生理学——细胞.ppt
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1、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 一、一、细胞膜细胞膜的的结构结构第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能(一)脂质双分子层(一)脂质双分子层 液态的脂质双分子层液态的脂质双分子层(二)细胞膜蛋白质(二)细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中镶嵌或贯穿于脂质双分子层中(三)细胞膜糖类(三)细胞膜糖类 多为短糖链,形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原多为短糖链,形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原决定族决定族=免疫信息(血型);有些作为膜受体的免疫信息(血型);有些作为膜受体的“可可识别识别”部分,能特异地与激递质等结合。部分,能特异地与激递质等结合。二、物质的跨膜转运
2、二、物质的跨膜转运(一)单纯扩散(一)单纯扩散(二)膜蛋白介导的跨膜转运(二)膜蛋白介导的跨膜转运 1 1、经载体的易化扩散、经载体的易化扩散 2 2、经通道的易化扩散、经通道的易化扩散 3 3、原发性主动转运、原发性主动转运 4 4、继发性主动转运、继发性主动转运(三)入胞和出胞(三)入胞和出胞 (一)(一).单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion)(1)(1)概念概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。度一侧移动的过程。(2)(2)特点特点:A A、扩散速率高扩散速率高 B B、无饱和性
3、无饱和性C C、不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”D D、不需另外消耗能量不需另外消耗能量E E、扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正 相关,相关,表示方法:表示方法:扩散通量扩散通量(mol or molmol or mol数数/min.cm2)/min.cm2)F F、转运的物质:转运的物质:O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3、N N2 2、尿素、乙醚、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素乙醇、类固醇类激素 等少数几种。等少数几种。(二)膜蛋白介导的跨膜转运(二)膜蛋白介导的跨膜转运1 1、经通道的易化扩散、经通道的易化扩散(1)(
4、1)概念概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需需特殊膜蛋白质的特殊膜蛋白质的“帮助帮助”下下,由膜的高浓度一侧向低由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。浓度一侧移动的过程。1、经通道的易化扩散经通道的易化扩散转运的物质转运的物质:各种带电离子各种带电离子(1)、化学门控通道)、化学门控通道 由化学物质控由化学物质控制通道的开关制通道的开关n如如图示图示Ca2+Ca2+ActionpotentialFusingvesicleAchAchIonchannelreceptoraadgbNa+(2)电压门控通道)电压门控通道 由膜电位改由膜电位改变控制通道的开关变
5、控制通道的开关电压依从性电压依从性 钠通道钠通道1800个氨基酸形个氨基酸形成成4个结构相同个结构相同的的a-螺旋结构域螺旋结构域(domain),每个每个结构域中有结构域中有6个个片段片段(S1S6)。由由4个个S2围成了通道围成了通道亲水性通路;亲水性通路;由带精氨酸和赖氨酸等阳离子的由带精氨酸和赖氨酸等阳离子的S4形成了电形成了电压依从性门控机制。压依从性门控机制。(3)、机械门控通道)、机械门控通道 由机械运由机械运 动改变控制通道动改变控制通道 内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时,引起内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时,引起其根部所在的膜变形,直接激活通道,其根部所在的膜变形,直接激活通道,改变其活
6、动状态。改变其活动状态。(4)、细胞间通道)、细胞间通道n图示图示细胞间隙细胞膜蛋白亚单位这种结构主要存这种结构主要存在于心肌和平滑在于心肌和平滑肌的肌细胞之间。肌的肌细胞之间。2 2、经载体的易化扩散、经载体的易化扩散转运的物质:葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质转运的物质:葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 (3)(3)特点特点:需依靠特殊膜蛋白质需依靠特殊膜蛋白质 不需另外消耗能量不需另外消耗能量 选择性选择性 饱和性饱和性 竟争性竟争性 浓度和电压依从性浓度和电压依从性3 3、原发性主动转运、原发性主动转运(active transport(active transport)指物质逆浓度梯度或
7、电位梯度的转运过程。指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点特点:需要消耗能量需要消耗能量,能量由分解能量由分解ATPATP来提来提 供;供;依靠特殊膜蛋白质依靠特殊膜蛋白质(泵泵)的的“帮助帮助”;是逆电是逆电-化学梯度进行的。化学梯度进行的。如如:Na:Na+-K-K+泵、泵、H H+-K-K+泵等泵等 1.1.泵转运泵转运NaNa+-K-K+泵(泵(NaNa+-K-K+-ATPaseATPase)通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图 维持维持Na+oNa+o高、高、K+iK+i高高原先原先的的不均匀分布状态不均匀分布状态2K2K+泵至细胞内泵至细胞内;3Na;3Na+
8、泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATPATP产生能量产生能量当当NaNa+i i/K/K+o o激活激活钠钠-钾泵钾泵:由由、二个亚单位构成,二个亚单位构成,亚单位由亚单位由10221022个氨基酸残基构成,个氨基酸残基构成,1010次跨膜;次跨膜;亚单位由亚单位由302302个个氨基酸残基构成,氨基酸残基构成,1 1次跨膜。次跨膜。4 4、继发性主动转运、继发性主动转运概念概念:即即逆逆浓浓度度梯梯度度或或逆逆电电位位梯梯度度的的转转运运时时,能能量量来来自自膜膜两两侧侧NaNa+差差,而而NaNa+差差是是NaNa+-K-K+泵泵分分解解ATPATP释释放放的能量建立的。的能量建立的。(三)入
9、胞和出胞(三)入胞和出胞 出胞出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。排出的过程。入胞入胞:指细胞外的大分子物质或团块进指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程,包括吞噬和吞饮。入细胞的过程,包括吞噬和吞饮。出胞:出胞:入胞入胞:第二节第二节 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能 跨跨膜膜信信号号转转导导主主要要涉涉及及到到:胞胞外外信信号号的的识识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。跨膜信号转导方式大体有以下三类:跨膜信号转导方式大体有以下三类:离子通道介导的信号转导离子通道介导的信号转导 G G蛋白偶联受
10、体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导一、一、G 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 cAMPcAMP信号通路信号通路神经递质、激素等神经递质、激素等(第一信使)(第一信使)兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S)激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶(AC)(AC)ATPATPcAMPcAMP细胞内生物效应细胞内生物效应激活激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶A A结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体激活激活G蛋白蛋白RsGsbgaGDPGTP GDPATP cAMPbgaGTPACProteinPKAPDE5AMP
11、ATPADPPPhysiologicalactivitiesRibgGiaGDPbgaGTPGDP GTPmembraneplasma 磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路激素激素(第一信使)(第一信使)兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S)激活磷脂酶激活磷脂酶C C(PLC)(PLC)PIPPIP2 2(第二信使)第二信使)IPIP3 3 和和 DGDG激激 活活蛋白激酶蛋白激酶C C内质网内质网释放释放CaCa2+2+激活激活G蛋白蛋白细胞内生物效应细胞内生物效应结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体二、离子通道介导的信号转导二、离子通道介导的信号转导n化学门控通道(骨骼肌终板膜)化学门控通道
12、(骨骼肌终板膜)n电压门控通道(心肌细胞电压门控通道(心肌细胞L型钙通道)型钙通道)n机械门控通道(血管内皮细胞)机械门控通道(血管内皮细胞)三三、酶酶偶偶联联 受受 体体介介导导 的的 信信号号转导转导 受受体体本本身身具具有有酶酶的的活活性性,又又称称受受体体酪酪氨酸激酶。氨酸激酶。概概 述述 恩恩格格斯斯在在100100多多年年前前就就指指出出:“地地球球上上几几乎乎没没有有一一种种变变化化发发生生而而不不同同时时显显示示出出电电的的变变化化”。人人体体及及生生物物体体活活细细胞胞在在安安静静和和活活动动时时都都存存在在电电活活动动,这这种种电电活活动动称称为为生生物物电电现现象(象(b
13、ioelectricitybioelectricity)。)。第三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象“一、静息电位及其产生机制一、静息电位及其产生机制(一)一)细胞的静息电位细胞的静息电位(resting potentialresting potential RP)RP)1 1.概概 念念 :细胞处于相对安静状态时,细胞膜内外:细胞处于相对安静状态时,细胞膜内外存在的电位差。存在的电位差。2.RP2.RP实验现象:实验现象:2.2.证明证明RPRP的实验:的实验:(甲甲)当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜外外,无无电电位位改改变变,证明膜外无电位差证明膜外无电位差。(乙
14、乙)当当A A电电极极位位于于细细胞胞膜膜外外,B B电电极极插插入入膜膜内内时时,有有电电位位改改变变,证证明明膜膜内内、外间有电位差外间有电位差。(丙丙)当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜内内,无无电电位位改改变变,证明膜内无电位差证明膜内无电位差。3.3.与与RPRP相关的概念相关的概念:静息电位静息电位:细胞处于相对安静状态时,细细胞处于相对安静状态时,细胞膜内外存在的电位差。胞膜内外存在的电位差。膜电位膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位(称为膜电位(membrane potentialmembrane potential)。)。
15、RPRP值描述值描述:RP RP的绝对值的绝对值 (-70-90mV)(-70-90mV)超极化超极化 RPRP的绝对值的绝对值(-70-50mV)(-70-50mV)去极化去极化(1)(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 NaNa+i iNaNa+o o110,110,K K+i iKK+o o301301 ClCl-i iClCl-o o114,114,A A-i iAA-o o 41 41(二)静息电位产生的机制(二)静息电位产生的机制1.1.静息电位的产生条件静息电位的产生条件膜内:膜内:膜膜 外外细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位细胞内液和细
16、胞外液中主要离子浓度和电位表表2-1(枪乌大神经)(枪乌大神经)离子离子胞胞 外外(mmol/L)胞胞 质质(mmol/L)平衡电位平衡电位(mV)电化学驱动电化学驱动力力(mV)Na+44050+55115K+2040075+15Cl5605260 0有机负离有机负离子子38560静息电位静息电位细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位细胞内液和细胞外液中主要离子浓度和电位n表表2-2(哺乳动物骨骼肌)(哺乳动物骨骼肌)离子离子胞胞 外外(mmol/L)胞胞 质质(mmol/L)平衡电位平衡电位(mV)电化学驱动电化学驱动力力(mV)Na+14512+67157K+415598+8Cl1204
17、90 0有机负有机负离子离子15590静息电位静息电位静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性:通透性:K K+ClCl-NaNa+A A-RPRP产生机制的膜学说产生机制的膜学说:KK i i顺浓度差向膜外扩散顺浓度差向膜外扩散AA-i i不能向膜外扩散不能向膜外扩散 K K+i i、AA-i i膜内电位膜内电位(负电场负电场)K K+o o膜内电位膜内电位(正电场正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到动态平衡时当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP=RP结论结论:RPRP的产生主要是的产生主要是K
18、K向膜外扩散的结果。向膜外扩散的结果。RP=KRP=K+的平衡电位的平衡电位静息膜电位或钾离子的平衡电位可以用静息膜电位或钾离子的平衡电位可以用Nernst公式计算:公式计算:RT K+iEk=ln R 气体常数气体常数 8.31焦尔焦尔/度;度;T 绝对温度绝对温度 273Co;nF K+o n 离子价数;离子价数;F 法拉弟常数法拉弟常数 96,500库伦。库伦。实测值与计算值有差异,原因可能为:实测值与计算值有差异,原因可能为:1)膜在静息时对钠离子,氯离子也有一些通透性;)膜在静息时对钠离子,氯离子也有一些通透性;2)膜对钾离子的通透性有一定的限制。膜外钾离子浓度增高,)膜对钾离子的通
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