细胞的基本功能ppt医学课件.ppt

第二章细胞的基本功能 第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能 第三节细胞的兴奋性和生物电现象 第四节肌肉的收缩功能 第二节细胞的跨膜信号转导功能 细胞膜不但起着细胞与内环境之间的屏障作用 而且是与内环境之间进行物质 能量和信号交换的媒介 第一节细胞的基本结构跨膜物质转运功能一 膜的结构和化学组成 一 脂质双分子层 以液态的脂质双分子层为基架 具有稳定性和流动性 二 镶嵌在细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中 生物膜具有的各种功能大多与其有关 三 细胞膜的糖类 识别作用 一 被动转运 passivetransport 概念 小分子物质顺电位或化学梯度的转运过程 特点 顺电 化学梯度进行 不耗能 转运动力依赖物质的电 化学梯度所贮存的势能 分类 单纯扩散 易化扩散 二 细胞膜的跨膜物质转运功能 1 单纯扩散 simplediffusion 2 特点 不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度 温度和膜通透性呈正相关 扩散速率高 不依靠特殊膜蛋白质的 帮助 无饱和性 3 转运的物质 o2 co2 nh3 n2 尿素 乙醚 乙醇 类固醇类激素等少数几种 1 概念 一些脂溶性小物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程 2 易化扩散 facilitateddiffusion 1 概念 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的小分子物质 需要在特殊膜蛋白质的 帮助 下 由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程 经通道的易化扩散 离子 分类 化学电压机械门控通道 2 分类 膜片钳 离子通道 示意图 erwinneher教授作精彩学术报告 经载体的易化扩散 葡萄糖 氨基酸等小分子物质 易化扩散的特点 需依靠特殊膜蛋白质的 帮助 不需另外消耗能量 选择性 饱和性 载体 竟争性 载体 浓度和电压依从性 二 主动转运 activetransport 概念 指小分子物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程 特点 是逆电 化学梯度进行的 需要消耗能量 能量由分解atp来提供 依靠特殊膜蛋白质 泵 的 帮助 继发性主动转运 简称 联合转运 分类 原发性主动转运 简称 泵转运 如 na k 泵 ca2 泵 h 泵等 原发性主动转运 简称 泵转运 na k 泵又称na k atpase 简称钠泵 当 na i 或 k o 时 泵都可被激活 atp分解产生能量 将胞内的3个na 移至胞外和将胞外的2个k 移入胞内 钙泵 2 继发性主动转运概念 即某些小分子物质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 势能差 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 三 胞纳和胞吐 一些大分子物质或团块进出细胞 是通过细胞本身的吞吐活动进行的 亦属于消耗atp的过程 主要见于细胞的分泌过程 如激素 神经递质 消化液的分泌 胞纳 指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程分为 吞噬 转运物质为固体 吞饮 转运物质为液体 胞吐 指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程 胞吞与胞吐示意图 第一节总结 一 被动转运1 单纯扩散 o2 co2 乙醇等2 易化扩散 通道易化扩散 各种离子 载体易化扩散 氨基酸 葡萄糖等二 主动转运1 原发性主动转运 各种离子泵2 继发性主动转运 氨基酸 葡萄糖等三 胞纳和胞吐 第二节细胞的跨膜信号转导功能定义 细胞外信息以信号形式传递到膜内 引发靶细胞相应的功能效应 这一过程称为跨膜信号转导 转导过程 识别与结合 信号转导 胞内效应 分类 g蛋白偶联受体介导的信号转导 离子通道介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导 一 g蛋白偶联受体介导的信号转导 receptor 一 camp信号通路 腺甘酸环化酶磷脂酶c camp 第二信使 ip3 dg 第二信使 二 磷脂酰肌醇信号通路 一 camp信号通路 神经递质 激素等 第一信使 激活腺苷酸环化酶 ac atp camp 第二信使 细胞内生物效应 蛋白激酶a 结合g蛋白偶联受体 激活g蛋白 与 亚单位分离 激活磷脂酶c pip2 ip3和dg 第二信使 蛋白激酶c 内质网释放ca2 二 磷脂酰肌醇信号通路 二 酶偶联受体介导的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 受体自身或靶蛋白磷酸化 三 离子通道介导的信号转导离子通道大体有 化学 电压 机械性门控通道 化学性胞外信号 ach ach 受体 复合体 终板膜变构 通道开放 na 内流 终板膜电位 骨骼肌收缩 第二节总结 熟悉内容 1 跨膜信号转导的概念2 跨膜信息转导的方式 1 g蛋白藕联受体介导的信号转导 camp途径 磷脂酰肌醇途径 2 酶藕联受体介导的信号转导 酪氨酸激酶受体途径 鸟甘酸环化酶受体途径 3 离子通道介导的信号转导 兴奋性 细胞在受到刺激时产生动作电位的能力 兴奋 产生动作电位的过程 生物电现象 活的细胞或组织不论在安静还是活动时 都具有电的变化 称为生物电现象 第三节细胞兴奋性和生物电现象 一 神经和骨骼肌细胞的生物电现象 一 生物电现象的观察和记录方法细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式 1 安静时保持的静息电位 restingpotential rp 2 受到刺激时产生的动作电位 actionpotential ap 二 细胞的跨膜静息电位和动作电位1 静息电位 restingpotential rp 安静状态下细胞膜两侧的电位差 膜内负电位 膜外正电位的状态 称为膜的极化 通常人为规定膜外电位为零 膜内电位即为 10 100mv 2 动作电位 actionpotential ap 细胞受刺激后在rp基础上发生的一次膜两侧电位快速倒转和复原 称动作电位 2 细胞的动作电位 神经和骨骼肌细胞的动作电位又称锋电位 去极化 depolarization 膜两侧电位差从静息值逐渐减小到零的过程 反极化 overshoot 进而膜两侧电位倒转 成为内正外負 即超射 复极化 repolarization 此后 膜电位恢复到内负外正 超极化 hyperpolarization 膜两侧电位差高于rp 动作电位的特征 可扩布性 具有 全或无 的现象 三 生物电现象的产生机制 1 细胞膜内外两侧的离子分布及膜对离子的通透性 细胞在安静状态时 细胞内液的k 浓度比膜外高20 40倍 而细胞外液的na 浓度比细胞内液的高约7 12倍 膜内外各种离子的分布不均衡成为离子被动跨膜移动势能贮备 2 静息电位与k 平衡电位安静时膜对k 有通透性 细胞内k 浓度比细胞外高是大多数细胞产生及维持静息电位的主要机制 当扩散动力和阻力相等时 k 跨膜移动的净通量为零 这时 膜两侧的k 浓度稳定在一定数值 k 外移所形成的电位差也稳定于某一数值 此时 内负外正的电位差称k 的平衡电位 1 去极化 膜内外na 不均匀分布 外高内低 膜对na 通透突然增大 na 通道开放 na 内流达na 平衡电位 3 动作电位与na 平衡电位 2 复极化 na 通道关闭 k 通道继续开放 k 外流 3 负后电位 复极时迅速外流的k 蓄积在膜外附近 暂时阻碍了k 外流 4 正后电位 钠泵的排钠作用大于摄钾作用的结果 刺激引起兴奋的条件1 刺激强度 2 刺激持续时间 3 强度 时间变化率 三者之间互相影响 二 兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导 基强度 在刺激作用时间足够长的条件下 能够引起细胞兴奋的最小刺激强度 利用时 用基强度作刺激要引起细胞兴奋所需的最短作用时间 时值 两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短刺激时间 二 阈电位 thresholdpotential 与动作电位 阈电位指能够产生去极化而爆发动作电位的临界膜电位 细胞的阈电位一般比静息电位的绝对值低10 20mv 阈刺激 在时间和强度 时间变化率都固定不变的情况下 能够引起组织细胞兴奋所需的最小刺激强度 三 阈下刺激 局部反应及其总和局部反应 阈下刺激不能引起动作电位 但却可以使细胞膜产生局部的轻微的去极化 局部反应的特点 1 不呈现 全或无 的定律 电位幅度随着刺激增强而增大 2 衰减传播 电紧张性扩布 lectrotonicpropagation 3 几个阈下刺激所引起的局部反应可以总和 包括时间总和和空间总和 四 细胞兴奋及其恢复过程中兴奋性的规律变化及其本质 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的期间 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 2 兴奋性的周期性变化的本质 na 通道有3种功能状态 1 备用 状态 在静息电位时 na 通道大多处于关闭 称为静息状态 na 不能通过通道进入细胞内 但是它能因刺激而开放 2 激活 状态 当细胞受到了刺激而产生兴奋时 na 通道开放 此时na 可以由通道内流 形成了动作电位的去极相 3 失活 状态 去极化期间和以后的一段时间内 任何强度的刺激都不能使之再度开放 五 兴奋在同一细胞上的传导 无髓鞘n纤维的兴奋传导为近距离局部电流 有髓鞘n纤维的兴奋传导为远距离局部电流 跳跃式 第三节总结 掌握内容 1 静息电位和动作电位的概念及机制 2 动作电位特点 3 阈刺激 阈电位与动作电位的引起 第四节肌肉的收缩功能 骨骼肌 分布于躯干 四肢的随意肌 肌纤维呈细长圆柱状 有多个直至数百个细胞核 位于纤维的周缘部 一 骨骼肌细胞的微细结构 一 肌原纤维与肌小节肌小节指的就是肌原纤维上每一段位于两条z线之间的区域 是肌肉收缩和舒张的最基本单位 它包含一个位于中间部分的暗带和两侧各1 2的明带 肌小节z线 细肌丝粗肌丝 二 肌管系统 兴奋 收缩耦联 在以膜的电变化为特征的兴奋过程和以肌纤维机械变化为基础的收缩过程之间的中介性联系过程 二 骨骼肌的兴奋收缩耦联 excitation contractioncoupling 包括三个主要步骤 1 电兴奋通过横管系统传向肌细胞的深处 2 信息在三联管结构处的传递 3 肌浆网 即纵管系统 中的ca2 释放入胞浆以及ca2 由胞浆向肌浆网的再聚积 粗肌丝 myosin 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 与细肌丝结合后 分解atp提供横桥扭动和作功的能量 三 骨骼肌收缩的分子机制 肌动蛋白 actin 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 tropomyosin 静息时掩盖横桥结合位点 肌钙蛋白 troponin 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 兴奋 收缩耦联及肌细胞的收缩过程 收缩后 暗带长度不变 明带长度变短 h带变窄 肌小节变短 肌小节缩短 肌细胞收缩 横桥摆动 牵拉细肌丝朝肌节中央滑行 横桥与结合位点结合 分解atp释放能量 原肌球蛋白位移 暴露肌动蛋白上与横桥的结合位点 ca2 与肌钙蛋白结合 终池膜上的钙通道开放终池内的ca2 进入肌浆 肌丝滑行 四 骨骼肌收缩的外部表现和力学分析 一 肌肉收缩的外部表现1 等张收缩与等长收缩等长收缩 isometriccontraction 肌肉收缩时 其长度不会缩短 但肌肉所产生的张力增大 等张收缩 isotoniccontraction 肌肉收缩后张力并不改变 但长度明显缩短 单收缩 singlecontraction 肌肉受到一次刺激 引起一次收缩和舒张的过程 2 单收缩和强直收缩 不完全强直收缩 当新刺激落在前一次收缩的舒张期 所出现的强而持久的收缩过程 完全强直收缩 当新刺激落在前一次收缩的缩短期 所出现的强而持久的收缩过程 强直收缩 tetanus 肌肉受到连续刺激 前一次收缩和舒张尚未结束 新的收缩在此基础上出现的过程 二 肌肉收缩的力学分析前负荷 preload 在肌肉收缩之前就加在肌肉上的负荷 它使肌肉在收缩前即处于某种被拉长的状态 又称初长度 后负荷 afterload 当肌肉开始收缩时才遇到的负荷或阻力 肌小节最适初长 2 0 2 2 m 时 粗细肌丝重叠最佳 肌肉收缩速度 幅度和张力最大 大于或小于最适初长时 粗细肌丝重叠 肌肉收缩速度 幅度和张 1 前负荷对肌肉收缩力的影响 后负荷0 张力0而速度 幅度最大后负荷 张力 而速度 幅度 后负荷最大 张力最大而速度 幅度最小后负荷