生理学细胞的基本功能.pptx

第二章第二章 细胞基本功效细胞基本功效细胞结构细胞结构第一节第一节 细胞膜结构和物质转运功效细胞膜结构和物质转运功效第二节第二节 细胞信号转导细胞信号转导第三节第三节 细胞生物电现象细胞生物电现象第四节第四节 肌细胞收缩功效肌细胞收缩功效相关链接：相关链接：生理学细胞的基本功能第1页第一节第一节 细胞膜结构和细胞膜结构和物质转运功效物质转运功效第一节学习要求第一节学习要求1.1.复习膜结构；复习膜结构；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。生理学细胞的基本功能第2页 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(fluid mosaic model)以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含有不一样生理功效着含有不一样生理功效蛋白质蛋白质。(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、膜化学组成和分子结构一、膜化学组成和分子结构生理学细胞的基本功能第3页二、细胞膜二、细胞膜物质转运功效物质转运功效 细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外营养物质和代谢细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外营养物质和代谢产物不停地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换唯一产物不停地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换唯一路径。路径。(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生理学细胞的基本功能第4页(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加生物学转运机制参加,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过程穿越细胞膜过程。2.人体内以单纯扩散转运人体内以单纯扩散转运主要主要物质：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.影响单纯扩散原因影响单纯扩散原因:(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：生理学细胞的基本功能第5页(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一些蛋白质分在膜结构中一些蛋白质分子子“帮助帮助”下，下，顺差顺差（浓度差或电场力差）跨膜移动。（浓度差或电场力差）跨膜移动。易化扩散量大小主要取决于以下两个方面：易化扩散量大小主要取决于以下两个方面：(1)细胞膜两侧物质浓度梯度，若是所转运物质是带电细胞膜两侧物质浓度梯度，若是所转运物质是带电电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度影响。电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度影响。浓度梯度（电浓度梯度（电位梯度）愈大，扩散速率愈大。位梯度）愈大，扩散速率愈大。(2)细胞膜对所转运物质通透性：细胞膜对所转运物质通透性：通透性愈大，转运速通透性愈大，转运速率愈大。率愈大。生理学细胞的基本功能第6页 1.1.经经载体载体易化扩散易化扩散 (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物质转移到膜低浓度侧将被转运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)载体转运特征：载体转运特征：结构结构特异性特异性：每种载体蛋白只能转运某一个或某几个特：每种载体蛋白只能转运某一个或某几个特定物质。定物质。饱和饱和现象：当被转运物浓度升高至一定浓度后，对该物现象：当被转运物浓度升高至一定浓度后，对该物转运量将不再随该物浓度升高而增大，即到达极限。转运量将不再随该物浓度升高而增大，即到达极限。竞争性竞争性抑制抑制。生理学细胞的基本功能第7页 2.2.经经通道通道易化扩散易化扩散 (1)(1)转运过程：转运过程：通道蛋白分子中央贯通膜内外亲水性通道蛋白分子中央贯通膜内外亲水性孔道开放孔道开放对应带电离子经通道顺差（顺浓度梯度或电位对应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)被转运物质：主要为带电离子被转运物质：主要为带电离子(如：如：Na+、K+、Ca2+等等)，一些细胞膜上存在水通道蛋白，一些细胞膜上存在水通道蛋白,允许水分子经过。允许水分子经过。(3)(3)经通道易化扩散经通道易化扩散特征特征 离子离子选择性选择性：每种通道只允许某种或某几个离子经过。：每种通道只允许某种或某几个离子经过。离子转运速度离子转运速度快快；门控门控特征特征:大多数通道含有闸门，可受某种原因控大多数通道含有闸门，可受某种原因控制开放或关闭。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）生理学细胞的基本功能第8页1.门控通道类型：普通依据控制闸门开闭原因，可分为：门控通道类型：普通依据控制闸门开闭原因，可分为：(1)电压电压门控通道：受膜两侧门控通道：受膜两侧电位差电位差控制开闭通道。控制开闭通道。如：神经轴突膜上一些如：神经轴突膜上一些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通道。控制开闭通道。如：骨骼肌细胞终板膜上如：骨骼肌细胞终板膜上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通道。控制开闭通道。2.电压门控通道功效状态：电压门控通道功效状态：(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，允许对应离子顺差跨膜移动。激活状态：通道开放，允许对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（随膜电位复极化进程）时间依从性时间依从性生理学细胞的基本功能第9页 (三三)主动主动转运转运(active transport)主动转运主动转运细胞经过本身某种细胞经过本身某种耗能耗能过程过程,将物质将物质逆逆浓度梯度浓度梯度或逆电位梯度跨膜转运。包含或逆电位梯度跨膜转运。包含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区分：之间区分：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。被动转运：物质分子或离子因为分子运动而被动转运：物质分子或离子因为分子运动而顺差顺差移动，所以不移动，所以不需细胞为转运提供能量，包含单纯扩散和易化扩散。需细胞为转运提供能量，包含单纯扩散和易化扩散。生理学细胞的基本功能第10页 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取得能量，取得能量，将物将物质质逆差逆差(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膜蛋白获能并进行主动转运膜蛋白,称为称为泵泵蛋白。蛋白。几个几个 主要泵蛋白：主要泵蛋白：钠钠-钾泵钾泵(简称简称钠泵钠泵)：逆差转运钠离子和钾离子：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 胞肌浆网膜上。胞肌浆网膜上。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壁细胞顶膜上，又称为胃黏膜泌酸腺壁细胞顶膜上，又称为质子泵质子泵。生理学细胞的基本功能第11页钠泵钠泵细胞膜上钠泵活动细胞膜上钠泵活动:分解分解ATP取得能量，将取得能量，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K+外外时时,钠泵活动增强。钠泵活动增强。*钠泵钠泵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+生理学细胞的基本功能第12页细胞膜上细胞膜上钠泵活动钠泵活动结果结果:建立和保持建立和保持Na+、K+在细胞膜两侧在细胞膜两侧不均衡不均衡分布：分布：Na+外外高高内内低低，K+外外低低内内高高。细胞膜上钠泵活动生理意义：细胞膜上钠泵活动生理意义：胞内胞内高钾高钾,利于胞质内一些代谢反应利于胞质内一些代谢反应;维持细胞正常渗透压和形态维持细胞正常渗透压和形态：将胞质内钠离子泵出细：将胞质内钠离子泵出细 胞，防止细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而胞，防止细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而 预防过多水分进入细胞内，维持正常渗透压和形态；预防过多水分进入细胞内，维持正常渗透压和形态；建立起一个生理性势能贮备，为生物电产生、一些物质建立起一个生理性势能贮备，为生物电产生、一些物质 (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 运等功效活动提供运等功效活动提供能量能量。生理学细胞的基本功能第13页 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原发性主动转运所形成浓度梯度浓度梯度而进行而进行逆差逆差转运。转运。*继发性主动转运基本步骤：继发性主动转运基本步骤：(以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖吸收为例以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖吸收为例)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，形成细胞管腔膜两侧Na+浓度梯度。浓度梯度。第二步：肠腔内第二步：肠腔内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+浓梯度浓梯度将将Na+和葡萄糖同时移入细胞内。和葡萄糖同时移入细胞内。葡萄糖分子转运是逆浓度梯度，间接利用钠泵葡萄糖分子转运是逆浓度梯度，间接利用钠泵分解分解ATPATP释放能量。释放能量。生理学细胞的基本功能第14页 (四四)出胞和入胞出胞和入胞 一些一些大分子物质或物质团块是经过细胞复杂大分子物质或物质团块是经过细胞复杂结构和功效改变结构和功效改变而而进出细胞，这是细胞活动一个进出细胞，这是细胞活动一个主动过程主动过程。1.出胞：分泌囊泡逐步向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡出胞：分泌囊泡逐步向细胞膜内侧移动，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。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：某处细胞膜逐步内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。入胞：某处细胞膜逐步内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。生理学细胞的基本功能第15页1.1.简述各种跨膜转运方式概念、转运过程、主要转运物质及简述各种跨膜转运方式概念、转运过程、主要转运物质及特点。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+跨膜转运方式跨膜转运方式 (注注:有物质可有各种方式有物质可有各种方式)3.3.阐述钠泵活动生理意义。阐述钠泵活动生理意义。本节复习题本节复习题生理学细胞的基本功能第16页细胞结构细胞结构依据细胞结构特点和复杂程度不依据细胞结构特点和复杂程度不一样，可将细胞分为原核细胞和一样，可将细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。真核细胞两大类。绝大多数生物是由真核细胞组成，绝大多数生物是由真核细胞组成，叫做真核生物。支原体、细菌、叫做真核生物。支原体、细菌、蓝藻和放线菌等是由原核细胞组蓝藻和放线菌等是由原核细胞组成，叫做原核生物。成，叫做原核生物。真核细胞结构比原核细胞复杂得真核细胞结构比原核细胞复杂得多，由细胞膜、细胞质和细胞核多，由细胞膜、细胞质和细胞核等组成。等组成。生理学细胞的基本功能第17页扩散扩散 单纯扩散是指脂溶性小分子物质顺浓度差经过细胞膜扩单纯扩散是指脂溶性小分子物质顺浓度差经过细胞膜扩散过程。散过程。单纯扩散多少取决于膜两侧该脂溶性物质浓度差及其经单纯扩散多少取决于膜两侧该脂溶性物质浓度差及其经过细胞膜难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、扩散过细胞膜难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、扩散方向及扩散速率。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：简单物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量起特点：简单物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量起源于浓度差形成势能，是一个被动过程。源于浓度差形成势能，是一个被动过程。生理学细胞的基本功能第18页第二节第二节 细胞信号转导细胞信号转导(signal transduction of cell)(signal transduction of cell)学习要求学习要求1.1.掌握掌握信号转导基本过程及受体概念；信号转导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路径；路径；3.3.熟悉：熟悉：受体受体-G-G蛋白蛋白-DG/PKC-DG/PKC路径、路径、受体受体-G-G蛋白蛋白-IP-IP3 3/Ca/Ca2+2+路径、路径、通道耦联受体介导信号转导。通道耦联受体介导信号转导。3.3.了解了解含有酶活性受体和核受体。含有酶活性受体和核受体。生理学细胞的基本功能第19页一、信号转导概述一、信号转导概述信号转导信号转导细胞外刺激信号作用于细胞特殊结构细胞外刺激信号作用于细胞特殊结构(受体），受体），经过一系列反应实现对细胞功效活动调控。经过一系列反应实现对细胞功效活动调控。(一一)细胞外刺激信号细胞外刺激信号体内信号物质普通为生物活性物质，如神经递质、激素、细体内信号物质普通为生物活性物质，如神经递质、激素、细胞因子等，其中多数为水溶性物质。胞因子等，其中多数为水溶性物质。体外信号物质包含物理性、化学性、生物性信号体外信号物质包含物理性、化学性、生物性信号生理学细胞的基本功能第20页 (二二)受体及其特征受体及其特征1.受体概念及其分类受体概念及其分类 受体受体(receptor)位于细胞膜或细胞内能与一些信号位于细胞膜或细胞内能与一些信号物质物质结合结合并能并能引发特定生物效应引发特定生物效应大生物分子。大生物分子。受体分类：依据受体跨膜信号转导机制分为：受体分类：依据受体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)含有酶活性受体；含有酶活性受体；(3)通道耦联受体（化学门控通道）；通道耦联受体（化学门控通道）；(4)核受体。核受体。2.受体与配体结合主要特征受体与配体结合主要特征配体是能与受体结合特异性物质，通常是体内各种化学信配体是能与受体结合特异性物质，通常是体内各种化学信号号 (1)特异性；特异性；(2)高亲和力；高亲和力；(3)饱和性。饱和性。生理学细胞的基本功能第21页(三三)信号转导基本过程信号转导基本过程1.1.膜受体膜受体介导信号转导介导信号转导(1)(1)G G蛋白耦联受体蛋白耦联受体介导信号转导；介导信号转导；(2)(2)含有酶活性受体含有酶活性受体介导信号转导；介导信号转导；(3)(3)通道耦联受体通道耦联受体介导信号转导；介导信号转导；2.2.核受体核受体介导信号转导介导信号转导生理学细胞的基本功能第22页1.G蛋白耦联受体信号通路中信号分子蛋白耦联受体信号通路中信号分子(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)第二信使第二信使(Camp)(5)蛋白激酶蛋白激酶(protein kinase,PK)二、膜受体介导信号转导二、膜受体介导信号转导(一一)G蛋白耦联受体介导信号转导蛋白耦联受体介导信号转导生理学细胞的基本功能第23页 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 激活激活 G蛋白效应器蛋白效应器 依赖于第二信使依赖于第二信使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蛋白耦联受体介导信号转导基本过程蛋白耦联受体介导信号转导基本过程生理学细胞的基本功能第24页2.G蛋白耦联受体介导信号转导主要路径蛋白耦联受体介导信号转导主要路径(1)受体受体-G蛋白蛋白-cAMP-PKA路径（以其中路径（以其中Gs路径路径为例）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 激活激活 腺腺苷酸环化酶苷酸环化酶 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 受体受体生理学细胞的基本功能第25页2.G蛋白受体介导信号转导主要路径蛋白受体介导信号转导主要路径(1)受体受体-G蛋白蛋白-cAMP-PKA路径：路径：（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 膜中兴奋型膜中兴奋型G-蛋白（蛋白（Gs）激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶(AC)胞质中胞质中ATP转化成转化成cAMP 胞质中胞质中cAMP浓度升高浓度升高 激活蛋白激酶激活蛋白激酶A(PKA)激活一些蛋白质激活一些蛋白质 引引发细胞功效改变。发细胞功效改变。生理学细胞的基本功能第26页(二二)含有含有酶活性酶活性受体受体介导信号转导介导信号转导两种模式：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配体结合区域结合配体结合区域结合受体分子内信号传受体分子内信号传导导激活受体膜激活受体膜内段内段酪氨酸激酶酪氨酸激酶胞质内一系列改变。胞质内一系列改变。2.受体分子活化后下游靶蛋白含有激酶功效，受体分子活化后下游靶蛋白含有激酶功效，如：如：酪氨酸激酶酪氨酸激酶耦联耦联受体受体。生理学细胞的基本功能第27页(三三)通道耦联通道耦联受体受体介导信号转导介导信号转导 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对应对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)细细胞功效改变。胞功效改变。生理学细胞的基本功能第28页三、核三、核受体受体介导信号转导介导信号转导 (一一)核受体普通特征核受体普通特征 1.位于胞质或胞核内；位于胞质或胞核内；2.其效应为调整特定基因表示。其效应为调整特定基因表示。(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与胞质内或细胞核内核受体核受体结合结合调调整特定基因表示整特定基因表示生成特异生成特异mRNA 核糖体生成特定功核糖体生成特定功效蛋白质效蛋白质细胞功效活动改变。细胞功效活动改变。生理学细胞的基本功能第29页 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效改变功效改变 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改变膜电位改变兴奋改变兴奋改变含有酶活含有酶活性受体性受体代谢改变代谢改变基因表示基因表示酶活性被酶活性被激活激活或受或受抑制抑制生理学细胞的基本功能第30页