生理学经典ppt第二章细胞

1第二章细胞的基本功能(ChapterTwoBasicFunctionofCell)呼海燕成都医学院生理教研室2亲水基团疏水基团蛋白质第一节细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的化学组成和分子结构脂质：液态分子，以双层排列构成细胞膜的骨架蛋白质：不同程度镶嵌在脂质双分子层中糖类：少量，以糖脂或糖蛋白形式存在细胞膜外34二、物质的跨膜转运是否需要蛋白质介导：单纯扩散膜蛋白介导的跨膜转运是否需要耗能分为：被动扩散：主动转运：单纯扩散易化扩散原发性主动转运继发性主动转运易化扩散主动转运出胞和入胞5（一）被动转运（Passivetransport）物质顺浓度差或电位差进行的跨膜转运，其能量来源于细胞膜两侧该物质的浓度差和电位差所释放出的势能，不需要额外供能。61.单纯扩散（simplediffusion）溶液中的一切分子，都处于不断的热运动中。高浓度区域中的溶质分子将向低浓度区域发生净移动，这种现象称为扩散（diffusion）。概念：脂溶性或脂溶性较高的小分子物质，通过扩散，由高浓度向低浓度方向的跨膜运动，称单纯扩散。7转运对象：脂溶性小分子物质(O2、CO2等)或少数水溶性小分子物质(水、乙醇、尿素等)转运方向：顺浓度差进、出细胞膜特点：不耗能扩散速率影响因素：浓度梯度、膜通透性、脂溶性大小和分子大小82.易化扩散（facilitateddiffusion）体内许多非脂溶性或脂溶性很低的物质，在膜蛋白质帮助下，顺浓度梯度和/或电位梯度进行的跨膜转运，称易化扩散。需通道蛋白或载体蛋白的参与1）以载体为中介的易化扩散2）以通道为中介的易化扩散9（1）以载体(carrier)为中介的易化扩散102）高度特异性3）饱和现象4）竞争性抑制转运物质：水溶性小分子物质，例如葡萄糖、氨基酸和核苷酸经载体跨膜转运。转运方向:顺浓度梯度分类：单物质转运,协同转运特点：1）不耗能，被动转运同向转运逆向转运11（2）以通道(channel)为中介的易化扩散12转运物质：带电离子转运方向：顺浓度梯度和(或)电位梯度特点：不耗能，被动转运转运带电离子的蛋白质称离子通道，简称通道。132）门控性：通道蛋白分子内可移动的结构或化学基团，在通道内起“闸门”作用。静息状态下，多数通道处于关闭状态，只有受到刺激时才发生分子构象的变化引起闸门的开放。离子通道的基本特征：离子选择性，门控特性1）离子选择性：每种通道都对一种或几种离子具有较高的通透能力，而对其他离子的通透性很小或不通透。14根据通道对不同性质刺激的反应，将通道分为以下几种：电压门控通道：膜电位改变时刺激通道开放化学门控通道：特异的化学物质能激活之机械门控性通道：机械刺激能激活之非门控型通道3）转运速度快于载体（106—108个/s)15161）电压门控性通道：通道的开、闭受膜两侧电位差控制。电压依从性钠通道22224444172）化学门控性通道：被神经递质或第二信使激活，故又称配体门控性通道。这类通道本身又被称为受体。1234123412341234αβγδα23aadgbreceptorreceptorIonChannelAChACh18（二）主动转运(Activetransport)细胞通过本身的耗能活动将某种物质逆浓度梯度和电位梯度的转运形式为主动转运。特点：转运物质为带电离子或小分子物质逆电-化学梯度进行耗能191.原发性主动转运由ATP直接供能的主动转运称为原发性主动转运。如：Na+-K+泵（Na+-K+依赖式ATP酶sodium-potassiumpump）逆浓度差将Na+由膜内移出膜外，K+由膜外移入膜内。20通道转运与钠-钾泵转运模式图21Na+-K+泵：转运Na+和K+偶联在一起Na+-K+依赖式ATP酶Na+泵每分解一分子ATP，释放的能量可转运出3个Na+，转进2个K+。细胞内K+约为细胞外的30倍细胞外Na+约为细胞内的10倍22钠泵又被称为Na+、K+依赖式ATP酶的原因：胞内Na+浓度升高或胞外K+升高时，都能激活之结果：细胞内高K+，细胞外高Na+钠泵活动对维持细胞正常功能具有重要的意义此外，还有钙泵、H+泵、I-泵等23Na泵活动的意义：1.细胞内高K+是胞质内许多代谢反应所必需。2.钠泵活动造成的膜内外Na+、K+的浓度差，是细胞生物电产生的前提条件。3.钠泵活动对于维持细胞内渗透压和细胞容积的稳定有重要意义。4.建立胞外高Na+的跨膜浓度梯度，为继发性主动转运提供势能储备5.生电性活动。242.继发性主动转运由ATP间接供能的称为继发性主动转运。又称联合转运（同向转运和逆向转运）。示意图25（三）入胞和出胞作用进入的物质为液体：吞饮进入的物质为固体：吞噬大分子物质或物质团块通过形成质膜包被的囊泡，借助膜的“运动”出入细胞。1.入胞作用：细胞外某些物质团块进入细胞的过程称为入胞（endocytosis）262.出胞作用：物质由细胞排出的过程称出胞（exocytosis）27第二节细胞的跨膜信号转导功能外界信号→膜？？？→细胞内功能变化——跨膜信号转导Transmembranesignalingtransduction一、离子通道型受体介导的信息转导（一）化学门控通道由化学物质控制通道的开关28例如：骨骼肌终板膜上的AChN2受体1234123412341234αβγδα23aadgbreceptorreceptorIonChannelAChACh29（二）电压门控通道由膜电位改变控制通道的开关膜电位达阈电位水平电压依从性钠通道22224444细胞外细胞内Na+30（三）机械门控通道机械运动改变控制通道开关内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时，引起其根部所在的膜变形，直接激活通道，改变其活动状态。31二、经膜受体蛋白、G-蛋白和膜效应器酶完成的信息转导当细胞外的第一信使（如某些激素及神经递质）与细胞膜上特异性受体结合后，激活细胞膜上的另一种蛋白质（G蛋白），激活的G蛋白再激活一种或多种效应蛋白（离子通道或酶），从而改变胞浆内第二信使物质的浓度，调节细胞多种生理活动。32RsGsbgaGTPGDPATPcAMPbgaGTPACProteinPKAATPADPPiPhysiologicalactivitiesmembraneplasma例：AC：腺苷酸环化酶PKA：蛋白激酶A信号物质33小结细胞膜的物质转运方式各种转运的概念、特点及意义341.载体中介的易化扩散产生饱和现象的机理是A跨膜梯度降低B载体数量减少C能量不够D载体数量所致的转运极限E疲劳2.钠泵活动最重要的意义是：A维持细胞内高钾B防止细胞肿胀C建立势能储备D消耗多余的ATPE维持细胞外高钙353．下述不属于载体易化扩散特点的是（）Ａ．高度特异性Ｂ．饱和现象Ｃ．电压信赖性Ｄ．竟争性抑制Ｅ．与膜通道无关4．物质顺电-化学梯度通过细胞膜属于（）Ａ．主动转运Ｂ．被动转运Ｃ．单纯扩散Ｄ．易化扩散Ｅ．吞噬作用365．细胞膜内、外正常的Na+和K+浓度差的形成和维持是由于（）Ａ．安静时，细胞膜对K+的通透性大Ｂ．兴奋时，膜对Na+的通透性增加Ｃ．Na+和K+易化扩散的结果Ｄ．细胞膜上载体的作用Ｅ．细胞膜上钠-钾泵的作用6．主动转运、单纯扩散和易化扩散的共同点是（）Ａ．物质均是以分子或离子的形式转运Ｂ．物质均是以结合形式通过细胞膜Ｃ．均为耗能过程Ｄ．均无不耗能过程】Ｅ．均依靠膜蛋白帮助37７．葡萄糖通过小肠粘膜吸收属于（）Ａ．单纯扩散Ｂ．载体易化扩散Ｃ．通道易化扩散Ｄ．继发性主动转运Ｅ．主动转运38第三节细胞的生物电现象39一、细胞的生物电现象（一）何谓静息电位？它是怎样产生的？0mV0mV-90mV细胞内记录-+00细胞外记录-+0401.静息电位（Restingpotential,RP）的概念概念：细胞安静状态时存在于细胞膜两侧的电位差(potentialdifferencethatexistsacrosshemembraneofacell)膜内较膜外为负，范围：-10~-100mV41膜外为正膜内为负的状态—极化polarization膜内电位负值的减小-----去极化depolarization膜内负电位值的加大-----超极化hyperpolarization极化膜内—负++++++++++++++--------------反极化复极化2.描述膜电位状态及其变化的几个重要概念膜外—正极化++++++++-----++++++----------+++++-------423.静息电位产生的机制1)两个条件:细胞膜内外离子分布不均细胞膜对离子的通透性不同静息时，细胞膜的通透性：K+＞Cl﹣＞Na+＞A﹣43Outsideinside3mmol/LK+140mmol/LK+145mmol/LNa+18mmol/LNa+120mmol/LCl－7mmol/LCl－44离子跨膜扩散的动力：离子的浓度差电位差电化学驱动力：二者的代数和为零时的膜电位-----平衡电位EkEk=RTZFln[K+]o[K+]i[K+]o[K+]iEK＝59.5log———(mV)452）形成机制46K+静息膜电位接近于钾离子的平衡电位K+K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0Ek+A-K+K+细胞膜内侧外侧K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+A-K+K+K+K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+A-K+K+K+K+A-A-A-A-A-A-K+K+K+K+0-+K+K+47总结RP的产生[K+]i[K+]o;在安静状态下膜主要对K+具有通透性K+顺电化学梯度向膜外扩散RP数值约等于K+的平衡电位48细胞膜对K+和Na+的扩散速率决定了静息电位的值骨骼肌和心肌的RP：-80~-90mV;平滑肌细胞的RP:-55mV影响静息电位的因素有：1)细胞外K+的浓度2)膜对K+和Na+的扩散能力3)Na+-K+泵的活动.49(二)何谓动作电位？它又是如何产生的？1.动作电位(Actionpotential,AP)的概念膜受刺激后在原有静息电位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速而可逆的倒转和复原。5051去极相和复极相超射（overshoot）细胞内记录0-+刺激器锋电位Spikepotential正后电位（超极化后电位）0mV-90mV插入细胞给予刺激负后电位（去极化后电位）后电位afterpotential52神经纤维AP形态：锋电位:spikepotential(AP的主要组成部分)去极化复极化后电位后去极化(负后电位)后超极化(正后电位)53内向电流：膜外正电荷流入膜内,引起膜去极化Na+内流，膜去极化外向电流：膜内正电荷流出膜外,引起复极化或超极化，如K+外流或Cl-内流542.动作电位的产生机制1)产生条件膜外高Na+,且电场力方向由外向内，故Na+有从膜外向膜内扩散的趋势。膜对Na+、K+的通透性随时间顺序变化，膜接受有效刺激后对Na+的通透性增强。552)产生过程去极化：Na+内流；复极化：K+外流AP形成前提：膜两侧Na+、K+离子不均衡分布563)产生机制去极相：Na+内流形成Na+平衡电位快速复极相：K+快速外流负后电位：K+外流减弱正后电位：Na+-K+泵活动增强（泵出的Na+﹥泵入的K+——生电性）57（1）全或无现象（allorno)（2）可扩布性（3）不衰减动作电位的产生是所有细胞兴奋的标志4）动作电位的特点583.引起动作电位的条件1)阈电位（thresholdpotential）的概念是可引发动作电位的临界膜电位值，或者是足以使膜上Na+通道突然大量开放的临界膜电位值。阈强度又可理解为：能使膜的静息电位去极化到阈电位水平的最小刺激强度59AP产生条件——膜去极化达到阈电位(thresholdpotential,TP)TP：膜上Na+通道大量开放，Na+大量内流，进而爆发AP的临界膜电位。TP较同一细胞RP的负值小10～15mV602)局部兴奋（localexcitation）概念阈下刺激引起受刺激膜局部出现的一个较小的去极化反应称为局部兴奋。膜电位