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1、第二章 细胞的基本功能,组成：脂质、蛋白质、糖类,结构：液态镶嵌模型 以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具不同结构和功能的蛋白质,（一）脂质双分子层 磷脂（70%）、胆固醇（30%）,由磷酸和碱基构成的亲水性极性基团 由两条较长的脂酸烃链构成的疏水性非极性基团,第一节 细胞膜的结构及物质转运功能 一、细胞膜的结构概述,P1,脂质特点：熔点低、体温下为液态 具有某种流动性和稳定性,（二）细胞膜的蛋白决定细胞的功能 表面蛋白：附着在膜表面 整和蛋白：贯穿膜的脂质双分子层,（三）细胞膜的糖类 量少，寡糖（糖蛋白或糖脂形式）,意义：作为细胞或所结合蛋白质的“标志” 表示免疫信息 与激素、递质或其他化
2、学信号结合,（一）概述,（1）细胞膜对物质有通透性,（2）动力：浓度差、电位差、渗透压差、泵,二、物质的跨膜转运,1物质转运的两个必备条件,2细胞膜转运的物质,（2）大分子物质: 如酶、激素、吞噬的细菌等,（1）小分子物质,（二）物质的跨膜转运形式,1.单纯扩散（simple diffusion） 气体（O2，CO2），P高P低,脂溶性物质由膜的高浓度一侧移到膜的 低浓度一侧,决定扩散通量的因素：浓度差，通透性,通透性：物质通过膜的难易程度,2.膜蛋白介导的跨膜转运 在膜上特殊蛋白参与下，物质由膜的一侧向膜的另一侧的转运。,载体：转运葡萄糖等，速度慢，选择性严格,通道：开放和关闭状态。离子（K
3、+、Ca2+、Na+）,1.通道介导的跨膜转运 特性：选择性、门控 （开放或关闭） 类型：电压门控通道 （如心肌细胞上的Na+通道） 化学门控通道 （如终板膜上的Na+通道） 机械门控通道 （如听毛细胞上纤毛的摆动 可引起离子通道开放 ）,2.载体介导的跨膜转运 特点：特异性、饱和性、竞争性抑制 （1）经载体的易化扩散（facilitated diffusion via carrier） 对象：小分子物质。不耗能 类型：同向转运 反向转运,（2）原发性主动转运（primary active transport） 通过耗能过程，逆浓度梯度将物质由低 浓度一侧转运到膜的高浓度一侧 钠钾泵,意 义
4、建立势能贮备 提供能量 造成细胞内外离子的不均衡分布 生物电产生的基础,P8,离子不均衡分布,高K+是胞质许多代谢反应所必需的 维持胞质渗透压和细胞容积相对稳定 维持细胞内pH的稳定 维持细胞内Ca2+浓度的稳定 可增加膜内负值，影响RP数值 是许多其他物质继发性主动转运的动力,钠泵的作用,4.继发性主动转运（secondary active transport）,5.出胞与入胞（exocytosis and endocytosis）,1.入胞：吞噬（固体） 吞饮（液体）液相入胞,2.出胞：神经末梢分泌递质，腺体分泌激素,逆浓度差转运时的耗能过程，不直接伴随ATP或其他供能物质的消耗。如葡萄糖
5、的吸收,P3,secondary active transport,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,一、由离子通道受体介导的跨膜信号转导,二、由膜的特异性受体蛋白质、G蛋白和 膜的效应器酶组成的跨膜信号转导,三、由酶耦联受体介导的跨膜信号转导,一、离子通道受体介导的跨膜信号转导 离子通道受体（促离子型受体）,1.化学门控通道（chemically-gated channel） 终板膜、神经细胞的突触后膜、以及嗅味感受细胞,2.电压门控通道（voltage-gated channel） 神经轴突、骨骼肌以及心肌的质膜上离子通道,3.机械门控通道（mechanically-gated channe
6、l） 血管壁的牵张刺激可激活平滑肌细胞的离子通道,化学门控通道,2.G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）,二、 G蛋白耦联受体介导的信号转导 （一）主要的信号蛋白,是受体与效应器间具有信息传导功能的蛋白，分激 活型G-蛋白（Gs）、抑制型G-蛋白（Gi）,1.G蛋白耦联受体 （receptor） 促代谢型受体，300-400个氨基酸组成，贯穿膜7 次。位于膜外的较长N-末端与识别和结合化学信号有 关；位于膜内侧的C-末端与激活G蛋白有关。,4. 第二信使：(second messenger) cAMP、cGMP、IP3、DG、Ca2+,3.G蛋白效应器 主要有腺苷酸环化酶、磷脂酶C、磷脂酶A2等，被 激
7、活（抑制）后导致膜内第二信使增多（减少）,（二）主要的G蛋白耦联受体信号传导途径： H + R Gs , AC（腺苷酸环化酶）cAMP PKA（cAMP-PKA系统）, PLC(磷脂酶C)生成IP3、DGCa内流 Ca-钙调蛋白激酶,化学信号 + 受 体,直接激活膜内肽段,三、酶耦联受体介导的跨膜信号转导,（一）酪氨酸激酶受体（TKR） 只有一个跨膜螺旋和一个较短的膜内片段,（二）鸟苷酸环化酶受体（GC） 只有一个跨膜螺旋，膜外侧有配体结合位点和膜内侧有GC结构域，可激活GC,第三节 细胞的生物电,一. 概 述,二. 静息电位,三. 动作电位,四. 局部兴奋,一、 概 述,（一）生物电(Bio
8、electricity) 可兴奋细胞膜内外两侧存在的跨膜电变化,组织器官：综合电活动 ECG、脑电、肌电等,受刺激时：动作电位,（二）分类,（三）生物电产生基础,有通透性：离子通道的开放,1产生机制： 带电离子（Na+、K+、Ca2+等）的跨膜转运,2离子跨膜转运的二个必备条件,有动力：膜内外离子不均衡分布,- 0 +,Diffusion,Inside,Outside,(a) Developing membrane potential,mV,Cell,90,Diffusion,Charge,Inside,Outside,Cell,(b) Electrochemical equilibrium,
9、mV,Potassium ion,Organic anion,- 0 +,P8,离子不均衡分布,膜通透性：膜允许某种物质从膜的一侧转移到另一侧的能力 膜电导 (G)：膜运送带电离子，形成离子电流的能力 电压钳（voltage clamp）：又叫电压固定 原理：欧姆定律 V=IR；膜电导 (G) = 1/膜电阻 (R) 跨膜离子电流 (I) = V/R = VG; 只要固定膜电位 (V), 测出的跨膜电流 (I) 的变化，既可反应膜通透性的改变 工具药： Na+通道阻断剂河豚毒 (tetrodotoxin, TTX) K+通道阻断剂 四乙基胺 (tetraethylammonium, TEA)
10、膜片钳 (patch clamp) 是一种记录膜结构中单一通道的开放和关闭，测量单通道离子电流I和电导G的技术,电压钳（voltage clamp）和膜片钳 (patch clamp)的应用,二、静息电位（resting potential，RP）,1定义：在安静时，存在于细胞膜内外两侧的电位差,2特点：内负外正、相对恒定,（一） 静息电位的特点及形成机制,3大小：哺乳类动物神经细胞和肌细胞 （-70 -90mv）,+ 0 -,Er = 70 - 75 mV,神经元静息电位的检测,膜内外301的K浓度差(动力),安静时K通道开放 (通透性),电位差（阻力）, K + 平衡电位,=,4产生机制,
11、总结：安静时，K+外流形成内负外正的Rp （F）,（二）几个概念 极 化（Polarization） 去极化（Depolarization） 超极化（Hyperpolarization） 复极化（Repolarization ）,Na+ channels,K+ channels,1. Resting state,2. Depolarization,3. Depolarization,4. Repolarization,Threshold,Resting,Resting,Resting,Resting,Resting,Threshold,Threshold,Threshold,Threshold
12、,5. Hyperpolarization,2分期（以神经细胞为例）,后电位,复极化（+30mV 0 -90mV）,三、 动作电位（active potential，AP ）,1定义：,（一）动作电位的分期及产生机制,P9,膜内外Na+浓度比约110 (动力),受刺激时Na+通道开放 ( 通透性),电位差（阻力）,Na+平衡电位,=,3产生机制,（1）去极化：细胞受刺激时 Na+通道开放， Na+快速内流（内正外负）,总结：去极相是由Na+内流形成,刺激 可兴奋细胞 动作电位 反应（兴奋和抑制）,（2）复极化：细胞去极化至一定程度 Na+通道关闭， K+通道开放，在K+浓度梯度的作用下 K+外
13、流，形成复极化,（3）后电位：钠泵排钠摄钾形成微小的电位波动,1兴奋性(Excitability)与兴奋（Excitation）,（二）动作电位和兴奋性,2刺激（Stimulus）,1）刺激三要素： 刺激强度、时间、强度-时间变化率,3）阈上刺激、阈刺激Ap反应 阈下刺激局部反应,（三）动作电位产生的条件,2阈强度(Threshold intensity) 衡量组织兴奋性高低的指标，与兴奋性成反比,膜去极化到一临界值，Na+通道爆发性开放产生动作电位，此膜电位值即阈电位,1“全或无”现象 （all-or-none） AP要么不产生（无）， 一旦产生即达最大（全）,（四）动作电位的特点,2不衰减
14、性传导,3脉冲式 因绝对不应期的存在，动作电位不可融合,1Na通道功能状态：激活、失活、关闭,（五）动作电位与Na通道功能状态,2组织细胞在受刺激产生AP过程中，其兴奋性的 周期性变化,3绝对不应期的意义： 决定两次兴奋的最小间隔时间,P7,钠通道的性状,（六）动作电位在同一细胞上的传导,局部电流流动学说（细胞膜依次产生AP的结果）,除此之外，还有缝隙连接,四、局部兴奋（局部反应、局部电位）,阈下刺激少量Na内流产生低于阈电位的去极化局部兴奋,1非“全或无”式 其大小随刺激强度的变化而变化,2电紧张扩布,3总和效应 时间性总和与空间性总和,（一）定义,（二）特点,第四节 肌细胞的收缩功能,一、
15、神经-肌肉接头处兴奋传递,二、骨骼肌的兴奋收缩耦联,三、骨骼肌收缩的分子机制,四、骨骼肌收缩的机械变化,五、骨骼肌收缩形式,Ap在神经纤维上传导,骨骼肌细胞兴奋、收缩过程：,一、神经-肌肉接头处兴奋传递,（一）神经-肌肉接头处结构,接头间隙：充满细胞外液,接头后膜（终板膜）：有Ach R、Na+、K+通道等,（二）兴奋传递过程,神经纤维上Ap 前膜前膜上Ca通道开放，Ca2+内流大量ACh释放至间隙结合于Ach-R，构型改变终板膜上离子通道开放Na内流 终板电位（局部电流）总和达到肌细胞的阈电位，钠通道开放并使邻近肌膜产生Ap，引起肌细胞收缩,1过 程,电（神经纤维上Ap）化学(Ach)电（骨
16、骼肌上Ap）传递,2传递特点,1）单向传递,2）时间延搁,3）ACh被胆碱酯酶水解失活,有机磷使胆碱酯酶失活大量ACh堆积 肌肉震颤,肉毒杆菌、美洲箭毒抑制ACh作用 肌肉松弛,二、骨骼肌的兴奋收缩耦联 （Excitation-contraction coupling）,（一）兴奋-收缩耦联概念 将肌细胞兴奋与肌纤维收缩连接起来的中介过程,（二）骨骼肌细胞在光镜下结构,3兴奋-收缩耦联过程 （以骨骼肌为例） F,肌膜Ap 至横管膜激活T管膜上的L型钙通道 ，L型钙通道变构使终池上Ca通道开放 Ca2+流入胞质 肌质中Ca2+ （关键耦联物）引起肌丝滑行收缩 Ca2+被肌质网上的钙泵回收，引起肌
17、细胞的舒张,三联体(Triad)：兴奋-收缩耦联的关键部位（F）,兴奋-收缩耦联过程 （以心肌细胞 为例）,肌膜Ap 至横管膜 激活T管膜上的L型钙通道 Ca2+内流，并激活JSR膜上的ryanodine受体使JSR内的Ca2+释放入胞质 胞质中Ca2+ （关键耦联物），与肌钙蛋白结合引起肌丝滑行收缩 Ca2+浓度升高，同时激活JSR膜上的钙泵， Ca2+被钙泵回收，使胞质中的Ca2+减少，引起肌细胞的舒张,钙触发钙释放(calcium-induced Ca2+ release) （F）,三. 骨骼肌收缩的分子机制,（一） 骨骼肌肌丝的分子结构,2细肌丝(thin filament)：由三种蛋
18、白组成（F）,1粗肌丝：由肌凝蛋白组成杆 + 头（横桥）,（1）肌动蛋白(actin),（2）原肌凝蛋白(tropomyosin),（3）肌钙蛋白(troponin) （钙受体）、（连接 ）、（actin),（三）滑行过程（F）,肌浆中Ca2+ Ca2+与亚基结合亚基传递信息原肌凝蛋白变构暴露横桥与肌动蛋白结合位点横桥与肌动蛋白结合拖动细肌丝向M线方向滑行肌肉收缩,（二）滑行学说(Sliding theory),肌肉收缩时，无肌丝缩短和卷曲， 是细肌丝在粗肌丝间滑行的结果,横桥周期,四. 骨骼肌收缩的机械变化,（一）影响骨骼肌收缩的因素,1前负荷（初长度）（Preload)（F）,1）定义：
19、肌肉收缩前遇到的负荷，并处于被拉长状态,2）长度-张力曲线： 反映初长度与肌肉收缩力关系的曲线,3）最适初长：肌肉产生最大张力时的初长度,2后负荷(Afterload),3肌肉收缩力(Contractility),肌肉收缩时遇到的阻力,张力-速度曲线 ： 反映后负荷与肌肉收缩力关系的曲线(F),1）定义： 与负荷无关的、决定肌肉收缩效能的内部功能状态,2）影响因素 神经-体液调节、药物、病理状态等,五.骨骼肌收缩形式,（一）按肌肉收缩时长度或张力变化分,1. 等长收缩：见于负荷肌张力，维持位置和姿势,2. 等张收缩：见于负荷 肌张力，造成肢体运动,（二）按刺激频率分,1. 单收缩(Single
20、 twitch) 1次刺激1次Ap 1次收缩， 潜伏期、收缩期和舒张期,2. 单收缩的复合（summation）（F）,特点： 肌张力随刺激频率增加而增大 ，且为单收缩的4-5倍,完全强直收缩(complete tetanus),P1,P3,P3,P4,P3,secondary active transport,P3,P7,钠通道的性状,P5,P10,P8,离子不均衡分布,P9,P11,P12,P13,P16,P17,Neuromuscular junction,P18,P19,P20,P21,P22,P23,P25,化学门控通道,The propagation of action potential,局部兴奋,F,