细胞的基本功能ppt课件.ppt

第二章细胞的基本功能 第一节细胞膜的结构和物质转运功能 第四节肌细胞的收缩 第三节细胞的电活动 第二节细胞的信号转导 xx 1 一 细胞膜的结构概述 一 脂质双分子层液态镶嵌模型 以液态的脂质双分子层为基架 其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质 具有稳定性和流动性 磷脂 双嗜性 胆固醇 增加流动性 第一节细胞膜的结构和物质转运功能 CellMembrane BasicStructureandFunction 2 二 膜蛋白质 整合蛋白 表面蛋白 骨架蛋白 识别蛋白 酶蛋白 载体蛋白 通道蛋白 三 膜的糖类 糖蛋白 糖脂 一 细胞膜的结构概述 3 细胞膜由脂质双分子层和蛋白质组成 蛋白质又包括整合蛋白和表面蛋白 4 膜蛋白的功能 细胞膜结构示意图 5 细胞膜的基本功能 1 屏障分隔 2 转运物质 3 特征识别 4 传递信息 5 骨架结构 6 1 不依赖特殊蛋白2 靠电 化势能 不需要能量3 无饱和性4 扩散速率高可跨过的物质 O2 CO2 NH3 N2 urea 尿素 乙醚 乙醇 一 单纯扩散 simplediffusion 概念 脂溶性物质顺浓度梯度的跨细胞膜转运的过程 特点 二 物质的跨膜转运 7 二 膜蛋白介导的跨膜转运 membraneprotein mediatedtransmembranetransportation 分类 被动转运 passivetransport 本身不需要消耗能量 是物质顺浓度梯度和 或电位梯度进行的跨膜转运 主动转运 activetransport 是消耗能量的 逆浓度梯度和 或电位梯度的跨膜转运 分为原发性的主动转运和继发性的主动转运 8 化学门控通道 电压门控通道 机械门控通道 由通道中介的易化扩散 Na K Ca2 Cl 等 特点 1 需要特殊蛋白的帮助2 不需要消耗能量3 具有浓度电压依从性4 具有离子选择性和门控 1 通道介导的跨膜转运Channel mediatedtransmembranetransport 9 特点 1 表现结构特异性2 存在饱和现象3 具有竞争性抑制 概念 是指物质借助膜转运蛋白顺化学或电位梯度的跨膜转运 如 糖 氨基酸等 1 易化扩散 facilitateddiffusion 2 载体介导的跨膜转运carrier mediatedtransmembranetransport 有同向转运体和反响转运体 10 11 2 原发性主动转运primaryactivetransport 原发性主动转运的模式图 E2型 E1型 概念 是指在膜蛋白参与下 细胞依靠自身耗能的过程 逆化学和电位梯度跨膜物质转运的过程 12 钠钾泵的转运 原发性主动转运 指直接与细胞能量代谢相关联的动转运过程 13 继发性主动转运 继发性主动转运 间接利用ATP能量的主动转运过程 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时 能量非直接来自ATP的分解 是来自膜两侧 Na 差 而 Na 差是Na K 泵分解ATP释放的能量建立的 分类 同向转运 逆向转运 14 1 建立时势能储备是钠泵活动的最重要意义 2 钠泵活动所致细胞内高k 是细胞进行代谢反应的必要条件 3 钠泵活动还有助于维持细胞内外水 电解质平衡 钠泵活动的生理意义 15 胞吐 指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程 三 岀胞和入胞Exocytosisandindocytosis 是细胞通过形成细胞内小泡转运大分子物质的跨膜转运方式 16 胞吞 指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程 如蛋白质 脂肪颗粒 细菌和异物等进入细胞的过程 固体物质进入细胞 称为吞噬 液体物质细胞 称为吞饮 三 岀胞和入胞Exocytosisandindocytosis 17 受体介导式入胞receptor mediatedendocytosis 细胞膜表面受体相关的一种入胞形式 18 第二节细胞的信号转导cellularsignaltransduction 直接通讯直接通讯的结构基础 细胞间的缝隙连接 方式为电传递 间接通讯化学转运方式 内分泌 旁分泌 自分泌 突触传递 19 配体 将信号从一种细胞传递到另一细胞 并能与细胞膜上的受体结合的化学物质 称之 有 1 神经递质 2 激素 3 细胞因子 4 一氧化氮 配体与受体 受体 细胞中能识别配体 并与其特异性结合 从而发挥各种生物效应的蛋白质分子 称之 有G蛋白耦联受体 酶耦联受体 离子通道受体 20 远距分泌 大多数激素经血液运输至机体远隔特定部位的递送方式 称为内分泌 也称远距分泌 旁分泌 某些激素可不经过血液运输 仅通过组织液直接弥散 并影响相邻靶细胞活动的递送方式为旁分泌 自分泌 某种信息分子分泌后 又返回作用于该细胞自身的方式为自分泌 神经分泌 神经元可通过轴突末梢将所产生的激素 配体与受体 21 一 离子通道受体介导跨膜信号传递 离子通道型受体 Ach受体 22 23 电压依赖性Na 通道的结构模式图 24 二 G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 G蛋白偶联受体 也称促代谢型受体 配体 受体 受体 配体复合物 一 主要的信号蛋白1 G蛋白偶联受体2 G蛋白 25 3 G蛋白效应器 26 二 主要的G蛋白耦联受体信号转导途径 膜外N端 识别第一信使并结合 膜内C端 激活G蛋白 二 主要的G蛋白耦联受体信号转导途径 1 受体 G蛋白 AC途径 27 G蛋白偶联受体介导的信号转导 28 G蛋白耦连受体介导的信号转导途径cAMP PKA cGMP PKG途径 29 2 受体 G蛋白 PLC途径 30 G蛋白耦连受体介导的信号转导途径DG PKC IP3 Ca途径 xx 31 三 酶耦联受体介导的跨膜信号转导受体本身具有酶的活性 又称受体酪氨酸激酶 生长因子 与受体酪氨酸激酶结合 细胞内生物效应 激活MAPK xx 32 具有酶活性受体介导的信号转导 xx 33 第三节细胞的电活动 BioelectricityPhenomenaoftheCell 一 膜的被动电学特性和电紧张电位 自学 一 膜电容和膜电阻 二 电紧张电位 xx 34 静息电位 restingpotential RP 是细胞未受到刺激时 存在于细胞膜内 外的电位梯度 范围 二 静息电位及其产生机制 一 静息电位的记录和数值 35 习惯叫法 因膜内电位低于膜外 习惯上RP指的是膜内负电位 极化 细胞安静时 呈现 内负外正 的状态 去极化 静息电位减小 即RP 膜内负电位 70 50mV 超极化 静息电位增大 表明膜两侧电荷分布密度加大 即RP 膜内负电位 复极化 细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程 细胞生物电现象的表述 36 静息电位的记录装置 37 1 静息状态下细胞膜内 外离子分布不匀 Na o Na i 12 1 K i K o 30 1 Cl i Cl o 1 14 A i A o 4 1静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性通透性 K Cl Na A 二 静息电位产生的机制 38 细胞膜上的所有离子通道都处于关闭状态 膜电位等于零 各种离子电流亦等于零 假定细胞膜对K 具有通透性 即K 通道开放gk 0 K 则依照浓度梯度由细胞内向细胞外扩散 K 电流不再是零而且膜电位也不再是零而是呈现外正内负的电位差 当膜电位等于K 的电化学平衡电位时 80mV K 扩散的驱动力等于零Ik gk Vm Ek K 扩散停止 K 电流又等于零 39 K 在细胞内外的浓度差a K 由细胞内向细胞外的c 静息电位 即K 平衡电位 静息电位形成示意图 40 动力 膜内K 顺浓度差向膜外扩散膜内负离子不能向膜外扩散 阻力 膜外的K 对进一步外流的K 有排斥力 膜内的负离子对进一步外流的K 有吸引力 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 RP 结论 RP的产生主要是K 向膜外扩散的结果 RP K 的平衡电位 41 动作电位 actionpotential AP 可兴奋细胞受到刺激 在静息电位基础上产生的瞬时跨膜电位 称为动作电位 三 动作电位及其产生机制 42 一 细胞的动作电位 43 图示Na 在膜内外的不平衡分布 细胞外浓度高 而细胞内浓度低 图示细胞膜对Na 具有通透性 Na 由细胞外向细胞内扩散 图示由Na 的扩散形成的电 化学平衡电位 二 AP产生的机制 1 电化学驱动力 44 2 动作电位期间的膜电导的变化 内向电流 如果细胞受刺激时引起离子流动 造成膜外的正电荷流入膜内 称为内向电流 inwardcurrent 外相电流 如果细胞受刺激时引起离子流动 造成膜内的正电荷流出细胞外 称为外相电流 outwardcurrent 电压钳技术 45 膜内外存在 Na 差 膜外 Na 膜内 Na O 1 10 膜在受到阈刺激而兴奋时 对离子的通透性增加 即电压门控性Na 钠离子内流 形成AP的上升枝 K 通道激活而开放 形成AP的下降枝 3 离子流与AP的形成 46 机制 47 改变细胞外液的Na 浓度 AP的变化 xx 48 结论 AP的上升支由Na 内流形成 下降支是K 外流形成的 后电位是Na K 泵活动引起的 AP的产生是不消耗能量的 AP的恢复是消耗能量的 Na K 泵的活动 AP Na 的平衡电位 证明 Nernst公式的计算AP达到的超射值 正电位值 相当于计算所得的ENa值 应用Na 通道特异性阻断剂河豚毒后 内向电流全部消失 AP消失 49 4 膜对离子通透性变化的机制 Na 离子通道的状态 关闭 close 激活 activation 和失活 inactivation H门 M门 50 5 电压门控离子通道的分子结构 51 6 干预细胞电活动的药物及其应用 麻醉药抗心律失常药1 钠通道阻断剂 类抗心律失常药2 钙离子通道阻断剂3 钾离子通道的阻断剂 52 传导方式 局部电流 三 动作电位的传播 局部电流学说 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流 跳跃式 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流 53 动作电位的特征 具有 全或无 的现象 以脉冲的方式传导 是非衰减式传导 即同一细胞上的AP大小不随传导距离的改变而改变的现象 动作电位的意义 AP的产生是细胞兴奋的标志 54 四 局部电位 概念 阈下刺激引起的低于阈电位的去极化 即局部电位 称局部反应或局部兴奋 55 不具有 全或无 现象 其幅值可随刺激强度的增加而增大 电紧张方式扩布 其幅值随着传播距离的增加而减小 没有不应期 具有总和效应 时间性和空间性总和 局部电位的特点 56 57 五 可兴奋细胞及其兴奋性 一 兴奋和可兴奋细胞兴奋 刺激引起的机体或组织细胞产生的AP称为兴奋 可兴奋细胞 受刺激后能产生AP的细胞 可兴奋组织 受刺激后能产生AP的组织 种类 神经细胞 肌细胞及腺体 58 阈刺激 引起组织细胞产生AP的最小刺激 刺激分 阈刺激 阈上刺激 阈下刺激 刺激电流外向刺激电流内向刺激电流不引起兴奋阈电位 指能使膜上Na 通道开放的临界膜电位值 引起兴奋的条件除细胞功能状态 有效刺激的三个参数外 也与刺激电流的方向有关 二 组织的兴奋性和阈刺激 兴奋性 可兴奋细胞接受刺激后产生AP的能力 59 绝对不应期 无论多强的刺激也不能再次兴奋的期间 相对不应期 大于原先的刺激强度才能再次兴奋期间 超常期 小于原先的刺激强度便能再次兴奋的期间 低常期 大于原先的刺激强度才能再次兴奋的期间 五 兴奋过程中兴奋性的变化 60 分期兴奋性与AP对应关系机制绝对不应期降至零锋电位钠通道失活相对不应期渐恢复负后电位前期钠通道部分恢复超常期 正常负后电位后期钠通道大部恢复低常期 正常正后电位膜内电位呈超极化 61 第四节肌细胞的收缩 ContractionofSkeletalMuscle 一 横纹肌 一 骨骼肌神经 肌接头的化学传递1 神经 肌接头的功能结构接头前膜 囊泡内含ACh 并以囊泡为单位释放ACh 称量子释放 接头间隙 约50 60nm 接头后膜 又称终板膜 存在ACh受体 N2受体 能与ACh发生特异性结合 无电压性门控性钠通道 xx 62 神经肌肉接头的结构 63 2 终板电位的发生 一个ACh量子引起的终板电位称微终板电位 64 二 横纹肌细胞的超微结构 1 肌原纤维肌节 是肌细胞收缩的基本结构和功能位 1 2明带 暗带 1 2明带 2条Z线间的区域 65 由肌球或称肌凝蛋白组成 其头部有一膨大部 横桥 能与细肌丝上的结合位点发生可逆性结合 具有ATP酶的作用 与结合位点结合后 分解ATP提供横桥扭动 肌丝滑行 和作功的能量 xx 粗肌丝 66 肌动蛋白 表面有与横桥结合的位点 静息时被原肌球蛋白掩盖 原肌球蛋白 静息时掩盖横桥结合位点 肌钙蛋白 与Ca2 结合变构后 使原肌球蛋白位移 暴露出结合位点 细肌丝 67 68 69 横管系统 T管 肌膜内凹而成 肌膜AP沿T管传导 纵管系统 L管 也称肌浆网 肌节两端的L管称终池 富含Ca2 三联管 T管 终池 2 xx 2 肌管系统 70 2 骨骼肌细胞的收缩机制 xx 71 xx 72 2 肌丝滑行 73 概念 是指肌细胞电活动转化为机械活动的中间环节 即肌膜动作电位引起肌细胞收缩反应的过程 兴奋 收缩耦联 三个主要步骤 肌