中南大學(xué)湘雅醫(yī)學(xué)院生理課件細(xì)胞生理功能

細(xì)胞生理功能細(xì)胞是生物體的基本單位，執(zhí)行著各種各樣的生理功能，維持著生命活動的正常進(jìn)行。細(xì)胞的結(jié)構(gòu)與功能細(xì)胞核細(xì)胞核是細(xì)胞的控制中心，包含遺傳物質(zhì)DNA，并負(fù)責(zé)細(xì)胞的生長、分裂和代謝活動。細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)是細(xì)胞核外的區(qū)域，包含各種細(xì)胞器，如線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和高爾基體，它們執(zhí)行不同的功能。細(xì)胞膜細(xì)胞膜是細(xì)胞的邊界，控制物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞，并參與細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)細(xì)胞膜是細(xì)胞與外界環(huán)境之間的界限，也是細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)交換和信息傳遞的重要場所。它主要由脂類、蛋白質(zhì)和少量糖類組成，呈磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，蛋白質(zhì)鑲嵌其中。細(xì)胞膜具有選擇性通透性，即對不同物質(zhì)的通透性不同。這主要取決于膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，包括膜的組成成分、脂類分子的流動性、膜蛋白的種類和數(shù)量等。細(xì)胞膜的通透性1選擇性細(xì)胞膜對不同物質(zhì)的通透性不同，這是細(xì)胞膜最重要的特性之一。2脂溶性脂溶性物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，而水溶性物質(zhì)則較難通過。3大小分子量較小的物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，而分子量較大的物質(zhì)則較難通過。4極性非極性物質(zhì)更容易通過細(xì)胞膜，而極性物質(zhì)則較難通過。被動轉(zhuǎn)運和主動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運不需要能量消耗，物質(zhì)順濃度梯度或電化學(xué)梯度移動。簡單擴(kuò)散物質(zhì)直接穿過細(xì)胞膜，如氧氣、二氧化碳等。協(xié)助擴(kuò)散需要膜蛋白幫助，物質(zhì)仍順濃度梯度移動。主動轉(zhuǎn)運需要能量消耗，物質(zhì)逆濃度梯度移動。初級主動轉(zhuǎn)運直接利用ATP提供能量，如鈉鉀泵。次級主動轉(zhuǎn)運利用其他物質(zhì)的濃度梯度提供能量，如葡萄糖的轉(zhuǎn)運。滲透壓和等滲壓滲透壓溶液中溶質(zhì)的濃度決定了其滲透壓。溶質(zhì)濃度越高，滲透壓越高。等滲壓當(dāng)兩種溶液的滲透壓相等時，它們被稱為等滲溶液。細(xì)胞通常處于等滲環(huán)境中。高滲和低滲當(dāng)溶液的滲透壓高于細(xì)胞內(nèi)液時，稱為高滲溶液；當(dāng)溶液的滲透壓低于細(xì)胞內(nèi)液時，稱為低滲溶液。細(xì)胞的靜息電位定義細(xì)胞膜內(nèi)外電位差在未受刺激時的狀態(tài)。形成原因細(xì)胞膜內(nèi)外離子濃度差異和膜對不同離子的選擇性通透性。數(shù)值一般為-70mV，即細(xì)胞膜內(nèi)負(fù)外正。意義維持細(xì)胞正常生理功能，例如神經(jīng)沖動傳導(dǎo)。細(xì)胞的動作電位1去極化鈉離子內(nèi)流2復(fù)極化鉀離子外流3超極化鉀離子通道恢復(fù)神經(jīng)沖動的產(chǎn)生和傳導(dǎo)1靜息電位神經(jīng)元在未受刺激時，細(xì)胞膜內(nèi)負(fù)外正，形成靜息電位。2去極化當(dāng)神經(jīng)元受到刺激時，細(xì)胞膜對鈉離子的通透性增加，鈉離子內(nèi)流，膜電位發(fā)生改變，稱為去極化。3動作電位當(dāng)去極化達(dá)到閾值時，就會觸發(fā)動作電位的產(chǎn)生，表現(xiàn)為膜電位的快速上升和下降，最后恢復(fù)至靜息電位。4傳導(dǎo)動作電位在神經(jīng)纖維上傳導(dǎo)，遵循“全或無”定律，即只要達(dá)到閾值，就會產(chǎn)生一個標(biāo)準(zhǔn)的動作電位，傳導(dǎo)速度取決于神經(jīng)纖維的類型。神經(jīng)遞質(zhì)的釋放和作用1神經(jīng)遞質(zhì)的釋放神經(jīng)沖動到達(dá)突觸前膜，引起鈣離子內(nèi)流，促使突觸小泡與前膜融合并釋放神經(jīng)遞質(zhì)。2神經(jīng)遞質(zhì)與受體結(jié)合釋放的神經(jīng)遞質(zhì)與突觸后膜上的特異性受體結(jié)合，引發(fā)一系列的生物化學(xué)反應(yīng)。3神經(jīng)遞質(zhì)的清除為了維持突觸傳遞的正常進(jìn)行，神經(jīng)遞質(zhì)需要及時從突觸間隙清除。清除方式包括：酶降解、重攝取和擴(kuò)散。肌肉收縮的機(jī)制1肌絲滑行理論肌動蛋白和肌球蛋白相互作用，肌球蛋白頭部牽引肌動蛋白絲滑行2鈣離子作用鈣離子與肌鈣蛋白結(jié)合，暴露肌動蛋白結(jié)合位點3能量供應(yīng)ATP水解為ADP，為肌球蛋白頭部提供能量肌肉的興奮-收縮耦聯(lián)1動作電位神經(jīng)沖動到達(dá)肌肉纖維2鈣離子釋放肌漿網(wǎng)釋放鈣離子到肌漿3肌絲滑動肌球蛋白與肌動蛋白相互作用4肌肉收縮肌纖維縮短，產(chǎn)生力量細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制細(xì)胞間信息傳遞細(xì)胞之間通過信號分子傳遞信息，例如激素、神經(jīng)遞質(zhì)等。受體識別細(xì)胞表面受體識別并結(jié)合信號分子，啟動信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。信號放大信號在細(xì)胞內(nèi)被放大，引發(fā)一系列的級聯(lián)反應(yīng)。細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路1受體激活細(xì)胞外信號分子與細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，激活受體。2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活的受體啟動一系列的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)事件，將信號傳遞到細(xì)胞內(nèi)。3靶蛋白調(diào)控信號傳遞最終到達(dá)靶蛋白，改變其活性，從而影響細(xì)胞的生理功能。細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路配體結(jié)合細(xì)胞外信號分子（配體）與靶細(xì)胞膜上的受體蛋白結(jié)合，引發(fā)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受體蛋白活化后，通過一系列中間分子傳遞信號，最終到達(dá)靶蛋白。細(xì)胞反應(yīng)靶蛋白被激活后，引起細(xì)胞內(nèi)的特定反應(yīng)，例如基因表達(dá)改變、酶活性改變等。生長因子與細(xì)胞增殖促進(jìn)細(xì)胞增殖生長因子通過與細(xì)胞表面受體結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，最終促進(jìn)細(xì)胞增殖。調(diào)控細(xì)胞周期生長因子可以調(diào)節(jié)細(xì)胞周期各階段的進(jìn)程，例如促進(jìn)G1期向S期過渡。影響細(xì)胞分化生長因子還可以影響細(xì)胞的分化，例如促進(jìn)干細(xì)胞分化為特定類型的細(xì)胞。細(xì)胞周期的調(diào)控1細(xì)胞周期蛋白調(diào)控細(xì)胞周期的關(guān)鍵蛋白2細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶(CDK)催化細(xì)胞周期蛋白的磷酸化3細(xì)胞周期檢查點確保細(xì)胞周期正常進(jìn)行細(xì)胞周期蛋白和CDK的相互作用，以及細(xì)胞周期檢查點的監(jiān)控，共同保證了細(xì)胞周期有序進(jìn)行，并維持細(xì)胞的正常生長和發(fā)育。細(xì)胞凋亡的機(jī)制DNA損傷或錯誤折疊的蛋白質(zhì)會激活凋亡信號通路。細(xì)胞膜出現(xiàn)變化，例如磷脂酰絲氨酸外翻和細(xì)胞表面出現(xiàn)凋亡小體。細(xì)胞器分解，包括線粒體釋放凋亡蛋白。干細(xì)胞的特性和分類自我更新干細(xì)胞具有自我更新的能力，可以不斷地復(fù)制自身。多能性干細(xì)胞可以分化為多種類型的細(xì)胞，具有多能性。分化潛能干細(xì)胞的分化潛能決定了它們可以分化成哪些細(xì)胞類型。干細(xì)胞的分化與再生1再生醫(yī)學(xué)利用干細(xì)胞修復(fù)受損組織2分化潛能干細(xì)胞可分化為多種細(xì)胞類型3自我更新干細(xì)胞可自我復(fù)制，維持自身數(shù)量組織工程與再生醫(yī)學(xué)組織工程利用生物材料、細(xì)胞和生物因子，構(gòu)建具有特定功能的組織或器官，以替代或修復(fù)受損組織。再生醫(yī)學(xué)利用生物材料、細(xì)胞和生物因子，促進(jìn)體內(nèi)組織或器官再生，修復(fù)或重建受損組織。細(xì)胞代謝的基本過程物質(zhì)代謝包括合成代謝和分解代謝，合成代謝是將小分子物質(zhì)合成大分子物質(zhì)，分解代謝是將大分子物質(zhì)分解成小分子物質(zhì)。能量代謝包括物質(zhì)分解過程中釋放能量的利用和能量儲存，能量代謝是物質(zhì)代謝的基礎(chǔ)。物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化細(xì)胞代謝是一個連續(xù)的物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化過程，細(xì)胞通過代謝活動維持生命活動。細(xì)胞糖代謝糖酵解葡萄糖在細(xì)胞質(zhì)中被分解成丙酮酸，生成少量ATP。三羧酸循環(huán)丙酮酸進(jìn)入線粒體，經(jīng)過一系列氧化反應(yīng)，生成大量ATP和還原劑NADH和FADH2。氧化磷酸化NADH和FADH2在電子傳遞鏈中被氧化，為ATP的合成提供能量。細(xì)胞脂代謝脂類的合成脂肪酸和甘油的合成過程.脂類的分解脂肪酸和甘油的分解過程，產(chǎn)生能量.脂類的運輸脂類在血液中的運輸，以及脂蛋白的作用.細(xì)胞蛋白質(zhì)合成遺傳信息傳遞從DNA到蛋白質(zhì)的遺傳信息傳遞過程，稱為基因表達(dá)。轉(zhuǎn)錄過程DNA作為模板，合成mRNA的過程，稱為轉(zhuǎn)錄。翻譯過程mRNA作為模板，指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的過程，稱為翻譯。細(xì)胞呼吸作用1能量轉(zhuǎn)化將食物中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞可利用的能量形式，ATP。2主要場所主要在細(xì)胞器線粒體中進(jìn)行。3三個階段糖酵解、三羧酸循環(huán)和氧化磷酸化。細(xì)胞分裂的類型有絲分裂一種常見的細(xì)胞分裂方式，用于生長和修復(fù)組織。每個子細(xì)胞繼承了母細(xì)胞的完整染色體組。減數(shù)分裂在生殖細(xì)胞中發(fā)生的細(xì)胞分裂，將染色體數(shù)目減半，確保子代遺傳物質(zhì)的一半來自父本，另一半來自母本。細(xì)胞分裂的調(diào)控機(jī)制1細(xì)胞周期蛋白細(xì)胞周期蛋白（Cyclins）是一類蛋白質(zhì)，它們在細(xì)胞周期中以周期性的方式表達(dá)和降解。2細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶（Cyclin-dependentkinases，CDKs）是一類蛋白激酶，它們與細(xì)胞周期蛋白結(jié)合后才能發(fā)揮作用。3腫瘤抑制基因腫瘤抑制基因（Tumorsuppressorgenes）編碼能夠抑制細(xì)胞過度增殖的蛋白質(zhì)。4生長因子生長因子（Growthfactors）是一類能夠刺激細(xì)胞增殖和分化的蛋白質(zhì)。細(xì)胞衰老的機(jī)制端粒縮短細(xì)胞每次分裂，端粒都會縮短，最終導(dǎo)致細(xì)胞停止分裂，進(jìn)入衰老狀態(tài)。DNA損傷隨著時間的推移，細(xì)胞內(nèi)的DNA會受到各種因素的損傷，影響細(xì)胞功能，最終導(dǎo)致衰老。線粒體功能障礙線粒體是細(xì)胞的能量工廠，隨著年齡增長，線粒體功能下降，會影響細(xì)胞代謝，加速衰老。細(xì)胞的死亡形式細(xì)胞凋亡是一種程序性死亡，通常是細(xì)胞在特定條件下被激活，例如DNA損傷或發(fā)育過程中不需要的細(xì)胞.細(xì)胞壞死是一種非程序性死亡，通常是由外部因素造成的，例