6-20细胞生理2.ppt

1、第 二 章 细胞的基本功能,细胞膜的物质转运功能 细胞的跨膜信号转导功能 细胞的兴奋性和生物电现象 肌肉的收缩功能,第一节 膜的基本结构和物质转运功能,一、细胞膜的结构和组成,蛋白质:（55%） 细胞 细胞膜 脂质：37% 糖：8% “单位膜”的概念 膜蛋白的功能： 物质转运：作为“载体”、“通道”、“离子泵” 信息传递：作为“受体” 作为“酶”起作用 作为细胞的“标记物” 脂质双分子层：细胞膜的基架 糖：抗原决定簇,镶嵌蛋白 结合蛋白 表在蛋白,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,（一）被动转运（passive transport） 特点：顺浓差、不耗能 1、单纯扩散（simple diffusi

2、on）： 脂溶性的小分子物质顺浓差（扩散）通过细胞膜的过程。 如：CO2、O2、NH3等 2、易化扩散（facilitated diffusion）： 非脂溶性的小分子物质，在特异性膜蛋白的帮助下顺电化学梯度扩散通过细胞膜的过程。 通道介导的易化扩散 载体介导的易化扩散,通道介导的易化扩散 特点：A 主针对离子转运 离子通道（ion channel） B 相对特异性 通道的三种类型： A 电压门控通道 B 化学（配基）门控通道 通道的三种状态： A 激活（开放）：允许通过。 B 备用（关闭）：不允许通过， 但可以被打开。 C 失活：不允许通过，且不可 以被打开。,复活,载体介导的易化扩散 主针

3、对：葡萄糖、氨基酸等 特点： 高度特异性：结构选择性。 饱和现象：因载体的数量有限。 竞争性抑制作用：见于同一载体 同时能转运两种物质时。,A B,（此外，水被通道转运。目前已发现有多种水通道。）,（二）主动转运（active transport） 细胞膜通过本身的耗能过程将物质分子或离子逆电 化学梯度的转运过程。（是最重要的转运方式） 特点：耗能（ATP）、逆电化学梯度 主针对离子 离子泵转运。 意义：造成细胞膜两侧离子分布不均 为易化扩散提供能量。,高 K+ 30 Na+ 1 低 Cl- 1 Ca2+ 1,1 10 12 2万,Na+ = 145 mM,Ca+ = 2 mM,K+ = 5

4、mM,Cl- = 125 mM,Na+ = 15 mM,Ca+ = .0001 mM,K+ = 145 mM,Cl- = 10 mM,（功能不同的细胞膜上有不同的离子泵。如 ）,Na+-K+泵 Na+-K+依赖式ATP酶 是广泛存在于 所有细胞膜上的离 子泵。,3Na+,2K+,产电泵,+,四个亚单位,继发主动转运（协同转运）： 某物质的转运必须与Na+的主动转运相伴随。,（三）胞纳与胞吐 是针对大分子的转运， 属于主动过程。,吞噬作用,胞饮作用,外排作用,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,跨膜信号转导（transmembrane signal transduction）： 细胞外信息以信号形式

5、传递到膜内，引发靶细 胞相应的功能效应。 配体（ligand）：细胞外的信号物质。 （由特定的细胞合成、释放） 主要包括：神经递质、激素、细胞因子、气体分子等。 （多达数百种） 受体（receptor）： 存在于细胞膜或细胞内的、能够与配体特异性 结合并诱导细胞发生生理效应的蛋白质。,一、G蛋白耦联受体介导的信号转导,ATP,（PKA）,（一）参与G蛋白耦联受体信号转导的信号因子 1、 G蛋白耦联受体： 能通过G蛋白介导后影响某些酶的功能。 2、 G蛋白：由、三个亚单位构成。 亚单位有鸟苷酸结合位点和GTP酶的活性。 3、 G蛋白效应器： 有两种 酶（AC、PLC、PLA2 、PDE等）,催化

6、生成第二信使,离子通道,4、第一信使：作用于细胞膜的信号分子。 5. 第二信使：细胞外信号分子作用于细胞后产生的细胞内信号分子。 主要有：cAMP 、IP3 、DG、 cGMP 、Ca2+等 调节各种蛋白 激酶和离子通道。 6、蛋白激酶：分两类 丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶 落氨酸蛋白激酶,（二） G蛋白耦联受体介导的几种主要信号转导方式 1、cAMP PKA途径：（如上图） 在不同细胞中，PKA的底物不同。使cAMP在不同细胞中具有不同的 功能。 2、IP3 - Ca2+途径： Gq型G蛋白 激活膜上的PLC（磷脂酶C） 水解PIP2（二磷 酸磷脂酰肌醇）生成 IP3 激活Ca2+通道受体。 3、

7、DG PKC途径： Gq型G蛋白通过上述过程生成DG 激活胞浆中的PKC 使底 物蛋白磷酸化。 4、 G蛋白 离子通道途径： 少数G蛋白可以直接调节离子通道的活动。（如心肌膜上M受体与Ach 结合后激活的G蛋白 激活Ach门控K+通道 ）,DG 激活胞浆中的PKC,二、酶耦联受体介导的信号转导（两类）,（一）通过落氨酸激酶受体介导的信号转导 1、具有漯氨酸激酶的受体（受体与酶是同一蛋白分子） （属镶嵌蛋白，膜外侧有与配体结合的位点，膜内侧有落氨酸激酶的结 构域。） 当胞外信号分子与受体结合位点结合时 胞浆侧落氨酸激酶被激 活 受体本身和/或细胞内靶蛋白磷酸化。 2、结合漯氨酸激酶的受体 （受体

8、分子结构中没有落氨酸激酶的结构域。） 受体一旦与配体结合而被激活 与胞内漯氨酸蛋白激酶结合成复 合物 使受体本身或细胞内底物蛋白磷酸化 将信号 转入胞内 生理效应。,配体,酶结构域（被激活）,蛋白质磷酸化 生理效应,具有落氨酸激酶的受体 （受体与酶是同一蛋白分子）,如生长因子和肽类激素最终影响细胞的生长和增殖,（二）通过鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导 （受体分子的N端位于膜外，上面有配体结合位点； 受体分子的C端位于膜内，上面有鸟苷酸环化酶（GC）的结构域；） GTP 配体与受体结合时 GC cGMP PKG 底物蛋白磷酸化。 （ PKG：cGMP依赖性蛋白激酶G） （如：配体心房钠尿肽（AN

9、P）的作用机理） 此外，NO是近20年来发现的与GC有关的气体信息分子 精氨酸 NOS NO 出细胞 cAMP浓度 PKG活性,神经细胞受到递质作用时,入临近组织 细胞并与胞 浆受体结合,（可溶性GC）,配体,GC,cGMP,GTP cGMP PKG 蛋白质磷酸化 生理效应,通过鸟苷酸环化酶受体介导的信号转导,：激活,三、离子通道介导的信号转导（化学门控通道）,有些受体本身就是通道蛋白的一部分，直接操纵通道的启闭。（称促离子型受体） 如：N2型Ach受体（四个亚单位构成），结合位点在亚单位上的膜外侧。 当骨骼肌细胞膜上的N2型受体与Ach结合时 受体构象改变 通道开放。 此外，一些细胞内的信使

10、物质，其受体在细胞器膜上，也属此类通道。如IP3能使肌浆网膜上的Ca2+通道开放。,第三节 细胞的兴奋性和生物电现象,基本概念：刺激、反应、兴奋、抑制、兴奋性、可兴奋细胞 一、神经、骨骼肌细胞的生物电现象 （一）生物电的记录方法 （用阴极射线示波器） 细胞外法：记录多细胞的综合电变化 细胞内法：记录单一细胞的电变化（膜两侧电位差） 静息电位（resting potential，RP） 动作电位（action potential，AP） 膜片钳法：记录单一离子通道的电流和电导,（二）静息电位及其产生机理,1、定义：安静状态下，存在于细胞膜两侧的电位差。 2、数值：-70mv -90mv 3、极化

11、状态：膜内为负、膜外为正的状态。 4、产生机理 K+平衡电位 安静时 细胞膜仅对K+有通透性 细胞内高K+ K+外流 形成内正外负的电场 抑制K+的继续外流。 当促进K+外流的浓差力与抑制K+外流的电场力大小相等 时，K+的扩散达平衡。 （用Nernst电化学方程式计算的结果与实测值很相似。）,高 K+,K+,K+,K+,+,+,+,电 场 力,0,-100,+40,K+,K+,膜两侧K+浓差减小,膜两侧K+浓差增大,放大器,放大器,证 实,（三）动作电位及其产生机理,上 升 支,下 降 支,1、定义：可兴奋细胞受到有效刺激时，在RP基础上发生的一 次电位波动。 2、幅度： （70-90mv）

12、+30mv=100-120mv 3、几个名词： 去极化：膜电位从RP水平升至0水平的过程。（-90 0mv） 反极化：膜内为正值时。（0mv +30mv） 复极化：膜电位恢复到RP水平的过程。（+30mv -90mv） 超极化：膜电位低于RP水平的一段。（-90mv以下） 4、生理意义：AP是反映组织兴奋的最客观标志。 5、单一细胞产生AP的特征： “全和无”现象 可扩布性传导 不衰减性传导,6、形成机理 Na+平衡电位 给细胞一个有效刺激 Na+通道被“激活” Na+内流 并扩散达平衡 形成AP上升支。 此时， Na+通道关闭、 Na+内流停止， K+外流加速 形 成AP下降支。 简言之：

13、上升支 Na+内流 下降支 K+外流 （AP之后，离子泵被激活，离子复位）,K+,K+,K+,+,+,+,Na+,Na+,上升支,下降支,二、兴奋的引起和兴奋在同一细胞上的传导,（一）刺激引起兴奋的条件 1、刺激的分类： 物理性刺激 化学性刺激 生物性刺激 社会、心理因素性刺激 2、刺激的三个参数：作用强度 持续时间 强度 - 时间的变化率 如果太小则使刺激无效。生理实验时选择“方波”刺激，使为最大。此时，刺激有效与否取决于强度与时间的相互关系。,三者的综合能量达某一阈值时才有效,强 度,时 间,阈时间,可见： 一定范围内增加强度缩短时间、或延长时间减小强度，刺激仍然有效。 即使刺激强度再大也

14、需保证一个起码的作用时间 阈时间。 即使刺激时间再长也需保证一个起码的刺激强度 基强度。,曲线上的任意一点都是引起组织兴奋的强度与时间综合能量的最小刺激量。 可反映组织的兴奋性,阈值：在时间和强度-时间变率不变的情况下，引起组 织兴奋所需的最小刺激强度。 （又称阈强度、强度阈值、阈刺激） 阈值是反映组织兴奋性的指标。（反相关） 阈上刺激： 阈下刺激： （二）阈电位与动作电位 阈电位（TP）： 使细胞膜对钠离子的通透性突然增加时的临界膜电位水平。 （能触发细胞发生AP时的临界膜电位水平。） 一般在RP水平上方10-20mV,阈刺激与阈电位的关系： 阈刺激是使细胞膜去极化达TP水平的最小刺激强度。

15、 （三）阈下刺激、局部反应及其总和 局部反应：由阈下刺激引起的细胞膜局部去（超）极化反应。 局部反应的特点： 非“全和无”现象 非可扩布性传播,随距离增大而幅度减小. 没有不应期，可以总和 时间总和:先后给予两个阈下刺激 空间总和:同时给予两个阈下刺激 可以引起AP的刺激: 单一阈上刺激 两个阈下刺激时间或空间总和,（四）细胞兴奋及其恢复过程中 兴奋性的变化及本质,TP,分 期 膜 电 位 特 征 兴奋性 机 理 绝对不应期 无 Na+通道失活 相对不应期 低常 Na+通道复活 超 常 期 超常 与TP接近 低 常 期 低于RP段 低常 与TP较远,锋电位达 -45mV,任何刺激无效,负后电位

16、前段 -45 -60mV,阈上刺激有效,负后电位后段 -60 -70mV,阈下刺激有效,阈上刺激有效,神经、骨骼肌细胞的绝对不应期仅有1-2ms，而心肌细胞可达200-400ms。 故神经、骨骼肌细胞每秒的可兴奋节律远大于心肌，可达500次/秒。,（五）兴奋在同一细胞上的 传导 1、传导机制：局部电流 无髓神经纤维和骨骼肌：以局部 电流为基础的依次双向顺序传导。 有髓神经纤维：以局部电流为基 础的双向跳跃式传导。 2、传导特点： 双向性 生理完整性（结构、功能） 绝缘性 相对不疲劳性 无往返传导（因有不应期）,第四节 肌肉的收缩功能,一、骨骼肌细胞的微细结构 （一）肌原纤维和肌小节 肌纤维（肌

17、细胞） 肌原纤维（特有的细胞器） 肌小节（明带+暗带） 最小收缩单位,肌小节的构成： 1、粗肌丝：由长杆状肌凝蛋 白分子构成。 分子头端膨大 横桥 （具有ATP酶活性） 2、细肌丝：由三种蛋白构成 肌动蛋白：球形分子呈双 螺旋链状排列，上有与 横桥结合的位点。 原肌凝蛋白：长杆状分子， 位于双螺旋链子的螺旋 沟内，遮盖结合位点 位阻效应。 肌钙蛋白：有三个亚单位 C、T、I,（二）肌 管 系 统 横管（T管）：细胞膜在Z线处凹陷形成。 纵管（L管）：称“肌浆网”，两端膨大 终末 池 钙库,二、骨骼肌的兴奋 收缩耦联及分子机制,（一）兴奋 收缩耦联 由细胞膜的电变化（AP）到引起肌肉收缩的机械变

18、化过程。 （二）基本过程 AP沿横管到达肌细胞深部终末池释放Ca2+肌浆中Ca2+ 浓度(100倍) Ca2+与肌钙蛋白结合肌钙蛋白变构原肌凝蛋白位移（位阻效应解除）横桥与活动点结合横桥水解ATP释放能量并利用能量向M线方向摆动拉拽细肌丝向M线方向滑行肌小节缩短肌肉收缩。 （三）中介物 Ca2+,三、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、等长收缩和等张收缩 等长收缩：肌肉收缩时仅表现张力升高而无长度缩短（ 先） 等张收缩：肌肉收缩时 仅表现长度缩短而 无张力升高（后） 2、单收缩和强直收缩 单收缩：给肌肉一次 刺激，肌肉仅出 现一次收缩。,张力增高长度缩短,1,单收缩的特点：, AP在前、收缩