生理学--细胞的基本功能ppt课件

1、细胞的根本功能细胞的根本功能第二章第二章 细胞膜的构造特征和物质转运功能细胞膜的构造特征和物质转运功能 细胞细胞cellcell - -机体的根本构造和功能单位。机体的根本构造和功能单位。 英国物理学家英国物理学家 Robter Hooke Robter Hooke， 16351703. 16351703.l屏障及维护、物质转运、信号转导、生物屏障及维护、物质转运、信号转导、生物电兴奋及其传送通讯等。电兴奋及其传送通讯等。l肌细胞的收缩功能。肌细胞的收缩功能。 细胞的根本功能细胞的根本功能第一节第一节 细胞膜的构造特征细胞膜的构造特征一、根本构造与物质组成一、根本构造与物质组成 20 20世纪

2、世纪30s, 30s, 膜构造假说膜构造假说: : 小孔刚性膜构造小孔刚性膜构造 20 20世纪中期，电镜技术发现，膜的三层构外型式世纪中期，电镜技术发现，膜的三层构外型式 细胞膜：细胞膜： 脂肪脂肪+ +蛋白质蛋白质+ +糖类糖类l分量：蛋白质与脂质之比为分量：蛋白质与脂质之比为 4 41 11 14 4l 线粒体膜线粒体膜3 31 1，神经髓鞘膜为，神经髓鞘膜为1 14 4l数量：脂质多于蛋白质数量：脂质多于蛋白质100100倍以上。倍以上。二、液态镶嵌模型及其分子组成二、液态镶嵌模型及其分子组成l液态镶嵌模型液态镶嵌模型liquid mosaic model; Singer liquid

3、 mosaic model; Singer & Nicholson,1972& Nicholson,1972的根本内容的根本内容: : 膜的共同构膜的共同构造特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶造特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子构造和生理功能的蛋白质。嵌着具有不同分子构造和生理功能的蛋白质。 l特征：脂质熔点低，体温下为液态，有一定的流特征：脂质熔点低，体温下为液态，有一定的流动性；分子自在能低，具有稳定性。抗张力和变动性；分子自在能低，具有稳定性。抗张力和变形，自动交融与修复才干。形，自动交融与修复才干。 一脂质双分子层一脂质双分子层细胞膜的根本骨

4、架细胞膜的根本骨架 证明：人工脂质膜证明：人工脂质膜: : 单层、双层及单层、双层及 脂质小体脂质小体 liposomeliposome 脂质构成：磷脂、糖脂、固醇脂质构成：磷脂、糖脂、固醇 其含量与膜的其含量与膜的 流动性成反变流动性成反变分类：分类： 依功能分：酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等；依功能分：酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等； 依存在方式分：外表蛋白、整合蛋白。依存在方式分：外表蛋白、整合蛋白。脂脂质质双双分分子子层层细胞膜糖类细胞膜糖类细胞膜蛋白质细胞膜蛋白质疏水疏水基团基团亲水亲水基团基团膜蛋白质膜蛋白质l运动方式：运动方式： l 平面侧向分散运动，受骨架蛋白及胞外信号调平面侧向分

5、散运动，受骨架蛋白及胞外信号调理理. .l 沿平面垂直轴旋转运动，受骨架蛋白调理沿平面垂直轴旋转运动，受骨架蛋白调理. .l “插入和插入和“内化内化. .三糖类三糖类 分子标志或信息载体分子标志或信息载体构造：寡糖和多糖链构造：寡糖和多糖链 糖蛋白或糖脂糖蛋白或糖脂功能：构成细胞的抗原性和表型，参与细胞识别、黏附、功能：构成细胞的抗原性和表型，参与细胞识别、黏附、 分化、老化、吞噬、本身免疫、细菌感染等。分化、老化、吞噬、本身免疫、细菌感染等。 如如 IgG IgG糖链改动糖链改动本身抗原本身抗原本身免疫。本身免疫。 ABO ABO血型抗原决议簇：血型抗原决议簇： A A抗原为乙酰氨基半乳糖

6、胺，抗原为乙酰氨基半乳糖胺， B B抗原为半乳糖。抗原为半乳糖。第二节第二节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能一单纯分散一单纯分散simple diffusionsimple diffusion 指疏水性或非极性程度较高的小分子物质顺指疏水性或非极性程度较高的小分子物质顺浓度梯度的跨膜物理分散。浓度梯度的跨膜物理分散。 一、被动转运一、被动转运 物质：物质：O2、N2、CO2、乙醇、尿素、水分子、乙醇、尿素、水分子等等 分散通量：分散通量： mol or mmol/scm2决议要素：物质的浓度差、膜的通透性决议要素：物质的浓度差、膜的通透性.二易化分散二易化分散facilitated

7、facilitated diffusiondiffusion 1. 1. 经载体的易化分散经载体的易化分散 via carriervia carrier 指某些分子量较大但脂溶性较低的物质在指某些分子量较大但脂溶性较低的物质在 特殊蛋白质的协助下的跨膜被动转运。特殊蛋白质的协助下的跨膜被动转运。 载体载体carrier: 贯穿脂质双层的整合蛋白。贯穿脂质双层的整合蛋白。物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。 Facilitated diffusion via carrierl特点：l顺浓度梯度转运，速率：103105分子/s； l饱和景象；l构造特异性，构造特异性，l

8、 如右旋如右旋D D型葡萄糖的转运左旋型葡萄糖的转运左旋L L型型l 葡萄糖转运体葡萄糖转运体glucose transporter, GLUTglucose transporter, GLUTl 5 5个亚型，个亚型，GLUT1-5, 1GLUT1-5, 1分布于分布于RBCRBC、脑、肾等、脑、肾等. .l竞争性抑制。竞争性抑制。Facilitated diffusion2. 2. 经通道的易化分散经通道的易化分散 指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。 物质：物质：Na+Na+、 K+ K+、 Ca2+ Ca2+、 H+ H+、 Cl- Cl- 等。

9、等。l 通道类型依离子选择性分：通道类型依离子选择性分：l 1 1电压门控离子通道电压门控离子通道Na+Na+、 K+ K+、 Ca2+ Ca2+等等l 特异阻断剂：分别为河豚毒特异阻断剂：分别为河豚毒TTXTTX、l四乙铵四乙铵TEATEA、 异搏定异搏定(Mn2+(Mn2+等等) )。 通道易化分散通道易化分散2 2化学门控离子通道配体门控离子通道化学门控离子通道配体门控离子通道 肌肉终板膜、突触后膜肌肉终板膜、突触后膜3 3机械门控离子通道机械门控离子通道 耳蜗毛细胞顶部耳蜗毛细胞顶部4 4水通道水通道 由水孔蛋白组成由水孔蛋白组成Agre,1988Agre,1988l 1988 198

10、8， 终于发现终于发现l 1991 1991， 克隆基因克隆基因l 1992 1992， 功能鉴定功能鉴定l 2019 2019， 诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖l 十余种，包含十余种，包含AQP0AQP0AQP9AQP9、MIWCMIWCmercurial-insensitive water channelmercurial-insensitive water channell 肾远球小管、集合管肾远球小管、集合管 AQP2 AQP2，受血管加，受血管加压素压素VP/AVP/ADHVP/AVP/ADH的调理，决议尿量。的调理，决议尿量。水孔蛋白水孔蛋白aquaporin,AQPaquaporin,

11、AQP: :Water channel:Water channel:二、自动转运二、自动转运 (active transport) (active transport)l概念：指细胞利用代谢产生的能量将物质常为概念：指细胞利用代谢产生的能量将物质常为离子逆浓度梯度或离子逆浓度梯度或/ /和电位梯度跨膜转运的过程。和电位梯度跨膜转运的过程。l能量物质：能量物质：ATPATP一原发性自动转运一原发性自动转运 primary active transportprimary active transport 离子离子“泵的转运泵的转运 1.1.钠钠- -钾泵钾泵sodium-potassium pum

12、psodium-potassium pump；钠泵；钠泵 - Na+-K+ - Na+-K+依赖式依赖式ATPATP酶蛋白质酶蛋白质Mechanism of ion transport by sodium pump 细胞内细胞内Na+Na+或胞外或胞外K+K+钠泵钠泵 E1 E1构象：在胞内对构象：在胞内对Na+Na+的亲和力的亲和力而结合而结合Na+Na+，并分解，并分解ATPATP获能、磷酸化获能、磷酸化结合结合Na+Na+的位点转的位点转向膜外；向膜外； E2 E2构象：对构象：对Na+Na+的亲和力的亲和力而释放而释放Na+Na+，同时对同时对K+K+亲和力亲和力而结合胞外的而结合胞外

13、的K+K+，并激发脱磷，并激发脱磷酸化酸化 E1 E1构象：对构象：对K+K+的亲和力的亲和力而释放而释放K+K+，同时对，同时对Na+Na+的亲和力的亲和力、。、。Sodium pump transportl特点：特点：l 逆浓度差，耗能；逆浓度差，耗能；l 偶联转运但不对等，即分解偶联转运但不对等，即分解1 1分子分子ATPATP，l 转出转出3 3个个Na+Na+、移入、移入2 2个个K+K+生电性转运生电性转运. .l 分子构象与磷酸化与脱磷酸化反响有关分子构象与磷酸化与脱磷酸化反响有关. .钠泵转运的意义：钠泵转运的意义：l 建立膜电位产生所需的建立膜电位产生所需的Na+Na+、K+

14、K+势能贮藏，以备利势能贮藏，以备利用：胞内高用：胞内高K+K+是许多代谢反响的必需条件；膜内外是许多代谢反响的必需条件；膜内外Na+Na+差是其它物质继发性自动转运的动力。差是其它物质继发性自动转运的动力。 膜内、外正常膜内、外正常Na+Na+差差维持胞内浸透压和细胞容维持胞内浸透压和细胞容积正常稳定。积正常稳定。 膜内、外正常膜内、外正常Na+Na+差差维持维持Na+-H+Na+-H+交换的动力交换的动力维持胞内维持胞内pHpH的正常稳定。的正常稳定。 对对Na+Na+、K+K+的不对等转运、的不对等转运、膜外正电膜外正电荷荷生电作用。生电作用。2. 钙泵钙泵calcium pumplCa

15、2+-ATPCa2+-ATP酶酶(Ca2+-ATPase)(Ca2+-ATPase)l 一条肽链，一条肽链，1010个跨膜个跨膜螺旋，螺旋，N N、C C端及活性位端及活性位点都位于胞内。点都位于胞内。l 转运机制：胞内转运机制：胞内Ca2+ Ca2+-Ca2+ Ca2+-钙调蛋白钙调蛋白calmodulin,CaMcalmodulin,CaM复合物复合物+ C+ C端端/ /钙泵，并激活钙泵，并激活钙泵钙泵转运转运Ca2+Ca2+出细胞或进入肌质网。出细胞或进入肌质网。钙泵转运的意义：钙泵转运的意义：l 维持细胞内原有低钙程度，防止钙超载指维持细胞内原有低钙程度，防止钙超载指胞质内胞质内Ca

16、2+Ca2+长时间、不可逆升高长时间、不可逆升高维持细胞维持细胞正常的兴奋正常的兴奋/ /收缩才干。收缩才干。二继发性自动转运二继发性自动转运 -secondary active transport -secondary active transport， SAT SAT；结合转运，；结合转运，cotransportcotransport 概念：指利用原发性自动转运建立的膜电概念：指利用原发性自动转运建立的膜电- -化学势化学势能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。例：小肠腔、肾小管腔内例：小肠腔、肾小管腔内GlucoseGlucose和和AAAA的转运，的转运， 甲

17、状腺细胞的聚碘。甲状腺细胞的聚碘。Process of SATl 小肠上皮细胞的侧膜钠泵分解小肠上皮细胞的侧膜钠泵分解ATPATP、耗能、耗能泵泵Na+Na+至细胞间隙至细胞间隙Na+Na+分散入血液分散入血液胞内胞内Na+Na+肠腔，肠腔，顶端膜同向转运体将顶端膜同向转运体将Na+Na+及葡及葡萄糖或氨基酸逆浓度差转运至细胞内萄糖或氨基酸逆浓度差转运至细胞内葡萄葡萄糖经易化分散由细胞进入血液，糖经易化分散由细胞进入血液，Na+Na+再被泵出而吸再被泵出而吸收。收。哇巴因抑制钠泵哇巴因抑制钠泵葡萄糖不能转运葡萄糖不能转运其他结合转运：其他结合转运：2.Na+Ca2+2.Na+Ca2+交换体交换

18、体Na+Ca2+exchangerNa+Ca2+exchanger 见心肌见心肌. . 移入移入3 3个个Na+Na+、排出、排出1 1个个Ca2+Ca2+。3.Na+K+-2Cl-3.Na+K+-2Cl-同向转运体同向转运体 见于心、肾、脑、见于心、肾、脑、血管等血管等. . 将将Na+Na+、K+K+、2 2个个Cl-Cl-转运入细胞。转运入细胞。 4.Na+H+4.Na+H+交换体交换体 见肾。见肾。三、出胞和入胞三、出胞和入胞 (exocytosis & endocytosis) (exocytosis & endocytosis) 一出胞一出胞exocytosisex

19、ocytosis 指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或团块的排出过程。如腺细胞分泌、神经递质释放团块的排出过程。如腺细胞分泌、神经递质释放等等. .l二入胞二入胞endocytosisendocytosis，与出胞相反。，与出胞相反。l 如白细胞对病毒、细菌的吞噬如白细胞对病毒、细菌的吞噬phagocytosisphagocytosis, ,或吞饮或吞饮pinocytosispinocytosis等。等。 l 方式：方式：Fashion of endocytosis1. 1. 液相入胞液相入胞fluid-phase endocytosisfluid-phas

20、e endocytosis 指细胞外液及其所含的较小溶质延续不断地以吞饮方指细胞外液及其所含的较小溶质延续不断地以吞饮方式进入细胞内的过程。见于多数细胞对液体的吞饮式进入细胞内的过程。见于多数细胞对液体的吞饮. .2. 2. 受体介导式入胞受体介导式入胞receptor-mediated endocytosisreceptor-mediated endocytosis 指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至细胞内的过程。细胞内的过程。 例：血浆低密度脂蛋白、运铁蛋白、维生素例：血浆低密度脂蛋白、运铁蛋白、维生素B12B12转运蛋白、转运蛋白

21、、多种生长因子、一些肽类物质如胰岛素、某些细菌毒多种生长因子、一些肽类物质如胰岛素、某些细菌毒素、病毒等。素、病毒等。 Endocytosis & exocytosis第三章第三章 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导 分两种情况：分两种情况： 信息传送信息传送: : 在细胞之间或胞内的细胞器在细胞之间或胞内的细胞器等构造之间的信息传播；等构造之间的信息传播； 第一节第一节 细胞信号转导的概念和共同特征细胞信号转导的概念和共同特征一、信号转导的概念一、信号转导的概念 cellular signal transduction cellular signal transduction 跨膜

22、信号转导跨膜信号转导transmembrane signal transduction或跨膜信息传送或跨膜信息传送 transmembrane signaling 环境变化信息经膜受体的感受及传送，启动环境变化信息经膜受体的感受及传送，启动并经细胞内一系列信号分子的转导，引起细胞代并经细胞内一系列信号分子的转导，引起细胞代谢和功能活动变化的过程。谢和功能活动变化的过程。 获获1971 1971 年诺贝年诺贝 尔生理尔生理 学与医学与医 学奖学奖二、跨膜信号转导的三个共同特征二、跨膜信号转导的三个共同特征一细胞外信号作用于受体后引发一系列信号分一细胞外信号作用于受体后引发一系列信号分 子的顺序激

23、活，然后引发细胞功能的改动。子的顺序激活，然后引发细胞功能的改动。 1. 1.细胞外信号：激素、递质等；细胞外信号：激素、递质等；l2.2.受体受体receptorreceptor类型：膜受体，部分为核类型：膜受体，部分为核受体受体l 1. 1. 离子通道受体离子通道受体l 2. G 2. G蛋白偶联受体蛋白偶联受体l 3. 3. 酶偶联受体或具有内在酶活性的受体酶偶联受体或具有内在酶活性的受体二不同细胞的跨膜信号转导都是经少数二不同细胞的跨膜信号转导都是经少数 几类途径实现的。几类途径实现的。 几种途径类似；几类膜蛋白各有很大的构几种途径类似；几类膜蛋白各有很大的构造同源性，由相近的基因家族

24、编码。造同源性，由相近的基因家族编码。三具有信号放大作用三具有信号放大作用 信号的级联放大：一个上游信号分子可激活信号的级联放大：一个上游信号分子可激活多个下游信号分子，并依次类推。多个下游信号分子，并依次类推。第二节第二节 跨膜信号转导的主要途径跨膜信号转导的主要途径一、离子通道介导的跨膜信号转导一、离子通道介导的跨膜信号转导1. 1. 化学或配体化学或配体ligandligand门控离子通道门控离子通道chemically-gated ion channelchemically-gated ion channel 快速的跨膜信号转导方式快速的跨膜信号转导方式. . 通道与受体并存通道与受体

25、并存, , 例：例： N2 N2型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体( (肌细胞肌细胞) ) A A型型- -氨基丁酸氨基丁酸GABAAGABAA受体受体 甘氨酸受体甘氨酸受体 促离子型谷氨酸受体等神经元胞体促离子型谷氨酸受体等神经元胞体2. 2. 电压门控离子通道电压门控离子通道voltage-gated ion voltage-gated ion channelchannel 见于神经纤维。见于神经纤维。3. 3. 机械门控离子通道机械门控离子通道mechanically-gated ion mechanically-gated ion channelchannel 见于耳蜗的毛细胞、血管内皮细胞

26、。见于耳蜗的毛细胞、血管内皮细胞。二、二、G G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 一研讨简历一研讨简历 诺贝尔生理学和医学奖得主及成就诺贝尔生理学和医学奖得主及成就19711971年，年，E.W. Sutherland (E.W. Sutherland (美国美国) )，发现，发现cAMPcAMP、创建第、创建第 二信使学说。二信使学说。 19891989，Bishop & Varmus (Bishop & Varmus (美国美国) )，发现原癌基因，发现原癌基因 并发现并发现 有些第二信使可激活细胞核内正常染色体中的原有些第二信使可激活细胞核内正

27、常染色体中的原 癌基因，后者表达时成癌基因癌基因，后者表达时成癌基因. .19921992，Edmond Fischer and Edwin Krebs (Edmond Fischer and Edwin Krebs (美国美国), ), 发现发现 蛋白磷酸化在信息传送中的作用。蛋白磷酸化在信息传送中的作用。19941994，Gilman & Rodbell (Gilman & Rodbell (美国美国) )，发现，发现G G蛋白并提示其蛋白并提示其 在细胞信号转导中的作用。在细胞信号转导中的作用。20192019，FurchgottFurchgott、Murad &

28、 Ignarro (Murad & Ignarro (美国美国) )，发现，发现NONO既既 是第一信使，也是第二信使。是第一信使，也是第二信使。l 关键信号分子及其信号传送作用的发现，关键信号分子及其信号传送作用的发现，l是提示生命奥妙的艰苦事件。是提示生命奥妙的艰苦事件。二主要信号分子二主要信号分子( (群群) )1. G1. G蛋白偶联受体蛋白偶联受体G protein-coupled G protein-coupled receptor, GPCR receptor, GPCR，也称促代谢型受体，也称促代谢型受体 metabotropic R.metabotropic R.，或

29、，或7 7次跨膜受体次跨膜受体7-7- transmembrane R. transmembrane R. . 多达多达10001000多种，克隆约多种，克隆约300300多种。多种。l 其激动剂其激动剂agonistagonist包括：包括：l 儿茶酚胺类激素、神经递质、儿茶酚胺类激素、神经递质、AchAch、5-HT5-HT、嗅觉刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴细胞活嗅觉刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴细胞活性因子、多数肽类激素等。性因子、多数肽类激素等。l 作用作用: : 被激动后，可结合并激活被激动后，可结合并激活G G蛋白，蛋白，从而引起信号转导的级联反响。从而引起信号转导的级联反响

30、。G G蛋白蛋白l2. 2. 鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白guanine nucleotide-guanine nucleotide-binding proteinbinding proteinGG蛋白蛋白G proteinG proteinl 1 1根本构造根本构造: : 异源三聚体异源三聚体G G蛋白由蛋白由三个亚单位组成和单体三个亚单位组成和单体G G蛋白相当蛋白相当亚单位；亚单位；或小或小G G蛋白蛋白2 2类型：类型： 按构造和功能分为两类按构造和功能分为两类: : 三聚体三聚体G G蛋白蛋白(20(20多种多种) )；小；小G G蛋白蛋白(100(100多种多种) ) 按按G G蛋

31、白蛋白亚单位的构造差别分为亚单位的构造差别分为6 6个亚族：个亚族： Gs Gs、Gi/oGi/o、GtGt、GgGg、GqGq、G12G12表表3-13-13 3功能：传送受体信息功能：传送受体信息, , 是决议细胞功能性质是决议细胞功能性质 的关键信号分子的关键信号分子. . 3. G 3. G蛋白效应器蛋白效应器G protein effectorG protein effector 两种：两种：1 1催化生成第二信使的酶：催化生成第二信使的酶： adenylyl cyclase, AC adenylyl cyclase, AC腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶 phospholipase C,

32、PLC phospholipase C, PLC磷脂酶磷脂酶C C phosphodiesterase, PDE phosphodiesterase, PDE磷酸二酯酶磷酸二酯酶 phospholipase A2 phospholipase A2 磷脂酶磷脂酶A2A2等等2 2离子通道离子通道: : 如如Na+Na+通道、通道、K+K+通道、通道、Ca2+ Ca2+ 、 Cl- Cl-通通道等。道等。4. 4. 第二信使第二信使second messengersecond messenger 包括包括: : cAMP cAMP、cGMPcGMP、IP3IP3、DGDG、NONO、Ca2+Ca2

33、+等。等。5. 5. 蛋白激酶蛋白激酶protein kinaseprotein kinase，100100多种。多种。类型：类型： 1 1依磷酸化底物蛋白的机制不同分为：丝氨酸依磷酸化底物蛋白的机制不同分为：丝氨酸/ /苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶等。苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶等。2 2依激活它们的第二信使不同分为：蛋白激酶依激活它们的第二信使不同分为：蛋白激酶A A依赖依赖cAMPcAMP的、蛋白激酶的、蛋白激酶C C依赖依赖Ca2+Ca2+的的 功能：引起下游蛋白的磷酸化级联反响，或脱磷功能：引起下游蛋白的磷酸化级联反响，或脱磷酸化，酸化，功能蛋白及细胞功能的变化。功能蛋白及细胞功

34、能的变化。三主要的信号通路三主要的信号通路l1. cAMP-PKA1. cAMP-PKA信号通路信号通路 GPCR -GP-AC-GPCR -GP-AC-l 1 1配体配体+ R+ R如如型肾上腺素受体、型肾上腺素受体、ACTHACTH受受体、胰高血糖受体等体、胰高血糖受体等+Gs+AC+Gs+AC，生成，生成cAMP cAMP +PKA+PKAprotein kinase Aprotein kinase A靶细胞：靶细胞： +磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶/ /肝细胞肝细胞 糖原分解糖原分解、 Ca2+Ca2+通道磷酸化通道磷酸化/ /心肌细胞心肌细胞 Ca2+ Ca2+通道通道开放，开放， Ca

35、2+ Ca2+内流，胞内内流，胞内Ca2+Ca2+心力心力、 ( -RG-AC-) cAMP-PKA-信号通路信号通路l 2 2配体配体+R+R如如2 2型肾上腺素受体、型肾上腺素受体、M2M2型型AChACh受体、生长抑素受体等受体、生长抑素受体等+Gi-AC+Gi-AC，cAMP cAMP 与上相反，如与上相反，如 心力心力、。、。l2.2.受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径途径R-Gq-PLC-R-Gq-PLC-l 配体配体+R+Gq+PLC+R+Gq+PLC二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇phosphotidylinositol biphosphate, PIP2phosph

36、otidylinositol biphosphate, PIP2三磷酸肌醇三磷酸肌醇IP3IP3和二酰甘油和二酰甘油DGDGl1 1IP3- Ca2+IP3- Ca2+信号通路信号通路 R-Gq-PLC-R-Gq-PLC-l IP3+ IP3 IP3+ IP3受体具有受体具有Ca2+Ca2+释放通道释放通道/ /内内质网或肌质网膜质网或肌质网膜 Ca2+ Ca2+释放，胞内释放，胞内Ca2+ Ca2+ Ca2+Ca2+肌钙蛋白肌钙蛋白、肌肉收缩；、肌肉收缩； Ca2+ Ca2+钙调蛋白钙调蛋白calmodulin, CaMcalmodulin, CaM；/ /平滑肌平滑肌 Ca2+-CaM C

37、a2+-CaM复合物复合物+肌球蛋白轻链激肌球蛋白轻链激酶酶MLCKMLCK肌球蛋白轻链磷酸化构型改动、肌球蛋白轻链磷酸化构型改动、平滑肌收缩；平滑肌收缩； Ca2+-CaMCa2+-CaM复合物复合物+一氧化氮合酶一氧化氮合酶nitric oxide synthase, NOSnitric oxide synthase, NOSL-L-精氨酸精氨酸NONO和胍氨酸，和胍氨酸，NONO使血管舒张；使血管舒张； Ca2+ +Ca2+ +蛋白激酶蛋白激酶C Cprotein protein kinase C, PKC; kinase C, PKC; 同下同下、。、。-IP3/DG通路通路磷脂酰丝氨

38、酸磷脂酰丝氨酸MLCK; NOSl3. G3. G蛋白蛋白- -离子通道信号通路离子通道信号通路 l 1 1G G蛋白直接调理离子通道蛋白直接调理离子通道. . 如心肌细胞：如心肌细胞： l ACh+M2 ACh+M2型型AChACh受体受体+Gi+Gi生成生成-GTP-GTP复合复合物和物和-二聚体二聚体+ACh+ACh门控门控K+K+通道通道KAChKAChK+K+外流外流膜复极化。膜复极化。 2 2经过第二信使影响离子通道经过第二信使影响离子通道. . 如神经细胞或如神经细胞或平滑肌细胞，、平滑肌细胞，、胞内胞内Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+激活的激活的K+K+通道通道KCaKCaK+

39、K+外流外流膜复极化或超极化。膜复极化或超极化。 Ion channel l三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路l 激动剂：一些肽类激素如胰岛素、细激动剂：一些肽类激素如胰岛素、细胞因子如多种胞因子如多种GFGF、白细胞介素等、白细胞介素等 受体：受体： 酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、GCGC受体、受体、MAPKMAPK受体等。受体等。l特点：特点：l 除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体l 本身具有酶活性；本身具有酶活性；l 不需求不需求G G蛋白和第二信使参与；蛋白和第二信使参与；l

40、催化受体本身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸催化受体本身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸l 化，从而影响细胞功能。化，从而影响细胞功能。l一酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导一酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导l 1. 1. 受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine (receptor tyrosine kinase)kinase)介导的信号通路或丝裂原激活的蛋白激介导的信号通路或丝裂原激活的蛋白激酶酶mitogen-activated protein kinase,MAPKmitogen-activated protein kinase,MAPK通路通路. . 其可被其可被G G蛋白及第二信

41、使激活蛋白及第二信使激活 l2. 2. 结合酪氨酸激酶的受体结合酪氨酸激酶的受体(receptor-associated (receptor-associated tyrosine kinase)tyrosine kinase)介导的信号转导通路介导的信号转导通路. . l 受体：受体：EPOEPO受体、受体、GHGH受体、受体、PRLPRL受体、多种细受体、多种细胞因子受体、干扰素受体等。胞因子受体、干扰素受体等。二受体丝氨酸二受体丝氨酸/苏氨酸激酶介导的跨膜苏氨酸激酶介导的跨膜 信号转导信号转导 receptor serine/threonine kinase, RSTKl 转化生长因子转

42、化生长因子TGF-TGF-+RSTK+RSTK+RSTK+RSTKlRSTKRSTK磷酸化磷酸化、(c-Myc)(c-Myc)、细胞周期、细胞周期 l三受体鸟苷酸环化酶三受体鸟苷酸环化酶receptor guanylyl receptor guanylyl cyclase, GCcyclase, GC介导的跨膜信号转导通路介导的跨膜信号转导通路 配体，如心房钠尿肽配体，如心房钠尿肽atrial natriuretic atrial natriuretic peptidepeptide,+R-GC+GC GTPcGMP +PKG,+R-GC+GC GTPcGMP +PKG靶靶蛋白磷酸化蛋白磷酸化

43、细胞功能效应；如肾排钠、水，血细胞功能效应；如肾排钠、水，血管舒张等。管舒张等。lsummaryl1. 跨膜信号转导的概念跨膜信号转导的概念l2. 主要的信号分子：主要的信号分子：5类类/GPCR介导介导的信号途径的信号途径l3. 三类信号转导途径三类信号转导途径l 1离子通道介导的信号转导途离子通道介导的信号转导途径径 3条通路条通路l 2Gp耦联受体、耦联受体、 3、l 3酶、酶、 3、第四章第四章 细胞的生物电景象细胞的生物电景象l概概 述述l1. 1. 生物电的发现生物电的发现l 早期发现：电鲶早期发现：电鲶, ,电鳗电鳗, ,电鳐电鳐, , 有生电器官。有生电器官。l 18 18世纪

44、末世纪末, 1790-1791, Dr.Galvani in , 1790-1791, Dr.Galvani in Italy, Italy, l 金属金属蛙腿蛙腿M M M M收缩收缩; ; N,MN,M发电发电内在电内在电流流l Volta, Volta, 以为是金属电流，非生物电流以为是金属电流，非生物电流 l 科学竞争科学竞争lVoltaVolta创建金属接触电动势实际创建金属接触电动势实际, , 发明发明VoltaVolta电池电池. .lGalvani, 1794,Galvani, 1794,设计不用任何金属的同体损伤实设计不用任何金属的同体损伤实 l 验，确认验，确认N.MN.M

45、放电景象放电景象. . l1842, Carlo Matleuci, 1842, Carlo Matleuci, 异体损伤实验，证明异体损伤实验，证明: N,M : N,M l 有电有电, ,可传播可传播. .l1920s, 1920s, 阴极射线示波器阴极射线示波器电生理学研讨电生理学研讨. . l1940s, 1940s, 微电极技术微电极技术, ,可在细胞程度研讨生物电可在细胞程度研讨生物电. .l 2. 2. 意义意义: : 生命景象之一、通讯、调控、触发作用、生命景象之一、通讯、调控、触发作用、l 3. 3. 生物电的运用生物电的运用: : 第一节第一节 静息电位静息电位(RP)(R

46、P)细胞的跨膜电位细胞的跨膜电位transmembrane potential, TMP，MP：指存在于细胞膜两侧的电位差：指存在于细胞膜两侧的电位差MP： 静息电位静息电位resting potential, RP 动作电位动作电位action potential, AP一、一、RP的记录及概念的记录及概念RP的纪录的纪录RPlRPRP的概念：的概念：l 安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位差。差。 RP RP范围：范围：1010100mV. 100mV. 骨骼肌细胞骨骼肌细胞: :90mV90mV， 神经细胞神经细胞: :70mV70mV， 平滑肌细胞平

47、滑肌细胞: :55mV55mV， RBC: RBC:10mV10mVMPMP的形状：的形状：l 极化极化 polarizationpolarizationl 去极化去极化 depolarizationdepolarizationl 反极化反极化 reverse polarizationreverse polarizationl 复极化复极化 repolarizationrepolarizationl 超级化超级化 hyperpolarizationhyperpolarization二、二、RPRP构成的机制构成的机制 离子学说离子学说(Bernstein,1902)(Bernstein,190

48、2) 1. 1. 膜两侧的离子浓度差膜两侧的离子浓度差 Na+O Na+O 是膜内的是膜内的1212倍，倍，K+i K+i 是膜外的是膜外的3030倍倍 一离子跨膜分散的两个条件一离子跨膜分散的两个条件 2. 2. 膜对离子的通透性膜对离子的通透性 安静时，膜主要对安静时，膜主要对K+K+通透通透二二RPRP构成的离子机制构成的离子机制RPRP构成的机制构成的机制l 在上述条件下，在上述条件下，K+K+顺浓度差从膜内向膜顺浓度差从膜内向膜外分散负电物质不能外移，极少外分散负电物质不能外移，极少Na+Na+内内移移膜外侧构成一层正电荷正电位、膜外侧构成一层正电荷正电位、膜内侧为一层负电荷负电位膜

49、内侧为一层负电荷负电位膜外侧膜外侧的正电场力与的正电场力与K+K+差的动力到达平衡时，差的动力到达平衡时，K+K+的净通量为零，此时的的净通量为零，此时的MPMP即即RPRP，相当于，相当于K+K+的平衡电位的平衡电位EKEK. .三证明三证明 1. 1. 用用NernstNernst公式计算的公式计算的EKEK实际值与实测的实际值与实测的 RP RP非常接近非常接近. . lNernstNernst公式：公式：Ex= RT/ZFlogexo/ xiEx= RT/ZFlogexo/ xil 在温度为在温度为29.229.2，离子价位单价时，上式简，离子价位单价时，上式简l 化为化为Ex = 6

50、0logxo/ xiEx = 60logxo/ xil 那么那么 EK = 60logK+o/ K+i (mV) EK = 60logK+o/ K+i (mV)l偏向解释：偏向解释： l 有少量有少量Na+Na+内漏内漏( (极少极少; Cl-); Cl-)；l 钠泵生电作用的影响钠泵生电作用的影响2-16mV2-16mV1939, Hodgkin&Huxley英英RPRP机制的证明机制的证明2.2.改动膜外改动膜外K+ MP K+ MP ？ 一定范围一定范围,K+o ,K+o RPRP, ,反之那么反反之那么反. .3.3.用四乙铵阻断用四乙铵阻断K+K+通道通道RPRP或消逝或消逝

51、. .4.4.测离子电流测离子电流(I)(I)或电导或电导(G)(G)； 安静时主要是安静时主要是GKGKPKPK GK=IK/(EM GK=IK/(EMEK)EK)RP-K+顺化学梯度由膜内向膜外分散所形顺化学梯度由膜内向膜外分散所形 成的电成的电-化学平衡电位化学平衡电位.第二节第二节 动作电位动作电位APAP一、一、APAP的记录、特性、概念及意义的记录、特性、概念及意义 标本：神经纤维标本：神经纤维St伪迹伪迹 示波器示波器1. AP1. AP的波形及构成的波形及构成 AP AP，又称锋电位，又称锋电位SPSP/Nf/Nf；脉冲、放电、；脉冲、放电、 构成：构成：AP=AP=去极相去极

52、相( (上升支上升支)+)+复极相复极相( (下降支下降支) ) /=SP+ /=SP+后电位后电位( (负后电位负后电位+ +正后电位正后电位) )幅度幅度: |-70| : |-70| +50mV=|120|Mv (-70 +50mV=|120|Mv (-70 -90 -90 +30+30 +50mV)+50mV)； =|RP|+ =|RP|+超射值超射值(ENa)=|EK|+ENa (ENa)=|EK|+ENa 时程时程: SP 1-2ms, : SP 1-2ms, 后电位后电位 10-60ms (?) 10-60ms (?) 2. AP2. AP的特性的特性 1 1“全或无特性全或无特

53、性 “无：刺激小于阈值，不能产生无：刺激小于阈值，不能产生APAP； “全：刺激到达或阈值全：刺激到达或阈值 MP MPRPRP 阈电位阈电位TPTP迸发迸发AP. APAP. AP一旦产生一旦产生, ,其不再随其不再随阈上刺激而改动，也不随传播间隔的添加而减小。阈上刺激而改动，也不随传播间隔的添加而减小。 2 2不衰减传导不衰减传导. . 3 3 互不交融互不交融. . 即即SPSP不会发生总合不会发生总合. . APAP的概念、意义的概念、意义l3. 3. 概念：指给细胞一次有效刺激概念：指给细胞一次有效刺激, ,在细胞膜在细胞膜 l RP RP根底上发生的一次快速而可逆的、可向根底上发生

54、的一次快速而可逆的、可向l 远处传播的电位动摇远处传播的电位动摇. .l4. 4. 意义：兴奋的标志意义：兴奋的标志, , 传播信息传播信息, , 触发各触发各l 种外部活动种外部活动. .二、二、APAP产活力制产活力制 1.条件：条件： RP ； 膜两侧的离子浓度差膜两侧的离子浓度差 ：见表：见表4-1 膜对离子的通透性：膜对离子的通透性： 先先Na+后后K+。2. AP2. AP产活力制过程产活力制过程Axon hillockNa+-70 mVStNa+Na+K+ K+K+K+ l阈电位阈电位(threshold potential, TP)(threshold potential, T

55、P)：膜去极化达：膜去极化达l 到使到使Na+(Na+(或或Ca2+)Ca2+)通道忽然大量开放而迸发通道忽然大量开放而迸发APAPl 的临界膜电位值。的临界膜电位值。 普通比普通比RPRP小小1010 20mV. 20mV. 对对Na+Na+的驱动力：的驱动力： EM EMENa=ENa=70mV70mV(+60mV)=(+60mV)=130mV130mV1除极相上升支的产生除极相上升支的产生 阈刺激阈刺激膜轻度除极，膜轻度除极，MPMP电紧张电位电紧张电位部部分分Na+Na+通道被激活、开放通道被激活、开放 Na+ Na+少量内流少量内流内向电内向电流膜进一步除极，流膜进一步除极，MPMP

56、继续继续部分反响电位部分反响电位部部分电位；分电位； 膜上的膜上的K+K+通道开放，通道开放，GKGKK+K+在电化学力驱在电化学力驱动下外流动下外流外向电流外向电流膜复极，膜复极，MPMPRP RP ( (EK)EK)2 2复极相下降支的产生复极相下降支的产生对对K+的驱动力：的驱动力：EMEK=70mV(90mV)= +20mV 3 3NaNa泵自动转运泵自动转运 因膜内因膜内Na+Na+、膜外、膜外K+K+NaNa泵被激活并磷酸泵被激活并磷酸化化NaNa泵逆浓度差，耗能，泵出泵逆浓度差，耗能，泵出Na+Na+，移入，移入K+ K+ 以恢以恢复膜复膜 两侧原有的两侧原有的Na+Na+、 K

57、+ K+分布分布3. AP3. AP产活力制的证明产活力制的证明 用用Nernst公式计算的公式计算的ENaAP超射值；超射值； 改动膜外改动膜外Na+Na+， 察看察看APAP变化变化证明：证明： AP AP的除极的除极速度和幅度取决速度和幅度取决于于Na+oNa+o用阻断剂用阻断剂TTX (TTX (或或TEA)TEA)，察看，察看APAP变化；变化； 察看察看APAP变化变化 ？ ？ 察看膜电流察看膜电流ImIm:INa:INa、IKIK用电压钳，用电压钳， 宏膜电流，宏膜电流，macroscopical current macroscopical current 膜电导膜电导GmGm:

58、 GNa: GNa、GKGKHodgkin & Huxley, 获获1963年诺贝尔奖年诺贝尔奖 AP AP除极相与除极相与Na+Na+电导一致电导一致, ,复极相与复极相与K+K+电电导一致导一致用膜片钳技术记录单通道离子电流用膜片钳技术记录单通道离子电流 Neber & Sakmann Neber & Sakmann 德国，德国， 获获19911991年诺贝尔生理学和医学奖。年诺贝尔生理学和医学奖。 显示：显示：APAP上升支，上升支，Na+Na+电导增大，为内向电导增大，为内向Na+Na+电流；电流； AP AP下降支，下降支，K+K+电导增大，为外向电导增大，为

59、外向K+K+电流。电流。 12345678910100100次单通道电次单通道电流的叠加平均流的叠加平均Na+通通道道单单通通道道电电流流三、三、AP兴奋的传播兴奋的传播 一兴奋传导的原理一兴奋传导的原理 部分电流及其再刺激方式部分电流及其再刺激方式 以神经纤维为例：以神经纤维为例：l特征：不衰减传导特征：不衰减传导. 缘由：部分电流足够大，稳态缘由：部分电流足够大，稳态1纤维直径纤维直径D一定范围，一定范围，V与与D成正比。成正比。V(m/s)6D(m) . 轴索与总轴索与总D之比为之比为0.6时，时，V最快最快. 2有无髓鞘有无髓鞘 无髓慢，有髓快。后者无髓慢，有髓快。后者 “腾跃式传导腾

60、跃式传导 3温度温度 一定范围，二者成正比。一定范围，二者成正比。 4兴奋性兴奋性 成正比。成正比。决议和影响传导速度的要素决议和影响传导速度的要素 神经干神经干AP 1双向双向AP(2)(2)单相单相APAP cA(3)(3)各类各类NfNf的的APAPIIIIIIartefact IIIIIIIIIIIIIII(4)AP(4)AP传导速度丈量传导速度丈量V=S/t(m/s)IIIIIIStIIIIIIIIIS1S1S2t2 t1V=(S1-S2)/(t1-t2)m/s电传送电传送二兴奋在细胞间的电传送二兴奋在细胞间的电传送 构造根底：缝隙衔接构造根底：缝隙衔接gap junction 电突触电突触electrical synapse特点：衔接严密并有通道，电阻抗很低特点：衔接严密并有通道，电阻抗