细胞生理学旧.pptx
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1、主讲人主讲人黄志华黄志华第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能CHAPTER 2 THE BISIC FUNCTIONS OF CELL 邱春復邱春復 主讲主讲医学生理学教研室医学生理学教研室第一节 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细细胞胞:构构成成机机体体的的最最基基本本的的结结构构和和功功能单位。能单位。一、细胞膜的基本结构一、细胞膜的基本结构 液态镶嵌模型液态镶嵌模型(图图)组成:脂质、蛋白质、糖类组成:脂质、蛋白质、糖类(图)(图)1脂质双分子层:细胞膜的基本骨架脂质双分子层:细胞膜的基本骨架含:磷脂、胆固醇、鞘脂。含:磷脂、胆固醇、鞘脂。磷脂磷脂磷脂酰胆碱磷脂
2、酰胆碱磷脂酰乙醇胺磷脂酰乙醇胺磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇2蛋白质:多为球形蛋白质蛋白质:多为球形蛋白质表面蛋白质(外周蛋白质)表面蛋白质(外周蛋白质)整合蛋白质(镶嵌蛋白质)整合蛋白质(镶嵌蛋白质)功能:功能:物质转运功能物质转运功能受体功能受体功能(图)(图)识别功能识别功能连接功能连接功能催化功能催化功能3糖糖类类:糖糖蛋蛋白白或或糖糖脂脂是是细细胞胞的的特特异异性性“标志标志”二、二、细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运功能(一)(一)单纯扩散单纯扩散1定义定义扩散:扩散:单纯扩散:单纯扩散:脂溶性小分子物质由高浓度脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度跨膜移动的过程
3、。向低浓度跨膜移动的过程。2扩散通量:扩散通量:Mmol/s.cm2影响因素:膜内外物质浓度差、电压差影响因素:膜内外物质浓度差、电压差膜的通透性膜的通透性3转运的物质:转运的物质:O2,CO24特点:特点:高浓度高浓度低浓度低浓度不耗能不耗能(二)膜蛋白介导的跨膜转运(二)膜蛋白介导的跨膜转运易化扩散易化扩散1定义定义非脂溶性小分子物质,在特殊膜蛋白质非脂溶性小分子物质,在特殊膜蛋白质帮助下,由高浓度向低浓度一侧转运的过程。帮助下,由高浓度向低浓度一侧转运的过程。2特点特点高浓度高浓度低浓度低浓度不需耗能不需耗能具有选择性具有选择性通透性可改变通透性可改变3通道介导的易化扩散通道介导的易化扩
4、散-离子通道离子通道转运的物质:离子:转运的物质:离子:Na+、K+等等特特点点:a通通道道蛋蛋白白功功能能状状态态可可以以改改变变图图激活激活(开放开放)失活(关闭)失活(关闭)备用(静息)备用(静息)b通过通过“闸门闸门”进行调控进行调控c有选择性有选择性转运结果:电化学势能平衡转运结果:电化学势能平衡分类:分类:化学门控通道:化学门控通道:N-Ach受体受体电压门控通道:电压门控通道:Na+通道通道机械门控通道:内耳毛细胞机械门控通道:内耳毛细胞4经载体介导的易化扩散经载体介导的易化扩散(图)(图)转运的物质:转运的物质:GS、AA进入一般细胞进入一般细胞共同特点:共同特点:结构特异性结
5、构特异性饱和现象饱和现象竞争性抑制竞争性抑制被动转运:被动转运:单纯扩散单纯扩散易化扩散易化扩散主动转运主动转运:1定义:定义:指细胞膜将物质分子(或离子)指细胞膜将物质分子(或离子)逆浓度差和电位差转运的过程逆浓度差和电位差转运的过程2生物泵:实质就是生物泵:实质就是ATP酶酶如如“钠钠-钾泵钾泵”、“质子泵质子泵”等等钠泵钠泵:钠钠-钾泵或钾泵或Na+-K+-ATP酶酶(图)(图)激活:细胞内的激活:细胞内的Na+、细胞外的、细胞外的K+作用:作用:3个个Na+移到膜外移到膜外2个个K+移入细胞内移入细胞内生理作用:生理作用:形成细胞外高形成细胞外高Na+、细胞内高、细胞内高K+a离离子子
6、势势能能贮贮备备是是生生物物电电产产生生的的基基础础;促促进进某某些些物物质质的的逆逆浓浓度度差差的的跨跨膜膜转转运。如运。如GSb细胞内高细胞内高K+是某些生化反应必需是某些生化反应必需c.防止细胞水肿防止细胞水肿3分类分类原发性主动转运继发性主动转运:原发性主动转运继发性主动转运:(图)(图)各种跨膜转运机制的特征各种跨膜转运机制的特征(三)(三)出胞和入胞出胞和入胞大分子物质进出细胞的方式大分子物质进出细胞的方式1出胞:各种分泌活动、神经递质的释放出胞:各种分泌活动、神经递质的释放2入胞:受体介导式入胞入胞:受体介导式入胞(图)(图)小结小结1.膜的化学组成和分子结构。膜的化学组成和分子
7、结构。2.细胞膜的跨膜物质转运功能:细胞膜的跨膜物质转运功能:单纯扩散,易化扩散,单纯扩散,易化扩散,主动转运,继发性主主动转运,继发性主动转运,动转运,出胞出胞,入胞入胞双语词汇:双语词汇:液体镶嵌模型(液体镶嵌模型(fluidmosaicmodel)单纯扩散(单纯扩散(simplediffusion)易化扩散(易化扩散(facilitateddiffusion)化学门控通道(化学门控通道(chemiscally-gatedchannel)电压门控通道(电压门控通道(voltage-gatedchannel)载体(载体(carrier)主动转运(主动转运(activetransport)被动
8、转运(被动转运(passivetransport)继发性主动转运(继发性主动转运(secondactivetransport)钠钠-钾泵(钾泵(Na+-K+pump)出胞(出胞(exocytosis)入胞(入胞(endocytosis)作业:作业:1.细细胞胞膜膜的的跨跨膜膜物物质质转转运运形形式式有有几几种种,举举例例说明之。说明之。2比较单纯扩散和易化扩散的异同点比较单纯扩散和易化扩散的异同点?3Na+-K+泵活动有何生理意义泵活动有何生理意义?第二节第二节细胞的跨膜信号传递功能细胞的跨膜信号传递功能跨膜信号转导概念跨膜信号转导概念指外界信号(化学分子、光、声音等)指外界信号(化学分子、光
9、、声音等)作用于细胞膜表面的受体,引起膜结构中作用于细胞膜表面的受体,引起膜结构中一种或多种特殊蛋白质构型改变,将外界一种或多种特殊蛋白质构型改变,将外界环境变化的信息以环境变化的信息以新的信号新的信号形式传递到膜形式传递到膜内,再引发靶细胞功能改变。内,再引发靶细胞功能改变。几种主要的跨膜信号转导方式几种主要的跨膜信号转导方式由离子通道完成的跨膜信号传递由离子通道完成的跨膜信号传递刺刺激激信信号号膜膜通通道道蛋蛋白白开开放放离离子子移移动动膜膜电电位位变变化化膜膜内内信信息息细细胞胞功功能改变能改变1化学门控通道(配体门控通道)化学门控通道(配体门控通道)举例:举例:N-型乙酰胆碱受体型乙酰
10、胆碱受体又称:又称:通道型受体通道型受体促离子型受体促离子型受体2电压门控通道电压门控通道在跨膜电位改变时,通道开放。在跨膜电位改变时,通道开放。如:、如:、K+、Ca+通道通道3机械门控通道:内耳毛细胞中机械门控通道:内耳毛细胞中4细胞间通道:即缝隙连接细胞间通道:即缝隙连接(图)(图)举例:神经兴奋引起肌收缩举例:神经兴奋引起肌收缩神神经经冲冲动动神神经经末末梢梢释释放放ACh终终板板膜膜化化学学门门控控通通道道开开放放终终板板电电位位电电压压门门控控Na+通通道道肌肌膜膜AP胞胞浆浆Ca2+升升高高肌收缩肌收缩由受体、由受体、G-蛋白、膜效应器酶完成的跨蛋白、膜效应器酶完成的跨膜信号传递
11、膜信号传递1受体受体概念概念:指能与配体特异性结合的蛋白质:指能与配体特异性结合的蛋白质特性特性:(:(1)特异性)特异性(2)饱和性)饱和性(3)可逆性)可逆性蛋白蛋白结构结构:(图):(图)分类:分类:GsGi效应器酶:效应器酶:Ac、PLC、离子通道、离子通道利用胞浆或胞膜中的物质生成第二信使利用胞浆或胞膜中的物质生成第二信使4第二信使:第二信使:cAMPcGMPIP3DGCa+信号传递过程信号传递过程(图(图)、(图(图)化化学学信信号号(激激素素、递递质质等等)特特异异性性受受体体受受体体-配配体体复复合合物物蛋蛋白白中中介介激激活活效效应应器器酶酶系系第第二二信信使使激激活活蛋蛋白
12、白激激酶酶蛋蛋白白质质磷磷酸化酸化生理效应生理效应由激酶受体完成的跨膜信号转导由激酶受体完成的跨膜信号转导受体结构与功能受体结构与功能(图)(图)膜外段:膜外段:能与配体相结合。能与配体相结合。跨膜:跨膜:螺旋。螺旋。膜内段:膜内段:自身酪氨酸残基磷酸化自身酪氨酸残基磷酸化受体激活受体激活蛋白磷酸化蛋白磷酸化底物酪氨酸残基磷酸化底物酪氨酸残基磷酸化跨膜信号转导和原癌基因跨膜信号转导和原癌基因原原癌癌基基因因:与与致致癌癌病病毒毒碱碱基基排排列列顺顺序序相相一一致致,存存在在于于正正常常细细胞胞,其其正正常常表达为生命必需。表达为生命必需。表达产物与跨膜信号转导有关表达产物与跨膜信号转导有关即即
13、刻刻早早期期基基因因:又又称称快快速速基基因因、即即早早基基因、第三信使因、第三信使第三节第三节细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象细胞的生物电现象兴奋性与兴奋的概念兴奋性与兴奋的概念1.兴奋性兴奋性:指可兴奋细胞接受刺激后产生:指可兴奋细胞接受刺激后产生.反应的能力反应的能力2.兴奋兴奋:指产生的反应:指产生的反应兴奋的外部表现与实质:兴奋的外部表现与实质:3.刺激引起兴奋的条件刺激引起兴奋的条件:一定的强度一定的强度一定的作用持续时间一定的作用持续时间一定的时间一定的时间-强度变化率强度变化率一、细胞膜的被动电学特征一、细胞膜的被动电学特征(一)膜电容和膜电阻(一)膜电容和膜电
14、阻(二)电紧张电位(二)电紧张电位生物电记录方法生物电记录方法(图)(图)二、静息电位二、静息电位RP概念:指细胞在静息状态时,细胞膜两侧概念:指细胞在静息状态时,细胞膜两侧的电位差。的电位差。(图)(图)极性:内负外正,大小用负值表示极性:内负外正,大小用负值表示大小:神经元:大小:神经元:90mv几个概念:几个概念:极化:极化:静息时,膜两侧的内负外正状态静息时,膜两侧的内负外正状态超极化:超极化:膜内电位向负值变大的方向变膜内电位向负值变大的方向变化化去极化:去极化:膜内电位向负值减小的方向变膜内电位向负值减小的方向变化化复极化:复极化:由去极化或超极化向由去极化或超极化向RP值恢复值恢
15、复反极化:反极化:膜内为正,膜外为负的状态膜内为正,膜外为负的状态(二)静息电位产生的机制(二)静息电位产生的机制静静息息时时,细细胞胞内内外外各各种种离离子子的的浓浓度度分分布布不不均,细胞膜对均,细胞膜对K+通透,对通透,对Na+不通透,不通透,K+外流的形成外流的形成K+平衡电位。平衡电位。(表)(表)静息电位是静息电位是K+平衡电位平衡电位影响因素:影响因素:(1)细胞外)细胞外K+浓度浓度(图)(图)胞外胞外K+浓度升高,浓度升高,静息电位减小静息电位减小(2)钠)钠-钾泵的作用钾泵的作用三、动作电位三、动作电位AP(一)细胞的动作电位(一)细胞的动作电位概概念念:AP是是膜膜两两侧
16、侧电电位位在在RP基基础础上上发发生生的的一一次次可可扩扩布布的的快快速速而而可可逆逆的的倒倒转转和和复复原原。图图去极相去极相去极化去极化超射锋电位超射锋电位复极相复极相:复极化初期:复极化初期后电位后电位复极化后期(负后电位)复极化后期(负后电位)后超极化(正后电位)后超极化(正后电位)(二)(二)动作电位的产生机制动作电位的产生机制1、电化学驱动力;、电化学驱动力;2、动作电位期间膜电导的变化;、动作电位期间膜电导的变化;3、膜电导与离子通道(膜片钳技术)、膜电导与离子通道(膜片钳技术)锋电位锋电位 上升支:去极相上升支:去极相由由Na+内流形成,是内流形成,是Na+的平衡电位的平衡电位
17、有效刺激有效刺激部分部分Na+通道开放通道开放少量少量Na+膜去极化膜去极化阈电位阈电位大量大量Na+通道开放通道开放大量大量Na+内流内流膜内膜内负电位消失,出现正电位负电位消失,出现正电位 下降支:复极相下降支:复极相Na+通通道道失失活活K+通通透透性性升升高高Na+内内流流停停止止,K+外流外流膜内电位由正向负值变化膜内电位由正向负值变化静息电位静息电位AP的的产产生生实实质质上上是是受受刺刺激激后后Na+、K+通通道道状状态态改改变变导导致致膜膜对对Na+、K+通通透透性性(电电导导)改变的结果。改变的结果。(图)(图)K+通道:通道:是电压依赖式离子通道,有开、关是电压依赖式离子通
18、道,有开、关两种状态两种状态阻断剂:阻断剂:四乙基胺、四氨基吡啶四乙基胺、四氨基吡啶Na+通道通道:是电压及时间依赖式离子通道,有是电压及时间依赖式离子通道,有开、关、失活三种状态开、关、失活三种状态(图)(图)阻断剂:阻断剂:河豚毒素、局麻药河豚毒素、局麻药后电位后电位后去极化:快速后去极化:快速K+外流堆积,复极化减慢外流堆积,复极化减慢后超极化:钾通道开放时间长,过多钾外流后超极化:钾通道开放时间长,过多钾外流动作电位的特点:动作电位的特点:a“全全或或无无”现现象象:动动作作电电位位一一旦旦产产生生就就达达到到最最大大值值,其其幅幅度度不不会会因因刺刺激激强强度度的的加强而增大。加强而
19、增大。b不衰减传导不衰减传导c脉冲式,不会重合脉冲式,不会重合d不同细胞,不同细胞,AP的幅度和持续时间不同的幅度和持续时间不同(图)(图)4、动作电位的引起和阈电位动作电位的引起和阈电位阈电位和锋电位的引起阈电位和锋电位的引起刺激刺激阈电位阈电位AP1、阈电位阈电位TP:是一种膜电位的临界值,能触发是一种膜电位的临界值,能触发AP,是引起钠通道大量开放的膜电位值,是引起钠通道大量开放的膜电位值,即钠内流形成正反馈的膜电位值。即钠内流形成正反馈的膜电位值。RP和和TP的差值大,细胞兴奋性低;的差值大,细胞兴奋性低;差值小,兴奋性高。差值小,兴奋性高。2、阈强度:阈强度:使细胞膜去极化到阈电位的
20、最小使细胞膜去极化到阈电位的最小刺激强度刺激强度局部兴奋局部兴奋(图)(图)特点特点(图)图)(1)电位幅度小,呈衰减性传导)电位幅度小,呈衰减性传导(2)等级性,非)等级性,非“全或无全或无”式式(3)可以总和:)可以总和:时间总和时间总和空间总和空间总和(三)动作电位的传导:(三)动作电位的传导:局部电流学说局部电流学说AP在同一细胞上是以局部电流的形式传导的在同一细胞上是以局部电流的形式传导的局部电流:局部电流:已兴奋膜与未兴奋膜之间存在已兴奋膜与未兴奋膜之间存在电位差,而发生的电荷移动。电位差,而发生的电荷移动。神经纤维神经纤维AP的传导:的传导:神经冲动神经冲动(1)无髓神经纤维)无
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