学术讨论—第三篇--细胞的基本功能.ppt
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1、第三章第三章细胞细胞(xbo)的基本功能的基本功能第一页,共一百一十八页。学习学习(xux)要求要求1、掌握掌握(1)、)、细胞膜的跨膜物质转运功能;细胞膜的跨膜物质转运功能;(2)、细胞)、细胞(xbo)静息电位和动作电位的概念、特征及静息电位和动作电位的概念、特征及 其产生机制;动作电位的引起和传导。其产生机制;动作电位的引起和传导。(3)、神经)、神经-肌肉接头的兴奋传递;兴奋与兴奋性。肌肉接头的兴奋传递;兴奋与兴奋性。2、熟悉:细胞跨膜信号转导;骨骼肌的收缩机制;、熟悉:细胞跨膜信号转导;骨骼肌的收缩机制;兴奋兴奋-收缩耦联。收缩耦联。3、了解:骨骼肌收缩的外部表现和力学分析;影响肌、
2、了解:骨骼肌收缩的外部表现和力学分析;影响肌 肉的因素;膜片钳技术。肉的因素;膜片钳技术。第二页,共一百一十八页。第一节第一节 细胞膜的物质转运细胞膜的物质转运(zhun yn)功功能能一、被动转运一、被动转运指物质分子或离子顺着浓度梯度或电指物质分子或离子顺着浓度梯度或电-化学化学梯度进行的跨膜转运,不需要梯度进行的跨膜转运,不需要(xyo)消耗能量消耗能量。分为:分为:单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 第三页,共一百一十八页。(一)、单纯(一)、单纯(dnchn)扩散扩散定义定义:是脂溶性的小分子物质以简单物理:是脂溶性的小分子物质以简单物理扩散的方式顺浓度梯度所进行的跨膜转运扩散的方式
3、顺浓度梯度所进行的跨膜转运(zhun yn)。扩散物质:扩散物质:脂溶性的和少数分子很少的水脂溶性的和少数分子很少的水溶性物质,如溶性物质,如O2、CO2、N2、NH3、水、乙、水、乙醇、尿素等。醇、尿素等。第四页,共一百一十八页。扩散的方向和速度:扩散的方向和速度:取决于该物质在膜两侧取决于该物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。的浓度差和膜对该物质的通透性。特点:特点:1、不需要膜上蛋白质的帮助。、不需要膜上蛋白质的帮助。2、推动物质转运的力量是物质的浓度梯度。、推动物质转运的力量是物质的浓度梯度。3、物质转运的方向是从高浓度向低浓度。、物质转运的方向是从高浓度向低浓度。4、转运的结果
4、、转运的结果(ji gu)是物质浓度在细胞膜的两是物质浓度在细胞膜的两侧达侧达 到平衡。到平衡。第五页,共一百一十八页。第六页,共一百一十八页。(二)、易化扩散(二)、易化扩散(kusn)定义定义(dngy):指非脂溶性物质在细胞膜上特殊:指非脂溶性物质在细胞膜上特殊蛋白质的帮助下进行的跨膜转运。蛋白质的帮助下进行的跨膜转运。经载体的易化扩散经载体的易化扩散 经通道的易化扩散经通道的易化扩散第七页,共一百一十八页。1、经载体、经载体(zit)的易化扩散的易化扩散 指水溶性的小分子物质借助于细胞膜上指水溶性的小分子物质借助于细胞膜上 载体蛋白的帮助顺浓度梯度的跨膜转运。载体蛋白的帮助顺浓度梯度的
5、跨膜转运。第八页,共一百一十八页。第九页,共一百一十八页。经载体的易化扩散有以下特点经载体的易化扩散有以下特点 饱和现象饱和现象 立体构象特异性立体构象特异性 竞争性抑制竞争性抑制 当载体蛋白与被转运的物质在其浓度较高的一当载体蛋白与被转运的物质在其浓度较高的一侧结合后,通过立体构象的改变侧结合后,通过立体构象的改变(gibin),使被,使被转运物从膜的一侧转移到另一侧并随之与载转运物从膜的一侧转移到另一侧并随之与载体分离。体分离。第十页,共一百一十八页。2、经通道(tngdo)的易化扩散是带电离子在细胞膜上通道蛋白质的帮助是带电离子在细胞膜上通道蛋白质的帮助下顺电化学梯度进行下顺电化学梯度进
6、行(jnxng)的跨膜转运。的跨膜转运。由于经通道介导的溶质几乎都是离子,因由于经通道介导的溶质几乎都是离子,因而通道也称离子通道。而通道也称离子通道。第十一页,共一百一十八页。特性特性(txng)转运速转运速度快度快离子离子(lz)选择性选择性门控特性门控特性(txng)钠通道钠通道钾通道钾通道钙通道钙通道氯通道氯通道非选择性阳离子通道等非选择性阳离子通道等电压门控性通道电压门控性通道化学门控通道化学门控通道 (亦称配体门控通道)(亦称配体门控通道)机械门控通道等机械门控通道等第十二页,共一百一十八页。二、主动(zhdng)转运是在细胞膜上特殊蛋白质的帮助是在细胞膜上特殊蛋白质的帮助(bng
7、zh)下,通过耗能下,通过耗能的过程,使物质分子或离子逆着浓度梯度或电化学的过程,使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。梯度所进行的跨膜转运。原发性主动转运原发性主动转运主动转运主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 第十三页,共一百一十八页。(一)、原发性主动(一)、原发性主动(zhdng)转运转运是细胞膜上具有ATP酶活性的特殊蛋白质即离子泵直接水解ATP获得能量,帮助一种(y zhn)或一种(y zhn)以上的物质逆着各自的浓度梯度或电-化学梯度进行的跨膜转运。钠钠-钾泵简称钠泵,也称钾泵简称钠泵,也称Na+,K+-ATP酶。酶。第十四页,共一百一十八页。钠泵每水解钠
8、泵每水解1分子分子ATP可逆着浓度梯度将可逆着浓度梯度将3个个Na+出细出细胞外,胞外,2个个K+移入细胞内。移入细胞内。生理意义生理意义(1)、建立和维持)、建立和维持(wich)的的Na+、K+在细胞内外的浓度在细胞内外的浓度梯度是细胞生物电产生的重要条件之一。梯度是细胞生物电产生的重要条件之一。(2)、细胞内高)、细胞内高K+浓度是细胞内许多代谢反应所必浓度是细胞内许多代谢反应所必须。须。(3)、维持细胞内液的正常渗透压和细胞容积的相对稳定。)、维持细胞内液的正常渗透压和细胞容积的相对稳定。(4)、细胞外较高的)、细胞外较高的Na+浓度所贮存的势能可用于其浓度所贮存的势能可用于其他物质逆
9、着浓度梯度进行继发主动转运。他物质逆着浓度梯度进行继发主动转运。(5)、具有生电作用。)、具有生电作用。第十五页,共一百一十八页。第十六页,共一百一十八页。(二)、继发性主动(二)、继发性主动(zhdng)转运转运是一些物质借助于原发主动转运建立的某是一些物质借助于原发主动转运建立的某离子浓度梯度所具有的势能,在载体帮助离子浓度梯度所具有的势能,在载体帮助下逆浓度梯度所进行的跨膜转运。下逆浓度梯度所进行的跨膜转运。特点:特点:1、以钠泵介导的原发主动转运为基础、以钠泵介导的原发主动转运为基础(jch);2、Na+与另外一种或一种以上的物质转运与另外一种或一种以上的物质转运耦联进行。耦联进行。3
10、、ATP只是间接为这些物质逆浓度梯度的只是间接为这些物质逆浓度梯度的转运供能。转运供能。第十七页,共一百一十八页。继发主动转运分继发主动转运分 同向转运同向转运 与与Na+顺浓度梯度的转运方向顺浓度梯度的转运方向(fngxing)一致。一致。逆向转运逆向转运 与与Na+顺浓度梯度的转运方向相反。顺浓度梯度的转运方向相反。第十八页,共一百一十八页。第十九页,共一百一十八页。三、出胞和入胞出胞和入胞(一)、(一)、入胞入胞 是细胞外某些大分子或物质团块通过细胞膜所形成是细胞外某些大分子或物质团块通过细胞膜所形成的囊泡进入的囊泡进入(jnr)细胞的过程。细胞的过程。吞噬吞噬 是摄入颗粒状固体物质的过
11、程。是摄入颗粒状固体物质的过程。入胞入胞 液相入胞液相入胞 吞饮吞饮 受体介导入胞受体介导入胞 第二十页,共一百一十八页。吞饮吞饮 是液体或大分子被摄入细胞的过程。是液体或大分子被摄入细胞的过程。液相入胞液相入胞 是细胞外液连同所含溶质一起被是细胞外液连同所含溶质一起被 直接摄入细胞的过程。直接摄入细胞的过程。受体介导入胞受体介导入胞 是由细胞膜上特异是由细胞膜上特异(ty)受体介导受体介导 某些大分子物质摄入细胞的过程。某些大分子物质摄入细胞的过程。第二十一页,共一百一十八页。第二十二页,共一百一十八页。第二十三页,共一百一十八页。(二)、出胞(二)、出胞是细胞内合成的一些物质是细胞内合成的
12、一些物质(wzh)排出细胞的过排出细胞的过程。程。第二十四页,共一百一十八页。第二节第二节 细胞细胞(xbo)的跨膜信号转导的跨膜信号转导生物体内细胞与细胞之间的信息交流是由生物体内细胞与细胞之间的信息交流是由特殊的信号特殊的信号(xnho)分子,通过细胞膜受体影响分子,通过细胞膜受体影响细胞膜上另外的一种或几种功能蛋白质以细胞膜上另外的一种或几种功能蛋白质以实现跨膜信号实现跨膜信号(xnho)转导。转导。第二十五页,共一百一十八页。一、一、G蛋白蛋白(dnbi)耦联受体介导的跨膜信号转导耦联受体介导的跨膜信号转导需要细胞膜上三类蛋白质参与需要细胞膜上三类蛋白质参与 G蛋白耦联受体蛋白耦联受体
13、 G蛋白蛋白 效应效应(xioyng)分子分子第二十六页,共一百一十八页。(一)、(一)、G蛋白蛋白(dnbi)耦联受体耦联受体位于细胞膜上,当受体与配体结合后,其位于细胞膜上,当受体与配体结合后,其分子构象改变并在膜上发生位移分子构象改变并在膜上发生位移(wiy),与,与G蛋白结合并使之激活。蛋白结合并使之激活。第二十七页,共一百一十八页。(二)(二)G 蛋白蛋白(dnbi)G蛋白蛋白(dnbi)也是鸟苷酸结合蛋白也是鸟苷酸结合蛋白(dnbi)第二十八页,共一百一十八页。(三)(三)G蛋白蛋白(dnbi)效应器分子效应器分子主要有两类主要有两类离子通道离子通道 可直接导致通道的开放,促使离子
14、跨膜扩散可直接导致通道的开放,促使离子跨膜扩散 从而影响细胞的功能。从而影响细胞的功能。酶酶 主要有主要有 腺苷酸环化酶(腺苷酸环化酶(AC)、磷脂酶、磷脂酶C(PLC)等,可以将外等,可以将外来信号的作用来信号的作用(zuyng)传递到细胞内,直接或间接影响细胞质传递到细胞内,直接或间接影响细胞质中各种蛋白激酶的活性。中各种蛋白激酶的活性。第二十九页,共一百一十八页。第三十页,共一百一十八页。.G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导具有逐蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导具有逐级放大效应,即一个信号分子级放大效应,即一个信号分子(fnz)可引起更可引起更多的分子多的分子(fnz)激活,从而导致细胞生理
15、功能激活,从而导致细胞生理功能明显的改变。明显的改变。第三十一页,共一百一十八页。二、离子通道型受体介导的跨膜信号转导二、离子通道型受体介导的跨膜信号转导是由细胞膜上的通道蛋白质实现的跨膜信是由细胞膜上的通道蛋白质实现的跨膜信号转导。是一种同时具有受体和离子通道号转导。是一种同时具有受体和离子通道功能功能(gngnng)的蛋白质分子。的蛋白质分子。第三十二页,共一百一十八页。(一)、配体门控通道介导的跨膜信号转导一)、配体门控通道介导的跨膜信号转导配体门控通道蛋白配体门控通道蛋白(dnbi)当与特定的化学信号当与特定的化学信号分子结合后,分子构象发生改变,通道开放,分子结合后,分子构象发生改变
16、,通道开放,离子跨膜流动,导致了细胞的功能改变。离子跨膜流动,导致了细胞的功能改变。第三十三页,共一百一十八页。(二)、电压(二)、电压(diny)门控通道介导的跨膜信号转导门控通道介导的跨膜信号转导在电压门控通道的分子中,存在一些对膜在电压门控通道的分子中,存在一些对膜电位敏感的基团,当膜电位发生改变时,电位敏感的基团,当膜电位发生改变时,可使整个通道分子构象发生改变,使通道可使整个通道分子构象发生改变,使通道开放或关闭,促进或阻碍相应离子开放或关闭,促进或阻碍相应离子(lz)的跨的跨膜移动,导致细胞生物电活动的改变。膜移动,导致细胞生物电活动的改变。第三十四页,共一百一十八页。(三)、机械
17、(三)、机械(jxi)门控通道介导的跨膜信号转导门控通道介导的跨膜信号转导通道对机械刺激通道对机械刺激(cj)敏感,当受到特定的机敏感,当受到特定的机械刺激械刺激(cj)时,通道开放或关闭促进或阻碍时,通道开放或关闭促进或阻碍相应离子的跨膜移动,使细胞生物电活动相应离子的跨膜移动,使细胞生物电活动的改变,实现跨膜信号的转导。的改变,实现跨膜信号的转导。第三十五页,共一百一十八页。三、酶联型受体介导的跨膜信号转导三、酶联型受体介导的跨膜信号转导是由细胞膜上的受体和酶共同完成的。是由细胞膜上的受体和酶共同完成的。外来的化学信号外来的化学信号(xnho)与受体分子结合,使受与受体分子结合,使受体自身
18、具有的酶活性被激活或与其他酶分体自身具有的酶活性被激活或与其他酶分子结合并激活,进而引起细胞内的一些生子结合并激活,进而引起细胞内的一些生化反应而实现跨膜信号化反应而实现跨膜信号(xnho)转导。转导。第三十六页,共一百一十八页。(一)(一)酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导 同时具有受体和酪氨酸激酶双重功能。同时具有受体和酪氨酸激酶双重功能。受体细胞外段是与配体特异性结合的部位,细胞受体细胞外段是与配体特异性结合的部位,细胞内段是酪氨酸激酶所在部位,受体与配体结合,引内段是酪氨酸激酶所在部位,受体与配体结合,引起分子构象起分子构象(u xin)的改变,酪氨酸激酶
19、被活化,进的改变,酪氨酸激酶被活化,进而引发细胞的功能改变。而引发细胞的功能改变。第三十七页,共一百一十八页。(二)、结合酪氨酸激酶的受体介导的跨膜信号转导(二)、结合酪氨酸激酶的受体介导的跨膜信号转导 分子本身没有分子本身没有(mi yu)酶的活性,只有当受体与配体结合后,酶的活性,只有当受体与配体结合后,可与细胞内其他的酪氨酸激酶结合使之激活。可与细胞内其他的酪氨酸激酶结合使之激活。第三十八页,共一百一十八页。(三)、鸟苷酸环化酶受体介导的跨膜信号转导(三)、鸟苷酸环化酶受体介导的跨膜信号转导 配体与受体结合后,激活配体与受体结合后,激活(j hu)受体分子的细受体分子的细胞内段的鸟苷酸环
20、化酶。胞内段的鸟苷酸环化酶。第三十九页,共一百一十八页。细胞的跨膜信号转导共同特点细胞的跨膜信号转导共同特点 外来的信号必须首先作用于细胞膜上的外来的信号必须首先作用于细胞膜上的受体分子受体分子(fnz)或分子或分子(fnz)中具有受体作用的中具有受体作用的结构,进一步由受体或受体所联系的下游结构,进一步由受体或受体所联系的下游信号分子信号分子(fnz)引发相应的生物效应。引发相应的生物效应。第四十页,共一百一十八页。物质的转运物质的转运 单纯扩散单纯扩散一、一、被动被动(bidng)转运经转运经 载体的易化扩散载体的易化扩散 易化扩散易化扩散 经通道的易化扩散经通道的易化扩散 原发性主动转运
21、原发性主动转运二、二、主动转运主动转运 继发性主动转运继发性主动转运 吞噬吞噬 是摄入颗粒状固体物质的过程。是摄入颗粒状固体物质的过程。三、入胞三、入胞 液相入胞液相入胞 吞饮吞饮 受体介导入胞受体介导入胞 第四十一页,共一百一十八页。细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导一、一、G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导二、离子通道型受体介导的跨膜信号转导二、离子通道型受体介导的跨膜信号转导 配体门控通道介导的跨膜信号转导配体门控通道介导的跨膜信号转导 电压门控通道介导的跨膜信号转导电压门控通道介导的跨膜信号转导 机械机械(jxi)门控通道介导的跨膜信号转导门控通道介导的跨
22、膜信号转导三、酶联型受体介导的跨膜信号转导三、酶联型受体介导的跨膜信号转导 酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导 鸟苷酸环化酶受体介导的介导的跨膜信号转导鸟苷酸环化酶受体介导的介导的跨膜信号转导 结合酪氨酸激酶的受体跨膜信号转导结合酪氨酸激酶的受体跨膜信号转导 第四十二页,共一百一十八页。第三节第三节 细胞细胞(xbo)的生物电活动的生物电活动 神经、肌肉等组织可以非常快的速度在神经、肌肉等组织可以非常快的速度在同一细胞表面和细胞之间传播,这种快速同一细胞表面和细胞之间传播,这种快速的信号的信号(xnho)就是电信号就是电信号(xnho)。第四十三页,共一百一十八页
23、。一一、细胞、细胞(xbo)的生物电现象的生物电现象静息电位静息电位:静息时细胞膜内外两侧存在着:静息时细胞膜内外两侧存在着外正内负的电位差。外正内负的电位差。动作电位动作电位:细胞受刺激时膜电位所经历的:细胞受刺激时膜电位所经历的快速快速(kui s)、可逆和可传播的膜电位波动。、可逆和可传播的膜电位波动。第四十四页,共一百一十八页。第四十五页,共一百一十八页。极化极化:静息状态时,细胞膜内外存在外正内负静息状态时,细胞膜内外存在外正内负 电位差的这一现象称为极化电位差的这一现象称为极化.去极化去极化 膜电位负值减小的过程膜电位负值减小的过程.超极化超极化 膜电位负值增大的过程膜电位负值增大
24、的过程.反极化反极化(超射超射)膜电位发生反转的部分膜电位发生反转的部分,也就是也就是 膜电位高于零电位的部分膜电位高于零电位的部分.复极化复极化 细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复 的过程的过程.膜电位膜电位 在细胞膜的内外两侧在细胞膜的内外两侧(lin c)形成的电位差,称跨膜电位。形成的电位差,称跨膜电位。第四十六页,共一百一十八页。第四十七页,共一百一十八页。二、细胞二、细胞(xbo)生物电产生机制生物电产生机制(一)基本原理(一)基本原理当细胞膜上的离子通道开放引起带电当细胞膜上的离子通道开放引起带电(di din)离离子跨膜流动时,在细胞膜的两侧就
25、产生了电子跨膜流动时,在细胞膜的两侧就产生了电位差,即位差,即跨膜电位跨膜电位,简称,简称膜电位膜电位。第四十八页,共一百一十八页。离子跨膜扩散的驱动力和平衡电离子跨膜扩散的驱动力和平衡电位位1、当某种离子跨膜扩散时,受到来自浓度差、当某种离子跨膜扩散时,受到来自浓度差和电位差的双重驱动力,两者合和电位差的双重驱动力,两者合称电化学驱称电化学驱动力动力。(1)、由浓度梯度所形成的化)、由浓度梯度所形成的化学学(huxu)驱动驱动力力 堆动离子跨膜扩散堆动离子跨膜扩散。(2)、)、由膜电位所形成的电驱动力由膜电位所形成的电驱动力阻阻 止离子的继续扩散止离子的继续扩散。第四十九页,共一百一十八页。
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