第二章 细胞的基本功能(双语)2021-3-1修改.ppt

1、2020/9/13,1,第二章 细胞的基本功能(Cellular Physiology),主讲：郑月慧,2020/9/13,2,Cell: building block （2） 整合蛋白质(integrated protein). 2、功能 ： 生物膜所具有的各种功能，在很大程度上决定于膜所含有的蛋白质。 A、物质的转运功能 B、抗原 C、受体.通道跨膜物质 转运功能 D、未知,2020/9/13,7,（三）细胞膜糖类(Carbohydrates),1、存在形式 2、功能 单糖排列顺序上的特异性, 作为它们所在细胞或它们所结合的蛋白质的特异性的“标志”。 例如 1、抗原决定簇,表示某种免疫信息

2、; 2、膜受体的可识别部分,能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子相结合,2020/9/13,8,细胞膜 脂质双分子层 -细胞屏障 膜蛋白质-使细胞和环境 物质 能量 信息,小结,2020/9/13,9,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,重点内容,(Membrane Transport),Lipid Bilayer - primary barrier, selectively permeable,2020/9/13,10,(一)单纯扩散(simple diffusion),1、概念：脂溶性的物质顺着电 化学递度由膜高浓度一侧向低浓 度侧的扩散方式。,2020/9/13,11,2、扩散物质： O

3、2, N2, CO2, H2O,乙醇和尿素等。 3、特点： （1）顺电-化学递度扩散 （2）扩散量取决于 A、电化学递度 B、膜对物质的通透性,O2,CO2,2020/9/13,12,（二）易化扩散(facilitated diffusion),1、概念：指不溶于脂质,或其溶解度甚小,在细胞膜蛋白质分子的“帮助”下由高浓度一侧向低浓度一侧移动过程。 2、分类及转运物质 （1）以载体为中介易化扩散 (Carrier-mediated) 如：葡萄糖 （2）以通道介导的易化扩散 (Channel-mediated) 如：钠、钾、钙等离子 （ 图形所示）,2020/9/13,13,易化扩散的两种方式：

4、,2020/9/13,14,3、特点： （1）共同特点： 1）被动 2）需要膜上蛋白质的帮助速度快,2020/9/13,15,（2）各自特点： 1）载体：特异性Specificity 、饱和性Saturation 、竞争性Competition 2）通道：最大特点为 在一定条件下,开 关,电压依从性 化学依从性,2020/9/13,16,（三）主动转运(Active transport),1、概念： 指细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子逆电化学递度的跨膜转运方式 2、转运物质： 钠、钾、葡萄糖 3、特点： （1）逆电化学递度,2020/9/13,17,（2）耗能 A、原发性主动

5、转运(primary active transport ) B、继发性主动转运(Secondary active Transport),2020/9/13,18,本质钠-钾依赖性ATP酶 过程：,2K+,3Na+,消耗1个ATP,高Na+,高K+,（3）依靠泵钠泵(Na+-K+ pump),2020/9/13,19,意义：,a.造成细胞内高钾，是许多代谢反应进行的必要条件 b.防止细胞内高钠，防止细胞水肿及细胞破坏。 c.最重要的是建立一种势能贮备，此为细胞兴奋性基础。,Concentration gradient of Na+ and K+ Extracelluar (mmol/L) Int

6、racellular (mmol/L) Na+140.015.0 K+ 4.0150.0,2020/9/13,20,（四）出胞与入胞式物质转运(Endocytosis and Exocytosis),胞内体,再循环囊泡,次级溶酶体,2020/9/13,21,小结(Summary)：,细胞膜,脂质单纯扩散 蛋白质 载体 通道 泵 受体,易化扩散,主动转运,跨膜信号转导,概念、转运物、 特点,2020/9/13,22,思考题：,1. O2、氨基酸、无机离子是如何进出细胞的？各有何特点？,2020/9/13,23,第二节 细胞的跨膜信号的转导(signal transduction),一.G蛋白耦联

7、受体(G protein-linked receptor)介导的信号转导 （一）三类蛋白质 1、受体蛋白质 2、G-蛋白 3、效应器酶和它生成的第二信使 （见激素作用原理）,2020/9/13,24,（二）跨膜传递过程,2020/9/13,25,（一）化学门控通道 （二）电压门控通道 （三）机械门控通道 （见动作电位产生原理）,二、离子通道的受体(ionotropic receptor)介导的信号转导,2020/9/13,26,三、酶耦联受体介导的信号转导,（一）酪氨酸激酶受体（tyrosine kinase 菜 receptor,TKR):大部分生长因子、胰岛素、部分肽类激素 （二）鸟苷酸环

8、化酶受体（guanylyl cyclase receptor)：心房钠尿肽,2020/9/13,27,第三节 细胞的生物电现象(Membrane potentials and action potentials),一、细胞膜的被动电学特性（自学） 所有的数学公式做为参考。,2020/9/13,28,二、细胞的生物电现象及其产生机制,（一）细胞的生物电现象： 1、静息电位（resting potential ,RP)： （1）概念：指细胞未受到刺激时，存在细胞膜内外两侧的电位差。 （2）特点：内负外正 极化(polarization) 去极化(depolarization) 超极化(hyperp

9、olarization ) 复极化（repolarization ),重点内容,2020/9/13,29,（3）生理意义：为产生AP的基础,2020/9/13,30,2、动作电位(action potential,AP),（1）概念：指细胞受到阈刺激或阈上刺激时，在膜原的静息电位基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。,2020/9/13,31,（2）组成：锋电位+后电位,去极相,复极相,2020/9/13,32,（3）特点：“全或无”现象(all-or-none) A、锋电位不因刺激强度（只要达到阈刺激）的改变而改变。 B、锋电位不因传播距离的远近的改变而改变-不衰减。,2020

10、/9/13,33,（4）生理意义：为细胞兴奋的标志 AP=兴奋 可兴奋细胞兴奋时最早.共同变化 细胞表现其它功能的前提或触发因素,2020/9/13,34,发展过程：1.1902年，Bernstein 提出膜学说 2.4050年代，Hodgkin 和Huxley 提出离子学说： 1）生物电由带电离子跨膜 运动产生： 化学驱动力，电驱动力 2）控制离子运动重要因子膜通透性 3.70年代后，Neher 和SaKman 发明膜片 钳技术for their discoveries concerning the function of single ion channels in cells,（二）生物

11、电现象产生机制,2020/9/13,35,1、静息电位产生机理：,（1）静息电位与k+的平衡电位,K+,K+,K+,K+,K+,K+,K+,要点： 1）前提：钠泵活动 2）关键点：膜于安静 状态对有K+通透性 3）平衡点： K+平衡电位 K内 K外35倍,2020/9/13,36,（2）证据： a.Nernst公式 b.人为改变细胞外k+浓度：,2020/9/13,37,2020/9/13,38,2、锋电位与钠的平衡电位,（1）锋电位与钠的平衡电位,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,Na+,前提：钠泵活动、RP 关键因素：阈刺激钠通道开 平衡点： Na+平衡电位 钠通道的

12、失活，钾通道激活。 恢复到静息电位状态（钠泵）。,Na+,Na+,2020/9/13,39,（2）证据： a.Nernst公式 b.人为改变细胞外Na+浓度 c.膜片钳技术Na通道为电压依从性 三种状态：关闭、激活、失活决定,绝对不应期 相对不应期,2020/9/13,40,2020/9/13,41,三、组织的兴奋和兴奋性,（一）兴奋性和兴奋的含义及其变迁 1、最早的含义： （1）兴奋性： 刺激 活细胞 反应 （2）兴奋：由刺激引起组织细胞产生反应称 可兴奋细胞（excitable cell ):神经细胞、肌细胞、腺细胞,2020/9/13,42,（二）兴奋的引起和兴奋的传导机制,1、兴奋（e

13、xcitation )的引起 （1）阈刺激 （阈电位-Threshold Potential的概念：引起膜对钠通道大量开放，从而爆发动作电位的临界电位数值。）,少量钠通道开,膜去极化至阈电位水平,大量钠通道开,锋电位,2020/9/13,43,（2）阈下刺激,少量钠通道开,局部反应,总和,阈电位,锋电位,2020/9/13,44,局部兴奋(local response)及其特性,（1）概念： （2）特点： a.无“全或无”，随着 刺激强度的增大而增大。 b.呈电紧张性扩布。 c.可以总和,2020/9/13,45,2、兴奋的传播,（1）兴奋在同一细胞上的传播机制 局部电流,+,+,+,+,+,

14、+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,-,-,2020/9/13,46,（2）跳跃式传导,郎飞结,2020/9/13,47,2、传播特点： （1）“安全” （2）双向 （3）快速：有髓神经纤维达100m/秒，无髓达 1m/秒 （4）不衰减传导,2020/9/13,48,对刺激反应 兴奋性 绝对不应期（absolute refractory period ) 任何刺激无反应 =0 相对不应期（relative refractory period ) 阈刺激 正常 超常期（supernormal period ) 阈刺激 正常 低常期（subnormal period) 阈刺激 正常

15、,（三）兴奋性的周期性变化,2020/9/13,49,小结：,1、细胞膜生物电（静息电位、动作电位）的概念、特点、生理意义、产生机理 2、动作电位 阈电位 AP,引起,传播,阈（上）刺激,阈下刺激,局部反应,同一细胞,局部电流、跳跃传播,不同细胞,3、兴奋性的周期性变化,2020/9/13,50,思考题,何谓静息电位和动作电位？ 简述产生机理。,2020/9/13,51,第四节 肌细胞的收缩功能(Contraction of Skeletal Muscle),一、神经-骨骼肌接头处的兴奋传递(Neuromuscular transmission) （一）神经-骨骼肌接头结构 神经AP？肌肉AP

16、？ 肌肉收缩、 外部分析,2020/9/13,52,神经-骨骼肌接头结构,1、接头前膜 2、接头间隙 3、接头后膜,2020/9/13,53,（二）兴奋传递过程,1、接头前膜兴奋，使Ca2+ 内流增加， 引起囊泡释放 Ach(量子式释放） 2、Ach分子通过接头间隙 与接头后膜上特殊 通道蛋白质结合， 引起通道蛋白质分子 的构象的改变 并导致通道的开放。 3、钠离子等内流 去极化 （终板电位） 动作电位,重点内容,Ca2+,2020/9/13,54,（三）传递特点：,1、1：1的传递。 2、易受药物等影响。,2020/9/13,55,二、骨骼肌的收缩机制和兴奋收缩耦联(excitation-c

17、ontraction coupling),（一）骨骼肌微细结构 1、肌原纤维和肌小节(Myofibril and Sarcomere) （1）肌原纤维,2020/9/13,56,粗肌丝： 细肌丝：,肌小节,暗带,明带,明带,H带,2020/9/13,57,2、肌管系统,（1）横管系统（T管） 将肌细胞兴奋时出现在细胞膜上的电变化沿T管传至细胞内部 （2）纵管系统（L管、肌浆网） 能通过对钙的贮存、释放、再积聚。触发肌小节收缩和舒张。,横管系统,纵管系统,2020/9/13,58,（3）三联管 每一横管 两侧终末池 为把肌细胞膜的电变化和细胞内收缩过程衔接耦联起来的关键部位。,三联管,2020/

18、9/13,59,（二）骨骼肌的收缩机制滑行理论(myofilament sliding theory),1、基本内容： 2、证据：,2020/9/13,60,3、滑行机制,（1）粗、细肌丝的蛋白质组成和结构 粗肌丝：主杆和横桥 A、在粗肌丝表面几何排列：,2020/9/13,61,B、横桥具有重要的生物化学特征,a.能同细肌丝上的肌纤蛋白呈可逆性结合 b.横桥具有ATP酶活性：,2020/9/13,62,细肌丝：,A、肌纤蛋白 B、原肌凝蛋白： C、肌钙蛋白：,2020/9/13,63,3、肌丝滑行过程：,肌细胞兴奋（出现AP）,Ca2+浓度升高，与肌钙蛋白结合,肌浆中,原肌凝蛋白构象改变,横

19、桥与肌纤蛋白结合、扭动、再结合；ATP分解消耗,肌肉缩短,2020/9/13,64,（三）骨骼肌的兴奋-收缩耦联(Excitation-contraction coupling),1、概念：以肌膜电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程之间通过某种中介把两者联系起来的过程。,2020/9/13,65,2、过程：,（1）电兴奋通过横管系统传向肌细胞深处，深入三联管。 （2）三联管处的信息传递 （3）肌浆网对钙离子的贮存、释放和再聚积。,2020/9/13,66,小结：,1、神经的兴奋如何使肌肉兴奋（神经-肌接头兴奋传递：结构、传递过程和原理、传递特征） 2、肌肉上的兴奋如何触发肌肉收缩（兴奋-收缩耦联：概念、过程）,2020/9/13,67,思考题,3、神经-肌接头兴奋的传递过程和特征 4、兴奋-收缩耦联的基本过程,2020/9/13,68,三、肌肉收缩的外部表现和力学分析,肌肉遇到的负荷有两种： 前负荷：肌肉收缩前就加在肌肉上的负荷，即肌肉在收缩前就处于某种被拉长的状态，使之在具有一定初长度的情况下进入收缩。 后负荷：肌肉开始收缩