细胞的基本功能.pps
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1、第二章 细胞的基本功能,本章重点: 1.物质跨膜转运的几种类型 2.静息电位和动作电位的形成及特点 3.骨骼肌神经肌接头处兴奋的传递 4.横纹肌的收缩机制及影响因素,第一节 细胞膜的结构和物质转运功能,一、细胞膜的结构液态镶嵌模型 (一)细胞膜的构成,脂质,磷脂(70),胆固醇(30),少量鞘脂,构成脂质双分子层,蛋白质,表面蛋白(20%30),整合蛋白(7080),作为受体、酶或转运蛋白等,糖类,多于膜蛋白或膜脂质结合,一、细胞膜的结构液体镶嵌模型,液态镶嵌模型(fluid mosaic model) 膜是以液态的脂质双分子层为基架,其间镶嵌着许多不同结构和功能的蛋白质。 由Singer 和
2、Nicholson于1972年提出的,液态镶嵌模型,二 、物质的跨膜转运,单纯扩散(simple diffusion) 概念 脂溶性的小分子物质直接通过膜脂质双层顺浓度差的跨膜转运 扩散的方向和速度取决于: 物质的脂溶性 膜两侧的物质浓度差 分子大小及电荷 特点:顺浓度差,不需要细胞提供额外的能量。,二 、物质的跨膜转运(续1),(二)膜蛋白介导的跨膜物质转运 易化扩散(facilitated diffusion) (1)概念 指非脂溶性或脂溶性很低的物质借助膜特殊蛋白质的帮助,从高浓度一侧向低浓度一侧的跨膜转运。 (2)分类 经载体介导的易化扩散 经通道介导的易化扩散,载体介导的易化扩散 主
3、要是指葡萄糖、氨基酸、核苷酸等物质的转运。 介导这一过程的膜蛋白载体 特点: 顺浓度梯度 饱和现象(saturation); 较高的结构特异性; 竞争性抑制,二 、物质的跨膜转运(续2),载体介导的易化扩散,二 、物质的跨膜转运(续2),通道介导的易化扩散 与带电离子的顺浓度差转运有关的扩散 介导这一过程的膜蛋白离子通道 离子通道是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。当孔道开放时,离子能经孔道以极快的速度从膜的一侧到达另外一侧。,二 、物质的跨膜转运(续2),通道介导的易化扩散 特点: 由于通道具有离子选择性分为:Na通道、K通道、Ca2通道和Cl通道等。 通道蛋白有开放和关闭两种
4、状态,开放的时间很短暂,开放时大量离子快速跨膜流动。 根据引起通道开放的条件不同,分为:电压门控通道、化学门控通道和机械门控通道,Na+通道的开放与关闭,Na,Na,Na,2.主动转运(active transport ) 指细胞直接利用代谢能量将物质逆电-化学 梯度由膜低浓度一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的过程。 分类:原发性主动转运 继发性主动转运 特点:介导主动转运的是离子泵,它可以将细胞内的ATP水解为ADP,并利用产生的能量使离子可以逆浓度梯度做跨膜转运。 最常见的是钠钾泵,二 、物质的跨膜转运(续4),原发性主动转运,原发性主动转运(Primary active transport)
5、 离子泵(ion pumps): Na+- K+泵 化学本质和功能特点 又叫Na+泵或Na+/K+依赖式ATP酶,当细胞膜 内Na+和膜外K+浓度升高时泵激活。 逆电-化学梯度转运,消耗ATP 每分解1分子ATP,将3个Na+移出至细胞外,2个K+移入细胞内。 Na+- K+泵活动的结果是细胞内K+浓度远远高于细胞外,细胞外Na+浓度远远高于细胞内。, 钠泵的生理意义 建立Na、K+势能储备,是产生生物电的基础 细胞膜外高Na,对维持胞浆渗透压和细 胞形态具有重要意义 膜内高K浓度,是胞质内许多代谢反应所必需的。 细胞外高Na,是NaH+交换,NaCa2交换的基础,对于维持细胞内pH值和胞内钙
6、的稳定起重要作用。 钠泵的活动为继发性主动转运提供能量,二 、物质的跨膜转运(续5),另外,机体内除了钠泵外,还有钙泵、氢泵和碘泵。,Na+- K+泵动画,继发性主动转运 (secondary active transport) 概念 通过Na+泵活动所形成的势能储备,用于其他物质的逆浓度差跨膜转运,即间接利用ATP能量的转运 类型 根据转运物质与Na扩散方向是否一致分: 同向转运溶质与Na+向同一方向转运 反向转运溶质与Na+逆向转运。,二 、物质的跨膜转运(续6),二 、物质的跨膜转运(续6),继发性主动转运的膜蛋白转运体 同向转运体 反向转运体 特点:逆浓度差转运,间接消耗能量 葡萄糖和
7、氨基酸在小肠粘膜上皮细胞的吸收以及在肾小管上皮细胞被重吸收的过程等均属于继发性主动转运。,(三)出胞和入胞 大分子物质或物质团块 出胞(endocytosis ) 胞内大分子物质以分泌囊泡的方式排出细胞的过程。 如:内分泌腺分泌的酶原颗粒,神经纤维末梢分泌的突触囊泡 入胞( exocytosis ) 大分子物质或物质的团块(细菌、细胞碎片等)借助于与细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程,二 、物质的跨膜转运(续7),二 、物质的跨膜转运(续7),入胞分类:,吞噬,固体团块或颗粒,吞饮,液相入胞,受体介导入胞,液相物质,出胞和入胞,几种跨膜转运的比较,名称,单纯扩散,物质,脂溶性的小分子
8、,方式,自由通过,顺浓度差,不耗能,易化扩散,主动转运,出胞和入胞,低脂溶性或非脂溶性的分子,低脂溶性或非脂溶性的分子,大分子或物质团块,借助于膜上特殊蛋白质,顺浓度差,借助于膜上的离子泵,如:钠钾泵,逆浓度差,分泌泡或吞噬泡、吞饮泡的方式,第二节,细胞的跨膜信号转导,几种重要的跨膜信号转导方式,(一)G蛋白耦联受体介导的信号转导 (二)离子通道受体介导的信号转导 (三)酶耦联受体介导的信号转导,(一)离子通道受体介导 的信号转导,种类: 化学门控通道 电压门控通道 机械门控通道,跨膜电流,带电离子跨膜移动,细胞功能改变,通 道 开 放,膜两侧电位改变,受体蛋白本身是离子通道,(一)离子通道受
9、体介导 的信号转导,化学门控通道,电压门控通道,(二)G蛋白耦联受体介导的信号转导,配体 (外来化学信号),受体,受体-配体,G蛋白,激活的G蛋白,G蛋白效应器 (酶或通道),激活的 G蛋白效应器,第二信使浓度改变,依赖于第二信使的酶或通道,激活或抑制,G蛋白效应器:AC、PLC等,第二信使:cAMP、IP3等,(二)G蛋白耦联受体介导的信号转导,1.受体G蛋白AC途径,G蛋白耦联受体实现的跨膜信号转导,2.受体G蛋白PLC途径,(三)由酶耦联受体介导的跨膜信号转导,1.酪氨酸激酶受体 2.鸟苷酸环化酶受体,特点:受体分子本身也具有酶的作用,不需要G蛋白参与,也就是说,受体与酶是同一个蛋白分子
10、,第三节,细胞的生物电现象,组织的兴奋和兴奋性,兴奋(excitation)指细胞对刺激发生反应的过程;或者说细胞在刺激下产生的一种电变化,这种电变化叫动作电位。 凡在受刺激后能产生动作电位的细胞,称为可兴奋细胞。 神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞 兴奋性 指细胞受刺激后产生动作电位的能力,刺激(stimulation):,能引起机体或其他组织细胞发生反应的环境变化。如:电刺激、化学刺激和机械刺激等。 能引起反应的刺激必须具备三个条件: 刺激的强度 刺激的持续时间 刺激强度对时间的变化率 刺激作用于某种特定的组织细胞,可分为适宜刺激和非适宜刺激。,阈强度(threshold inten
11、sity),又称阈值,即当刺激的作用时间和强度对时间的变化率恒定时,能引起组织细胞发生反应的最小刺激强度。 可作为衡量细胞兴奋性的指标。阈值低则组织兴奋性高,阈值高则组织兴奋性低。 阈刺激:相当于阈强度的刺激。它刚好能够引起细胞膜去极化达到阈电位,并爆发动作电位。 阈上刺激:刺激强度大于阈值的刺激。 阈下刺激:刺激强度小于阈值的刺激。,二、静息电位及其产生机制,(一)细胞的静息电位(resting potential,RP) 1.静息电位指细胞在未受刺激时(静息状态下)存在于细胞膜内外两侧的电位差,70 mV,细胞内记录,(一)细胞的静息电位(续1),2.静息电位的产生机制: 与细胞膜内外的离
12、子的不均匀分布和细胞膜的通透性有关 。,表41 哺乳动物骨骼肌细胞内、外主要离子的浓度,(一)细胞的静息电位(续2), 机制 神经纤维静息膜电位值接近K+的平衡电位。,膜两侧存在K+的浓度差 膜主要对K+有通透性,浓度差的驱动,K+ 外流,膜对有机负离子不通透,膜外高电位即电动势 阻止K+ 的进一步移动,浓度差的扩散力与膜外正电场的排斥力相等时, K+的净移动为零,K+达平衡弥散,此时的跨膜电位即K+平衡电位,其精确数值可按Nernst公式计算:,R:气体常数 T:绝对温度 Z:离子价 F:法拉第常数,R:气体常数 T:绝对温度 Z:离子价 F:法拉第常数,计算值比测定值稍高,主要是静息时有少
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