电流近距离局部电流；有髓鞘有髓鞘N N纤维的兴奋传导为纤维的兴奋传导为远距离局部电流远距离局部电流(跳跃式跳跃式)。3 3）有髄神经纤维传导特点）有髄神经纤维传导特点 1 1、生理完整性、生理完整性 2 2、3 3、4 4、5 5、双向性双向性相对不疲劳性相对不疲劳性绝缘性绝缘性不衰减性或不衰减性或“全或无全或无”现象现象4)4)影响兴奋传导的因素影响兴奋传导的因素 1 1）C C直径直径 2 2）髓鞘髓鞘 3 3）温度温度二、局部兴奋二、局部兴奋(local response)概念概念：阈下刺激引阈下刺激引起的低于阈电位起的低于阈电位的去极化（即局的去极化（即局部电位），称部电位），称局局部反应部反应或或局部兴局部兴奋奋。特点：特点：不不具具有有“全全或或无无”现现象象。其其幅幅值值可可随随刺刺激强度的增加而增大。激强度的增加而增大。电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离电紧张方式扩布。其幅值随着传播距离的增加而减小。的增加而减小。具有总和效应：时间性和空间性总和具有总和效应：时间性和空间性总和。时间性总和时间性总和空间性总和空间性总和局部兴奋与AP的区别:不不不不衰减扩布衰