第二章 细胞的基本功能基本内容 第一节 细胞膜的结构与物质转运 功能 第二节 细胞的跨膜信号转导功能 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩功能1细胞（cell）-机体的基本结构和功能单位。220世纪30s，膜结构假说: 小孔刚性膜结构20世纪中期，电镜技术发现，膜的三层结构 液态镶嵌模型液态镶嵌模型 19721972年，年，SingerSinger和和NicholsonNicholson一、细胞膜的基本结构特征一、细胞膜的基本结构特征第一节第一节 细胞膜的基本结构和物质转运功能细胞膜的基本结构和物质转运功能31.细胞膜的组成：脂肪+蛋白质+糖类 重量：蛋白质与脂质之比为 4114线粒体膜31，神经髓鞘膜为14 数量：脂质多于蛋白质10-100倍。42.液态镶嵌模型及其分子组成 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）的基本内容: 膜的共同结构特点是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和生理功能的蛋白质。 5 细胞膜构成主要成份v脂质双分子层亲水性极性基团（磷酸和碱基）疏水性非极性基团（长烃链）6脂质双分子层特点： 液态（同层横向移动的流动性） 稳定性意义：细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性。7vv膜蛋白质膜蛋白质 蛋白质肽链一次或多次穿越脂质膜 膜蛋白具有多种功能8 分类：依功能分：酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等 ；依存在形式分：表面蛋白、整合蛋白。 功能：以酶、载体、离子泵、通道、受体等形式参与代谢、物质转运、信号转导等功能9膜的糖类-分子标记或信息载体结构：寡糖和多糖链 糖蛋白或糖脂10二、细胞膜的物质转运机能 细胞的膜物质转运方式主要有 单纯扩散 diffusion 易化扩散 facilitated diffusion 主动转运 active transport 膜泡转运 vesicular transport 被动扩散主动扩散11（一）单纯扩散（simple diffusion）机体内的脂溶性物质顺浓度梯度等跨细 胞膜的转运过程。 物质：O2、CO2 、N2 、尿素等. 决定因素：物质的浓度差、膜的通透性.12（二）易化扩散（facilitated diffusion）概念:易化扩散指某非脂溶性物质或脂溶性较低的物质（在特殊蛋白质的帮助下）的顺浓度梯度的跨膜扩散。分类: 1.经载体的易化扩散:载体（carrier）: 贯穿脂质双层的整合蛋 白。物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。13 特点：顺浓度梯度转运； 饱和现象；结构特异性;竞争性抑制。142. 经通道的易化扩散指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。物质：Na+、 K+、 Ca2+、 H+、 Cl- 等。 通道类型（依离子选择性分）： 电压门控离子通道（Na+、K+、Ca2+等） 化学门控离子通道 (肌肉终板膜、突触后膜) 机械门控离子通道 (耳蜗毛细胞顶部) 15钠通道有三种基本状态备用状态激活状态失活状态16易化扩散与单纯扩散的不同点：易化扩散需要细胞膜特殊蛋白质协助完 成。易化扩散与单纯扩散的相同点：都是顺着浓度梯度或电位梯度进行，利 用势能，不消耗细胞代谢产生的能量，都属 于被动扩散。17(三)主动转运 主动转运 active transport 细胞膜通过消耗细胞释放的生物能，逆化学或电 位梯度跨膜转运物质的过程。 特点：耗能并逆电-化学梯度进行18 主动转运的分类：1）原发性主动转运（primary active transport ）本质为ATP酶，直接利用ATP释放的能量而实现的转运。如钠泵、钙泵等。2）继发性主动转运（secondary active transport）也称联合转运。19 钠-钾泵(Na+-K+依赖式ATP酶)l钠-钾泵的本质-是具有ATP酶活性的膜蛋白质，可分 解ATP释放能量，用以逆电-化学梯度跨膜转运Na+、K+l钠-钾泵的激活-细胞内的Na+和细胞外K+均可激活 其酶活性l生电性-即每分解一分子ATP可泵出3个Na+，同时泵入 2个K+20钠-钾泵活动的生理意义 保持细胞内外Na+和K+不均衡分布，为细胞电活动的发生提供势能储备 细胞内高K+是代谢活动的必要条件 维持细胞正常的渗透压及形态 建立Na+浓度势能储备，协助营养物质的继发性主动转运21继发性主动转运概念：指利用原发性主动转运建立的膜电-化学势能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。例：小肠腔、肾小管腔内Glucose和AA的转运；甲状腺细胞的聚碘。22(四)膜泡转运1.出胞/胞吐（exocytosis）指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或团块的排出过程。如腺细胞分泌、神经递质释放等.232.入胞/胞吞（endocytosis）与出胞相反。指细胞外某些物质团块进入细胞的过程。如白细胞对病毒、细菌的吞噬或吞饮等。24吞饮pinocytosis液体物质摄取 为吞饮 吞噬 phagocytosis固 体物质摄取为吞 噬入胞作用吞饮吞噬 25受体中介入胞作用指某些较大的物质分子或颗粒经膜 受体介导被转运至细胞内的过程。26第二节 细胞的跨膜信号转导功能以细胞膜蛋白质作为中介，参与将细胞外信息传递至细胞内的过程称为跨膜信号转导。27一、细胞间的信号传递一、细胞间的信号传递细胞间的信号传递大致分为两类：电传递化学传递28(一)缝隙连接处电传递(电传递)以局部电流的形式直接诱发相邻细胞的活动。29(二)化学传递化学信号物质作用于相应的靶细胞，调节靶细胞的功能。30 配体（ligand)：将信号从一种细胞传到另一种细胞，并能与细胞膜上的受体结合的化学物质称为配体 。 神经递质 激素 细胞因子 一氧化蛋（NO)根据化学组成不同分为：水溶性的和脂溶性的 。31 受体（receptor):细胞中能识别各种配体，并与其特异性结合，从而引起各种生物效应的蛋白质分子称为受体。 分类：膜受体、胞浆受体和核受体。离子通道受体G蛋白偶联受体酶偶联受体（或具有内在酶活性的受体）32二、跨膜信号转导系统几种主要的跨膜信号转导转导 途径（根据膜受体特征 ）（一）通道耦联受体介导的信号转导受体本身是离子通道的组成部分例如：神经肌肉接头处化学门控通道ACh33(二)G-蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导 G-蛋白是鸟苷酸结合蛋白的简称 是最大的细胞膜表面受体家族 系统组成有:膜受体、 G-蛋白、效应器酶、第二信使、蛋白激酶等。34 第二信使（second messenger)细胞内信使，目前已知的有： 环一磷酸腺苷(cAMP) 三磷酸肌醇(IP3) 二酰甘油(DG) 环一磷酸鸟苷(cGMP) Ca+35(三)酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路特点： 这些受体本身具有酶活性； 不需要G蛋白和第二信使参与； 催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸化，从而影响细胞功能。36第三节第三节 生物电现象与细胞兴奋性生物电现象与细胞兴奋性 37 细胞生物电现象可兴奋细胞无论处于安静状态还是活动状态，都具 有电活动现象。脑电图记录与脑电图(EEG)38 细胞水平的生物电现象主要有两种表现形式： 静息电位 resing potential, RP 动作电位 action potential, AP 细胞的生物电活动十分微弱，必须通过精密的电学测量仪器记录心电图(ECG)39一、静息电位及其产生机制 (一)静息电位的概念: RP-细胞在安静时存在于细胞膜两侧的电位差。通常表现为稳定的直流电位。 RP范围：10100mV. 骨骼肌细胞:90mV， 神经细胞:70mV，平滑肌细胞:55mV， RBC:10mV40 膜电位的描述极化 polarization细胞静息状态下，膜两侧所保持的内负外正的状态。去极化 depolarization静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化，称去极化或除 极化。反极化 reverspolarization正电荷过度增加，使膜内与膜外电位翻转(内正外负)的状态 。复极化 repolarization细胞去极化后，膜内电位下降，朝向原先极化状态恢复的过 程。超极化 hyperpolarization膜内电位的数值向膜内负值增大的方向变化称超极化 。4142(二)RP形成的机制-离子学说1.离子跨膜扩散的两个条件 膜两侧的离子浓度差 膜对离子的通透性43(1)静息状态下细胞膜内外Na+、K+分布不均衡细胞膜内(i) 、外(o)基本离子分布浓度比例K+iK+o (30:1) K+具有向膜外扩散的趋势Na+oNa+i (12:1) Na+具有向膜内扩散的趋 势CloCli细胞内为An-有机负离子44(2)静息状态下细胞膜对K+的选择性通透K+的通透性大 Na+的通透性极小Cl-的通透性极小An-有机负离子不通透45 可兴奋细胞在安静情况下膜对K+通透性 较高， 而 对其它离子，如Na+通透性较低，对有机负离子An-则不通透 膜内外K+浓度(化学)势能差驱动K+外向跨膜扩散， 而由于其向外扩散所造成的外正内负电场力又阻止其 进一步扩散 最终，促使K+ 外移的化学势能差与阻止K+外移的电 势能差相等，即电-化学力达到平衡， K+无跨膜净移 动时，已移出K+形成的跨膜电位即为EK， K+的平衡电 位2.RP形成的机制46 用Nernst公式计算的EK理论值与实测的RP非常接近. 式中EK= K+平衡电位R=气体常数T=绝对温度Z=离子价数F=法拉弟常数K+o/ K+i =细胞外液/细胞内液K+浓度3.RP产生机制的证明47有少量Na+内漏(极少; Cl-)；钠泵生电作用的影响（2-16mV） 改变膜外K+ RP ？一定范围,K+o RP,反之则反. 用四乙铵阻断K+通道RP或消失.48 细胞膜内外K+ Na+浓度差 细胞膜对K+ Na+的相对通透性 K+_ Na+泵活动水平3. 影响静息电位水平的因素49二、动作电位及其产生机制（AP）(一)AP的记录、特性、概念及意义标本：神经纤维501. AP概念：指给细胞一次有效刺激,在细胞膜RP基础上发生的一次快速而可逆的、可向远处传播的电位波动.2.AP意义：兴奋的标志, 传播信息, 触发各种外部活动.510 03. AP的波形及构成52动作电位组成 上升支 下降支 去极化后电位(负后电位) 超极化后电位(正后电位)锋电位锋电位 ( (ApAp的标志）的标志）后电位后电位53(二)AP产生机制1.条件： RP ； 膜两侧的离子浓度差 膜对离子的通透性： 先Na+后K+2. AP产生机制（过程）54 阈电位(threshold potential, TP)：膜去极化达到使Na+(或Ca2+)通道突然大量开放而爆发AP的临界膜电位值。 一般比RP小10 20mV. 阈电位的概念阈电位的概念55 内向离子流: 带正电的离子由膜外流入膜内,如Na+、Ca2+内流 外向离子流:带正电的离子由膜内流出膜外或带负电的离子由膜外流入膜内，如K+外流 、CI-内流Ca2+Na+K+CI-56除极相（上升支）阈刺激膜轻度除极，MP 部分Na+通道被激活、开放 Na+少量内流（内向电流）膜进一步除极，MP继续 MP达到TP 大量Na+通道被激活、开放 Na+在电化学力驱动下，大量快速内流，正反馈变化膜进一步快速除极，MP急mV +50mV（ ENa） Na+通道关闭失活，Na+停止内流动作电位产生机制57膜上的K+通道开放K+在电化学力驱动下外流（外向电流）膜复极，MPRP (EK)复极相（下降支）