12级药学本科细胞的基本功能1PPT文档.ppt
目 录,1,第一节 细胞膜的物质转运功能第二节 细胞的跨膜信号转导第三节 细胞的生物电活动第四节 肌肉的收缩功能（自学）,1.掌握细胞膜的物质转运功能；2.熟悉由通道蛋白介导、膜的特异受体蛋白质、G蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号传导系统；3.掌握细胞的生物电现象及其产生机制；4.掌握细胞的兴奋和兴奋性,教学目的与要求,3,第一节 细胞膜的物质转运功能,一、细胞膜的结构概述 电镜下细胞膜形态：三层(7.5nm)内外两层电子致密带，各2.5nm 中间夹层为透明带，2.5nm化学组成：脂质 磷脂（70%）磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰丝氨酸、磷脂酰肌醇 胆固醇（30%）鞘脂类（少量）蛋白质 糖类,4,液态镶嵌模型（fluid mosaic model)1972年S.J.Singer 和G.Nicholson，冰冻蚀刻技术和免疫荧光标记技术 以液态的脂质双分子层为基本骨架，其中镶嵌着不同分子结构、具有各种生理功能的蛋白质。蛋白质主要以-螺旋或球蛋白质形式 存在。,5,6,（一）脂质双分子层,脂质分子结构：羟基+脂肪酸 羟基+脂肪酸 疏水性非极性基团 羟基+磷酸+碱基 亲水性极性基团,7,8,（二）细胞膜蛋白质,1.表面蛋白质：蛋白质肽链中带电的氨基酸或基团，与 膜两侧脂质的级性基团相互吸引而附着 在膜的表面2.整和蛋白质：有蛋白质肽链中某些疏水性氨基酸组成 的段落贯穿脂质双分子层,9,10,（三）细胞膜糖类 主要是寡糖和多糖链，与脂质或蛋白质结合，形成糖脂质或糖蛋白,11,12,二、细胞膜的跨膜物质转运功能,（一）被动转运（二）主动转运（三）出胞与入胞（胞纳与胞吐）,13,（一）被动转运(passive transport)概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。特点：不耗能（依赖电-化学梯度的势能）依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”顺电-化学梯度进行 分类：单纯扩散 易化扩散,14,扩散(diffusion):同种物质两种浓度的液体相邻 时，高浓度侧的溶质向低浓度侧移动的现象 高浓度区 低浓度区 细胞膜单纯扩散的物质：脂溶性物质（CO2、O2、脂溶性激素）影响因素：脂溶性程度、浓度差、膜的通透性,15,1.单纯扩散:脂溶性物质（CO2、O2、脂溶 性激素）2.易化扩散:借助细胞膜上的特殊蛋白质，使 物质从高浓度一侧向低浓度一侧移动 的形式。（1）通道介导的易化扩散（facilitated diffusion via ion channel）：（2）载体介导的易化扩散（facilitated diffusion via carrier）,16,特点：（1）由高浓度区向低浓度区扩散（2）不耗能,17,(2)特点:扩散速率高 无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用扩散通量（mol or mol数/min.cm2)表示。(3)转运的物质：O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固 醇类激素 等少数几种。注:膜对H2O具高度通透性 H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。,18,易化扩散:（1）通道介导的易化扩散：离子扩散相关 蛋白质-离子通道在细胞膜蛋白质的帮助 下，物质顺着电-化学梯度转运的过程。化学门控通道：膜两侧出现化学信号;电压门控通道：膜两侧的电位发生变化;机械门控通道：膜受到机械性刺激;,19,经通道的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,20,离子通道蛋白质的分子组成,离子通道-离子扩散相关膜蛋白质,21,（2）经载体的易化扩散,转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质,22,载体介导的易化扩散:在载体膜蛋白质的帮助下，物质顺着电-化学梯度转运的过程。易化扩散的特征：1）动力：物质自身的热运动；不需另外消耗 能量；2）饱和现象：载体和载体结合位点 3）特异性：帮助物质分子或离子移动的蛋白 质有结构特异性；4）竞争性：化学结构类似的物质之间；5)浓度和电压依从性：,23,(二)主动转运(active transport)指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。特点：需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；是逆电-化学梯度进行的。分类：原发性主动转运；如:Na+-K+泵、H+-K+泵等 继发性主动转运；入胞和出胞式转运。,24,1.泵转运Na+-K+泵(Na+-K+-ATPase),25,原发性主动转运：靠细胞膜上的特殊蛋白质，通过消耗能量，把物质逆着电-化学梯度 转运的形式钠-钾泵（sodium-potassium pump）：具有ATP 酶功能的膜蛋白，可ATP释放能 量，逆着浓度差将膜内的Na+向膜外、膜 外的K+向膜内转运。细胞膜内 K+30倍 细胞膜外 Na+12倍,钠泵的主要功能：1.造成胞内高K+为许多代谢反应所需。2.维持胞内渗透压和细胞容积。3.建立Na+的跨膜浓度梯度，为继发性主动转 运的物质提供势能储备。4.由钠泵造成的跨膜离子浓度梯度也是细胞发生 电活动的前提条件。5.生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的 负值增大。特异性抑制剂：哇巴因强心 钙泵：胞质Ca2+0.10.2mol 质子泵：H+-ATP酶，H+,K+-ATP酶,26,27,2.继发性主动转运：经载体易化扩散+主动转运 逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来自膜两侧Na+差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。同向转运：Na+-Glu、Na+-AA、Na+-K+-CI-逆向转运：H+-Na+、Na+-Ca2+,28,（三）出胞与入胞 大分子或固态，液态团快物质的跨膜转运方式 入胞（胞纳 endocytosis)吞噬（phagocytosis）：特殊细胞，单核细胞、巨噬细胞、中性粒细胞等 吞饮（pinocytosis）：几乎所有细胞 液相入胞：受体介导入胞：运铁蛋白、LDL等 出胞（胞吐 exocytosis),29,出胞,30,入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过 程，包括吞噬和吞饮。,31,第二节 细胞的跨膜信号转导,细胞之间信号的传递，通过激素、神经递质或细胞因子进行。这些都是化学信号。细胞间信号的作用方式：1、疏水性分子：可扩散入细胞内而发挥作用（类固醇激素-维生素D、甲状腺素等）2、亲水性分子：借助细胞膜上的受体或受体样 蛋白质，把信号传给细胞内。,32,几种主要的跨膜信号传递方式,一、G 蛋白耦联受体介导的信号转导 二、酶耦联受体介导的信号转导 三、离子通道受体介导的信号转导,33,一、G 蛋白耦联受体介导的信号转导 通过膜受体蛋白、G蛋白、G蛋白效应器、第 二信使共同完成信号的转导。（一）参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子 1.G蛋白耦联受体：2.G-蛋白：3.G蛋白效应器：4第二信使（second messenger）：5.蛋白激酶（protein kinase）：,34,1.G蛋白耦联受体：与到达膜表面的化学信号可特异性结合的 膜蛋白质，可激活G-蛋白。结构：蛋白质的N-末端由22-28个疏水性氨基酸 组成的-螺旋形成不具有通道样结构的球 形蛋白质（能识别、结合信号）；C-端与 膜内G-蛋白（鸟苷酸结合蛋白）有关,35,2.G-蛋白：由、3个亚单位组成，其中亚单 位起催化作用。当G-蛋白未被激活时，亚单位与一分子 GDP 结合，被激活时则与 GDP 分离，而与 GTP 结合，同时与其他亚单位分离，并影响效应 器酶的活性,36,3.G蛋白效应器：被激活后使胞浆中的第二信使生成增加或减少4第二信使（second messenger）：各种信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产 生的细胞内另一个信号分子（第二信使），把细胞外的信号传给细胞内的。,39,较重要的第二信使 环一磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate,cAMP）三磷酸肌醇（inositol triphosphate,IP3）二酰甘油（diacylglycerol,DG）环一磷酸鸟苷（cyclic guanosine monophosphate,cGMP）,40,5.蛋白激酶（protein kinase）：分类：根据他们磷酸化底物蛋白机制的差别 1）丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：2）酪氨酸蛋白激酶：,41,（二）G蛋白耦联受体信号转导的主要途径 配体（ligand）：能与受体结构或受体分子特异性结合的化学物质 众多的配体与受体结合后，仅通过几条有限的 途径把信号转导给细胞内，引发生物效应。较为重要的途径有：1cAMP-PKA途径：2IP3-Ca2+途径：3.DG-PKC途径:4.G-蛋白-离子通道途径:,42,43,(1)cAMP信号通路,神经递质、激素等（第一信使）,兴奋性G蛋白(GS),激活腺苷酸环化酶(AC),ATP,cAMP,细胞内生物效应,激活cAMP依赖的蛋白激酶A,结合G蛋白偶联受体,激活G蛋白,44,cAMP-PKA途径:参与该途径的G蛋白属于Gs和Gi家族。如果受体活化后激活的G蛋白属于Gs，可激活细 胞膜上的G蛋白效应器酶-腺苷酸环化酶(AC)，AC进一步分解ATP生成cAMP。*一个受体-配体复合物可激活100多个Gs蛋白，一个Gs蛋白可激活一个AC，一个AC可催化生 成多个cAMP.如果受体活化后激活的G蛋白属于Gi家族，则激 活后可抑制AC的激活,从而降低细胞内 cAMP 的水平。,45,(2)磷脂酰肌醇信号通路,激素（第一信使）,兴奋性G蛋白(GS),激活磷脂酶C(PLC),PIP2,(第二信使）IP3 和 DG,激 活蛋白激酶C,内质网释放Ca2+,激活G蛋白,细胞内生物效应,结合G蛋白偶联受体,46,IP3-Ca2+途径：一些配体与受体结合后，可经Gi家族或Gq家族 中的某些亚型激活磷脂酶C(PLC)，以后水解膜脂质 中的二磷酸磷脂酰肌醇产生两种第二信使；三磷酸 肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。IP3：可激活钙释放通道，使内质网或肌质网内的 钙离子释放入胞质。DG：留在细胞膜内，可激活胞质内的蛋白激（PKC）激活。以后，Ca2+和PKC进一步作用于下游的信号蛋白或功能蛋白，完成细胞内的信号转导。,47,47,PLC-IP3/DG-CaM pathway,48,48,(3)GC-cGMP-PKG pathway,49,二、酶耦联受体介导的信号转导（一）酪氨酸激酶受体：类型很多，主要的区别在其肽链的膜外部分 结构的共同性：膜外肽端-配体结合部位 膜内肽端-酪氨酸蛋白激酶 酪氨酸蛋白激酶的膜外端与配体结合时具有活性,可促进其他蛋白质底物中酪氨酸残基磷酸化-改变细胞的功能活动,50,51,（二）鸟苷酸环化酶受体 配体与受体结合即可激活鸟苷酸环 化酶（GC），进而发挥作用。如：ANP-GC-cGMP-PKG（三）结合酪氨酸激酶的受体 无酶的活性 如：EPO，GH，PRL,52,三、离子通道受体介导的信号转导 受体本身就是离子通道，某些外部信 号与受体结合即可改变通道的功能状态。类型：化学门控通道；电压门控通道；机械门控通道；激动剂(agonist)：拮抗剂(antagonist)：TTX，TEA,53,化学性胞外信号(ACh),ACh+受体=复合体,终板膜变构=离子通道开放,Na+内流,终板膜电位,骨骼肌收缩,54,第三节 细胞的生物电活动生物电现象(bioelectricity):人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象。,一、细胞的生物电现象 二、细胞的兴奋和兴奋性,55,一、细胞的生物电现象（一）静息电位及其产生机制（二）动作电位及其产生机制,56,57,RP实验现象：,58,59,（一）静息电位及其产生机制 静息电位：细胞未受刺激时存在于细胞膜内外的 电位差 特点：膜外为正、膜内为负(-10-100 mv)极化（polarization)：静息状态时存在的细胞膜内 为负膜外为正的状态 超极化（Hypepolarization)：膜内外电位差加大 低极化（Hypopolarization)：膜内外电位差减少,60,静息状态下细胞膜对离子的通透性具有选择性 通透性：K+Cl-Na+A-,61,静息电位产生机制 静息电位和K+平衡电位,62,静息电位的产生机制,1.细胞膜内外离子分布及其浓度差;膜外Na+高于膜内12倍;膜内K+高于膜外30倍2.安静状态下细胞膜只对K+有通透性;3.K+借浓度差,由细胞内向细胞外移动;4.K+的净移动停止,达到平衡.,
