1、第二章 细胞的基本功能,细胞（CELL）,细胞膜,又称质膜（plasma membrane）：分隔胞质与外部环境胞内K+ 胞外K+ 胞内Na+、Cl-、Ca2+ 胞外,细胞膜的组成及结构,成分：脂质、蛋白质、少量糖 结构：液态镶嵌模型 Singer & Nicholson, 1972 以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的螺旋或球形蛋白质,细胞膜的成分,脂质：磷脂、胆固醇、少量的鞘脂膜蛋白：细胞膜的主要功能的实现 按功能：酶蛋白、转运蛋白、受体蛋白 按存在的形式：表面蛋白、整合蛋白,双嗜性分子,物质的跨膜转运,单纯扩散 膜蛋白介导的跨膜转运 经载体易化扩散 经通道易化扩散 原发性
2、主动转运 继发性主动转运 出胞和入胞,单纯扩散（SIMPLE DIFFUSION）,对象：脂溶性高、分子量小的物质（O2, N2, CO2, 乙醇，尿素等）简单的物理扩散 扩散的方向和速度取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性作用：消除膜两侧的浓度差,膜蛋白介导的跨膜转运,对象：带电离子和分子量稍大的水溶性分子介导物质转运的膜蛋白分为通道、载体、离子泵、转运体。,跨膜转运类型,被动转运（passive transport） 转运过程不需要消耗能量 顺浓度梯度或电位梯度 经载体易化扩散、经通道易化扩散主动转运 转运过程消耗能量 逆浓度梯度、电位梯度原发性主动转运、继发性主动转运,经载体易
3、化扩散,载体蛋白或载体特征： 转运方向：顺浓度梯度 饱和 载体与溶质的结合具有化学结构特异性 竞争性抑制,经通道易化扩散,离子通道（ion channel） 贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。 功能状态：静息、激活、失活 类别： 电压门控通道 化学门控通道 机械门控通道 特性： 离子选择性（ionic selectivity） 门控（gating）,原发性主动转运,细胞利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜转运的过程 离子泵（ion pump），又称为ATP酶（ATPase）离子泵把细胞内的ATP水解为ADP，并用高能磷酸键贮存的能量，完成离子的跨膜转运。,钠-钾泵,继
4、发性主动转运,间接利用ATP能量 由转运体（transporter）利用细胞膜两侧的Na+浓度梯度完成同向转运（symport） 被转运的离子或分子都向同一方向运动 相应的转运体：同向转运体（symporter） 反向转运（antiport）/ 交换（exchange） 被转运的离子或分子彼此相反方向运动 相应的转运体：反向转运体（antiporter）/ 交换体（exchanger）,出胞和入胞,大分子物质或物质团块借助细胞膜的运动，以入胞（endocytosis）或出胞（exocytosis）的方式完成跨膜转运。,出胞（EXOCYTOSIS）,细胞内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过
5、程,入胞（ENDOCYTOSIS）,大分子物质或物质的团块与细胞膜形成吞噬泡或者吞饮泡的方式进入细胞的过程。,出胞与入胞,细胞的跨膜信号转导,细胞间的信号转导 信号物质： 激素（hormone）、神经递质（neurotransmitter）、细胞因子等。 分类： 疏水性 类固醇激素，维生素D，甲状腺激素 扩散透过细胞膜，与胞内受体结合，起作用 亲水性 占多数 作用于细胞膜表面得受体（或起受体样作用的蛋白质），通过细胞内的级联反应，经跨膜的和细胞内的信号转导产生生物学效应。,跨膜信号转导的路径,G蛋白耦联受体介导的信号转导离子通道受体介导的信号转导酶耦联受体介导的信号转导,G蛋白耦联受体介导的信
6、号转导,参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子 G蛋白耦联受体（G protein-linked receptor），又称促代谢型受体（metabotropic receptor） 约1000种 分子结构上的共性：由一条7次穿膜的肽链构成，故也称之为7次跨膜受体（7-transmembrane receptor） G蛋白（G protein） 鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein） 共同特性： 它们的亚单位同时具有结合GTP或GDP的能力和GTP酶活性。 存在形式： 结合GDP的失活型 结合GTP的激活型,G蛋白耦联受体介导的信号转导,参与G蛋
7、白耦联受体跨膜信号转导的信号分子 G蛋白耦联受体（G protein-linked receptor），又称促代谢型受体（metabotropic receptor） 约1000种 分子结构上的共性：由一条7次穿膜的肽链构成，故也称之为7次跨膜受体（7-transmembrane receptor） G蛋白（G protein） 鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-binding protein） G蛋白效应器（G protein effector） 催化生成或分解第二信使的酶 第二信使（second messenger） 第一信使（激素、递质、细胞因子等信号分子等）作用于细
8、胞膜后产生的细胞内信号分子，把细胞外信息转入胞内。,G蛋白耦联受体介导的信号转导,G蛋白耦联受体信号转导的主要途径 受体-G蛋白-AC Gs 或Gi家族的蛋白 若Gs，激活腺苷酸环化酶（AC），催化ATP生成cAMP。 1个配体-受体，激活100个Gs蛋白分子 1个Gs蛋白，激活1个AC 1个AC催化生成许多cAMP。 信号放大过程 若Gi，抑制AC的活性，降低胞质内cAMP的水平。,G蛋白耦联受体介导的信号转导,G蛋白耦联受体信号转导的主要途径 受体-G蛋白-PLC Gi或Gq家族中的某些亚型 激活磷脂酶（PLC）水解二磷酸磷脂酰肌醇（phosphatidylinositol bisphop
9、hate, PIP2）为三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG） IP3与内质网或肌质网膜上的IP3受体（钙释放通道Ca2+ release channel）结合，释放Ca2+，提高胞质的Ca2+浓度 DG留在细胞膜内，与磷脂酰丝氨酸把胞质内的蛋白激酶（protein kinase C, PKC）结合于膜的内面，并激活它。Ca2+和PKC进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白，实现细胞内的信号转导。,离子通道受体介导的信号转导,促离子型受体（ionotropic receptor） 受体蛋白本身就是离子通道 例：Ach(Acetylcholine) 属于整合蛋白,离子通道受体介导的信号转导,电压门
10、控通道（voltage-gated ion channel） 机械门控通道（mechanically-gated ion channel） 通常不称为受体，但是它们是接受电信号和机械信号的“受体”。 它们通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动把信号传递到细胞内部。,酶藕联受体介导的信号转导,与G蛋白藕联受体介导的信号转导的最大区别在于受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可直接结合并激活胞质中的酶。酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase receptor, TKR） 贯穿脂质双层的膜蛋白，只有一个螺旋 受体与酶是同一个蛋白分子 TKR激活后，分子构象会改变，引起胞质侧酶活性部位的活化，或导致对
11、酪氨酸激酶的结合和激活 大部分生长因子、胰岛素、部分肽类激素经过这些将信号转导致细胞内。,酶藕联受体介导的信号转导,鸟苷酸环化酶受体（guanylyl cyclase receptor） 一个跨膜螺旋，分子的N端有配体结合位点，C端有GC结构域 GC 使GTP环化生成cGMP cGMP结合并激活蛋白激酶（protein kinase G, PKG ） PKG通过对底物蛋白的磷酸化实现信号转导,第三节 细胞的生物电现象,2010年9月7日,细胞膜的被动电学特性,膜电容和膜电阻 脂质双层，及嵌在其中的离子通道和转运体 电紧张电位 膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位,静息电位,细胞未受刺激时的细
12、胞膜内外的电位差。 以细胞外为零电位的膜内电位，使用细胞内电位记录（intracellular potential recording）方式。 绝大多数细胞的静息电位是稳定的，-10-100 mV。,膜电位状态,静息电位存在时，膜电位外正内负的状态称为极化（polarization）。 超极化（hyperpolarization） 去极化（depolarization） 超射（overshoot） 复极化（repolarization）,静息电位产生的机制,基础：膜内、外离子的不均匀分布 钠浓度在细胞外比内高10倍左右 钾浓度在细胞内比外高几十倍 电化学驱动力（electrochemical
13、driving force） K+平衡电位（ K+ equilibrium potential, Ek）,R通用气体常数（8.31） T绝对温度（273+摄氏温度） Z 离子价 FFaraday常数,动作电位,当细胞受到适当的刺激时的膜电位的迅速的、一过性的波动称为动作电位（action potential）。 特性： 全或无（all-or-none）;阈值（threshold） 传播性,膜片钳实验,动作电位的产生机制-1,上升支： 细胞受刺激达到一定程度时，膜上的钠通开放， 因膜外钠浓度高于膜内且受膜内负电的吸引，故钠内流引起上升支直至内移的钠在膜内形成的正电位足以阻止钠的净移入时为止。 （
14、ENa)。,动作电位的产生机制-2,下降支：钠通道关闭，钾通道开放，钾外流引起。,动作电位的产生机制-3,静息期：膜电位最后恢复到静息时的极化状态，由于膜内Na+增加、膜外K+增加，激活Na+ - K+泵 ，泵出三个Na+ ，泵入二个K+ 。,局部反应,细胞受刺激时膜电位的轻微去极化。 阈电位（threshold potential） 特性： 随阈下刺激的增大而增大 局部形成电紧张传播 空间、时间上总和,局部反应与动作电位的区别,动作电位兴奋,细胞对刺激发生反应的过程，称为兴奋（excitation）。 可兴奋细胞（excitable cell） 神经细胞 肌细胞 腺细胞,电压门控钠通道或钙通
15、道,离子通道的激活,产生动作电位,刺激,兴奋性和阈刺激,受到刺激后产生动作电位的能力称为兴奋性（excitability） 刺激的三个参数 刺激的强度 刺激的持续时间 刺激强度对时间的变化率 阈强度（threshold intensity）固定的持续时间 阈刺激（threshold stimulus）,组织兴奋及其恢复过程中兴奋性的变化,*由于绝对不应期，动作电位的最高频率为 1/绝对不应期,兴奋性与Na +通道的性状,绝对不应期与Na+通道的性状：Na +通道失活 相对不应期与Na+通道的性状：部分复活（备用） 超常期的机制： Na+通道备用，膜电位与阈电位较近 低常期的机制： Na+通道备
16、用，膜电位与阈电位较远 静息期与Na+通道的性状：备用（关闭）,兴奋在同一细胞上的传导机制,传导：兴奋在同一细胞上传播的过程。局部电流：已兴奋处和未兴奋处因电位差而引起的电荷移动。,有髓神经纤维传导兴奋的方式是跳跃式传导,第四节 肌细胞的收缩,根据形态：横纹肌（striated muscle）+ 平滑肌（smooth muscle） 根据神经支配：躯体神经支配的随意肌 + 自主神经支配的非随意肌 根据功能特性：骨骼肌、心肌、平滑肌,横纹肌,横纹肌,神经-肌接头（neuromuscular junction） 由运动神经末梢和与它接触的骨骼肌细胞膜形成 接头前膜 终板膜（接头后膜），接头间隙 轴
17、突末梢有突触小泡（synaptic vesicle）含有大量的ACh（acetylcholine）终板膜上有乙酰胆碱脂酶（acetylcholinesterase）,骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递,动作电位到达神经末梢接头前膜的去极化&Ca+通道的开放 Ca+内流，启动突触小泡的出胞，释放ACh Ach扩散至终板膜，结合阳离子通道，并激活它 通道开放 Na+和K+的跨膜流动，以钠内流为主 去极化终板膜（终板电位） 扩布使邻近肌膜去极化达阈电位产生动作电位，传播至整个肌细胞膜,横纹肌细胞的微细结构,肌原纤维和肌节,肌原纤维,肌小节：1/2明带1/2暗带,肌管系统,横管及纵管纵行肌质网(LSR)钙
18、泵 连接肌质网(JSR)钙释放通道,T管,肌质网,SR,三联管,肌管的作用,横 管：传动作电位至肌细胞深部 纵 管：贮存、释放、聚积钙 三联管：兴奋- 收缩耦联部位,肌丝的分子组成和横桥运动,骨骼肌的收缩机制和兴奋-收缩耦联,粗肌丝：由肌凝蛋白组成,细肌丝：由肌纤蛋白、原肌凝蛋白、肌钙蛋白质组成,横桥特性： 与肌纤蛋白结合，扭动、解离、复位、再结合. 有ATP酶活性,骨骼肌的兴奋-收缩耦联,概念：将电兴奋和肌丝滑行联系起来的过程。 过程: 电兴奋通过横管传到肌纤维深部 三联管传递信息 肌浆网对钙的释放和再聚积,肌丝滑行过程,肌膜AP 三联管释放钙 肌浆钙增多钙与肌钙蛋白结合而变构原肌凝蛋白变构
19、、解抑横桥与肌纤蛋白结合 分解ATP 横桥内扭、解离、复位 再结合 将细肌丝拖向M线肌小节缩短（收缩） 钙泵将钙泵入终池肌浆钙减少肌钙蛋白脱下而变构原肌凝蛋白变构并重建阻抑细肌丝滑回原位（舒张）。,影响横纹肌收缩效能的因素,收缩效能表现为收缩时产生的 张力 缩短程度 产生张力或缩短的速度 收缩时长度不变，张力增加的形式为等长收缩 张力不变，肌肉缩短的形式为等张收缩 收缩效能由收缩时承受的负荷、自身的收缩能力、总和效应等决定。,前负荷： 肌肉收缩前遇到的负荷。,肌肉舒张,前负荷,前负荷的影响,在一定范围内，前负荷愈大，初长度 愈长，收缩力愈大；最适初长度时，肌肉收缩能使肌肉产 生最大张力；前负荷过大，初长度过长，收缩力降低。,后负荷： 肌肉收缩时才遇到的负荷。,后负荷影响,先产生张力，后出现缩短，缩短发生后张力不再增加后负荷愈大，张力愈大，缩短出现愈迟，缩短的初速度和总长度愈小,肌肉收缩能力对肌肉收缩的影响,概念：能影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能状态。,单收缩和复合收缩,单收缩：肌肉受低频刺激而出现的独立收缩。,复合收缩：肌肉受高频刺激而出现的叠加收缩。,
