第三章 细胞的基本功能.ppt

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,第三章、细胞的基本功能,第一节 细胞膜的物质转运功能,一、被动转运,1,、单纯扩散：脂溶性、小分子、不带电荷的非极性分子例如：,O,2,、,CO,2,、乙尿素,特点：不需要膜上特殊蛋白质的帮助；,驱动力是物质的浓度梯度；,物质转运的方向是从高能度向低浓度，不需要能量；,转运的结果是浓度差为零。,渗透压,：溶液中的溶质通过半透膜吸引水分子或保留水分子 的一种力量，是溶液的固有特性。渗透压与溶质颗粒多少有关，与溶质种类和颗粒大小无关。溶液浓度越大，渗透压越大。,（二）、易化扩散,由细胞膜上蛋白质帮助实现的物质跨膜扩散。,1,、经载体的易化扩散,例如：葡萄糖、氨基酸,饱和现象,立体构象特异性,竞争性抑制,2,、经通道的易化扩散,需要借助细胞膜上特殊的通道蛋白的跨膜扩散。,例如：,Na,+,、,K,+,、,Ca,2+,、,Cl,-,，通道蛋白又称离子通道。,特点：,离子选择性：孔道内壁所带电荷性质及孔道大小,门控特性：控制通道的关闭和开放,扩散量取决于,物质浓度梯度,和细胞膜两侧,电位差,影响。,二、主动转运,物质分子或离子逆着浓度梯度或电化学梯度所进行的跨膜转运，需要耗能。,1,、原发性主动转运：通过水解,ATP,酶,提供能量，通过特殊蛋白逆浓度差或电化学梯度进行跨膜转运。,例如：钠,-,钾泵,细胞内,细胞外,E,E-P,正常情况下：,K+,在细胞内浓度是外的,30,倍；,Na+,在外是内的,10,倍,钠泵的意义：生物电产生；,细胞内高钾是细胞代谢所需要；,维持细胞内液正常渗透压和细胞容积；细胞外高钠储存势能,2,、继发性主动转运,间接利用,ATP,分解释放的能量完成的,物质转运借助钠泵产生的,Na,+,在细胞膜两侧的浓度势能，逆浓度梯度所进行的跨膜转运。,分类：同向转运、逆向转运,例如：葡萄糖、氨基酸或,Ca,2+,、,H,+,、,Cl,-,特点：以原发性转运为基础，通过细胞内外的钠浓度梯度。,与,Na,+,顺浓度梯度的转运耦联进行。,ATP,间接为这些物质浓度梯度的转运供能。,三、入胞和出胞,（一）入胞,细胞外大分子或物质借助于细胞膜所形成的囊泡进入细胞。,1.,吞噬：巨噬细胞和中性粒细胞,2.,吞饮：小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞,3.,受体介导入胞：结合,Fe,2+,的运铁蛋白、低密度脂蛋白。,（二）出胞,激素、酶、神经递质等排除细胞。,第二节 细胞的跨膜信号传导,概念：携带生物信息的信号分子与细胞膜或细胞内的,受体,结合后，引发并产生一系列信号分子传递反应，从而影响细胞的生理功能。,化学信号：激素、神经递质 细胞因子,非化学信号：电刺激 机械刺激 电磁波,细胞外液,脂溶性分子,，结合细胞内受体，如 类固醇、甲状腺,水溶性分子,，结合细胞膜受体，如递质、细胞因子等,一、,G-,蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导,三种类型的特殊蛋白质参与。,1,、受体：位于细胞膜，具有特异的识别和结合外来化学信号的功能蛋白质。胞外,第一信使化合物，即配体特异结合部位。,7,次跨膜受体。已发现,1000,多种：例如肾上腺素受体、乙酰胆碱受体、多数的肽类激素受体等。,-,螺旋,结构要点,:,多肽链主链围绕中心轴形成,右手螺旋,，,侧链,伸向螺旋外侧。,每圈螺旋含,3.6,个氨基酸,，螺距为,0.54nm,。,每个肽键的亚氨氢和第四个肽键的羰基氧形成的氢键保持螺旋稳定。,氢键,与螺旋长轴基本平行。,2,、,G,蛋白：鸟苷酸结合蛋白。与,GDP,结合为失活状态；与,GTP,结合为激活状态。,3,、效应器：催化或分解,第二信使物质,的分子；,离子通道。,主要的效应器：,AC,：腺苷酸环化酶,PLC,：磷脂酶,C,PLA,：磷脂酶,A,GC,：鸟苷酸环化酶,PDE,：磷酸二酯酶,二、通道介导的跨膜信号传导,1,、化学门控通道,特定的化学信号与蛋白结合后，通道蛋白分子构想发生改变，使通道开放或关闭，进而影响细胞的功能。,传导的结果是细胞膜产生局部电位变化,。,例如：乙酰胆碱受体、氨基酸受体、,5-,羟色胺受体等。称为,配体,。,2,、电压门控通道,由膜电位变化的信号控制其开放或关闭的一类通道。膜电位变化作用于特异感受结构，这些结构诱发整个通道分子构想的改变，使通道开放或关闭。,结果是产生动作电位。,例如：神经元轴突和肌细胞膜,Na+,、,K+,、,Ca2+,离子通道。,3,、机械门控通道,机械信号控制开放或关闭。,结果是产生动作电位。,例如：内耳毛细胞，受声波的机械信号影响激活膜上的机械门控通道，引起离子跨膜移动。,三、酶耦联受体介导的信号传导,由一类特殊的受体分子所完成，这些受体分子可以充当受体及酶的双重角色，或者可与其他酶分子联系并使之激活。,例如：酪氨酸激酶受体介导的信号传导。主要调节细胞的生长和增值,跨膜信号传导总结,共同点：,外来信号必须作用于细胞膜上的受体，进一步由受体及其所联系的下游信号分子引起其生物效应。,相同的信号作用于细胞膜上不同的受体可以引发不同的生物效应；不同的化学信号作用于相同的细胞膜受体也可产生相似的生物效应。,激动剂 和 拮抗剂,第三节 细胞的生物电现象与兴奋性,一、细胞生物电现象及其产生机制,静息电位（,RP,）,：细胞在没有收到刺激的情况下，及安静状态下，细胞膜的内外存在电位差。,RP,为内负外正的电位；,RP,是稳定的。,神经细胞,-70mv,骨骼肌,-90mV,平滑肌,-55mV,红细胞,-10mV,描述细胞膜电位变化的术语,极化,：静息电位存在时，膜两侧保持的内负外正的状态。,超级化,：在极化的基础上，膜内电位向负值增大的方向变化。,去极化,：膜内电位向负值减小的方向变化。,超射,：去极超过,0mV,的部分。,复极化,：细胞先发生去极化，然后又向原来的极化状态恢复的过程。,细胞生物电现象的产生机制,1,、,RP,产生的必要条件：,（,1,）膜内外存在,K,+,浓度差，,Ki Ko 30,倍,（,2,）安静时，膜主要对,K,+,通透,电化学驱动力：,浓度,形成的电化学驱动力和,电位差,形成的电化学驱动力的代数和。,(,浓度差,-,动力；电位差,-,阻力,),钾平衡电位：离子扩散达到平衡时的扩散电位。,Nernst,公式：,E(mv)=59.5 lg(C,i,/C,o,),2,、,RP,形成的原因,膜内的,K,+,顺浓度差外流膜外,K,+,浓度升高、电位增加，膜内负离子浓度增加、电位下降推动,K,+,外流的浓度差（动力）和膜外的正电场力（阻力）达到平衡电化学驱动力为零,K,+,的净通量为零,RP,形成,实测,Ek,与计算,Ek,有微小差别，因为少量的钠内流。,结论,：,静息电位的产生主要是因为,K,+,外流,和,少量的钠内流,。,影响,RP,的因素：,A,、膜内外,K,+,浓度；,B,、膜对,Na,+,和,K,+,的通透性,3,、动作电位的产生,静息电位,阈电位,上升支,下降支,1,、,2,、,3,去极化,4,、复极化,-70mV-+50mV,描述动作电位的术语,超射值：动作电位上升支中零线以上的部分,反极化：细胞受刺激后，细胞膜由静息时的内负外正变为内正外负。,锋电位：动作电位主要部分的脉冲呈尖峰状,后电位：负后电位、正后电位。,阈电位：能引起大量,Na,+,通道开放和,Na,+,内流，并形成,Na,+,通道激活对膜去极化的正反馈过程，进而诱发动作电位的临界膜电位值。,动作电位形成机制,Na+,通道的激活（正反馈）,AP,上升支,膜去极化达到某一临界膜电位，膜上,Na,+,通道大量开放，,Na,+,内流增强，膜进一步去极化，较强的去极化又使更多的,Na+,通道开放，,Na+,通道的开放与膜去极化之间形成正反馈，直至膜电位接近于,Na,+,平衡电位，形成了,AP,上升支。,K,+,通道的激活,AP,下降支,Na,+,通道失活,:,膜电位接近峰值时,大量,Na,+,通道失活。,K,+,通道的开放,:,在,Na,+,通道失活时开放，,K,+,外流，膜电位复极,Na,+,通道的失活和,K+,通道的激活构成锋电位的下降支,后电位：,复极时外流的,K+,蓄积在膜外,阻碍了,K+,外流,K,+,电导短时间高于静息电位时的水平，此时的膜电位接近于,Ek,恢复期：,钠,-,钾泵,Na,+,通道的结构模式,动作电位的特点,1,、不衰减性传导,2,、“全或无”现象,3,、,存在不应期,（绝对不应期和相对不应期）,4,、局部反应或局部兴奋,阈电位,能引起大量,Na,+,通道开放和,Na,+,内流，并形成,Na,+,通道激活对膜去极化的正反馈过程，进而诱发动作电位的临界膜电位值。,局部反应,阈下刺激因强度较弱而不能使膜的去极化达到阈电位，不能触发,AP,，但可引起细胞膜发生一定程度的去极化。,局部反应的特征：,非“全或无”：反应幅度随刺激强度的增大而增大,非不衰减传播,总和,:,空间总和、时间总和（总和后达到阈电位，可以引发,AP,）,（三）、动作电位的传导,局部电流,1.,无髓鞘神经纤维,AP,传导机制,局部电流,2.,有髓鞘神经纤维,AP,传导机制,局部电流发生在郎飞结间的跳跃式传导，速度更快,细胞内,细胞内,细胞内,影响传导的因素,细胞直径越大、电阻越小，局部电流传导越快,动作电位去极化的幅度,有髓纤维比无髓纤维传导快。,二、细胞的兴奋和兴奋性,兴奋,组织或细胞受刺激后，产生,AP,。,可兴奋细胞,凡受刺激后能产生,AP,的细胞，神经细胞、肌细胞、腺细胞。,兴奋性,可兴奋细胞受刺激后产生,AP,的能力。是刺激产生兴奋的基础。,刺激量三要素,刺激强度、持续时间、强度对时间的变化率,阈强度,在刺激的持续时间和强度对时间变化率固定时，使组织发生兴奋的最小刺激强度。阈强度与细胞兴奋性成反比。,细胞一次兴奋的周期变化,绝对不应期,:,兴奋性,=0,Na+,通道全部关闭,相对不应期,:,兴奋性,正常,Na+,通道恢复,低常期,:,兴奋性,正常,Na+,通道渐静息,第四节 骨骼肌的收缩功能,骨骼肌的收缩：,当来自于神经元的神经冲动，即动作电位到达神经末梢时，通过,神经,-,肌接头的兴奋传递,，使动作电位从神经纤维传递至肌纤维；,再通过,兴奋,-,收缩耦联,的机制，引起骨骼肌细胞的机械收缩活动。,（一）神经,-,肌接头处的兴奋传递,接头前膜：,Ach,递质,接头后膜：,Ach,受体,神经冲动,(,动作电位,),传到运动神经的接头前膜电压门控式钙通道开放，,Ca,2+,进入接头前膜轴突末梢内,乙酰胆碱,（,ACh,）囊泡向接头前膜靠近通过出胞作用将囊泡内的,ACh,释放入接头间隙,ACh,通过接头间隙与接头后膜上的,ACh,门控通道,结合该门控通道开放,Na,+,内流,(,为主,),和,(,少量,)K,+,外流终板膜去极化,形成,终板电位,以电紧张扩布形式使与终板膜邻接的肌细胞，膜去极化到达阈电位水平引发肌细胞爆发,动作电位,。,ACh,发挥作用后立即被接头间隙中和终板膜上的胆碱酯酶水解而迅速清除。,（二）神经,-,肌接头的兴奋传递,神经,-,肌接头兴奋的特征及影响因素,神经,-,肌接头兴奋的传递的特征,单向传递；时间延搁；易受环境因素和药物影响,影响神经,-,肌接头兴奋的传递的因素,乙酰胆碱受体阻断剂：肉毒杆菌毒素,麻痹骨骼肌,筒箭毒,肌肉松弛（竞争受体）,胆碱酯酶抑制剂：有机磷农药,肌肉痉挛,乙酰胆碱受体激动剂：司可林,结合乙酰胆碱受体，阻 断兴奋传递,重症肌无力：破坏乙酰胆碱通道，无,N-M,传递,传递 传导,滑行学说,(sliding theory),肌肉的缩短是通过肌小节中,细肌丝与粗肌丝相互,滑行,的结果,(,其间肌丝本身的长度不变，肌节缩短）。,二、骨骼肌的机械收缩活动,肌丝的结构,横桥周期：,横桥头部处于垂直于细肌丝的高势能状态,受原肌球蛋白阻碍,不能与肌动蛋白结合。,胞质,Ca2+,升高时,肌钙蛋白与,Ca2+,结合变构原肌球蛋白变构移位肌动蛋白活化位点暴露与横桥结合。,横桥头部摆动利用原贮存的能量拖动细肌丝向,M,线滑行肌节缩短肌肉收缩。,横桥头部结合,ATP,与肌动蛋白解离横桥头部迅速将,ATP,分解横桥恢复垂直于细肌丝的高势能状态,(,即恢复至,),。,兴奋,-,收缩耦联,(,excitation,-,contraction,coupling),将,电兴奋,和,机械收缩,联系起来的,中介,过程。,兴奋,-,收缩耦联的三个步骤：,(1),肌细胞兴奋，肌膜,去极化,，,AP,沿横管膜传至肌细胞内部。,(2),横管膜,去极化,引起,L,型钙通道,位移，导致,“,拔塞,”,样作用的变构，使终末池膜上,RYR,开放,，终末池内,Ca,2+,流入胞质,胞质,Ca,2+,升高。,(,胞质,Ca,2+,升高，导致,肌肉收缩,),。,(3),肌质网膜,钙泵被激活,，将胞质中的,Ca,2+,回收入肌质网，胞质,Ca,2+,下降。,(,胞质,Ca,2+,下降，导致,肌肉舒张,),。,（三）骨骼肌的兴奋,-,收缩耦联,（四）骨骼肌收缩的形式及其影响收缩的因素,1.,等长收缩和等张收缩,(1),等长收缩,只有张力的增加而长度不变的收缩形式。,(2),等张收缩,只发生肌肉缩短而张力保持不变的收缩形式。,2.,单收缩和强直收缩,强直收缩,当骨骼肌受到频率较高的连续刺激时，新的收缩过程与尚未结束的收缩过程发生总和的收缩形式，可分为不完全强直收缩和完全强制收缩。强直收缩的效能比单收缩大。,