1、第二章 细胞(xbo)的基本功能,长治医学院生理学教研室 张翠英,第一页，共一百零七页。,研究:细胞(xbo)的结构和功能 即不同种类细胞在生命活动中表现出的共同规律（共性）,细胞(xbo)水平（以细胞(xbo)为研究对象）亚细胞水平（以细胞器为研究对象）分子水平（以组成细胞的分子为研究对象）,第二页，共一百零七页。,本章(bn zhn)主要内容,细胞膜的结构和物质转运功能细胞的信号转导细胞的电活动(hu dng)肌细胞的收缩,第三页，共一百零七页。,第一节 细胞膜的结构(jigu)和物质转运功能,细胞膜或质膜(cell membrane or plasma membrane)是半透膜，其作用
2、：使细胞进行新陈代谢；维持(wich)细胞内化学成分相对独立和稳定（细胞内高k+和磷酸盐，细胞外高Na+、Cl-、Ca2+、HCO3-）,第四页，共一百零七页。,一、膜的化学(huxu)组成和分子结构,膜的化学组成 脂质(lipid)14(w)磷 脂 磷脂酰胆碱（外）胆固醇 糖脂（外）（70%）磷脂酰乙醇胺(30%）磷脂酰丝氨酸 磷脂酰肌醇 蛋白质(protein)完成细胞膜功能(gngnng)41(w)糖类(sugar)作为细胞或蛋白质的标志膜的结构液态镶嵌模型(fluid mosaic model),第五页，共一百零七页。,液态镶嵌(xingqin)模型(fluid mosaic mode
3、l),以液态的脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同分子结构、因而也具有不同生理功能的蛋白质，后者主要(zhyo)以-螺旋或球形蛋白质的形式存在。,第六页，共一百零七页。,第七页，共一百零七页。,膜脂质,脂质分子是双嗜性分子，决定了膜的特性，即 稳定性（脂质以双分子层分布热力学最稳定）流动性（脂质熔点低）其大小(dxio)取决于 胆固醇含量 脂肪酸烃链长短及不饱和度 膜蛋白含量 故细胞膜可变形性大，可自动修复,第八页，共一百零七页。,膜蛋白,表面蛋白（20%30%）靠静电或离子键整合蛋白（70%80%）靠肽链穿越膜脂质双层 膜糖类(tn li)(寡糖或多糖链)糖蛋白糖脂 共价键,第九页，共一百
4、零七页。,二、物质(wzh)的跨膜转运,单纯扩散膜蛋白介导的跨膜转运 被动转运（不消耗ATP)经载体(zit)易化扩散 经通道易化扩散 主动转运（消耗ATP）原发性 继发性出胞和入胞,第十页，共一百零七页。,（一）单纯(dnchn)扩散,转运物质：脂溶性高、分子量小如CO2、O2、N2、乙醇(y chn)、甘油、尿素等能自由通过膜的物质（水极性小，不带电，高通透性）,特点：从高浓度向低浓度 不消耗ATP 扩散(kusn)量的大小取决于两侧浓度差,第十一页，共一百零七页。,（二）膜蛋白介导的跨膜转运(zhun yn),1经载体(zit)(carrier)易化扩散(facilitated diff
5、usion via carrier),转运(zhun yn)物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等,特点：从高浓度到低浓度 不消耗ATP 有饱和(saturation)现象 竞争性抑制(competitive inhibition),特例：肾小管上皮、小肠上皮转运葡萄糖、氨基酸属于继发性主动转运,第十二页，共一百零七页。,底物(d w)浓度,转运(zhun yn)速率,Vmax,1/2Vmax,Km,图2-2 经载体易化扩散的饱和(boh)现象Vmax 最大扩散速度 Km 米氏常数,第十三页，共一百零七页。,Km值反映载体蛋白(dnbi)对被转运物分子的亲和力及转运效率。Km值越小，表明亲和力及转运效
6、率越高，否则相反。单转运体 同向转运体 反向转运体（交换体）,载体(zit)蛋白（转运体）,第十四页，共一百零七页。,2经通道(tngdo)易化扩散(facilitated diffusion via ion channel),离子通道：贯穿(gunchun)膜脂质双层、中央带有亲水性孔道,转运(zhun yn)物质：带电离子如Na+、K+、Cl-、Ca2+等,特点：转运速率快（106108个/秒）载体103105个/秒 离子选择性（ionic selectivity)通道的功能状态受膜电位、化学信号、机械刺激等调控 即电压门控通道(voltage-gated ion channel)化学（配
7、体）门控通道(chemically-gated ion channel)机械门控通道(mechanically-gated ion channel),第十五页，共一百零七页。,图2-3 三种(sn zhn)类型通道,图2-1 不同(b tn)门控机制的离子通道A：电压门控通道；B：化学门控通道；C：机械门控通道,电压(diny)门控,化学门控,机械门控,第十六页，共一百零七页。,第十七页，共一百零七页。,第十八页，共一百零七页。,3.原发性主动转运（primary active transport)定义：细胞靠离子泵（ion pump)直接利用代谢产生(chnshng)的能量将物质逆浓度梯度或
8、电位梯度进行跨膜转运的过程。,1）钠-钾泵：(sodium-potassium pump)简称钠泵(sodium pump)本质(bnzh)：Na+-K+-ATP酶（膜蛋白）结构：图2-6作用：每分解1分子ATP将3个Na+移出胞外，同时将2个 K+移入胞内，结果K+胞内是胞外30倍，Na+胞外是胞内10倍左右。阻断剂：哇巴因,激活(j hu)条件：细胞内Na+浓度升高或细胞外K+浓度升高,第十九页，共一百零七页。,生理意义：建立一种势能贮备，供细胞其他耗能过程(guchng)利用（Na+-H+交换，Na+-Ca2+交换，易化扩散，继发性主动转运等）；产生和维持细胞内高K+、细胞外高Na+的状
9、态，是细胞产生生物电的基础；细胞内高K+为胞内代谢反应提供了适宜环境；,第二十页，共一百零七页。,是一种生电性泵；维持细胞(xbo)内pH相对稳定；维持细胞内正常的容积和渗透压。2）钙泵(即Ca2+-ATP酶，calcium pump)分布：质膜、内质网或肌质网膜上 作用：将1个Ca2+、2个Ca2+移出膜外3）质子泵 H+,K+-ATP酶（胃壁细胞）H+-ATP酶（各种细胞器膜）,第二十一页，共一百零七页。,图2-5 钠泵示意图,第二十二页，共一百零七页。,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,N,C,N,C,ATP磷酸化位点,ATP结合(jih)位点,钠结合(jih)位点,哇巴因结合(
10、jih)位点,钾结合位点,图2-6 钠泵的功能活动及分子结构示意图,第二十三页，共一百零七页。,4.继发性主动转运（secondary active transport)定义：是指某些物质逆浓度梯度的主 动转运过程，所需能量 间接来自(li z)ATP的 分解，也称联合转运,例：小肠粘膜(zhn m)上皮吸收葡萄糖、氨基酸；肾小管上皮重吸收葡萄糖、氨基酸。,第二十四页，共一百零七页。,紧密连接,钠泵,Na+,K+,钠泵,Na+,K+,Na+,葡萄糖,载体(zit),葡萄糖,Na+,氨基酸,载体(zit),氨基酸,小肠(xiochng)腔,肠上皮细胞,图2-7,第二十五页，共一百零七页。,(三）
11、出胞（exocytosis)和入胞(endocytosis)定义：出胞是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式(xngsh)排出细胞的过程。入胞是指大分子物质或物质的团块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。,吞饮分为(fn wi)液相入胞和受体介导入胞（如结合了Fe2+的运铁蛋白、低密度脂蛋白等）两种。,第二十六页，共一百零七页。,图2-8,第二十七页，共一百零七页。,图2-9,第二十八页，共一百零七页。,图2-10,图2-4 受体介导的入胞示意图,受体介导入胞示意图,第二十九页，共一百零七页。,小结(xioji)：物质的跨膜转运,（一）单纯扩散（二）膜蛋白介导的跨膜转运 被动
12、转运（不消耗ATP)经通道(tngdo)易化扩散 经载体易化扩散 主动转运（消耗ATP）原发性 继发性（三）出胞和入胞,第三十页，共一百零七页。,第二节 细胞(xbo)的信号转导,内环境(hunjng)、外环境(hunjng)化学信号（配体）物理信号 穿透胞膜 与胞膜受体结合 与胞内受体结合 跨膜信号转导生物效应 生物效应,第三十一页，共一百零七页。,递质,神经(shnjng)调节,体液(ty)调节,激素(j s),机械刺激,电刺激,电磁波,功能改变或电反应,几类结构同源的蛋白质，由相近基因家族编码,图2-11 跨膜信号转导,第三十二页，共一百零七页。,几种主要(zhyo)的跨膜信号转导方式一
13、、离子通道受体介导的信号转导,离子通道受体：具有接受细胞外信号（化学的、电的、机械的 的功能(gngnng)，又可以形成离子通道的膜蛋白。,类型(lixng)：化学门控通道（骨骼肌终板膜N2型Ach受体、神经元突触后膜及嗅、味感受细胞膜A型-氨基丁酸受体、甘氨酸受体）电压门控通道（神经轴突膜、骨骼肌和心肌细胞的质 膜中）机械门控通道（血管内皮细胞膜、血管平滑肌细胞膜、下丘脑渗透压感 受器神经元膜、内耳毛细胞顶端膜）,特点：跨膜信号转导速度快、反应位点较局限。,第三十三页，共一百零七页。,图2-12,第三十四页，共一百零七页。,二、G蛋白(dnbi)耦联受体介导的信号转导,（一）参与者：1.G蛋
14、白(dnbi)耦联受体,配体,G蛋白(dnbi),肾上腺素、受体，ACh M 受体，5-HT受体，嗅觉受体，肽类受体，视紫红质受体等1000种左右。,图2-13,第三十五页，共一百零七页。,2.G蛋白 Gs Gi Gq G12家族 小G蛋白（单一(dny)亚单位）,GDP,GTP,GDP,图2-14,第三十六页，共一百零七页。,GTP,GTP ase,GTP,GDP,活化(huhu)效应器酶,图2-15,第三十七页，共一百零七页。,图2-16,第三十八页，共一百零七页。,3.G蛋白(dnbi)效应器（催化生成第二信使的酶）及第二信使（细胞内信号分子）,主要有：G蛋白(dnbi)种类 效应器酶
15、第二信使 第二信使作用 Gs和Gi 腺苷酸环化酶(AC）cAMP 蛋白激酶A(PKA)Gi或Gq 磷脂酶C(PLC)三磷酸肌醇(IP3)内质网钙释放通道激活 二酰甘油(DG)蛋白激酶C(PKC)以第二信使发挥作用的胞外调节因子：多数激素、多数经典神经递质、肽类递质、光刺激、味、嗅等化学刺激,肝细胞(xbo)磷酸化酶激酶 糖原分解；心肌细胞(xbo)钙通道磷酸化；胃壁细胞(xbo)分泌增加,第三十九页，共一百零七页。,第四十页，共一百零七页。,（二）主要(zhyo)的G蛋白耦联受体信号转导途径,1.受体-G蛋白(dnbi)-AC途径配体+受体 Gi活化 AC抑制 cAMP Gs活化 AC活化 胞
16、浆中ATP cAMP（第二信使）PKA（丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶）激活 生物学效应,第四十一页，共一百零七页。,2.受体-G蛋白-PLC途径配体+受体 Gi/Gq 磷脂酶C(PLC)激活二磷酸磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇+二酰甘油（PIP2）（IP3）（DG）与肌（内）质网膜受体结合+Ca2+Ca2+（第二信使）释放入胞浆 PKC激活 Ca2+和CaM发挥(fhu)生理作用 生物学效应,第四十二页，共一百零七页。,（三）酶耦联受体介导的信号转导酶耦联受体：受体蛋白分子只有一个跨膜螺旋，其细胞膜外侧部分(b fen)有结合配体的位点，胞质侧本身具有酶的活性或可直接与胞质中的酶结合并激活之。,类型(lixng)：主要有酪氨酸激酶受体(tyrosine kinase receptor,TKR)和鸟苷酸环化酶受体(guanylyl cyclase receptor)两类。,第四十三页，共一百零七页。,1.酪氨酸激酶(jmi)受体（即受体酪氨酸激酶(jmi)）,结合(jih)配体,大部分生长因子胰岛素部分(b fen)肽类激素,本身有TK结构域或可结合并激活胞质中的TK,生物学效应（代谢、生长、增殖、分
