生理學(xué)細(xì)胞的基本功能

第二章細(xì)胞的基本功能,細(xì)胞的結(jié)構(gòu),第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能第二節(jié)細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)第三節(jié)細(xì)胞的生物電現(xiàn)象第四節(jié)肌細(xì)胞的收縮功能,相關(guān)鏈接：,第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能第一節(jié)學(xué)習(xí)要求1.復(fù)習(xí)膜的結(jié)構(gòu)；2.掌握易化擴(kuò)散和主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)；3.熟悉單純擴(kuò)散、出胞和入胞。,液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)以液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架,其中鑲嵌著具有不同生理功能的蛋白質(zhì)。(一)脂質(zhì)磷脂(占70%)、膽固醇(占30%)等。為雙嗜性分子。(二)蛋白質(zhì)1.表面蛋白:附著于膜表面;2.整合蛋白:以-螺旋結(jié)構(gòu)鑲嵌于脂質(zhì)雙分子層中。(三)糖類：形成糖蛋白或糖脂。,一、膜的化學(xué)組成和分子結(jié)構(gòu),二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞在新陳代謝過程中，細(xì)胞內(nèi)、外的營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物不斷地進(jìn)行交換，細(xì)胞膜是細(xì)胞內(nèi)、外物質(zhì)交換的唯一途徑。(一)單純擴(kuò)散(二)易化擴(kuò)散(三)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(四)出胞和入胞,(一)單純擴(kuò)散(simplediffusion)1.單純擴(kuò)散沒有生物學(xué)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制參與,物質(zhì)(主要是脂溶性小分子和極小分子)僅順其濃度差穿越細(xì)胞膜的過程。2.人體內(nèi)以單純擴(kuò)散轉(zhuǎn)運(yùn)的重要物質(zhì)：O2和CO2（脂溶性分子)，水分子(分子極小)。3.影響單純擴(kuò)散的因素:(1)濃度勢能：正相關(guān)；(2)通透性：正相關(guān)。,擴(kuò)散,相關(guān)鏈接：,(二)易化擴(kuò)散(facilitateddiffusion)易化擴(kuò)散非脂溶性物質(zhì)在膜結(jié)構(gòu)中某些蛋白質(zhì)分子的“協(xié)助”下，順差（濃度差或電場力差）的跨膜移動(dòng)。易化擴(kuò)散量的大小主要取決于以下兩個(gè)方面：(1)細(xì)胞膜兩側(cè)物質(zhì)的濃度梯度，若是所轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)是帶電的電解質(zhì)，擴(kuò)散量還受膜兩側(cè)電位梯度的影響。濃度梯度（電位梯度）愈大，擴(kuò)散速率愈大。(2)細(xì)胞膜對所轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的通透性：通透性愈大，轉(zhuǎn)運(yùn)速率愈大。,1.經(jīng)載體的易化擴(kuò)散(1)轉(zhuǎn)運(yùn)過程：在高濃度側(cè)膜載體蛋白與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)結(jié)合載體蛋白分子變構(gòu)將被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)轉(zhuǎn)移到膜低濃度側(cè)被轉(zhuǎn)運(yùn)物與載體蛋白分離，進(jìn)入該側(cè)。(2)載體轉(zhuǎn)運(yùn)的特征：結(jié)構(gòu)特異性：每種載體蛋白只能轉(zhuǎn)運(yùn)某一種或某幾種特定的物質(zhì)。飽和現(xiàn)象：當(dāng)被轉(zhuǎn)運(yùn)物的濃度升高至一定濃度后，對該物的轉(zhuǎn)運(yùn)量將不再隨該物濃度的升高而增大，即達(dá)到極限。競爭性抑制。,2.經(jīng)通道的易化擴(kuò)散(1)轉(zhuǎn)運(yùn)過程：通道蛋白分子中央的貫通膜內(nèi)外的親水性孔道開放相應(yīng)的帶電離子經(jīng)通道順差（順濃度梯度或電位梯度）跨膜快速移動(dòng)。(2)被轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)：主要為帶電離子(如：Na+、K+、Ca2+等)，某些細(xì)胞膜上存在水通道蛋白,允許水分子通過。(3)經(jīng)通道易化擴(kuò)散的特征離子選擇性：每種通道只允許某種或某幾種離子通過。離子轉(zhuǎn)運(yùn)速度快；門控特性:大多數(shù)通道具有閘門，可受某種因素的控制開放或關(guān)閉。(少數(shù)通道為非門控通道，經(jīng)常處于開放狀態(tài)）,1.門控通道的類型：一般根據(jù)控制閘門開閉的因素，可分為：(1)電壓門控通道：受膜兩側(cè)的電位差控制開閉的通道。如：神經(jīng)軸突膜上的某些Na+通道；(2)化學(xué)門控通道：受膜兩側(cè)某種化學(xué)物質(zhì)控制開閉的通道。如：骨骼肌細(xì)胞終板膜上的N2-乙酰膽堿受體陽離子通道；(3)機(jī)械門控通道：受某種機(jī)械刺激控制開閉的通道。2.電壓門控通道的功能狀態(tài)：(1)靜息狀態(tài)（又稱為備用狀態(tài)）：通道關(guān)閉，能被激活開放。(2)激活狀態(tài)：通道開放，允許相應(yīng)離子順差跨膜移動(dòng)。(3)失活狀態(tài)：通道關(guān)閉并不能被激活。,(三)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(activetransport)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞通過本身的某種耗能過程,將物質(zhì)逆濃度梯度或逆電位梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。包括原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primaryactivetransport)和繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondaryactivetransport)。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)之間的區(qū)別：主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：將某種物質(zhì)逆差轉(zhuǎn)運(yùn)，細(xì)胞將為轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)：物質(zhì)分子或離子由于分子的運(yùn)動(dòng)而順差移動(dòng)，因此不需細(xì)胞為轉(zhuǎn)運(yùn)提供能量，包括單純擴(kuò)散和易化擴(kuò)散。,1.原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)細(xì)胞利用直接分解ATP獲得的能量，將物質(zhì)逆差(濃度梯度或電位梯度)跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。膜上分解ATP獲能并進(jìn)行主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的膜蛋白,稱為泵蛋白。幾種重要的泵蛋白：鈉-鉀泵(簡稱鈉泵)：逆差轉(zhuǎn)運(yùn)鈉離子和鉀離子(反方向)，主要分布于細(xì)胞膜上。鈣泵：逆差轉(zhuǎn)運(yùn)鈣離子，主要分布于骨骼肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)膜上。H+-K+泵：逆差轉(zhuǎn)運(yùn)氫離子和鉀離子(反方向)，主要分布于胃黏膜泌酸腺的壁細(xì)胞的頂膜上，又稱為質(zhì)子泵。,鈉泵,細(xì)胞膜上鈉泵的活動(dòng):分解ATP獲得能量，將Na+泵出細(xì)胞，同時(shí)將K+泵入細(xì)胞。*當(dāng)Na+內(nèi)或K+外時(shí),鈉泵的活動(dòng)增強(qiáng)。*鈉泵的生電性作用：鈉泵每分解1個(gè)ATP分子，將3個(gè)Na+泵出細(xì)胞，同時(shí)將2個(gè)K+泵入細(xì)胞，結(jié)果使跨膜電位差增大。,細(xì)胞膜上鈉泵活動(dòng)的結(jié)果:建立和保持Na+、K+在細(xì)胞膜兩側(cè)的不均衡分布：Na+外高內(nèi)低，K+外低內(nèi)高。細(xì)胞膜上鈉泵活動(dòng)的生理意義：胞內(nèi)高鉀,利于胞質(zhì)內(nèi)的某些代謝反應(yīng);維持細(xì)胞正常的滲透壓和形態(tài)：將胞質(zhì)內(nèi)的鈉離子泵出細(xì)胞，避免細(xì)胞內(nèi)鈉濃度升高，從而降低胞質(zhì)滲透壓，從而防止過多水分進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，維持正常的滲透壓和形態(tài)；建立起一種生理性勢能儲(chǔ)備，為生物電產(chǎn)生、某些物質(zhì)的(如：葡萄糖、氨基酸、氯離子、氫離子等)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)等功能活動(dòng)提供能量。,2.繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)驅(qū)動(dòng)力并不直接來自ATP分解，而是來自另一物質(zhì)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)所形成的濃度梯度而進(jìn)行的逆差轉(zhuǎn)運(yùn)。*繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的基本步驟：(以小腸黏膜上皮細(xì)胞對葡萄糖的吸收為例)第一步：細(xì)胞基底側(cè)膜上鈉泵活動(dòng)細(xì)胞內(nèi)Na+低，細(xì)胞外Na+高，形成細(xì)胞管腔膜兩側(cè)的Na+濃度梯度。第二步：腸腔內(nèi)的Na+和葡萄糖與同向轉(zhuǎn)運(yùn)體結(jié)合,順Na+的濃梯度將Na+和葡萄糖同時(shí)移入細(xì)胞內(nèi)。葡萄糖分子的轉(zhuǎn)運(yùn)是逆濃度梯度，間接利用鈉泵分解ATP釋放的能量。,(四)出胞和入胞某些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團(tuán)塊是通過細(xì)胞復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和功能變化而進(jìn)出細(xì)胞的，這是細(xì)胞活動(dòng)的一種主動(dòng)過程。1.出胞：分泌囊泡逐漸向細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)移動(dòng)，靠近細(xì)胞膜，囊泡膜與細(xì)胞膜融合，破裂，囊泡內(nèi)容物被一次性排放到細(xì)胞外。2.入胞：某處細(xì)胞膜逐漸內(nèi)陷，形成吞噬泡，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。,1.簡述各種跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式的概念、轉(zhuǎn)運(yùn)過程、主要轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)及特點(diǎn)。2.簡述O2、CO2、水、葡萄糖、Na+、K+、Ca2+的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)方式(注:有的物質(zhì)可有多種方式)3.闡述鈉泵活動(dòng)的生理意義。,本節(jié)復(fù)習(xí)題,細(xì)胞的結(jié)構(gòu),根據(jù)細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和復(fù)雜程度的不同，可將細(xì)胞分為原核細(xì)胞和真核細(xì)胞兩大類。絕大多數(shù)生物是由真核細(xì)胞構(gòu)成的，叫做真核生物。支原體、細(xì)菌、藍(lán)藻和放線菌等是由原核細(xì)胞構(gòu)成的，叫做原核生物。真核細(xì)胞的結(jié)構(gòu)比原核細(xì)胞復(fù)雜得多，由細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核等構(gòu)成。,擴(kuò)散,單純擴(kuò)散是指脂溶性的小分子物質(zhì)順濃度差通過細(xì)胞膜的擴(kuò)散過程。單純擴(kuò)散的多少取決于膜兩側(cè)該脂溶性物質(zhì)的濃度差及其通過細(xì)胞膜的難易程度。濃度差決定著物質(zhì)能否擴(kuò)散、擴(kuò)散方向及擴(kuò)散速率。轉(zhuǎn)運(yùn)對象：CO2、O2、N2、乙醇、尿素等。特點(diǎn)：簡單的物理擴(kuò)散，不需要細(xì)胞提供能量，其能量來源于濃度差形成的勢能，是一個(gè)被動(dòng)過程。,第二節(jié)細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(signaltransductionofcell)學(xué)習(xí)要求1.掌握信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程及受體概念；2.掌握受體-G蛋白-cAMP-PKA途徑；3.熟悉：受體-G蛋白-DG/PKC途徑、受體-G蛋白-IP3/Ca2+途徑、通道耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)。3.了解具有酶活性的受體和核受體。,一、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)概述,信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞外刺激信號(hào)作用于細(xì)胞的特殊結(jié)構(gòu)(受體），通過一系列反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞功能活動(dòng)的調(diào)控。,(一)細(xì)胞外刺激信號(hào),體內(nèi)的信號(hào)物質(zhì)一般為生物活性物質(zhì)，如神經(jīng)遞質(zhì)、激素、細(xì)胞因子等，其中多數(shù)為水溶性物質(zhì)。,體外的信號(hào)物質(zhì)包括物理性、化學(xué)性、生物性信號(hào),(二)受體及其特征1.受體的概念及其分類受體(receptor)位于細(xì)胞膜或細(xì)胞內(nèi)能與某些信號(hào)物質(zhì)結(jié)合并能引起特定生物效應(yīng)的大生物分子。受體的分類：根據(jù)受體的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制分為：(1)G蛋白耦聯(lián)受體；(2)具有酶活性的受體；(3)通道耦聯(lián)的受體（化學(xué)門控通道）；(4)核受體。2.受體與配體結(jié)合的主要特征配體是能與受體結(jié)合的特異性物質(zhì)，通常是體內(nèi)的各種化學(xué)信號(hào)(1)特異性；(2)高親和力；(3)飽和性。,(三)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程,1.膜受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(1)G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；(2)具有酶活性的受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；(3)通道耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)；2.核受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),1.G蛋白耦聯(lián)受體信號(hào)通路中的信號(hào)分子(1)蛋白耦聯(lián)受體(2)蛋白(GTP結(jié)合蛋白)(3)蛋白效應(yīng)器(4)第二信使(Camp)(5)蛋白激酶(proteinkinase,PK),二、膜受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)(一)G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的基本過程,2.G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑(1)受體-G蛋白-cAMP-PKA途徑（以其中的Gs途徑為例）,2.G蛋白受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的主要途徑(1)受體-G蛋白-cAMP-PKA途徑：（以興奮性G蛋白為例）配體與膜受體結(jié)合膜中的興奮型G-蛋白（Gs）激活腺苷酸環(huán)化酶(AC)胞質(zhì)中的ATP轉(zhuǎn)化成cAMP胞質(zhì)中的cAMP濃度升高激活蛋白激酶A(PKA)激活某些蛋白質(zhì)引發(fā)細(xì)胞功能改變。,(二)具有酶活性的受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),兩種模式：1.同一蛋白質(zhì)分子，既是酶又是受體，如：酪氨酸激酶受體配體與受體膜外段的配體結(jié)合區(qū)域結(jié)合受體分子內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)激活受體膜內(nèi)段的酪氨酸激酶胞質(zhì)內(nèi)一系列變化。2.受體分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能，如：酪氨酸激酶耦聯(lián)受體。,(三)通道耦聯(lián)的受體介導(dǎo)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo),細(xì)胞膜上同一個(gè)生物分子，既是受體(能與配體特異性結(jié)合