第二章细胞生理1.ppt
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1、第二章 细胞生理 (Cell Physiology),一、细胞膜物质转运功能,二、细胞的跨膜信号转导,三、细胞的兴奋性和生物电现象,重点:细胞膜的物质转运和兴奋性 难点:生物电产生的机制,四、兴奋性传递和肌肉收缩,细胞生理,一、细胞膜物质转运功能,1、细胞膜的结构,2、细胞膜的跨膜物质转运功能 半透膜,细胞膜的结构,“液态镶嵌模型” (Fluid mosaic model ),细胞膜以液态的脂质双分子层为骨架,其中镶嵌着不同结构和功能的蛋白质(Singer & Nicolson 1972 ),1、细胞膜的结构,细胞膜的结构,膜 脂:磷脂、胆固醇,膜蛋白:酶、受体、载体、离子通道等(介导细胞的功
2、能),膜 糖: 糖脂、糖蛋白(起细胞标识的作用),(构成膜的骨架),细胞膜的结构,半透膜模式图,细胞膜是脂质双分子结构,起屏障作用。细胞膜是半透性膜。 细胞膜是液态镶嵌模型,镶嵌在脂质双分子层中的蛋白质可以横向漂浮移动。 膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换。 膜中的糖脂或糖蛋白是蛋白质和细胞的特异性“标志” ,能特异性地与某种递质、激素、或其它化学信号分子结合。,细胞膜的结构,2、细胞膜的跨膜物质转运功能,单纯扩散,易化扩散,主动运输,浓度梯度,细胞生理,单纯扩散(Simple diffusion):,例如:二氧化碳、氧气,条 件,(1)细胞膜两侧存在物质的浓度差或电位差;,
3、指一些小分子的脂溶性物质顺浓度梯度(电化学梯度)从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的方式。,(2)细胞膜对该物质有通透性。,细胞膜的物质转运,单纯扩散受电荷、极性与大小的影响,易化扩散(Facilitated diffusion): 某些物质需要细胞膜上的特殊蛋白的“帮助”,顺浓度梯度(电化学梯度)从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧。,分 类: (1)载体介导的易化扩散;,特 点: (1)顺浓度梯度(电化学梯度)进行转运,不消耗ATP; (2)转运过程中必须有膜蛋白的帮助(介导)。,(2)离子通道介导的易化扩散。,细胞膜的物质转运,细胞膜的物质转运,特异性、饱和性、竞争性 如葡萄糖转运子,速度快、
4、有选择性、受调控 如: Na+通道,哺乳动物细胞内外离子的浓度差,细胞通过主动运输维持细胞内外离子的浓度梯度,细胞膜的物质转运,特 点:,主动转运(Active transport):,在细胞膜上载体的帮助下,通过消耗ATP,将某种物质逆浓度梯度进行转运的过程。,(1)逆浓度梯度转运;,(2)耗能(ATP) ;,动画,细胞膜的物质转运,(3)需要载体介导。,保持细胞内的高K+低Na+和细胞外的高Na+低K+,钠钾泵(Na+ K+ ATPase): 逆浓度梯度,需要载体,消耗能量(ATP),细胞膜的物质转运,s,细胞膜的物质转运,原发性主动转运 (钠钾泵、钙泵、碘泵),继发性主动转运(葡萄糖和氨
5、基酸的转运),动物细胞转运葡萄糖 细菌转运乳糖,细胞膜的物质转运,是指某些物质与细胞膜接触,导致接触部位的质膜内陷以包被该物质,然后出现膜结构融合和断裂,使该物质连同包被它的质膜一起进入胞浆的过程,含胞饮(Pinocytosis)和吞噬(Phagocytosis)。,出胞作用(Exocytosis):,出胞与入胞相反,指某些大分子物质或颗粒从细胞排出的过程,主要见于细胞的分泌活动等。,入胞作用(Endocytosis):,动画,细胞膜的物质转运,细胞膜的物质转运,LDL通过受体介导实现细胞内吞,细胞膜的物质转运,内吞泡形成的电镜照片,细胞生理,二、细胞的跨膜信号转导,动物体各种器官之间的功能协
6、调以及整体统一性的维持主要依靠组织与组织之间、细胞与细胞之间的信息传递来完成的。,细胞膜的信号转导,各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号,大多数作用到细胞膜上,通过跨膜信号传递(transmembrane signaling)或跨膜信号转导(transmembrane signal tranduction) ,引起细胞功能活动的改变。,第一信使:激素、神经递质和细胞因子,1、细胞膜的信号转导系统:,根据参与信号转导蛋白质种类的不同可将信号转导系统分为以下三大类:,2、G蛋白耦联受体介导的信号转导,3、酶耦联受体介导的信号转导 (具有酪氨酸激酶的受体、具有鸟苷酸环化酶受体),1、离子通道介导的
7、信号转导 (电压门控通道、机械门控通道、化学门控通道),细胞膜的信号转导,细胞生理,G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤,配体+受体,腺苷酸环化酶 依赖于cGMP的磷酸二酯酶 磷酯酶C Ca2+或K+通道,蛋白激酶A(PKA) 蛋白激酶C(PKC) Na+、K+和Ca2+通道蛋白,环磷酸腺苷(cAMP) 环磷酸鸟苷(cGMP) 三磷酸酰肌醇(IP3) 二酰甘油(DG) 钙离子和NO等,细胞生理,三、细胞的兴奋性和生物电现象,1、细胞的兴奋性,2、细胞的生物电现象,细胞的兴奋性,可兴奋组织(Exitable tissue)受到刺激时,能够产生动作电位的组织。,兴 奋(Exitation)细 胞受
8、到刺激后发生的反应(产生动作电位的过程)。,兴奋性(Exitability)细胞受到刺激后发生反应(具有产生动作电位)的能力。,1、细胞的兴奋性,刺 激(stimulus)引起细胞、组织或机体产生反应的各种内外环境的变化。,刺激与兴奋的关系,适宜刺激:在自然条件下能引起细胞发生反应的刺激。 不适宜刺激:在自然条件下不能引起某细胞发生反应的 刺激 不同细胞有不同的适宜刺激。同种细胞不一定只有一种 适宜刺激,刺激引起兴奋的条件:(可兴奋细胞、适宜刺激) 刺激强度 刺激时间 强度对时间的变化率,阈刺激引起组织、细胞兴奋(产生动作电位)所需 的最小刺激强度。 阈上刺激大于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激小
9、于阈刺激的刺激强度。 阈下刺激不能引起组织、细胞的兴奋(或动作电位产生),但并非对组织细胞不产生任何影响。,细胞的兴奋性,刺激强度与兴奋的关系,刺激时间与兴奋的关系 过短或过长均不行。,细胞的兴奋性,时间-强度曲线图,上述三种条件均达到阈值才能引起兴奋。,刺激强度越大,所需作 用时间越短,反之亦然。 兴奋性低,曲线位于右 上方;兴奋性高,曲线位于 左下方。 兴奋性越高,所需的刺激强度越小,膜电位变化的速度也越快,机体以神经细胞兴奋性最高。,细胞的兴奋性,兴奋性的变化,绝对不应期:完全丧失兴奋性, 对任何刺激均不产生反应。,相对不应期:兴奋性开始恢复,低 于正常;较强刺激能引起反应。,超常期:兴
10、奋性高于正常,较弱 刺激能引起反应。,低常期:兴奋性低于正常。,正常,细胞的生物电现象,一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状态都存在电活动,这种电活动称为生物电现象。其中包括静息电位和动作电位。,2、细胞的生物电现象:,静息电位 (Resting potential,RP) 细胞在静息状态下存在于细胞膜内外两侧的电位差。也称膜电位或跨膜静息电位。 极性为内负外正: -65mv -100mv,细胞的生物电现象,动作电位: (Action potential, AP) 指可兴奋细胞受到刺激而兴奋时,细胞膜在静息电位的基础上发生快速、可逆的电位变化。,细胞的生物电现象,静息电位产生的机理,1、
11、膜两侧存在浓度差和电位差。 2、膜选择透过性。对蛋白质完 全不通透,对K+有较大的通 透性,对Na+通透性小,细胞内、外离子分布mmol/L,细胞的生物电现象,3、 静息状态下膜对离子有选择性通透性 通透性:K+ Cl- Na+ A-,3、钾离子外流 浓度差 细胞内 K+ 细胞外 膜内电位 ,膜外电位 电位 差阻止K+外流,当浓度差=电位差 电化学平衡 静息电位。 特点: RP即是K+的平衡电位。膜内K+浓度大于膜外,细胞的生物电现象,极化(polarization)膜两侧存在 的内负外正的电位状态。 (-70 -90mv) 去极化(Depolarization)膜电位 绝对值逐渐减小的过程。
12、 (-70 -90mv 0mv ) 反极化(Over-polarization)膜两侧电位差变为内正外负的过程。 (0mv +40mv) 复极化(Repolarization)膜电位恢复到极化状态。 ( +40mv -70 -90mv),细胞的生物电现象,动作电位产生的机理,超极化(Over-polarization) 膜电位绝对值高于静息电 位的状态. 峰电位动作电位曲线第一部分 的一个迅速发生和迅速消 逝的较大的电位变化。 后电位:负后电位(后去极化) 正后电位(后超极化) 超射:,细胞的生物电现象,锋电位上升支: Na+,通道打开,通透性 刺激 膜内外 Na+浓度差 胞外 Na+胞内 内
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