细胞基本功能1.pptx

v细胞生理是生理学的基础细胞生理是生理学的基础v细胞的基本功能细胞的基本功能 物质转运物质转运 细胞的电活动细胞的电活动 细胞的信号转导细胞的信号转导 细胞的收缩细胞的收缩第第1页页/共共62页页第一节第一节 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第2页页/共共62页页一、细胞膜的结构概述一、细胞膜的结构概述第第3页页/共共62页页第第4页页/共共62页页二、细胞膜化学组成及意义二、细胞膜化学组成及意义v脂质双分子层：屏障作用脂质双分子层：屏障作用 保持细胞内容物的相对稳定保持细胞内容物的相对稳定v细胞膜蛋白质：通道，载体，酶细胞膜蛋白质：通道，载体，酶 细胞内外物质、能量、信息交换。细胞内外物质、能量、信息交换。v细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂 作为膜蛋白受体识别部分作为膜蛋白受体识别部分 参与免疫反应参与免疫反应第第5页页/共共62页页三、细胞膜的物质转运功能三、细胞膜的物质转运功能v被动转运被动转运 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散v主动转运主动转运 原发性主动转运原发性主动转运 继发性主动转运继发性主动转运第第6页页/共共62页页（一）（一）单纯扩散单纯扩散 扩散：溶质分子从高浓度向低浓扩散：溶质分子从高浓度向低浓度的净移动（顺化学梯度）度的净移动（顺化学梯度）单纯扩散：没有生物学转运机制单纯扩散：没有生物学转运机制参与的简单的穿越质膜的物理扩散。参与的简单的穿越质膜的物理扩散。第第7页页/共共62页页第第8页页/共共62页页1.单纯扩散的特点单纯扩散的特点v顺浓度梯度顺浓度梯度v不耗能（分子热运动的扩散）不耗能（分子热运动的扩散）第第9页页/共共62页页 2.2.单纯扩散的条件单纯扩散的条件(1)(1)浓度梯度浓度梯度（电（电-化学梯度）化学梯度）(2)(2)膜通透性膜通透性(3)(3)脂溶性物质脂溶性物质a.高脂溶性物质高脂溶性物质b.O2 CO2 N2 高脂溶性小分子高脂溶性小分子c.水水 不带电荷的极性小分子，也能以不带电荷的极性小分子，也能以单纯扩散方式通过，但速度很慢单纯扩散方式通过，但速度很慢第第10页页/共共62页页（二）易化扩散（二）易化扩散1.定义：定义：不溶或难溶于脂质的物质，不溶或难溶于脂质的物质，在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮助在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮助下，从膜高浓度一侧向低浓度一侧下，从膜高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。转运的过程。第第11页页/共共62页页2.2.特点特点(1)(1)顺电化学梯度，不耗能顺电化学梯度，不耗能(2)(2)具有选择性（膜具有选择性（膜 蛋白分子本身有结蛋白分子本身有结构特异性）构特异性）(3)(3)通透性可变通透性可变第第12页页/共共62页页3.3.类型类型(1)(1)通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散(2)(2)载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散第第13页页/共共62页页通道介导的易化扩散通道介导的易化扩散v 离子通道离子通道(ion channel)介导离子易化扩散介导离子易化扩散第第14页页/共共62页页离子通道的特性离子通道的特性 (1)(1)离子选择性离子选择性 NaNa+通道，通道，K K+通道，通道，ClCl-通道通道,CaCa+2+2通道通道 (2)(2)门控性门控性 化学门控：化学信号控制化学门控：化学信号控制 电压门控：电位差控制电压门控：电位差控制 (3)(3)离子转运速度快离子转运速度快 (4)(4)开放和关闭的快速性开放和关闭的快速性第第15页页/共共62页页钠离子钾离子氯离子第第16页页/共共62页页第第17页页/共共62页页第第18页页/共共62页页载体介导的易化扩散载体介导的易化扩散l载体载体（carrier)也称转运体，介导多种水溶性也称转运体，介导多种水溶性小分子物质或离子的转运。小分子物质或离子的转运。第第19页页/共共62页页葡萄糖的易化扩散葡萄糖的易化扩散第第20页页/共共62页页载体介导的异化扩散的特点载体介导的异化扩散的特点 (1)(1)结构特异性结构特异性 (2)(2)饱和现象饱和现象 (3)(3)竞争性抑制竞争性抑制 第第21页页/共共62页页(三三)主动转运主动转运(active transport)1.1.定义定义：细胞通过本身的某种耗细胞通过本身的某种耗 能过程，将某物质的分子或离子从能过程，将某物质的分子或离子从膜的低浓度一侧向高浓度一侧移动膜的低浓度一侧向高浓度一侧移动的过程的过程 2.2.特征特征 逆电化学梯度逆电化学梯度 耗能耗能第第22页页/共共62页页3.3.主动转运和被动转运的区别主动转运和被动转运的区别 转运的方向转运的方向 转运的能量转运的能量 转运的后果转运的后果第第23页页/共共62页页4.4.主动转运分类主动转运分类 原发性装运原发性装运 直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度跨膜转直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度跨膜转运，即为原发性主动转运，一般说的主动转运指的运，即为原发性主动转运，一般说的主动转运指的是原发性主动转运是原发性主动转运第第24页页/共共62页页继发性转运（联合转运，协同转运）继发性转运（联合转运，协同转运）主动转运所需的驱动力并不直接来自于主动转运所需的驱动力并不直接来自于ATP的分解，而是原发性主动转运所形成的浓度的分解，而是原发性主动转运所形成的浓度梯度，在这些离子顺浓度梯度扩散的同时使梯度，在这些离子顺浓度梯度扩散的同时使其他物质逆浓度梯度和其他物质逆浓度梯度和/或电位梯度跨膜转运，或电位梯度跨膜转运，这种间接利用这种间接利用ATP能量的主动转运过程称为能量的主动转运过程称为继发性主动转运继发性主动转运第第25页页/共共62页页a a.NaNa+-K-K+泵泵(1)结构：简称钠泵，又称结构：简称钠泵，又称NaNa+-K-K+依赖依赖ATPATP酶，具有酶，具有ATPATP酶活性酶活性 (2)功能功能：分解：分解ATPATP，释放出能量，利用这一能量，不释放出能量，利用这一能量，不断地将断地将NaNa+从胞内泵出胞外，将从胞内泵出胞外，将K K+从胞外泵入胞内从胞外泵入胞内 (3)特性特性：3 3个个NaNa+移出膜外移出膜外2 2个个K K+移入膜内移入膜内5 5.几种原发性主动转运几种原发性主动转运第第26页页/共共62页页NaNa+-K-K+泵泵第第27页页/共共62页页(5)生理意义：生理意义：建立一种势能贮备，供细胞其他建立一种势能贮备，供细胞其他耗能过程利用耗能过程利用 产生和维持细胞内高产生和维持细胞内高K K+、细胞外细胞外高高NaNa+的状态，是细胞产生生物电的基础的状态，是细胞产生生物电的基础 是人体最重要的物质转运形式是人体最重要的物质转运形式第第28页页/共共62页页b b.其他泵：其他泵：l钙泵（钙泵（Ca2+Mg2+Ca2+Mg2+依赖式依赖式ATPATP酶）酶）与肌肉舒张有关与肌肉舒张有关l氢泵（氢泵（H+K+H+K+依赖式依赖式ATPATP酶）与胃酶）与胃酸分泌有关酸分泌有关第第29页页/共共62页页6.6.继发性主动转运继发性主动转运1.1.定义定义：是指某些物质逆浓度梯是指某些物质逆浓度梯 度度的主动转运过程，所需能量间接来的主动转运过程，所需能量间接来自自ATP的分解，也称联合转运。的分解，也称联合转运。第第30页页/共共62页页继发性主动转运继发性主动转运第第31页页/共共62页页2.2.特点：特点：Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能量从胞外被动扩散至胞内释放的能量用于另一种物质的主动转运用于另一种物质的主动转运3.3.条件：条件：存在转运体存在转运体第第32页页/共共62页页（四）囊泡运输（四）囊泡运输1.1.出胞：大分子物质或固态、液态物出胞：大分子物质或固态、液态物质从细胞内排出的过程质从细胞内排出的过程 持续性出胞：如小肠杯状细胞分泌粘液的过程持续性出胞：如小肠杯状细胞分泌粘液的过程 调节性出胞：如动作电位到达末梢时引起的神调节性出胞：如动作电位到达末梢时引起的神经递质释放经递质释放第第33页页/共共62页页第第34页页/共共62页页2.2.入胞：一些大分子物质或团块物质进入入胞：一些大分子物质或团块物质进入细胞的过程细胞的过程 吞噬：被转运物质以固态形式进入细胞，只出现在一些吞噬：被转运物质以固态形式进入细胞，只出现在一些特殊细胞，如单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等特殊细胞，如单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等 吞饮：被转运物质以液态形式进入细胞吞饮：被转运物质以液态形式进入细胞 第第35页页/共共62页页第第36页页/共共62页页 小小 结结第第37页页/共共62页页第二节第二节细胞膜的信号转导细胞膜的信号转导第第38页页/共共62页页一、细胞信号转导的概念一、细胞信号转导的概念l1.1.信号信号:含有信息内容的一种物含有信息内容的一种物质或刺激质或刺激l2.2.人体内的信号人体内的信号:存在于细胞存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质外液中含有信息内容的化学物质,或或机械的、电的、电磁波等刺激机械的、电的、电磁波等刺激第第39页页/共共62页页 3.3.信号的类型信号的类型v 化学信号化学信号 激素激素,递质递质,细胞因细胞因子子v 机械信号机械信号 声音声音v 电磁信号电磁信号 光光v 电信号电信号 电流电流第第40页页/共共62页页4.4.信号转导信号转导(transmembrane tranduction)外界信号外界信号 细胞膜表面细胞膜表面 一种或几一种或几种膜蛋白分子构象改变种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入新的信号进入胞内胞内 膜电位或其他功能变化膜电位或其他功能变化 第第41页页/共共62页页二、细胞信号转导的方式二、细胞信号转导的方式膜通道介导的信号转导膜通道介导的信号转导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酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体细胞内受体介导的信号转导细胞内受体介导的信号转导第第42页页/共共62页页（一）膜通道介导的信号转导（一）膜通道介导的信号转导信号信号 胞膜上的通道型受体胞膜上的通道型受体 离子离子通道打开或关闭通道打开或关闭 离子跨膜流动离子跨膜流动 膜电位变化（去极化、超极化）膜电位变化（去极化、超极化）新新的信号进入细胞内的信号进入细胞内 第第43页页/共共62页页1.化学信号化学信号化学门控离子通道化学门控离子通道 神经突触神经突触 谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸谷氨酸，门冬氨酸，甘氨酸神经肌肉接头神经肌肉接头 乙酰胆硷乙酰胆硷第第44页页/共共62页页运动神经末梢运动神经末梢 Ach Ach 门控通道门控通道蛋白（蛋白（a亚单位）亚单位）通道开放通道开放 大量大量Na+流入胞内流入胞内 胞膜去极化产生终板电位胞膜去极化产生终板电位完成化学信号向生物电信号的转换完成化学信号向生物电信号的转换 第第45页页/共共62页页(1)(1)特点特点：v化学门控通道具有受体功能，可化学门控通道具有受体功能，可 称为称为 通道型受体，它们被激活时能引起跨通道型受体，它们被激活时能引起跨 膜离子流动，也称为促离子型受体膜离子流动，也称为促离子型受体(2)(2)分布：分布：神经肌接头信息传递神经肌接头信息传递 神经细胞之间的突触传递神经细胞之间的突触传递第第46页页/共共62页页2.2.电信号电信号电压门控离子通道电压门控离子通道 刺激刺激 细胞膜电位的变化细胞膜电位的变化 电压门控离子通道开放或关闭电压门控离子通道开放或关闭 离子内流或外流离子内流或外流 新信号形成新信号形成 第第47页页/共共62页页第第48页页/共共62页页第第49页页/共共62页页(1)Na+(1)Na+通道通道电信号电信号 膜内负电荷消失膜内负电荷消失 Na+通道突通道突然开放然开放 胞外胞外Na+涌入胞内涌入胞内 膜电位变膜电位变化化 第第50页页/共共62页页(2)K+(2)K+通道通道膜内形成正电荷膜内形成正电荷 K+通道开放通道开放胞内胞内K+流出胞外流出胞外 膜电位变化膜电位变化第第51页页/共共62页页3.3.机械信号机械信号-机械门控离子通道机械门控离子通道前庭和耳蜗的毛细胞的静纤毛上前庭和耳蜗的毛细胞的静纤毛上机械信号（声）机械信号（声）静纤毛偏曲静纤毛偏曲机械门控离子通道开放机械门控离子通道开放 离子内流离子内流 膜电位变化膜电位变化第第52页页/共共62页页（二）（二）G蛋白偶联受体介导的蛋白偶联受体介导的信号转导信号转导 光刺激光刺激 （视网膜的感光细胞）（视网膜的感光细胞）多数的肽类激素多数的肽类激素 多数的神经递质多数的神经递质（神经突触后膜）（神经突触后膜）第第53页页/共共62页页（1）概念：鸟核苷酸调节蛋白）概念：鸟核苷酸调节蛋白(guanine nucleoside regulatory proteins,G蛋白蛋白)是受体与是受体与效应器的转导蛋白。效应器的转导蛋白。（2）结构：存在于细胞膜上，由）结构：存在于细胞膜上，由3个亚单位构成个亚单位构成（）。）。亚单位是功能亚单位，亚单位是功能亚单位，亚单亚单位通常组成紧密的二聚体，共同发挥作用。位通常组成紧密的二聚体，共同发挥作用。（3）分类：）分类：亚单位是功能亚单位，不同的亚单位是功能亚单位，不同的 亚亚单位就构成不同的单位就构成不同的G蛋白。蛋白。.G蛋白蛋白第第54页页/共共62页页.受体受体G G蛋白蛋白第二信使跨膜信号转导第二信使跨膜信号转导第第55页页/共共62页页3.3.G蛋白参与多种信号转导蛋白参与多种信号转导l通过多种第二信使参与跨膜信号转导通过多种第二信使参与跨膜信号转导l可对电压依赖性离子通道直接发挥调制作可对电压依赖性离子通道直接发挥调制作用，对钙通道以抑制作用为主，对钾通道以用，对钙通道以抑制作用为主，对钾通道以兴奋作用为主。兴奋作用为主。第第56页页/共共62页页.胞浆内第二信使胞浆内第二信使细胞内外信息联系有赖于一定组织分泌特细胞内外信息联系有赖于一定组织分泌特异的化学物质作为信息分子，经一定的途异的化学物质作为信息分子，经一定的途径传给另一个细胞，这一过程称为化学信径传给另一个细胞，这一过程称为化学信息传递（息传递（chemical signaling）。）。具有信息传递功能的信息分子又称为信使具有信息传递功能的信息分子又称为信使物质。物质。第第57页页/共共62页页l第一信使：细胞外信使物质，有激素、第一信使：细胞外信使物质，有激素、神经递质和调质、各种细胞因子等。神经递质和调质、各种细胞因子等。l第二信使：由第一信使作用于靶细胞后第二信使：由第一信使作用于靶细胞后在胞内产生的信息物质，主要有核苷酸在胞内产生的信息物质，主要有核苷酸类类cAMP、肌醇磷脂水解产物、肌醇磷脂水解产物IP3、DG以以及及Ca2+。l第三信使：是一类在细胞核内外传递信第三信使：是一类在细胞核内外传递信息的物质，参与基因调控、细胞增殖和息的物质，参与基因调控、细胞增殖和分化，以及肿瘤形成等过程。分化，以及肿瘤形成等过程。（1）信使物质的分类：）信使物质的分类：第第58页页/共共62页页（）第二信使的作用：（）第二信使的作用：lcAMP通过蛋白激酶通过蛋白激酶A（PKA），催），催化底物磷酸化，始动一系列级联反应，化底物磷酸化，始动一系列级联反应，产生生物效应。产生生物效应。第第59页页/共共62页页u指细胞膜上的一些蛋白质分子，既指细胞膜上的一些蛋白质分子，既有受体的作用又有酶的作用，酶耦有受体的作用又有酶的作用，酶耦连受体有多种，如酪氨酸激酶受体、连受体有多种，如酪氨酸激酶受体、鸟苷酸环化酶受体。鸟苷酸环化酶受体。（三）酶耦连受体介导的信号转导（三）酶耦连受体介导的信号转导第第60页页/共共62页页信号信号 结合受体结合受体 胞质内的酪氨酸激酶活化胞质内的酪氨酸激酶活化 细胞功能变细胞功能变化化u酪氨酸激酶受体介导的信号酪氨酸激酶受体介导的信号转导过程转导过程u鸟苷酸环化酶受体介导的信号鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导过程转导过程信号信号 结合受体结合受体 激活受体的鸟苷激活受体的鸟苷酸环化酶活性酸环化酶活性 细胞功能变化细胞功能变化第第61页页/共共62页页（四）细胞内受体介导的信号转导（四）细胞内受体介导的信号转导某些脂溶性信号分子，如类固醇激素某些脂溶性信号分子，如类固醇激素和甲状腺激素，可以穿过细胞膜进入和甲状腺激素，可以穿过细胞膜进入细胞内，与胞质受体结合，再进入核细胞内，与胞质受体结合，再进入核内，调节基因表达而完成信号转导。内，调节基因表达而完成信号转导。第第62页页/共共62页页