1、第二章第二章 細(xì)胞的基本功能細(xì)胞的基本功能細(xì)胞是人體的基本功能單位。結(jié)構(gòu)功能不同，但有共同的細(xì)胞是人體的基本功能單位。結(jié)構(gòu)功能不同，但有共同的生理活動生理活動細(xì)胞生理學(xué)細(xì)胞生理學(xué)的主要內(nèi)容的主要內(nèi)容細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能細(xì)胞的生物電現(xiàn)象細(xì)胞的生物電現(xiàn)象肌細(xì)胞的收縮肌細(xì)胞的收縮第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能細(xì)胞細(xì)胞膜膜脂質(zhì)雙分子層：脂質(zhì)雙分子層：蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)：糖類糖類屏障作用屏障作用與物質(zhì)、能量和信與物質(zhì)、能量和信息的跨膜轉(zhuǎn)運有關(guān)。息的跨膜轉(zhuǎn)運有關(guān)。一、一、細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu)細(xì)胞膜的分子結(jié)構(gòu) 表面蛋白表

2、面蛋白 整合蛋白整合蛋白膜的結(jié)構(gòu)和組成膜的結(jié)構(gòu)和組成: :1972,Singer Nicholson ( fluid mosaic model )“液態(tài)鑲嵌模型”: 脂質(zhì)雙分子層脂質(zhì)雙分子層 + 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 在電鏡下可分為三層，總厚度約在電鏡下可分為三層，總厚度約7.5-10 nm。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)55%，磷脂類，磷脂類25%，膽固醇，膽固醇13%，其他脂，其他脂類類4%，少量糖類，少量糖類3%。(一一) 脂質(zhì)：脂質(zhì)： 磷脂、鞘脂、膽固醇、糖脂等：形成液態(tài)磷脂、鞘脂、膽固醇、糖脂等：形成液態(tài)雙分子層雙分子層(二二) 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì) 表面蛋白質(zhì)與整合蛋白質(zhì)：細(xì)胞骨架，識表面蛋白質(zhì)與整合蛋白質(zhì)：細(xì)胞骨

3、架，識別、酶、受體、轉(zhuǎn)運、載體、通道別、酶、受體、轉(zhuǎn)運、載體、通道(三三) 糖類糖類 主要為寡糖和多糖鏈：細(xì)胞的特異性主要為寡糖和多糖鏈：細(xì)胞的特異性“標(biāo)標(biāo)志志”受體識別、抗原決定簇受體識別、抗原決定簇二、跨細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運二、跨細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運質(zhì)膜對絕大多數(shù)極性分子是不通透的屏障（一）單純擴(kuò)散（一）單純擴(kuò)散(simple diffusion)1、擴(kuò)散：、擴(kuò)散：高濃度區(qū)域中的溶質(zhì)分子向低濃度區(qū)域移動。2、單純擴(kuò)散：、單純擴(kuò)散：脂溶性物質(zhì)分子按擴(kuò)散原理作跨膜運脂溶性物質(zhì)分子按擴(kuò)散原理作跨膜運 動或轉(zhuǎn)運。動或轉(zhuǎn)運。 3、某一物質(zhì)跨膜擴(kuò)散量的大小由膜兩側(cè)該物質(zhì)、某一物質(zhì)跨膜擴(kuò)散量的大小由膜兩側(cè)該物質(zhì)

4、的濃度差和的濃度差和通透性通透性（通過膜的難易程度：脂溶性（通過膜的難易程度：脂溶性的大小以及分子大小、所帶電荷）等決定。的大小以及分子大小、所帶電荷）等決定。 4、 O2, NO, CO2 乙醇等，水乙醇等，水=單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散+水通道水通道(二二)易化擴(kuò)散易化擴(kuò)散1. 經(jīng)載體易化擴(kuò)散經(jīng)載體易化擴(kuò)散高濃度高濃度低濃度低濃度溶質(zhì)溶質(zhì)載體載體載體變構(gòu)載體變構(gòu)結(jié)合位點結(jié)合位點其特點：其特點：(1)結(jié)構(gòu)特異性結(jié)構(gòu)特異性(2)飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象(3)競爭性抑制競爭性抑制 葡萄糖、氨基酸等 載體介導(dǎo)載體介導(dǎo) （Carrier mediated Carrier mediated diffusiondiffu

5、sion） 溶質(zhì)濃度與擴(kuò)散速度的關(guān)系(載體介導(dǎo))Vmax擴(kuò)散速度溶質(zhì)濃度特點： 結(jié)構(gòu)特異性 飽和現(xiàn)象 競爭性抑制2. 經(jīng)通道易化擴(kuò)散經(jīng)通道易化擴(kuò)散概念：帶電離子由通道蛋白的介導(dǎo)，順電化學(xué)梯概念：帶電離子由通道蛋白的介導(dǎo)，順電化學(xué)梯度的跨膜擴(kuò)散。度的跨膜擴(kuò)散。水水 相相 孔孔 道道通道通道離子離子高濃度高濃度低濃度低濃度離子通道：離子通道：貫穿脂質(zhì)雙貫穿脂質(zhì)雙層，中央帶有親水性孔道的層，中央帶有親水性孔道的膜蛋白。膜蛋白。Ca2+通道：通道：3種以上。種以上。 K+通道：通道：7種以上種以上。特性特性：（1）離子的選擇性：）離子的選擇性：每種通道對一種或幾種離子每種通道對一種或幾種離子 有較高有

6、較高 的通透性，對其他離子不易或不能通過。取決于孔道的口的通透性，對其他離子不易或不能通過。取決于孔道的口 徑、其內(nèi)壁的化學(xué)結(jié)構(gòu)和帶電狀況。徑、其內(nèi)壁的化學(xué)結(jié)構(gòu)和帶電狀況。 Na+通道、通道、K+通道、通道、Ca2+通道等。通道等。（2）門控（）門控（gating)特性：特性：通道內(nèi)的閘門通道內(nèi)的閘門(gate)樣結(jié)構(gòu)控制其樣結(jié)構(gòu)控制其 開放和關(guān)閉開放和關(guān)閉,其過程稱為其過程稱為 電壓門控通道（電壓門控通道（voltage-gated ion channel) ： 通道的開閉受膜兩側(cè)電位差控制通道的開閉受膜兩側(cè)電位差控制 化學(xué)門控通道（化學(xué)門控通道（chemically-gated ion c

7、hannel) 通道的開閉受某些化學(xué)物質(zhì)控制通道的開閉受某些化學(xué)物質(zhì)控制 機(jī)械門控通道（機(jī)械門控通道（mechanically-gated ion channel) 機(jī)械變化導(dǎo)致通道的開閉機(jī)械變化導(dǎo)致通道的開閉離子通道的選擇性離子通道的選擇性離子通道離子通道開放和關(guān)閉開放和關(guān)閉 被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運特點：特點： （1 1）其動力來自物質(zhì)自身的熱運動。其動力來自物質(zhì)自身的熱運動。 （2 2）由高濃度移向低濃度：有選擇性）由高濃度移向低濃度：有選擇性 （3 3）通透性可改變）通透性可改變 被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運(passive transport) ：不消耗能量，順濃度或：不消耗能量，順濃度或電位梯度的轉(zhuǎn)運

8、：電位梯度的轉(zhuǎn)運：經(jīng)載體和通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散經(jīng)載體和通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運(active transport)：消耗能量，逆濃度或電位：消耗能量，逆濃度或電位梯度的轉(zhuǎn)運梯度的轉(zhuǎn)運 主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運 Active transport低濃度向低濃度向高高濃度轉(zhuǎn)運濃度轉(zhuǎn)運 被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運 Passive Passive transporttransport高濃度向低濃度轉(zhuǎn)運高濃度向低濃度轉(zhuǎn)運 3.原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運1. 概念：概念：細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將某種物質(zhì)細(xì)胞直接利用代謝產(chǎn)生的能量將某種物質(zhì) 逆電逆電化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運的過程。化學(xué)梯度進(jìn)行跨膜轉(zhuǎn)運的過程。 介導(dǎo)這

9、一過程的膜蛋白稱為離子泵介導(dǎo)這一過程的膜蛋白稱為離子泵(ion pump) 具有水解具有水解ATP的能力，稱為的能力，稱為ATP酶。酶。 2. 鈉鈉-鉀泵鉀泵 在哺乳動物細(xì)胞膜上普遍存在在哺乳動物細(xì)胞膜上普遍存在 鈉泵，鈉泵，Na+-K+依賴式依賴式 ATP酶酶（1）激活：細(xì)胞內(nèi)）激活：細(xì)胞內(nèi)Na + 或細(xì)胞外或細(xì)胞外K+ （2）效應(yīng)：）效應(yīng)：Na+-K+泵（鈉泵）泵（鈉泵）2K+高高K+（高（高 30倍）倍） 高高Na+（高（高10倍）倍）每分解每分解1分子分子ATP3Na+Na+-K+ 泵的結(jié)構(gòu)（3）Na+泵的生理意義泵的生理意義 Na+泵活動泵活動建立勢能儲備（建立勢能儲備（膜內(nèi)外的Na

10、+、 K+濃度差） 以供其他耗能過程利用以供其他耗能過程利用 例如：例如： 是生物電活動的前提是生物電活動的前提； 膜內(nèi)高膜內(nèi)高K+是許多代謝過程的必須條件是許多代謝過程的必須條件 維持胞質(zhì)滲透壓維持胞質(zhì)滲透壓細(xì)胞容積、細(xì)胞容積、PH和細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞內(nèi)Ca+穩(wěn)定穩(wěn)定 膜內(nèi)外的膜內(nèi)外的Na+濃度差是其他物質(zhì)繼發(fā)主動濃度差是其他物質(zhì)繼發(fā)主動 轉(zhuǎn)運的動力轉(zhuǎn)運的動力 生電性的，影響靜息電位生電性的，影響靜息電位 鈣泵，等 4. 繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運概念概念： 間接利用間接利用ATP能量的主動轉(zhuǎn)運過程。多是利用能量的主動轉(zhuǎn)運過程。多是利用 Na+在膜內(nèi)外的濃度勢能差進(jìn)行。需要膜上的在膜內(nèi)外的濃度勢

11、能差進(jìn)行。需要膜上的 轉(zhuǎn)運體蛋白的幫助轉(zhuǎn)運體蛋白的幫助同向轉(zhuǎn)運體同向轉(zhuǎn)運體反向轉(zhuǎn)運體（交換體）反向轉(zhuǎn)運體（交換體）主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別主動轉(zhuǎn)運與被動轉(zhuǎn)運的區(qū)別主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運被動轉(zhuǎn)運需由細(xì)胞提供能量需由細(xì)胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆電逆電-化學(xué)勢差化學(xué)勢差順電順電-化學(xué)勢差化學(xué)勢差使膜兩側(cè)濃度差更大使膜兩側(cè)濃度差更大使膜兩側(cè)濃度差更小使膜兩側(cè)濃度差更?。ㄈ┏霭腿氚ㄈ┏霭腿氚蠓肿?、物質(zhì)顆粒（固態(tài)或液態(tài)）的跨膜轉(zhuǎn)運大分子、物質(zhì)顆粒（固態(tài)或液態(tài)）的跨膜轉(zhuǎn)運出胞：細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的出胞：細(xì)胞內(nèi)的大分子物質(zhì)以分泌囊泡的形式排出細(xì)胞的過程形式排出細(xì)胞的過程粗面內(nèi)

12、質(zhì)粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)網(wǎng)排出排出（囊泡膜成為（囊泡膜成為細(xì)胞膜的一部分細(xì)胞膜的一部分）融合，破裂融合，破裂囊泡的移動囊泡的移動受調(diào)節(jié)受調(diào)節(jié)Ca 2+ 內(nèi)內(nèi)流觸發(fā)流觸發(fā)。不間斷不間斷地排出地排出入胞：入胞： 概念：大分子物質(zhì)借助吞噬泡或吞飲泡進(jìn)入概念：大分子物質(zhì)借助吞噬泡或吞飲泡進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的過程細(xì)胞內(nèi)的過程 類型：吞噬：物質(zhì)顆粒進(jìn)入細(xì)胞，吞噬泡大，類型：吞噬：物質(zhì)顆粒進(jìn)入細(xì)胞，吞噬泡大， 特殊細(xì)胞特殊細(xì)胞 吞飲：吞飲泡小，所有細(xì)胞吞飲：吞飲泡小，所有細(xì)胞 液相入胞：外液液相入胞：外液+溶質(zhì)連續(xù)不斷進(jìn)入細(xì)胞溶質(zhì)連續(xù)不斷進(jìn)入細(xì)胞 受體介導(dǎo)入胞：十分有效的轉(zhuǎn)運方式受體介導(dǎo)入胞：十分有效的轉(zhuǎn)運方式 許多大分子物質(zhì)

13、進(jìn)入細(xì)胞許多大分子物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞 采用此方式采用此方式入胞入胞再循環(huán)小泡再循環(huán)小泡細(xì)胞細(xì)胞膜可反膜可反復(fù)循環(huán)使用復(fù)循環(huán)使用低低PH胞內(nèi)體胞內(nèi)體內(nèi)移內(nèi)移吞飲小泡吞飲小泡附膜蛋白附膜蛋白受體受體復(fù)衣凹陷復(fù)衣凹陷單純擴(kuò)散單純擴(kuò)散易化擴(kuò)散易化擴(kuò)散主動轉(zhuǎn)運主動轉(zhuǎn)運出入胞出入胞物質(zhì)物質(zhì)脂溶性脂溶性非脂溶性非脂溶性非脂溶性非脂溶性大分子大分子方向方向高低高低高低高低低高低高出入胞出入胞途徑途徑脂質(zhì)雙層脂質(zhì)雙層通道、載體通道、載體生物泵生物泵耗能耗能不耗能不耗能不耗能不耗能耗能耗能耗能耗能特點特點快快特異特異特異特異無飽和無飽和飽和飽和競爭性競爭性小小 結(jié)結(jié)第二節(jié)第二節(jié) 細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜

14、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概念跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)概念各種外界信號（除少數(shù)可進(jìn)入細(xì)胞外），作用到膜各種外界信號（除少數(shù)可進(jìn)入細(xì)胞外），作用到膜表面表面膜內(nèi)蛋膜內(nèi)蛋 白分子變構(gòu)，將信息以新的信號形白分子變構(gòu)，將信息以新的信號形式傳遞到膜內(nèi)式傳遞到膜內(nèi)再引發(fā)靶細(xì)胞功能的改變，這個過再引發(fā)靶細(xì)胞功能的改變，這個過程稱為程稱為受受 體體 定義：能夠識別和選擇性結(jié)合某種配基（信號定義：能夠識別和選擇性結(jié)合某種配基（信號分子）的大分子。通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，將膜外的信分子）的大分子。通過信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，將膜外的信號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理信號，產(chǎn)生一系列生號轉(zhuǎn)換為胞內(nèi)化學(xué)或物理信號，產(chǎn)生一系列生物學(xué)效應(yīng)物學(xué)效應(yīng) 多為糖蛋白，包括兩個功能區(qū)：多為糖蛋

15、白，包括兩個功能區(qū)： 與配基結(jié)合的區(qū)域結(jié)合特異性與配基結(jié)合的區(qū)域結(jié)合特異性 產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域效應(yīng)特異性產(chǎn)生效應(yīng)的區(qū)域效應(yīng)特異性 細(xì)胞上存在的部位分為：細(xì)胞上存在的部位分為： 細(xì)胞內(nèi)受體細(xì)胞內(nèi)受體 細(xì)胞表面受體細(xì)胞表面受體各種各種外界外界刺激刺激跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜細(xì)胞膜變化變化或其他或其他細(xì)胞細(xì)胞內(nèi)功能內(nèi)功能變化變化種類非常多種類非常多其途徑為數(shù)不多，其途徑為數(shù)不多，作用形式較類似，作用形式較類似，涉及的膜蛋白也涉及的膜蛋白也為數(shù)不多。為數(shù)不多。因不同的細(xì)胞因不同的細(xì)胞而異而異細(xì)胞膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑細(xì)胞膜受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑 G-G-蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)

16、 離子通道偶聯(lián)受體離子通道偶聯(lián)受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 酶偶聯(lián)受體酶偶聯(lián)受體-酪氨酸激酶受體酪氨酸激酶受體的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)一、一、G蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通過膜受體、通過膜受體、G蛋白、蛋白、G蛋白效應(yīng)器蛋白效應(yīng)器和第二信使等膜上和胞質(zhì)中的信號和第二信使等膜上和胞質(zhì)中的信號分子的活動實現(xiàn)的分子的活動實現(xiàn)的。G蛋白偶聯(lián)受體蛋白偶聯(lián)受體(促代謝型受體促代謝型受體)G蛋白蛋白(Gs,Gi,Gq, G12)G蛋白效應(yīng)器蛋白效應(yīng)器(AC,PLC,PLA2,GC,PDE)第二信使第二信使(cAMP,IP3,DG,cGMP,Ca2+) 第一信使（激素、遞質(zhì)、細(xì)胞因子）第一信

17、使（激素、遞質(zhì)、細(xì)胞因子） G蛋白耦聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白耦聯(lián)受體跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 第二信使（細(xì)胞內(nèi)第二信使（細(xì)胞內(nèi)cAMP、IP3、DG、 cGMP和和Ca+ ） 靶蛋白（蛋白激酶、離子通道）靶蛋白（蛋白激酶、離子通道） 細(xì)胞功能改變細(xì)胞功能改變G蛋白蛋白受體受體G蛋白蛋白G蛋白蛋白效應(yīng)器效應(yīng)器G-G-蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號傳遞的途徑蛋白耦聯(lián)受體介導(dǎo)的信號傳遞的途徑信號分子與受體結(jié)合信號分子與受體結(jié)合激活激活G-G-蛋白蛋白（亞單位同其他兩個亞單位分離并具有催化活性）亞單位同其他兩個亞單位分離并具有催化活性）腺苷酸環(huán)化酶改變腺苷酸環(huán)化酶改變(AC)cAMP濃度的改變濃度的改變產(chǎn)生廣泛的生物效應(yīng)。

18、產(chǎn)生廣泛的生物效應(yīng)。磷脂酶磷脂酶C活化活化(PLC)三磷酸肌醇三磷酸肌醇（IP3）二酰甘油二酰甘油(DG)Ca 2+蛋白激酶蛋白激酶C（PKC）cAMP依賴的依賴的蛋白激酶蛋白激酶A活性的改變活性的改變(PKA)1. 化學(xué)門控通道化學(xué)門控通道 化學(xué)物質(zhì)化學(xué)物質(zhì)細(xì)胞膜上特異細(xì)胞膜上特異性通道蛋白位性通道蛋白位點點通道蛋白變通道蛋白變構(gòu)而開放構(gòu)而開放相應(yīng)的離子易化擴(kuò)散相應(yīng)的離子易化擴(kuò)散膜電位變化膜電位變化二、離子通道受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)二、離子通道受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 細(xì)胞功能變化細(xì)胞功能變化以神經(jīng)以神經(jīng)-肌接頭肌接頭乙酰膽堿乙酰膽堿介導(dǎo)的信號介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)導(dǎo)為例：為例：肌細(xì)胞膜肌細(xì)胞膜（終板）（終板）通道變構(gòu)、通道變構(gòu)、開放開放Na+內(nèi)流內(nèi)流（K+外流）外流）終板電位終板電位肌細(xì)胞肌細(xì)胞興奮收興奮收縮縮N末梢末梢Ach2. 電壓門控通道電壓門控通道 跨膜電位跨膜電