第二章-细胞的基本功能.ppt

第二章 细胞(xbo)的基本功能第一页，共五十七页。l主要内容：细胞膜的结构 细胞膜的基本功能 细胞的兴奋性 细胞生物电现象l重点难点：细胞的转运(zhun yn)功能 细胞生物电现象 Na+K+泵 第二页，共五十七页。细细 胞胞n细胞细胞(xbo)(xbo)：是生命活动的基本单位。n已知除病毒之外的所有生物均由细胞所组成。n细胞的分类：原核细胞原核细胞（可把原核生物粗分为“三菌三体”，即细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体和衣原体）、真核细胞真核细胞。第三页，共五十七页。第四页，共五十七页。第一节第一节 细胞膜的结构细胞膜的结构(jigu)(jigu)特点和主要功能特点和主要功能n细胞膜细胞膜(cell membrane)：细胞内两个不同(b tn)部分之间或细胞与环境之间的屏障。细胞外膜（原生质膜）：构成细胞外层的界膜。细胞内膜：包围各种细胞器的膜称为细胞内膜。第五页，共五十七页。一、细胞膜的结构一、细胞膜的结构(jigu)特点特点 暗暗:电子致密带（约2.5nm）明：明：透明带（约2.5nm）暗：暗：电子致密带（约2.5nm）这种三层结构的膜是细胞(xbo)中普遍存在的基本结构，称为单位膜单位膜单位膜单位膜。第六页，共五十七页。二二、细胞膜结构、细胞膜结构(jigu)模型模型n单位膜模型：单位膜模型：“蛋白质-脂类-蛋白质”的三明治模型。单位膜模型的不足之处在于把膜的动态结构描写成静止的不变的。n脂筏模型：脂筏模型：脂筏就像一个蛋白质停泊的平台，与膜的信号转导、蛋白质分选均有密切的关系。n流动镶嵌流动镶嵌(xingqin)模型：模型：认为细胞膜由流动的脂双层和嵌在其中的蛋白质组成。n晶格模型：晶格模型：流动镶嵌模型的补充。n第七页，共五十七页。液态镶嵌液态镶嵌(xingqin)模型（模型（fluid mosaic model）n到目前(mqin)为止提细胞膜假说有数十种，其中得到较多实验事实支持而目前(mqin)仍为大多数人所接受的是美国的S.J.Singer和G.L.Nicholsom于1972年提出的液态镶嵌模型液态镶嵌模型（fluid mosaic model）。n这一假想模型的基本内容是：膜的共同结构特点是以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构、因而也具有不同生理功能的蛋白质。第八页，共五十七页。第九页，共五十七页。三、细胞膜的组成(z chn)成分n脂质n蛋白质n糖类n水分(shufn)，无机盐和金属离子第十页，共五十七页。（一）脂质双分子(fnz)层n细胞膜上的脂质主要是磷脂磷脂，其次是胆固醇胆固醇，还有少量(sholing)糖脂糖脂。1.磷脂：磷脂：是构成细胞膜的主要脂分子细胞膜的主要脂分子。主要分为鞘磷脂及磷酸甘油脂两大类。第十一页，共五十七页。n甘油的两个羟基与两分子(fnz)的脂肪酸结合生成酯键；n另一个羟基与磷酸生成酯键；n磷酸又与一个碱基结合第十二页，共五十七页。n根据(gnj)碱基不同，形成了四种磷脂：1.磷脂酰胆碱 2.磷脂酰乙醇胺 3.磷脂酰丝氨酸 4.磷脂酰肌醇第十三页，共五十七页。2.胆固醇：胆固醇：第十四页，共五十七页。3.糖脂：糖脂：含有一个或几个(j)糖基的脂类。（1）脑苷脂：是髓鞘的重要组成部分 （2）神经节苷脂：是神经细胞膜的重要组成部分第十五页，共五十七页。（二）蛋白质n脂质双分子层中镶嵌有不同生理功能的蛋白质膜蛋白膜蛋白n膜蛋白的特点：膜蛋白的特点：（1）分子大小不一（2）蛋白质形态(xngti)不一（3）镶嵌在膜上的深浅不同（4）功能不同第十六页，共五十七页。n膜蛋白的分类：膜蛋白的分类：（1）转运蛋白（2）受体蛋白（3）抗原(kngyun)标志蛋白第十七页，共五十七页。（三）糖类(tn li)n糖蛋白：糖蛋白：以低聚糖或多聚糖链的形式共价结合于细胞膜蛋白(dnbi)上的糖类称为糖蛋白(dnbi)。n糖脂：糖脂：以低聚糖或多聚糖链的形式共价结合于细胞膜脂上的糖类称为糖脂。第十八页，共五十七页。细胞膜糖类的功能细胞膜糖类的功能n抗原性和血型的分子基础抗原性和血型的分子基础n细胞间进行识别和信息细胞间进行识别和信息(xnx)交换交换n与细胞免疫，细胞粘附，细胞癌变等有关与细胞免疫，细胞粘附，细胞癌变等有关n与细胞对药物、激素的反应有关与细胞对药物、激素的反应有关n保护细胞保护细胞第十九页，共五十七页。（四）细胞膜的特性(txng)1.细胞膜的流动性细胞膜的流动性 磷脂双分子(fnz)层是轻油般的液体,具有流动性，大多数 蛋白质分子(fnz)也是可以运动的。2.膜的不对称性：膜的不对称性：脂质、膜蛋白和糖类分布不均。3.相变性相变性随着环境条件的变化，脂质分子的晶态和液晶态是互变的。4.更新性更新性在细胞中，膜的组分处于不断更新的状态。5.通透性通透性 对体内某些分子具有通透性。第二十页，共五十七页。四、细胞膜的基本功能四、细胞膜的基本功能（一）屏障功能（一）屏障功能 分隔形成分隔形成(xngchng)(xngchng)细胞和细胞器，为细胞的生细胞和细胞器，为细胞的生命活动提供相对稳定的内环境。命活动提供相对稳定的内环境。第二十一页，共五十七页。（二）物质转运功能（二）物质转运功能 细胞在新陈代谢过程中，不断细胞在新陈代谢过程中，不断(bdun)(bdun)物质进出物质进出细细胞。根据跨膜物质转运的方向和供能特征，分胞。根据跨膜物质转运的方向和供能特征，分为为被动转运被动转运和和主动转运主动转运两大类。两大类。第二十二页，共五十七页。被动被动(bidng)(bidng)转运转运概念：概念：离子或小分子在浓度差或电位差的驱动下顺电化学梯度的穿膜 运动。分类：1.1.简单扩散：简单扩散：最简单的物质转运方式(fngsh)，脂溶性物质由膜的高浓度向低浓度一侧扩散的现象。影响扩散的因素：影响扩散的因素：（1）细胞膜两侧物质的浓度梯度 （2）细胞膜对物质的通透性 特点：特点：（1）高浓度低浓度 （2）物质为脂溶性 （3）不耗细胞能量 （4）不需要蛋白质参与转运的物质：转运的物质：O2，CO2 第二十三页，共五十七页。第二十四页，共五十七页。n2.易化扩散易化扩散：非脂溶性物质或脂溶性小的物质，在特殊(tsh)蛋白质的帮助下，由高浓度一侧通过细胞膜向低浓度一侧扩散的现象。n易化扩散的特点：易化扩散的特点：（1）细胞不耗能（2）顺着浓度梯度移动（3）有膜蛋白参与n转运物质：转运物质：葡萄糖和氨基酸等物质 第二十五页，共五十七页。n根据易化扩散的膜蛋白不同，易化扩散可分为两类（1）以载体为中介的易化扩散（载体运输）以载体为中介的易化扩散（载体运输）一些膜蛋白具有载体功能，可与某些物质（氨基酸、糖）结合，发生结构变异后，将该物质从高浓度运向低浓度一侧，然后释放出该物质，此种运输不耗能。特点特点(tdin)：高度的结构特异性高度的结构特异性 饱和性饱和性 竞争抑制性竞争抑制性 转运速度快转运速度快第二十六页，共五十七页。以载体为中介以载体为中介(zhngji)的易化扩散的易化扩散第二十七页，共五十七页。（2）以通道为中介的易化扩散（通道运输）以通道为中介的易化扩散（通道运输）n离子通道蛋白的壁离子通道蛋白的壁外侧面疏水外侧面疏水，与膜的磷脂疏水区相邻，与膜的磷脂疏水区相邻，而壁的而壁的内侧面亲水内侧面亲水（叫水相孔道），溶于水的离子能通过。（叫水相孔道），溶于水的离子能通过。n通道的开放通道的开放(kifng)(kifng)与关闭受精密调控与关闭受精密调控。n通道类型：通道类型：（1 1）化学门控通道：）化学门控通道：AchAch通道；通道；（2 2）电压门控通道：）电压门控通道：NaNa+通道；通道；（3 3）机械门控通道：内耳毛细胞通道。）机械门控通道：内耳毛细胞通道。第二十八页，共五十七页。以通道以通道(tngdo)为中介的易化扩散为中介的易化扩散第二十九页，共五十七页。3.滤过滤过 透过生物膜上亲水性孔道的过程。借助于流体静压和渗透压使水通过(tnggu)膜上的微孔，化学物随之转运。能通过(tnggu)分子量小于100、不带电荷的极性分子如水、乙醇、尿素、乳酸等水溶性小分子。第三十页，共五十七页。主动转运主动转运 是指细胞本身通过耗能的过程，将某些物质的分子或离子由膜的低浓度端向高浓度端转运的过程。n主动转运的特点：主动转运的特点：逆浓度梯度（逆电位梯度）运输需要能量（由ATP直接供能）都有载体蛋白(dnbi)，依赖于膜运输蛋白(dnbi)具有选择性和特异性 n 主动转运的分类：主动转运的分类：原发性主动转运 继发性主动转运 a 同向转运 b 逆向转运第三十一页，共五十七页。第三十二页，共五十七页。Na+K+泵泵n细胞内液K+浓度高于细胞外液，细胞外液Na+浓度高于细胞内液(基础)n当细胞内液中Na+浓度升高或细胞外液中K+浓度升高，启动Na+K+泵(条件)nNa+K+泵实质是细胞膜上的一种特殊(tsh)蛋白质，激活后构象发生改变(过程)nNa+K+泵激活后消耗一分子的ATP，从而将细胞内的3个Na+转到细胞外，同时将细胞外2个K+转到细胞内(结果)泵出泵出泵出泵出NaNa+和泵入和泵入和泵入和泵入KK+的过程是同时进行的，称为的过程是同时进行的，称为的过程是同时进行的，称为的过程是同时进行的，称为“偶联偶联偶联偶联”第三十三页，共五十七页。Na+K+泵泵第三十四页，共五十七页。Na+K+泵生理泵生理(shngl)意义意义n1 维持细胞内外离子浓度梯度，从而完成正常维持细胞内外离子浓度梯度，从而完成正常代谢代谢(dixi)(dixi)及功能及功能n2 维持细胞结构和功能的完整性维持细胞结构和功能的完整性n3 储备势能储备势能第三十五页，共五十七页。4.入胞和出胞作用入胞和出胞作用（1）入胞作用：）入胞作用：细胞外的大分子物质或团块进入细胞内的过程。吞噬(tnsh)吞饮（2）出胞作用：）出胞作用：细胞把大分子物质或团块排出细胞外的过程。第三十六页，共五十七页。0入胞作用入胞作用(zuyng)第三十七页，共五十七页。出胞与入胞第三十八页，共五十七页。（三）信号转导功能（三）信号转导功能(gngnng)n受受体：体：能识别和选择性结合某种配体的蛋白质大分子。n膜受体的分子结构膜受体的分子结构 （1）分辨部（识别器，调节亚单位）（2）转换部（传导物）（3）效应(xioyng)部（效应(xioyng)器，催化亚单位）n膜受体的特征膜受体的特征 （1）特异性 （2）饱和性 （3）可逆性第三十九页，共五十七页。1 离子通离子通道型受体介导的跨膜信号转导道型受体介导的跨膜信号转导（1）化学）化学(huxu)门控通道门控通道（2）电压门控通道）电压门控通道（3）机械门控通道）机械门控通道2 酶联型受体介导的跨膜信号转导酶联型受体介导的跨膜信号转导第四十页，共五十七页。3 G蛋白蛋白(dnbi)偶联受体介导的跨膜信号转导偶联受体介导的跨膜信号转导（1）跨膜信号跨膜信号(xnho)转导的信号转导的信号(xnho)分子分子nG蛋白蛋白(dnbi)偶联偶联受体受体nG蛋白蛋白第四十一页，共五十七页。酶：腺苷酸环化酶（酶：腺苷酸环化酶（AC），磷脂酶），磷脂酶C（PLC）等）等nG蛋白蛋白(dnbi)效应器效应器 离子通道：离子通道：Ca2+或或K+n第二信使：第二信使：细胞外信息作用于细胞膜受体后，在细胞内产生的细胞外信息作用于细胞膜受体后，在细胞内产生的信息物质，从而继续传递细胞外的信息。信息物质，从而继续传递细胞外的信息。第二信使物质：第二信使物质：cAMP,cGMP,IP3，Ca2+及及NO等。等。n蛋白激酶：蛋白激酶：一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。一类催化蛋白质磷酸化反应的酶。反应在大多数情况下是发生在蛋白质的丝氨酸残基上。反应在大多数情况下是发生在蛋白质的丝氨酸残基上。第四十二页，共五十七页。（2）G蛋白蛋白(dnbi)偶联受体介导的跨膜信号转导的主要过程偶联受体介导的跨膜信号转导的主要过程第四十三页，共五十七页。主要主要(zhyo)过程过程 配体配体 无活无活性的性的G蛋蛋白白 激激活的活的G蛋蛋白白无活性无活性的的G蛋白蛋白(dnbi)效应器效应器 激激活的活的G蛋白蛋白(dnbi)效应器效应器调控第二信使浓度或离子通道调控第二信使浓度或离子通道 蛋白激酶蛋白激酶细胞内蛋白质细胞内蛋白质 配体受体复合物配体受体复合物G蛋白蛋白偶联受体偶联受体生理学效应生理学效应 激活的蛋白激酶激活的蛋白激酶第四十四页，共五十七页。第二节 细胞(xbo)的兴奋性与生物电现象一、细胞的兴奋性一、细胞的兴奋性（一）兴奋性（一）兴奋性 1 原始定义（1 1）活组织（细胞）对）活组织（细胞）对外界刺激发生反应的能力外界刺激发生反应的能力或或特性特性称称 兴奋性兴奋性。（2 2）神经神经、肌细胞肌细胞和某些和某些腺细胞腺细胞具有具有(jyu)(jyu)较高的兴奋性，因此较高的兴奋性，因此 它们被称为它们被称为可兴奋组织（细胞）。可兴奋组织（细胞）。第四十五页，共五十七页。2 现代定义（1 1）活组织（细胞）在受刺激时）活组织（细胞）在受刺激时产生动作电位的能力产生动作电位的能力称为兴奋性。称为兴奋性。（2 2）受到刺激）受到刺激能产生动作电位的组织（细胞）能产生动作电位的组织（细胞）才称为可兴奋才称为可兴奋(xngfn)(xngfn)组织（细胞）。组织（细胞）。（3 3）组织）组织产生了动作电位就是产生了兴奋（简称兴奋）。产生了动作电位就是产生了兴奋（简称兴奋）。n动作电位动作电位（Action potentialAction potential，APAP）可以是）可以是兴奋兴奋的的同义词。同义词。第四十六页，共五十七页。（二）刺激 1 概念：内外环境的改变叫刺激 2 分类：（1）适宜刺激：能引起机体细胞兴奋反应的刺激 （2）不适宜刺激：不能引起机体细胞兴奋反应的刺激 3 刺激的条件：（1）强度 （2）持续时间 （3）强度-时间变化率达到(d do)阈值。4 阈强度：在一定时间内能引起细胞产生兴奋反应的最小 刺激强度，叫阈强度，这个刺激叫阈刺激。阈上刺激阈上刺激和和阈下刺激阈下刺激第四十七页，共五十七页。（三）细胞兴奋的变化1 绝对不应期：对任何刺激都不反应2 相对不应期：对较强刺激（大于阈刺激）才反应3 超常期：细胞兴奋性升高，对阈下刺激也有反应4 低常期：细胞兴奋性降到正常(zhngchng)以下，此期后细胞 兴奋性逐渐恢复特点意义：细胞兴奋不是连续的 根据兴奋变化可计算出单位时间内细胞兴奋次数第四十八页，共五十七页。二、细胞的生物电现象二、细胞的生物电现象（一）静息电位（一）静息电位（resting potential RP）1 1 概念：概念：细胞在安静时膜内外两侧的电位保持外正内负的状态。细胞在安静时膜内外两侧的电位保持外正内负的状态。2 2 静息电位的表现：静息电位的表现：外正内负外正内负3 3 静息电位的大小：静息电位的大小：可兴奋细胞的静息电位为可兴奋细胞的静息电位为-70-90 mV4 4 形成机制：形成机制：（1 1）基础）基础静息时内外两侧离子分布不一静息时内外两侧离子分布不一 （2 2）关键）关键膜对钾离子通透性较强膜对钾离子通透性较强 （3 3）结果）结果钾离子外流钾离子外流5 5 静息电位的生理意义静息电位的生理意义(yy)(yy)：静息电位是细胞具有兴奋性的基础静息电位是细胞具有兴奋性的基础第四十九页，共五十七页。（二）动作电位（二）动作电位（acting potential AP）1 1 概念：概念：静息细胞在受到刺激而兴奋时，在膜内外两侧所发静息细胞在受到刺激而兴奋时，在膜内外两侧所发 生的一系列电位变化。生的一系列电位变化。2 2 动作电位的组成：动作电位的组成：（1 1）锋电位锋电位（spikespike）（2 2）后电位后电位（after potentialafter potential）负后电位负后电位和和正后电位正后电位。3 3 动作电位的生理意义：动作电位的生理意义：动作电位是细胞动作电位是细胞(xbo)(xbo)兴奋的标志兴奋的标志第五十页，共五十七页。4 动动作电位的主要过程作电位的主要过程（1）极）极化：化：将细胞静息时外正内负的状态叫极化。将细胞静息时外正内负的状态叫极化。（2）去）去极化：极化：细胞内的负电位逐渐减小的过程。细胞内的负电位逐渐减小的过程。（3）反）反极化：极化：也叫超射，去极化到达也叫超射，去极化到达0电位后出现外电位后出现外 负内正的现象负内正的现象(xinxing)。（4）复）复极化：极化：去极化后膜内电位向极化恢复的过程。去极化后膜内电位向极化恢复的过程。（5）超）超极化：极化：复极化后静息电位增大的过程。复极化后静息电位增大的过程。第五十一页，共五十七页。动作电位的过程动作电位的过程(guchng)第五十二页，共五十七页。5 5 动作电位的产生机制动作电位的产生机制(jzh)(jzh)：（1 1）阈电位的形成）阈电位的形成 刺激刺激 Na+通道部分开放通道部分开放 Na+少量内流少量内流（2 2）去极化和反极化）去极化和反极化 Na+内流内流 达阈电位达阈电位 Na+通道大量开放通道大量开放 Na+大量内流大量内流 超射电位（超射电位（Na+电化学平衡）电化学平衡）（3 3）复极化）复极化 Na+电化学平衡电化学平衡 Na+通道关闭通道关闭 K+通道打开通道打开 K+外流外流 静息电位水平（静息电位水平（K+电化学平衡）电化学平衡）（4）Na+-K+泵泵 3个个Na+出细胞出细胞 2 个个K+入细胞，两者相对流动形成后电位入细胞，两者相对流动形成后电位 第五十三页，共五十七页。6 动作电位与细胞兴奋性关系动作电位与细胞兴奋性关系n锋电位上升支和下降支前期锋电位上升支和下降支前期相当于相当于绝对不应期绝对不应期n锋电位下降支后期锋电位下降支后期相当于相当于相对相对(xingdu)(xingdu)不应期不应期n负后电位负后电位相当于相当于超常期超常期n正后电位正后电位则相当于则相当于低常期低常期7 动作电位过程的特点动作电位过程的特点n两种离子的跨膜流动n两个平衡点n离子流动力 第五十四页，共五十七页。8 动作电位的特点动作电位的特点n“全”或“无”n传播呈双向性，在有髓神经纤维上跳跃式传导9 阈电位及其意义阈电位及其意义(yy)(yy)阈电位：是指能诱发动作电位而发生去极化的临界 膜电位。阈电位的意义：n钠离子通道最大开放时的临界膜电位n引起动作电位发生的临界膜电位第五十五页，共五十七页。思考题阈刺激阈刺激(cj)、阈电位、阈电位、Na+-K+泵、膜受体、泵、膜受体、RP、AP、（去、复、反、超）极化、（去、复、反、超）极化n静息电位和动作电位的形成机制及生理意义？静息电位和动作电位的形成机制及生理意义？n主动转运和易化扩散的特点？主动转运和易化扩散的特点？n细胞兴奋性变化规律？细胞兴奋性变化规律？n动作电位的特点？动作电位的特点？第五十六页，共五十七页。内容(nirng)总结第二章 细胞的基本功能。甘油的两个羟基与两分子的脂肪酸结合生成酯键。脂质双分子层中镶嵌有不同生理功能的蛋白质膜蛋白。糖蛋白：以低聚糖或多聚糖链的形式共价(n ji)结合于细胞膜蛋白上的糖类称为糖蛋白。（2）G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导的主要过程。根据兴奋变化可计算出单位时间内细胞兴奋次数。1 概念：细胞在安静时膜内外两侧的电位保持外正内负的状态。（1）极化：将细胞静息时外正内负的状态叫极化。动作电位的特点第五十七页，共五十七页。