動物生理學(xué)第一二節(jié)細(xì)胞的基本功能

動物生理學(xué)第一二節(jié)細(xì)胞的基本功能第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日第一節(jié)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能

細(xì)胞膜的功能

屏障功能

物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能

信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日

一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特征

在電子顯微鏡下分為三層，由脂質(zhì)、蛋白質(zhì)和糖類等物質(zhì)組成，以蛋白質(zhì)和脂質(zhì)為主，糖類只占極少量。

流體鑲嵌模型(fluidmosaicmodel)：細(xì)胞膜以流動性的脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同分子結(jié)構(gòu)和不同生理功能的蛋白質(zhì)，脂質(zhì)和蛋白質(zhì)分子通過非共價鍵相互作用結(jié)合在一起。脂質(zhì)分子排列成5nm厚的連續(xù)雙層，作為不透水層阻擋大多數(shù)水溶性分子通過，鑲嵌在脂質(zhì)雙層中的跨膜蛋白質(zhì)分子執(zhí)行膜的其他功能。

第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日

二、細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能（一）被動轉(zhuǎn)運

單純擴散易化擴散

物質(zhì)順電勢梯度或濃度梯度（即電-化學(xué)梯度）進行的跨膜轉(zhuǎn)運過程。第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、單純擴散

疏水性小分子及極性分子能迅速地經(jīng)擴散通過脂雙層膜，是單純的物理過程的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式其特點：①疏水性或脂溶性；②小分子；③高到低；④不耗能；⑤不需載體。

O2、CO2、N2、類固醇類激素、尿素、甘油、乙醇、H2O第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日O2和CO2單純擴散示意圖第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日特點：①親水性或非脂溶性；②小分子；③高到低；④不耗能；⑤需膜蛋白。

稍大些的極性分子和小的帶電離子通過細(xì)胞膜需要借助膜蛋白的幫助，擴散速率顯著增大，這種擴散方式稱為….2、易化擴散第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日載體介導(dǎo)的易化擴散：水溶性小分子如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等在載體蛋白的幫助下順電-化學(xué)梯度進行的被動跨膜轉(zhuǎn)運。特點：①順濃度梯度轉(zhuǎn)運；②高度的結(jié)構(gòu)特異性；③飽和現(xiàn)象；④競爭性抑制。

第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日通道介導(dǎo)的易化擴散：

電壓門控離子通道

化學(xué)（配體）門控離子通道

機械門控離子通道第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日典型的哺乳動物細(xì)胞內(nèi)外離子濃度的比較單位：mmol/L

第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日（二）主動轉(zhuǎn)運

細(xì)胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質(zhì)分子或離子逆著電-化學(xué)梯度進行轉(zhuǎn)運。特點：①小分子；②低到高；③耗能；④需載體。

根據(jù)主動轉(zhuǎn)運過程中是直接消耗ATP還是間接消耗ATP，主動轉(zhuǎn)運又可分為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運兩種類型。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運

由貫穿在脂質(zhì)雙分子層當(dāng)中的離子泵蛋白介導(dǎo)、由ATP直接供能的逆電-化學(xué)梯度進行的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運方式。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日鈉泵作用示意圖第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日鈣泵，也稱Ca2+-ATP酶，廣泛分布于細(xì)胞膜、肌質(zhì)網(wǎng)膜或內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜。細(xì)胞膜鈣泵每分解1分子ATP可將1個Ca2+由細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運到細(xì)胞外。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度升高時，與鈣調(diào)蛋白(calmodulin,CaM)生成Ca2+-CaM復(fù)合物。該復(fù)合物能與鈣泵C端某一位點結(jié)合，激活鈣泵，加速Ca2+外排。第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日通道轉(zhuǎn)運與鈉-鉀泵轉(zhuǎn)運模式圖第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日2、繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運

某種物質(zhì)逆電-化學(xué)梯度進行轉(zhuǎn)運，但所消耗能量不是直接來源于ATP分解，而是由原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運建立的膜電-化學(xué)勢能提供，這種轉(zhuǎn)運方式就稱之為….

小腸黏膜上皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞對葡萄糖和氨基酸的吸收、Na+-H+交換、Na+-Ca2+交換、Na+-K+-2Cl-同向轉(zhuǎn)運都是以繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的方式完成的。第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日同向協(xié)同轉(zhuǎn)運第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日反向協(xié)同轉(zhuǎn)運第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日（三）出胞和入胞

1、出胞

胞質(zhì)內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞外的過程。主要見于細(xì)胞的分泌活動以及神經(jīng)細(xì)胞軸突末梢的遞質(zhì)釋放活動。第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日2、入胞

大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊（如細(xì)菌、細(xì)胞碎片等）借助于細(xì)胞膜形成吞噬泡或吞飲泡的方式進入細(xì)胞的過程。第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第二節(jié)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

不同形式的外界信號作用于細(xì)胞表面，通過引起膜結(jié)構(gòu)中特殊蛋白質(zhì)分子的變構(gòu)作用，將外界環(huán)境信息以新的信號形式傳向膜內(nèi)，引起靶細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的生物學(xué)效應(yīng)的過程。

第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日

離子通道受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日

化學(xué)門控離子通道一、離子通道受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日

二、G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)EWSutherland(1915-1974)1971NobelPrizeinPhysiologyorMedicine1957年美國藥理和生理學(xué)家肝細(xì)胞膜碎片腎上腺素耐熱小分子物質(zhì)肝細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)糖原分解完整肝細(xì)胞環(huán)磷酸腺苷cAMPcyclicadenosinemonophosphate第二信使

secondmessenger第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日20世紀(jì)80年代美國科學(xué)家1994NobelPrizeinPhysiologyorMedicine第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日EHFischerEGKrebs1992NobelPrizeinPhysiologyorMedicine20世紀(jì)60年代美國生化學(xué)家第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日

（一）G蛋白偶聯(lián)受體信號通路的組成

G蛋白偶聯(lián)受體

鳥苷酸結(jié)合蛋白（G蛋白）

G蛋白效應(yīng)器

第二信使

蛋白激酶、離子通道第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日4、第二信使5、靶蛋白

細(xì)胞外信號分子作用于細(xì)胞膜后產(chǎn)生的細(xì)胞內(nèi)信號分子，如cAMP、cGMP、IP3、DG、NO、Ca2+，作用是將細(xì)胞外信號分子作用于細(xì)胞膜的信息傳遞給細(xì)胞內(nèi)的靶蛋白。

離子通道

蛋白激酶

絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶

酪氨酸蛋白激酶受體-G蛋白-AC信號通路、受體-G蛋白-PLC信號通路、受體-G蛋白-離子通道信號通路

第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日1、受體-G蛋白-AC信號通路

（二）G蛋白偶聯(lián)受體介導(dǎo)的信號通路第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日2、受體-G蛋白-PLC信號通路

許多配體與G蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合后可激活另一種G蛋白Gq，Gq可激活細(xì)胞膜上的磷脂酶C(PLC)，PLC再將膜脂質(zhì)中的二磷酸磷脂酰肌醇(PIP2)迅速水解為三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日三、酶偶聯(lián)受體介導(dǎo)的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

受體酪氨酸激酶receptortyrosinekinase，RTK

結(jié)合酪氨酸激酶的受體receptor-associatedtyrosinekinase

受體鳥苷酸環(huán)化酶receptorguanylylcyclase

受體絲氨酸/蘇氨酸激酶receptorserine/threoninekinase,RSTK

受體酪氨酸磷酸酶receptortyrosinephosphatase,RTPase

細(xì)胞膜中有一類受體本身具有激酶、磷酸酶或環(huán)化酶的活性或具有募集胞質(zhì)酶蛋白的能力，不需要G蛋白和第二信使的參與，受體單獨可以完成跨膜信號傳遞，引起以級聯(lián)磷酸化反應(yīng)為主的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，最終調(diào)節(jié)基因表達(dá)和細(xì)胞反應(yīng)。這一類受體稱為酶偶聯(lián)受體。第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日

受體酪氨酸激酶

主要介導(dǎo)與生長發(fā)育有關(guān)的細(xì)胞因子和一部