cellularphysiology.

-cellularphysiology--cellularphysiology-第一节细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的基本结构组成脂质双分子层、蛋白质、糖类-cellularphysiology-(一)脂质双分子层细胞膜的基本骨架磷脂(70%):磷脂酰胆碱、磷脂酰乙醇胺胆固醇(约30%)均为双嗜性分子-cellularphysiology-(二)蛋白质表面蛋白(20~30%)主要位于膜内表面整合蛋白(70~80%)一次或反复多次跨膜如载体、通道、离子泵、转运体等物质转运功能受体功能识别功能连接功能催化功能蛋白的功能-cellularphysiology-(三)细胞膜的糖类大多与膜蛋白或膜脂相结合形成糖蛋白或糖脂决定细胞抗原性的分子基础——特异性“标志”-cellularphysiology-二、物质的跨膜转运(一)单纯扩散脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度跨膜移动取决于膜两侧浓度差、电压差及膜通透性脂溶性高、分子量小的物质易通过转运的物质H2O、O2、CO2、乙醇、尿素等转运特点顺电-化学梯度不耗能不需载体-cellularphysiology-高浓度→低浓度不需耗能具有选择性通透性可改变(二)膜蛋白介导的跨膜转运1．易化扩散非脂溶性小分子物质，在特殊膜蛋白质帮助下，由高浓度向低浓度一侧转运的过程转运特点经通道易化扩散经载体易化扩散分类-cellularphysiology-经通道易化扩散通道蛋白功能可变通道转运的特点转运的物质Na+、K+等有选择性“闸门”调节激活失活备用通道转运的结果电化学势能平衡化学门控通道：N-Ach受体电压门控通道：Na+通道机械门控通道分类-cellularphysiology-电压依赖式门控通道-cellularphysiology-化学依赖式门控通道-cellularphysiology-经载体易化扩散结构特异性饱和现象竞争性抑制载体转运的特点转运的物质GS、AA-cellularphysiology-逆电-化学梯度耗能，ATP提供需要载体2．主动转运指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程转运特点原发性主动转运Na+-K+泵、H+-K+泵继发性主动转运分类-cellularphysiology-原发性主动转运细胞直接利用代谢产生的能量，将物质分子（或离子）逆浓度差和电位差跨膜转运的过程。Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）-cellularphysiology-维持胞外[Na+]高、胞内[K+]高的不均匀分布状态2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外分解ATP产生能量当胞内[Na+]↑/胞外[K+]↑激活Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）特异性阻断剂：哇巴因-cellularphysiology-Na+-K+的通道转动与泵转运过程-cellularphysiology-Na+-K+泵的生理作用是某些物质的逆浓度跨膜转运，如GS的继发性主动转运膜内外钠钾浓度差是生物电产生的基础形成细胞外高Na+、细胞内高K+胞内的K+是某些生化反应所必需维持胞浆渗透压和细胞容积，防止细胞水肿-cellularphysiology-继发性主动转运细胞利用钠的浓度势能将物质分子逆浓度差和电位差跨膜转运的过程需转运体协助同向转运体——同向转运逆向转运体——逆向转运-cellularphysiology-管腔侧以Na+－载体－葡萄糖复合物形式，与Na+同向转运入肠粘膜上皮细胞内；管底侧葡萄糖通过易化扩散方式进入血液，Na+则由钠泵转运至细胞间隙。葡萄糖的吸收-cellularphysiology-单纯离子载体原发性继发性扩散通道介导主动转运主动转运净移动方向高低高低高低低高低高膜两侧浓度相等相等相等不相等不相等是否用膜Pr不是是是是饱和现象无无有有有结构特异性无有有有有能量供给不需要不需要不需要ATP钠势能转运物质O2CO2离子极性分离子Gs、aa脂肪酸子:Gs各种跨膜转运机制的特征-cellularphysiology-入胞（三）入胞和出胞大分子物质进出细胞的方式-cellularphysiology-出胞-cellularphysiology-指外界信号作用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中一种或多种特殊蛋白质构型改变，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变。第二节细胞的跨膜信号转导跨膜信号转导概念-cellularphysiology-跨膜信号转导的环节胞外信号的识别与结合胞内信号转导胞内效应跨膜信号转导的方式G蛋白耦联受体介导的信号转导离子通道介导的信号转导酶耦联受体介导的信号转导-cellularphysiology-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一、离子通道介导的信号转导离子通道受体：化学/电压/机械门控通道，促离子型受体（骨骼肌）（心肌）-cellularphysiology-二、G-蛋白耦联受体介导的信号转导（一）参与G蛋白耦联受体跨膜信号转导的信号分子种类多，1000余种均有7次跨膜的α螺旋肽链结构胞外与配体结合，胞内与G蛋白结合1．G蛋白耦联受体——促代谢型受体-cellularphysiology-异源性三聚体蛋白+小G蛋白α亚单位具有结合GTP或GDP能力和GTP酶活性G蛋白的激活2．G蛋白——鸟苷酸结合蛋白-cellularphysiology-指催化生成（或分解）第二信使的酶重要的G蛋白效应器：腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）磷脂酶A2（PLA2）、鸟苷酸环化酶（GC）环磷酸鸟苷（cGMP）、磷酸二酯酶（PDE）某些离子通道3．G蛋白效应器（酶和离子通道）指作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子重要的第二信使：cAMP、cGMP、Ca+、IP3、DG4．第二信使-cellularphysiology-（二）G蛋白耦联受体信号转导的主要途径1．受体-G蛋白-AC途径（GS或GI）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)ATPcAMP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（PKA）-cellularphysiology-2受体-G蛋白-PLC途径激素（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（GiGq）（PIP2）---二磷酸磷脂酰肌醇-cellularphysiology-膜外段：与配体结合跨膜：α-螺旋膜内段三、酶耦联受体介导的跨膜信号转导（一）酪氨酸激酶受体受体激活酪氨酸残基磷酸化蛋白磷酸化（二）鸟苷酸环化酶受体-cellularphysiology-一、细胞膜的被动电学特征第三节细胞的生物电现象膜电容和膜电阻电紧张电位-cellularphysiology-1.概念：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。2.RP实验现象二、静息电位及其机制（一）静息电位(restingpotentialRP)-cellularphysiology-3.证明RP的实验（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。-cellularphysiology-4．静息电位各时期的膜电位状态内负外正，大小用负值表示。极化静息时，膜两侧的内负外正状态超极化膜内电位向负值变大的方向变化去极化膜内电位向负值减小的方向变化复极化由去极化或超极化向RP值恢复反极化膜内为正，膜外为负的状态-cellularphysiology-（二）静息电位产生的机制静息时膜内外各离子的浓度离子浓度（mmol/L）主要离子膜内膜外膜内与膜外离子比例膜对离子通透性Na+141421:10通透性很小K+155531:1通透性大Cl-81101:14通透性次之A-60154:1无通透性静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀1.静息电位的产生条件-cellularphysiology-静息状态下细胞膜内、外离子分布不匀1.静息电位的产生条件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--cellularphysiology-2.RP的产生机制[K＋]i顺浓度差向膜外扩散[A-]i不能向膜外扩散[K+]i↓、[A-]i↑→膜内电位↓(负电场)[K+]o↑→膜外电位↑(正电场)膜外为正、膜内为负的极化状态当扩散动力与阻力达到动态平衡时=RP结论:RP的产生主要是K＋向膜外扩散的结果。RP等于K+的平衡电位-cellularphysiology-（1）细胞外K+浓度胞外K+浓度升高，静息电位减小（2）膜对钠和钾的相对通透性（3）钠-钾泵的作用3．静息电位的影响因素-cellularphysiology-三、动作电位及其产生机制（一）细胞的动作电位(actionpotential，AP)细胞受到适宜刺激产生兴奋，使膜电位发生迅速变化的过程AP是膜两侧电位在RP基础上发生的一次可扩布的快速而可逆的倒转，是细胞兴奋的标志。-cellularphysiology-去极化上升支下降支动作电位的组成刺激局部电位阈电位去极化零电位反极化（超射）复极化（负、正）后电位-cellularphysiology-1.AP产生的基本条件①膜内外存在[Na+]差:[Na+]i＞[Na+]O≈1∶10；②膜在受到阈刺激而兴奋时，对离子的通透性增加：即电压门控性Na+、K+通道激活而开放。（二）动作电位的产生机制-cellularphysiology-2.电化学驱动力•电化学驱动力决定离子跨膜流动的方向和速度•离子在膜两侧受到的电化学驱动力是由该离子在膜两侧溶液中的浓度和膜电位决定•静息电位，Na+有很强的内向驱动力动作电位，K+有很强的外向驱动力-cellularphysiology-3.动作电位期间膜电导的变化•用电学测量直接测定动作电位期间膜对离子通透性的动态变化•利用电压钳技术使得膜电位能够得以固定在任一水平•通过这些研究技术的应用表明：在静息电位水平上迅速去极化可引起膜对离子通透心的快速变化-cellularphysiology-4.AP的产生机制当细胞受到刺激细胞膜上少量Na+通道激活而开放Na+顺浓度差少量内流→膜内外电位差↓→局部电位当膜内电位变化到阈电位时→Na＋通道大量开放Na+顺电化学差和膜内负电位的吸引→再生式内流膜内负电位减小到零并变为正电位（AP上升支）Na+通道关→Na+内流停+同时K+通道激活而开放K＋顺浓度差和膜内正电位的排斥→K＋迅速外流膜内电位迅速下降，恢复到RP水平（AP下降支）∵[Na+]i↑、[K+]O↑→激活Na+－K+泵Na+泵出、K+泵回，离子恢复到兴奋前水平→后电位-cellularphysiology-5.膜对离子通透性变化的机制•利用膜片钳技术观察单个离子通道活动：动作电位期间的膜电导的变化，膜电流的变化•钠通道至少存在三种功能状态：关闭（备用）、激活、失活-cellularphysiology-AP的产生实质上是受刺激后Na+、K+通道状态的改变。AP的上升支由Na＋内流形成，下降支是K＋外流形成的，后电位是Na＋-K＋泵活动引起的K+通道电压依赖式离子通道，有开、关两种状态。阻断剂：四乙基胺Na+通道电压及时间依赖式离子通道，有开、关、失活三种状态阻断剂：河豚毒素、局麻药AP等于Na＋的平衡电位。结论-cellularphysiology-“全或无”现象动作电位一旦产生就达到最大值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。不衰减传导(传播性好)脉冲式，不会重合不同细胞，AP的幅度和持续时间不同