畜禽生理学细胞的基本功能课件

第二章 细胞的基本功能,目的要求： 了解细胞膜的基本结构和物质转运功能。 掌握生物电产生和兴奋传导的基本原理。,第一节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运,一、细胞膜的基本结构（复习组织学有关内容） 脂质双分子层）从低等生物草履虫直至高等哺乳动物的各种细胞，都具有类似的细胞膜结构。 电镜下：分为三层，膜的内外两侧各有一条厚约2.54nm的电子致密带，中间夹有一条厚约2.5nm的透明带，总厚度约7.07.5nm。 这种结构也见于其它生物膜，被认为是一种细胞中普遍存在的基本结构形式。称为单位膜（unit membrane）或生物膜。,胆碱,二、细胞膜的跨膜物转运功能,（一）单纯扩散（simple diffusion） 单纯扩散：脂溶性物质穿过细胞膜，由高浓度一侧向低浓度一侧作跨膜运动或转运的过程。 如O2、CO2等气体分子, 此外，体内一些类固醇激素虽系脂溶性物质，理论上也能够靠单纯扩散由细胞外液进入胞浆内，但同时它们也可以在某些膜蛋白质的“帮助”下较快地进入细胞(易化扩散)。,（二）易化扩散（facilitated diffusion）,易化扩散：指非脂溶性或脂溶性甚小的物质在细胞膜的蛋白质帮助下，由膜的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一侧扩散或转运的过程。 注：不通过膜的脂质分子间隙，而是蛋白质构象变化增加分子的通透性。该过程受激素等因素的调控。 （如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等无机离子） 易化扩散分为：一种以蛋白质载体为中介；另一种以离子通道（ion channel）为中介。,以蛋白质为中介的易化扩散,以离子通道为中介的易化扩散,以离子通道为中介的易化扩散,（三）主动转运（active transport） 主动转运：指细胞通过耗能过程将分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。 研究最充分的是Na+和K+的主动转运 钠 -钾泵（sodium-potassium pump）：是镶嵌在膜的脂质双分子层中的、具有ATP酶活性的特殊蛋白质。它可被Na+、K+和Mg2+等激活，通过分解ATP为物质的主动转运提供能量。,主动转运包括： 初级主动转运 继发性主动转运（葡萄糖的主动转运） 其它的离子泵: Ca2+、质子泵 主动转运,初级主动转运（ATP供能）,细胞内高钾，胞外高钠的维持,初级主动转运,继发性主动转运（利用膜外的高Na+势能，不是直接利用ATP）,总结： 物质的转运包括被动转运（分为单纯扩散和易化扩散） 和主动转运（包括初级主动转运和继发性主动转运）,（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）,入胞：指细胞外某些大分子物质或团块被整批转入细胞的过程。 （如细菌、病毒或大分子蛋白质等） 如进入的物质是固体物质，称为吞噬（phagocytosis）； 如进入的是液体物质，则称为吞饮（pinocytosis）。,吞噬,吞饮,受体介导的吞饮,吞噬过程,吞饮过程,受体介导的胞吞作用,出胞：指某些大分子物质或团块由细胞排出的过程。 如，腺细胞分泌某些酶和粘液 内分泌腺分泌激素 神经末稍释放递质等,(五) 、细胞膜之间的连接,缝隙连接(gap junction)，膜上的六聚体蛋白质通道性结构对接（非永久，与细胞间不沟通，受环境因素影响）。 允许1.0 1.5 Kd以下或直径小于1nm的物质通过，包括电解质、氨基酸、葡萄糖和核苷酸等。使同步性活动成为可能。见于小肠上皮、心肌细胞上的闰盘结构等。,缝隙连接,第二节 细胞的跨膜信息传递功能,一、跨膜信息传递的概念 跨膜信息传递（transmembrane signaling transmission）：许多胞外信号作用于细胞时，不进入细胞内，而是通过细胞膜上的特异蛋白质分子（受体）发生的变构作用，将信息传递到细胞膜内，引起相应的功能改变（如电变化、代谢变化等），该过程叫跨膜信号传递或转导。,二、跨膜信息传递的主要方式,受体（receptor）：指细胞中某些能与激素、递质和其它生物活性物质结合，并引起特定生物学效应的特殊结构。通常是存在于细胞膜或细胞内的特殊蛋白质，主要是球状蛋白，也有糖蛋白或脂蛋白。,通道（ion channel）可分为化学门控通道（chemically-gated channel）、电压门控通道（voltage-gated channel）、时间门控通道。,（一）由离子通道介导的跨膜信息传递,毒蕈碱受体（M型受体）,（二）由G蛋白耦联受体介导的跨膜信息传递,G蛋白：鸟苷酸结合蛋白的简称，有10多种亚型，其结构和功能极为相似。G蛋白由、和 三个亚单位组成，亚单位起催化作用。无活性的G蛋白（抑制性G蛋白）与1分子GDP结合；已激活的G蛋白（兴奋性G蛋白）其亚单位与1分子GTP结合，并与其它2个亚单位分离，影响相邻的离子通道的通透性，或者对膜的效应器酶（如腺苷酸环化酶）起催化作用，后者的激活可引起胞浆中第二信使（如cAMP）的增加或减少。,G蛋白调控离子通道的活动,第二信使：细胞内传递激素携带的调节信息的特殊化学物质，称为第二信使。含氮类激素的第二信使为cAMP，甾体类激素的第二信使为细胞内的激素-受体复合物。此外，Ca2+、cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作为第二信使。,G蛋白激活后，通过膜上的效应器酶，引起第二信使的改变，产生生物学效应。效应器酶如： 腺苷酸环化酶 磷脂酶C 磷脂酶A2等,腺苷酸环化酶,磷脂酶C,（三）由酪氨酸激酶受体介导的跨膜信息传递,酪氨酸激酶受体是一类贯穿脂质双层的膜蛋白,其膜外有与配体结合的位点,膜内侧面的一端具有酪氨酸激酶结构域,因此得名.当配体与膜外的结合位点结合，直接激活膜内侧的酪氨酸激酶结构域,使受体自身或细胞内的靶蛋白磷酸化,将信号传入细胞内。 如胰岛素和细胞生长因子等就是通过其受体的酪氨酸激酶活性,将信号传入核内,影响基因的转录。 生长激素及其受体的作用机理也与酪氨酸激酶活性有关，却复杂得多。,GH + 2 GHR GH/GHR复合物 胞内信号传导 (不祥)。已知：酪氨酸激酶（JAK2）、蛋白激酶C （PKC）和细胞分裂素激活蛋白激酶(MAPK）等参与此过程。 GHR没有内在的 JAK2 活性,但可与胞质 JAK2 结合，使2分子的JAK2相互磷酸化而活化，进一步使GHR的酪氨酸磷酸化，GHR活化，促进其它调节因子与GHR结合； 活化的JAK2一方面激活转录因子STATs,使STATS二聚化后，转入核内与特异性的DNA应答元件结合，促进基因的转录，影响基因的表达;另一方面，JAK2 引起第二信使的释放,如二酯酰甘油（DAG）、Ca2+、NO等，进一步激活 MAPK、PKC、磷酸酯酶A和磷脂酰肌醇激酶（PI3K）等，通过这些路径调节代谢和酶活力等。,活化的JAK2一方面激活转录因子STATs,使STATS二聚化后，转入核内与特异性的DNA应答元件结合，促进基因的转录，影响基因的表达;另一方面，JAK2 引起第二信使的释放,如二酯酰甘油（DAG）、Ca2+、NO等，进一步激活 MAPK、PKC、磷酸酯酶A和磷脂酰肌醇激酶（PI3K）等，通过这些路径调节代谢和酶活力等。,促生长激素释放激素 （growth hormone secretagogue， GHRH）; a protein kinase C (PKC)-dependent 多巴胺（dopamine，DA） a cAMP-PKA dependent factor,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,一、细胞的兴奋性 （一）兴奋性和兴奋的含义 兴奋性（excitability）：细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力或特性，称为兴奋性。 兴奋（excitation）：细胞受刺激后产生了动作电位，称为兴奋。 几乎所有活组织或细胞都具有兴奋性，只是反应的灵敏度和反应的表现形式有所不同。 通常以神经和肌细胞，以及某些腺细胞表现出较高的兴奋性，因此被称为可兴奋细胞或可兴奋组织。,（二）刺激引起兴奋的条件 1. 刺激的强度 阈强度（threshold intensity）：在一定作用时间和强度-时间变化率基础上，引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。 阈刺激 阈下刺激 阈上刺激,2. 刺激的持续时间,3. 强度-时间变化率 强度-时间变化曲线 基强度（rheobase） 时值（chronaxie）,1 mV,2 mS,二、细胞的生物电现象,生物电现象：细胞在静息或活动状态下伴随的各种电现象（离子电流、溶液导电、静息电位、动作电位等）。,1. 静息电位的概念,静息电位（resting potential）：细胞未受刺激时，存在于膜内外两侧的电位差。,静息电位形成的机理：是K+的平衡电位。 K+外流的平衡电位（equilibrium potential）：当膜内外K+浓度差所形成的向外扩散力量和阻止K+继续外流的电场力达到动态平衡时，K+的净通量为零，此时所形成的电位差稳定于某一数值而不再增加，此电位差称为K+的平衡电位。,细胞内高钾，胞外高钠的维持,初级主动转运,细胞膜的通透性顺序：K+Cl-Na+Pro-,2、动作电位,（1） 动作电位的概念 动作电位（action potential，AP）：细胞膜受到刺激后，在静息电位的基础上膜两侧电位所发生的快速、可逆的倒转和复原过程。,（2） 动作电位形成的机理,锋电位（spike potential）：构成动作电位主要部分的一次短促而尖锐的脉冲样变化，是细胞兴奋的标志。 后电位（after potential）：继锋电位之后出现的电位波动，可分为负后电位（去极化后电位）和正后电位（超极化后电位）。它代表细胞兴奋后兴奋性的恢复过程。,上升支：去极化，钠离子泵开放，易化扩散 下降支：复极化，钾离子泵开放，易化扩散 后电位：复极化，钠-钾泵开放，主动转运,（3）名词,极化（polarization）：静息状态下，细胞膜外为正电位，膜内为负电位的状态，称为极化。,去极化（depolarization）：生物膜受到刺激或损伤后，膜内外的电位差逐渐减小，极化状态逐步消除，此过程称为去极化。,超极化（hyperpolarization）：原有极化程度增强，静息电位的绝对值增大，兴奋性降低的状态。,复极化（repolarization）：由去极化状态恢复到静息时膜外为正、膜内为负的极化状态的过程，称为复极化。,(4) 动作电位的传导,无髓神经纤维的传导：局部电流学说 有髓神经纤维的传导：跳跃式传导,少突胶质细胞,髓鞘,神经干的结构,髓鞘