生理学课件第二章细胞的基本功能.ppt

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1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞的结构和物质转运功能细胞的结构和物质转运功能第三节第三节 细细 胞胞 的的 电电 活活 动动第四节第四节 肌肌 细细 胞胞 的的 收收 缩缩第二节第二节 细细 胞胞 的的 信信 号号 转转 导导第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能 掌握：单纯扩散、易化扩散、主动转运与继发性掌握：单纯扩散、易化扩散、主动转运与继发性主动转运的概念及其特点。主动转运的概念及其特点。熟悉：细胞膜的化学组成和分子结构。熟悉：细胞膜的化学组成和分子结构。了解：出胞与入胞式物质转运。了解：出

2、胞与入胞式物质转运。第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导 掌握：参与掌握：参与G G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子（子（G G蛋白耦联受体、蛋白耦联受体、G G蛋白、蛋白、G G蛋白效应器、第二信使）蛋白效应器、第二信使）；G G蛋白耦联受体信号转导的主要途径（受体蛋白耦联受体信号转导的主要途径（受体-G-G蛋白蛋白-ACAC途径、受体途径、受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径）。途径）。熟悉：离子通道受体介导的信号转导。熟悉：离子通道受体介导的信号转导。了解：由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导。了解：由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导。第

3、三节第三节 细胞的生物电现象细胞的生物电现象 掌握：细胞的跨膜静息电位和动作电位及形成机制。掌握：细胞的跨膜静息电位和动作电位及形成机制。局部兴奋及其特性；动作电位的传导。细胞兴奋后兴奋局部兴奋及其特性；动作电位的传导。细胞兴奋后兴奋性的变化。性的变化。熟悉：兴奋和可兴奋细胞；组织的兴奋性和阈刺激熟悉：兴奋和可兴奋细胞；组织的兴奋性和阈刺激 。第四节第四节 肌细胞的收缩肌细胞的收缩 掌握：骨骼肌神经肌接头处的兴奋传递过程及横掌握：骨骼肌神经肌接头处的兴奋传递过程及横纹肌的兴奋收缩耦联；影响横纹肌收缩效能的因素。纹肌的兴奋收缩耦联；影响横纹肌收缩效能的因素。熟悉：横纹肌的收缩机制。熟悉：横纹肌的

4、收缩机制。了解：横纹肌细胞的微细结构；平滑肌的微细结构了解：横纹肌细胞的微细结构；平滑肌的微细结构和收缩机制；平滑肌的分类及活动的神经调控。和收缩机制；平滑肌的分类及活动的神经调控。细细胞胞是是人人体体的的基基本本结结构构和和功功能能单单位位。人人体体一一切切生生命命活活动动都都是是在在细细胞胞基基础础上上进进行行的的。因因此此，了了解解细细胞胞的的基基本本功功能能，有有助助于于深深入入认认识识理理解解机机体体各各系系统统、器器官官生生命命活活动动的的规规律律。细细胞胞功功能能涉涉及及许许多多方方面面，本本章章仅仅讨讨论论细细胞胞膜膜的的基基本本功功能能、细细胞胞生生物电现象和肌细胞的收缩功能

5、物电现象和肌细胞的收缩功能。细胞细胞(cell)(cell)是构成人体的最基本的功能单位。是构成人体的最基本的功能单位。机体的每个细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜机体的每个细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜（cell membranecell membrane）或质膜（）或质膜（plasma membraneplasma membrane），），细胞膜把胞质（细胞膜把胞质（cytosolcytosol）与其外部环境相分隔，）与其外部环境相分隔，使细胞成为一个相对独立的单位使细胞成为一个相对独立的单位。细胞膜主要有脂质（细胞膜主要有脂质（lipidlipid）和蛋白质）和蛋白质（protei

6、nprotein）组成，此外还有极少量的糖类物质。）组成，此外还有极少量的糖类物质。关于细胞膜的分子结构，目前已被公认的假说是关于细胞膜的分子结构，目前已被公认的假说是SingerSinger和和 NicholsonNicholson于于19721972年提出的液态镶嵌模型年提出的液态镶嵌模型（fluid mosaic modelfluid mosaic model）:以液态的脂质双分子层为基以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。架，其中镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。第一节第一节 细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜的结构和物质转运功能一、膜的化学组成和分子

7、结构一、膜的化学组成和分子结构(一一)脂质双分子层脂质双分子层 以液态的脂质以液态的脂质双分子层为基架，双分子层为基架，具有稳定性和流动具有稳定性和流动性。性。(二二)细胞膜蛋白质细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物质双分子层中，生物膜具有的各种功能大膜具有的各种功能大多与其有关。多与其有关。有些作为抗原有些作为抗原决定簇决定簇=免疫信息免疫信息(血型血型)；(三三)细胞膜糖类细胞膜糖类 多为短糖链，多为短糖链，以共价键的形式与以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖合，形成糖脂或糖蛋白。蛋白。有些作为膜受体的有些作为膜受体的“可识别可识别”部分

8、能特异地与部分，能特异地与激素、递质等结合。激素、递质等结合。二、物质的跨膜转运二、物质的跨膜转运被动转运被动转运主动转运主动转运 指物质顺指物质顺电位或化学梯电位或化学梯度的转运过程。度的转运过程。指物质逆浓指物质逆浓度梯度或电位梯度梯度或电位梯度的转运过程。度的转运过程。（一）被动转运（一）被动转运(passive transport)(passive transport)概念概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点特点：不耗能（转运动力依赖物质的电不耗能（转运动力依赖物质的电-化学梯化学梯度所贮存的势能）度所贮存的势能）依靠或不依靠特殊膜蛋白质的依靠

9、或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”顺电顺电-化学梯度进行化学梯度进行 分类分类：单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 1.1.单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion)(1)(1)概念概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。度一侧移动的过程。COCO2 2 i i COCO2 2 o oOO2 2 o o OO2 2 i i (2)(2)特点特点:扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”不需另外消耗能量不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和

10、膜通透性呈正相关，扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用用扩散通量扩散通量（mol or molmol or mol数数/min.cm/min.cm2 2)表示。表示。(3)(3)转运的物质转运的物质：O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3、N N2 2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素类激素 等少数几种。等少数几种。单纯扩散是物质跨细胞膜转运方单纯扩散是物质跨细胞膜转运方式中最简单的一种。式中最简单的一种。注：注：膜对膜对H H2 2O O具高度通透性，具高度通透性，H H2 2O O除单纯扩散外，除单纯扩散外，还可通过还可通过水通道水通道跨膜转运。跨膜转

11、运。2.2.易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion)(1)(1)概念概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的需特殊膜蛋白质的“帮助帮助”下下,由膜的高浓度一侧向由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。也是一种被动过程低浓度一侧移动的过程。也是一种被动过程,分为经分为经载体和经通道的转运。载体和经通道的转运。(2)(2)分类分类:经载体的易化扩散经载体的易化扩散经通道的易化扩散经通道的易化扩散1 1、经通道易化扩散、经通道易化扩散(facilitated diffusion via

12、 channel)(facilitated diffusion via channel)介导这一过程的膜蛋白称为离子通道（介导这一过程的膜蛋白称为离子通道（ion ion channelchannel）或通道。）或通道。通道蛋白质贯穿于细胞膜的全层通道蛋白质贯穿于细胞膜的全层,主主要转运各种离子要转运各种离子，在细胞膜上有在细胞膜上有20-40种离子通道。种离子通道。特征：特征：高速度：这是通道与载体之间最重要的区别。高速度：这是通道与载体之间最重要的区别。离子的选择性：取决于通道开放时水相孔道的离子的选择性：取决于通道开放时水相孔道的大小和孔道壁的带电情况。大小和孔道壁的带电情况。门控：离子

13、通道开、关是通过门控：离子通道开、关是通过“闸门闸门”调控的，调控的，故又称门控通道；可分为化学门控通道故又称门控通道；可分为化学门控通道(chemically-chemically-gated channelgated channel)、电压门控通道和机械门控通道等。、电压门控通道和机械门控通道等。（2）经通道的易化扩散经通道的易化扩散转运的物质转运的物质:各种带电离子各种带电离子KK+i i KK+o oNaNa+o o NaNa+i iA.A.电压门控通道电压门控通道 其开、关受膜电位影其开、关受膜电位影 响和控制响和控制B.B.化学门控通道化学门控通道(配体配体)化学物质影响和控化学物

14、质影响和控 制其开、关的通道，制其开、关的通道，C.C.机械门控通道机械门控通道 2 2、经载体易化扩散、经载体易化扩散(facilitated diffusion via(facilitated diffusion via carrier)carrier)介导这一过程的膜蛋白称为载体蛋白或载介导这一过程的膜蛋白称为载体蛋白或载体、转运体（体、转运体（carriercarrier）。载体是一些贯穿脂）。载体是一些贯穿脂质双层的整合蛋白。质双层的整合蛋白。特征：特征：转运方向始终是顺浓度梯度。转运方向始终是顺浓度梯度。载载体与溶质的结合具有结构特异性；体与溶质的结合具有结构特异性；转运速转运速率

15、存在饱和率存在饱和(saturation)(saturation)现象；现象；结构相似的结构相似的溶质经同一载体转运时有竞争性抑制溶质经同一载体转运时有竞争性抑制(competitive inhibitioncompetitive inhibition)。单。单(物质物质)转运体转运体分类分类：同向转运同向转运(symport)反向转运反向转运(antiport)（2 2）经载体的易化扩散）经载体的易化扩散转运的物质：葡萄糖转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸、氨基酸(AA)等小分子亲水物质等小分子亲水物质 (3)(3)特点特点:需依靠特殊膜蛋白质的需依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助”不需另外消耗能

16、量不需另外消耗能量 选择性（选择性（特殊膜蛋白质本身有结构特异性特殊膜蛋白质本身有结构特异性）竟争性（竟争性（经同一经同一特殊膜蛋白质转运特殊膜蛋白质转运）浓度和电压依从性（浓度和电压依从性（特殊膜蛋白质的变构是有特殊膜蛋白质的变构是有条件的，如化学门控通道、电压门控通道条件的，如化学门控通道、电压门控通道）(二二)主动转运主动转运(active transport)(active transport)概念概念：指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点特点：需要消耗能量需要消耗能量,能量由分解能量由分解ATPATP来提供；来提供；依靠特殊膜蛋白质依靠特殊

17、膜蛋白质(泵泵)的的“帮助帮助”；是逆电是逆电-化学梯度进行的。化学梯度进行的。分类分类：入胞入胞和和出胞出胞式转运。式转运。继发性主动继发性主动转运转运（简称：联合转运）；（简称：联合转运）；原发性主动转运原发性主动转运(简称：简称：泵转运泵转运)；如如:Na:Na+-K-K+泵、泵、CaCa2+2+-Mg-Mg2+2+泵、泵、H H+-K-K+泵等泵等1.1.原发性主动转运原发性主动转运（primary active transport primary active transport）是指细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或是指细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度

18、进行跨膜转运的过程。电位梯度进行跨膜转运的过程。当当 NaNa+i i KK+o o时时，都都可可被被激激活活，ATPATP分分解解产产生生能能量量，将将胞胞内内 的的 3 3个个 NaNa+移移至至胞胞外外和和将将胞胞外外的的2 2个个K K+移入胞内。移入胞内。Na+-K+Na+-K+泵泵又称又称Na+-K+-ATPaseNa+-K+-ATPase，简称钠泵。，简称钠泵。通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图维持维持NaNa+o o高高、KK+i i高高原先的不均匀分布状态原先的不均匀分布状态2K2K+泵至细胞内泵至细胞内;3Na;3Na+泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATP

19、ATP产生能量产生能量当当NaNa+i i/K/K+o o激活激活钠钠-钾泵钾泵:钠钠-钾钾泵泵的的活活动动意意义义：造造成成的的细细胞胞内内高高K K+浓浓度度是是胞胞质质内内许许多多反反应应所所必必需需的的；钠钠泵泵活活动动能能维维持持胞胞质质渗渗透透压压和和细细胞胞容容积积的的相相对对稳稳定定；NaNa+在在膜膜两两侧侧的的浓浓度度差差也也是是其其他他许许多多物物质质继继发发性性主主动动转转运运的的动动力力,是是NaNa+-Ca-Ca2+2+交交换换的的动动力力，在在维维持持细细胞胞内内CaCa2+2+浓浓度度的的稳稳定定中中也也起起重重要要作作用用,对对维维持持细细胞胞内内pHpH的的

20、稳稳定定具具有有重重要要的的意意义义；是是细细胞胞生生物物电电活活动动产产生生的的前前提提条条件件；可可增增加加膜膜内内电位的负值，在一定程度上影响静息电位的数值电位的负值，在一定程度上影响静息电位的数值.CaCa2+2+泵，质子泵泵，质子泵2.2.继发性主动转运继发性主动转运概念概念：间接利用间接利用ATPATP能量的主动转运过程。能量的主动转运过程。即即逆逆浓浓度度梯梯度度或或逆逆电电位位梯梯度度的的转转运运时时，能能量量非非直直接接来来自自ATPATP的的分分解解，是是来来自自膜膜两两侧侧离离子子浓浓度度差差，而离子差是泵分解而离子差是泵分解ATPATP释放的能量建立的。释放的能量建立的

21、3.3.出胞和入胞出胞和入胞 一一些些大大分分子子物物质质或或团团块块进进出出细细胞胞,是是通通过过细细胞胞本本身身的的吞吞吐吐活活动动进进行行的的,亦亦可可属属于于主主动动转转运过程。运过程。出胞出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内排指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。出的过程。主主要要见见于于细细胞胞的的分分泌泌过过程程：如如激激素素、神神经递质、消化液的分泌。经递质、消化液的分泌。入胞入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。的过程。分分 为：吞噬为：吞噬(phagocytosis)=(phagocytosis)=转运物质为固体转运物质为固体;

22、吞饮吞饮(pinocytosis)=(pinocytosis)=转运物质为液体，分为液相入胞转运物质为液体，分为液相入胞(fluid-phase endocytosis)(fluid-phase endocytosis)和受体介导入胞和受体介导入胞(receptor-(receptor-mediated endocytosis)mediated endocytosis)。分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被=分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物出胞出胞：囊泡膜与质膜的

23、某点接触并融合囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分囊泡的膜成为细胞膜的组成部分细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合=复合物复合物复合物向膜表面的复合物向膜表面的“有被小窝有被小窝”移移动动“有被小窝有被小窝”处的膜凹处的膜凹陷陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离=吞噬泡吞噬泡吞噬泡吞噬泡与与胞内体胞内体的膜性结构相融合的膜性结构相融合入胞入胞:复习思考题复习思考题1.1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？简述细胞膜物质转运有哪些方式？2.Na2.Na+-K-K+泵的作用意义？泵的作用意义？3.3.在一般生理情况下在一般生理情况下

24、每分解一分子每分解一分子ATP,ATP,钠泵运转可钠泵运转可使使()()A.2 A.2个钠离子移出膜外个钠离子移出膜外 B.2B.2个钾离子移入膜内个钾离子移入膜内 C.2C.2个钠离子移出膜外个钠离子移出膜外,同时有同时有2 2个钾离子移入膜内个钾离子移入膜内 D.3D.3个钠离子移出膜外个钠离子移出膜外,同时有同时有2 2个钾离子移入膜内个钾离子移入膜内 E.2E.2个钠离子移出膜外个钠离子移出膜外,同时有同时有3 3个钾离子移入膜内个钾离子移入膜内D D4 4、细胞膜的脂质双分子层是、细胞膜的脂质双分子层是()()A.A.细胞内容物和细胞环境间的屏障细胞内容物和细胞环境间的屏障 B.B

25、细胞接受外界和其他细胞影响的门户细胞接受外界和其他细胞影响的门户 C.C.离子进出细胞的通道离子进出细胞的通道 D.D.受体的主要成分受体的主要成分 E.E.抗原物质抗原物质5 5、葡萄糖进入红细胞膜是属于、葡萄糖进入红细胞膜是属于()()A.A.单纯扩散单纯扩散 B.B.主动转运主动转运 C.C.易化扩散易化扩散 D.D.入胞作用入胞作用 E.E.吞饮吞饮A AC C第二节第二节 细胞的信号转导细胞的信号转导 细细胞胞信信号号转转导导是是指指将将各各种种细细胞胞外外的的信信息息传传递递到到细细胞胞内内,并并引引发发细细胞胞生生理理效效应应的的过过程程；是是细细胞胞的的一一项项基基本本功能功

26、能,也是机体生命活动正常进行的必备条件。也是机体生命活动正常进行的必备条件。信信号号分分子子与与相相应应的的受受体体进进行行特特异异性性结结合合才才能能发发挥挥作作用用。受受体体(receptor)(receptor)是是指指能能与与信信号号分分子子特特异异性性结结合合而而发发挥挥信信号号传传导导作作用用的的蛋蛋白白质质。细细胞胞膜膜、细细胞胞浆浆和和细细胞核内均有受体，但一般说的受体是指膜受体。胞核内均有受体，但一般说的受体是指膜受体。多多细细胞胞生生物物体体必必须须具具备备完完善善的的信信号号转转导导系系统统以以协协调调其其正正常常的的生生理理功功能能。细细胞胞间间传传递递信信息息的的物物

27、质质多多达达几几百种：如递质、激素、细胞因子等。大体可分为两类百种：如递质、激素、细胞因子等。大体可分为两类:一类是疏水性类固醇激素、维生素一类是疏水性类固醇激素、维生素D D和甲状腺激素，和甲状腺激素，可直接透过细胞膜，与胞内受体相结合发挥作用；可直接透过细胞膜，与胞内受体相结合发挥作用；另一类是亲水性质的信号物质，只能作用于膜表面另一类是亲水性质的信号物质，只能作用于膜表面受体，再通过一系列反应经跨膜和细胞内的信号转受体，再通过一系列反应经跨膜和细胞内的信号转导导(signal transduction)产生生物学效应。产生生物学效应。跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与跨膜信号转导主

28、要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。根据细胞结合、信号转导、胞内效应等三个环节。根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分子的结构和功能的不膜上感受信号物质的蛋白质分子的结构和功能的不同，跨膜信号转导的途径大致可分为同，跨膜信号转导的途径大致可分为3 3类：类：G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 酶联型受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导 离子通道型受体介导的信号转导离子通道型受体介导的信号转导一、离子通道型受体介导的信号转导一、离子通道型受体介导的信号转导离子通道大体有：化学离子通道大体有：化学(递质门控通道、促离子型受递质门控通道、促离子型受

29、体体)、电压、机械性门控通道、电压、机械性门控通道化学性胞外信号化学性胞外信号(ACh)(ACh)ACh+ACh+受体受体=复合体复合体终板膜变构终板膜变构=离子通道开放离子通道开放NaNa+内流内流终板膜电位终板膜电位骨骼肌收缩骨骼肌收缩 二、二、G G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 (一）一）参与参与G G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子 包括包括G G蛋白耦联受体，蛋白耦联受体，G G蛋白，蛋白，G G蛋白效应器蛋白效应器和第二信使。和第二信使。1.G1.G蛋白耦联受体：蛋白耦联受体：指存在于细胞膜上的一类膜受体，指存在于细胞膜上

30、的一类膜受体，由于要通过由于要通过G G蛋白才能发挥作用，故称为蛋白才能发挥作用，故称为 G G蛋白耦联受蛋白耦联受体体(G protein-linked receptor),),促代谢型受体促代谢型受体(metabotropic receptor)7次跨膜受体次跨膜受体(7-transmembrane receptor)2.G2.G蛋白又称鸟苷酸结合蛋白蛋白又称鸟苷酸结合蛋白(guanine nucleotide-binding protein),包括多种类型，共同的特点是其中的包括多种类型，共同的特点是其中的亚单位同时具有结合亚单位同时具有结合GTP或或GDP的能力和的能力和GTP酶活性，

31、起着分子开关酶活性，起着分子开关(molecular switch)(molecular switch)的作用的作用 。3.G3.G蛋白效应器蛋白效应器(G protein effector)(G protein effector)：主要是指催化主要是指催化生成生成(或分解或分解)第二信使的酶及少量离子通道。包括腺苷第二信使的酶及少量离子通道。包括腺苷酸环化酶酸环化酶(AC)(AC)，磷脂酶，磷脂酶C(PLC),C(PLC),鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶(GC),(GC),磷磷酸二酯酶。酸二酯酶。4.4.第二信使：第二信使：是指激素、递质、细胞因子等信号分子作是指激素、递质、细胞因子等信号分子作用

32、于细胞膜后产生的细胞内信号分子，可把细胞外信息用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，可把细胞外信息转入胞内转入胞内(cAMP,IP(cAMP,IP3 3,DG,cGMP,Ca,DG,cGMP,Ca2+2+等等)。在这一跨膜信号转导过程中，首先是在细胞间传递在这一跨膜信号转导过程中，首先是在细胞间传递信息的化学物质（又称第一信使）与靶细胞膜受体结合，信息的化学物质（又称第一信使）与靶细胞膜受体结合，进而激活进而激活G G蛋白，不同的蛋白，不同的G G蛋白激活不同的效应器酶蛋白激活不同的效应器酶,产产生不同的第二信使生不同的第二信使,例如激活腺苷酸环化酶例如激活腺苷酸环化酶,使环磷酸腺使环磷酸腺苷苷(

33、c-AMP)(c-AMP)含量增加含量增加;激活磷脂酶激活磷脂酶C,C,使三磷酸肌醇使三磷酸肌醇(IP3),(IP3),二酰甘油二酰甘油(DA)(DA)含量增加。第二信使还有环磷酸鸟苷含量增加。第二信使还有环磷酸鸟苷(c-(c-GMP),Ca2+GMP),Ca2+等。第二信使含量的变化使细胞内等。第二信使含量的变化使细胞内蛋白激酶活性发生改变，从而影响细胞内生理蛋白激酶活性发生改变，从而影响细胞内生理过程。过程。膜外膜外N N端：识别、结合端：识别、结合第一信使第一信使膜内膜内C C端：激活端：激活G G蛋白蛋白(二二)G G蛋白耦联受体信号转导的主要途径蛋白耦联受体信号转导的主要途径神经递质

34、激素等神经递质、激素等（第一信使）（第一信使）兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S)激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶(AC)(AC)ATPATPcAMPcAMP（第二信使）（第二信使）细胞内生物效应细胞内生物效应激活激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶A A结合结合G蛋白耦联受体蛋白耦联受体激活激活G蛋白蛋白(与与、亚单位分离亚单位分离)1.cAMP1.cAMP信号通路信号通路膜外膜外N N端：识别、结合端：识别、结合第一信使第一信使膜内膜内C C端：激活端：激活G G蛋白蛋白2.2.磷脂酰肌醇信号通路磷脂酰肌醇信号通路(磷脂酶磷脂酶C C途径途径)激素激素（第一信使）（第一信使

35、G蛋白蛋白(G(Gi,Gqi,Gq)激活磷脂酶激活磷脂酶C C(PLC)(PLC)PIPPIP2 2(第二信使）第二信使）IPIP3 3 和和 DGDG激激 活活蛋白激酶蛋白激酶C C内质网内质网释放释放CaCa2+2+激活激活G蛋白蛋白(与与、亚单位分离亚单位分离)细胞内生物效应细胞内生物效应结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体级联反应级联反应三、酶联型受体介导三、酶联型受体介导的信号转导的信号转导 （一一）酪酪氨氨酸酸激激酶酶受受体体和和酪酪氨酸激酶结合型受体氨酸激酶结合型受体 受受体体本本身身具具有有酶酶的的活活性性，又又称称受受体体酪酪氨氨酸酸激激酶。酶。生长因子生长因子与受体酪氨酸激

36、酶结合与受体酪氨酸激酶结合细胞内生物效应细胞内生物效应膜外膜外N N端：识别、结合端：识别、结合第一信使第一信使膜内膜内C C端：具有酪氨酸激酶活性端：具有酪氨酸激酶活性受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示(二二)鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体(guanylyl cyclase receptor)膜外膜外N N端：识别、结合第一信使端：识别、结合第一信使膜内膜内C C端：具有鸟苷酸环化酶活性端：具有鸟苷酸环化酶活性特特点点：信信号号转转导导与与G G蛋蛋白白无无关关；无无第第二二信信使使的的产生；产生；GCGC激活依赖激活依赖cGMPcGMP的的PKGPKGcGM

37、PcGMPGTPGTP 各条信号转导途径之间存在着错综复杂的联系，各条信号转导途径之间存在着错综复杂的联系，形成信号网络形成信号网络(signaling network)或串话或串话(cross-talk)。复习思考题复习思考题 1.1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不同？不同？2.2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几种方式？比较各种方式之间的异同。几种方式？比较各种方式之间的异同。3.3.试述细胞信号转导的基本特征。试述细胞信号转导的基本特征。4.4.试比较试比较G G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之

38、蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间的异同。间的异同。5.5.概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、概述受体酪氨酸激酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。特点及其主要功能。概概 述述 恩恩格格斯斯在在100100多多年年前前就就指指出出：“地地球球上上几几乎乎没没有有一一种种变变化化发发生生而而不不同同时时显显示示出出电电的的变变化化”。人人体体及及生生物物体体活活细细胞胞在在安安静静和和活活动动时时都都存存在在电电活活动动，这这种种电电活活动动称称为为生生物物电电现现象象（bioelectricity）。细细胞胞生生物物电电现现象象是是普普遍遍存存在在的的，临临床床上上广广泛泛应应用用的

39、的心心电电图图、脑脑电电图图、肌肌电电图图及及视视网网膜膜电电图图等等就就是是这这些些不不同同器器官和组织活动时生物电变化的表现。官和组织活动时生物电变化的表现。第三节第三节 细胞的电活动细胞的电活动一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象静息电位静息电位：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的恒定电位差。外存在的恒定电位差。动作电位动作电位：细胞活动时，细胞膜内外存在的变化细胞活动时，细胞膜内外存在的变化的电位波动。的电位波动。2.RP2.RP实验现象：实验现象：（一）静息电位（一）静息电位(resting potentialresting potentia

40、l,RP)RP)的记的记录和数值录和数值 1 1.概概 念念 ：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。存在的电位差。2.2.实验现象实验现象：这种记录方法称为细胞内电位记录这种记录方法称为细胞内电位记录(intracellular potential recording)3.3.证明证明RPRP的实验：的实验：（甲甲）当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜外外，无无电电位位改改变变，证明膜外无电位差证明膜外无电位差。（乙乙）当当A A电电极极位位于于细细胞胞膜膜外外，B B电电极极插插入入膜膜内内时时，有有电电位位改改变变，证证明明膜膜

41、内内、外间有电位差外间有电位差。（丙丙）当当A A、B B电电极极都都位位于于细细胞胞膜膜内内，无无电电位位改改变变，证明膜内无电位差证明膜内无电位差。4.4.与与RPRP相相关的概念：关的概念：膜电位膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又称因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位为膜电位（membrane potential）。习惯叫法习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上因膜内电位低于膜外，习惯上RPRP指的是膜内负电位。指的是膜内负电位。极化极化(polarization):以膜为界，外正内负的状态。以膜为界，外正内负的状态。RPRP值值:哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为哺乳动物的神经、骨骼

42、肌和心肌细胞为-70-70-90mV-90mV，红细胞约为，红细胞约为-10mV-10mV左右。左右。RPRP值描述值描述:RP:RP膜内负电位膜内负电位(-70-90mV)=(-70-90mV)=超极化超极化RPRP膜内负电位膜内负电位(-70-50mV)=(-70-50mV)=去极化去极化去极化去极化(depolarization):膜内外电位膜内外电位差向小于差向小于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。超极化超极化(hyperpolarization):膜内外电膜内外电位差向大于位差向大于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。反极化反极化(contrapolariz

43、ation):细胞膜细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程。负的极性反转过程。超射超射(overshoot):膜电位高于零电膜电位高于零电位的部分。位的部分。复极化复极化(repolarization):去极化后再去极化后再向极化状态恢复的过程。向极化状态恢复的过程。化学现象化学现象 要要在在膜膜两两侧侧形形成成电电位位差差，必必须须具具备备两两个个条条件件：膜膜两两侧侧的的离离子子分分布布不不均均，存存在在浓浓度度差差；对离子有选择性通透的膜。对离子有选择性通透的膜。膜膜两两侧侧 K K+差差是是促促使使K K+扩扩散散的的动动力力，但但随随着着K

44、 K+的的不不断断扩扩散散，膜膜两两侧侧不不断断加加大大的的电电位位差差是是K K+继继续续扩扩散散的的阻阻力力，当当动动力力和和阻阻力力达达到到动动态态平平衡衡时时，K K+的的净净扩扩散散通通量量为为 零零 膜膜 两两 侧侧 的的 平平 衡衡 电电 位位(equilibrium potential)。通透膜通透膜选择性通透膜选择性通透膜（二）静息电位产生的机制（二）静息电位产生的机制(1)(1)静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀 NaNa+i iNaNa+o o110,K110,K+i iKK+o o301301 Cl Cl-i iClCl-o o114,

45、A114,A-i iAA-o o 41 411.1.静息电位的产生条件静息电位的产生条件主要离子分布：主要离子分布：膜内：膜内：膜外：膜外：(2)(2)静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：通透性：K K+ClCl-NaNa+A A-静息状态下细胞膜内外主要离子分布静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性及膜对离子通透性2.2.RPRP产生机制的膜学说产生机制的膜学说:静息状态下静息状态下细胞膜内外离子分布不均；细胞膜内外离子分布不均；细胞细胞膜对离子的通透具有选择性膜对离子的通透具有选择性:K K+ClCl-NaNa+A A-KK

46、 i i顺浓度差向膜外扩散顺浓度差向膜外扩散AA-i i不能向膜外扩散不能向膜外扩散 K K+i i、AA-i i膜内电位膜内电位(负电场负电场)K K+o o膜外电位膜外电位(正电场正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到动态平衡时当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP=RP结论结论:RPRP的产生主要是的产生主要是K K向膜外扩散的结果。向膜外扩散的结果。RPRP接近接近K+K+的平衡电位的平衡电位证明：证明：NernstNernst公式的计算公式的计算 E EK K=RT/ZF=RT/ZFlnKlnK+O O/K/K+i i =59.5 logK

47、 =59.5 logK+O O/K/K+i i 同同理理可可算算出出E ENaNa,因因K K+的的通通透透性性大大于于NaNa+近近100100倍倍,E,EK K的的权权重重明明显显大大于于E ENaNa,故故RPRP是是权权重重后后的的E EK K和和E ENaNa的的代代数和数和,非常接近于非常接近于E EK K。Hodgkin Hodgkin 和和 KatzKatz的实验的实验 在在枪枪乌乌贼贼巨巨大大神神经经纤纤维维测测得得RPRP值值为为-77mv,-77mv,与与NernstNernst公式的计算值（公式的计算值（-87mv-87mv）基本符合。）基本符合。人人工工改改变变KK+

48、O O/K/K+i i，RPRP也也发发生生相相应应改改变变，如如：轴轴突突管管内内置置换换等等张张Nacl,RPNacl,RP消消失失（即（即KK+i iRPRP）。）。总结：总结：影响静息电位水平的因素影响静息电位水平的因素:膜外膜外K K浓度浓度(膜对膜对K K+的通透性和膜内外的通透性和膜内外K K+浓度的变化）浓度的变化）；膜膜对对K K和和NaNa的相对通透性可影响静息电位的大小的相对通透性可影响静息电位的大小；钠钾泵活动的水平对静息电位也有一定钠钾泵活动的水平对静息电位也有一定程度的影响。程度的影响。（二）动作电位（二）动作电位(action potential AP)1 1.概

49、概 念念：可兴奋细胞受到适当的刺激，细胞膜可兴奋细胞受到适当的刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次迅速的可向周围传播的电在静息电位基础上发生一次迅速的可向周围传播的电位波动称为动作电位。位波动称为动作电位。2.AP2.AP实验现象：实验现象：去去 极极 化化上上 升升 支支下下降降支支3.3.动作电位的图形动作电位的图形刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极化零电位零电位反极化（超射）反极化（超射）复极化复极化（负、正）后电位（负、正）后电位4.动作电位的特征：动作电位的特征：具有具有“全或无全或无”的现象：即同一细胞的现象：即同一细胞上的上的AP大小不随刺激强度和传导距离而改大小不随

50、刺激强度和传导距离而改变的现象。变的现象。不衰减传播，是非衰减式传导的电位不衰减传播，是非衰减式传导的电位。脉冲式发放。脉冲式发放。动作电位的意义：动作电位的意义：AP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志。1.AP产生的产生的基本条件基本条件:膜两侧对离子的电化学驱动力：膜两侧对离子的电化学驱动力：NaNa+、KK+。形成形成内向、外向电流。内向、外向电流。膜在受到膜在受到阈刺激阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性即电压门控性NaNa+、K K+通道激活而开放通道激活而开放。动作电位的产生机制动作电位的产生机制2.动作电位期间细胞膜通透性的变化