细胞的基本功能.ppt

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1、 第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 本章重点：本章重点：细胞膜的基本化学组成和结构细胞膜的基本化学组成和结构 (复习）；复习）；物质跨膜转运的形式和原理；物质跨膜转运的形式和原理；细胞的跨膜信号转导功能；细胞的跨膜信号转导功能；细胞的生物电和有关现象；细胞的生物电和有关现象；肌细胞的收缩活动。肌细胞的收缩活动。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 一、细胞膜的结构概要一、细胞膜的结构概要组组 成：成：脂质，蛋白质，糖类脂质，蛋白质，糖类 基本结构：基本结构：流体镶嵌模型流体镶嵌模型（fluid mosaic model)（一）脂质双分子层（一）脂质

2、双分子层组成：组成：7070磷脂，磷脂，3030 胆固醇胆固醇存在形式：存在形式：双分子层双分子层特点：特点：具有流动性具有流动性功能功能：1.1.屏障作用屏障作用 2.2.传递信息传递信息 脂质双分子层脂质双分子层1.磷脂磷脂 动物细胞膜中主要的动物细胞膜中主要的 四种磷脂：四种磷脂：磷脂酰胆碱磷脂酰胆碱(膜外侧膜外侧)、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰乙醇胺、磷脂酰肌醇、磷脂酰肌醇、磷脂酰丝氨酸。磷脂酰丝氨酸。2.2.鞘脂类鞘脂类 基本结构和磷脂类似，不基本结构和磷脂类似，不含甘油含甘油(膜外侧膜外侧)。3.3.胆固醇胆固醇 有一个甾体结构（环戊烷有一个甾体结构（环戊烷多氢菲）和一个多氢菲）和一个8

3、8碳支链。碳支链。(二二)细胞膜蛋白质细胞膜蛋白质功能：功能：酶蛋白酶蛋白 转运蛋白转运蛋白 受体蛋白受体蛋白 转运物质转运物质 传递信息传递信息 免疫标志免疫标志 结构：结构：主要以主要以-螺旋或球形蛋白质的形式存在。螺旋或球形蛋白质的形式存在。表面蛋白表面蛋白 存在形式存在形式 整合蛋白整合蛋白 特点：特点：流动性（横向移动）流动性（横向移动）表面蛋白表面蛋白（Peripheral proteins）占占20%30%,以静电引力或离子键与整以静电引力或离子键与整 合蛋白结合合蛋白结合,附着于膜表面，主要在内表面。附着于膜表面，主要在内表面。argp.ser.-+-（三）（三）细胞膜糖类细胞

4、膜糖类 细胞膜所含糖类细胞膜所含糖类2%10%，成分：成分：主要是一些寡糖和多糖链主要是一些寡糖和多糖链形式：形式：共价键的形式和膜脂质或蛋白质结共价键的形式和膜脂质或蛋白质结 合，形成糖脂或糖蛋白合，形成糖脂或糖蛋白部位：部位：糖链绝大多数是裸露在膜的外面一侧。糖链绝大多数是裸露在膜的外面一侧。功能：功能：免疫标志免疫标志 传递信息传递信息 （一）单纯扩散（一）单纯扩散概念：概念：高浓度区域中的溶质分子将向低浓度高浓度区域中的溶质分子将向低浓度 区净移动，这种现象称为区净移动，这种现象称为单纯扩散单纯扩散。物质的移动方向和速度：物质的移动方向和速度：决定于各该物质的决定于各该物质的浓度差浓度

5、差，膜对该物，膜对该物 质的质的通透性通透性。扩散的物质：扩散的物质：脂溶性高、分子量小的物质。脂溶性高、分子量小的物质。O2、CO2、N2、乙醇、尿素、水等。、乙醇、尿素、水等。1.经载体易化扩散经载体易化扩散 特征：特征：（1 1）顺梯度）顺梯度 （2 2）饱和现象）饱和现象 （3 3）载体与溶质的结合有较高）载体与溶质的结合有较高 的化学结构特异性。的化学结构特异性。（4 4）竞争性抑制）竞争性抑制（二）膜蛋白介导的跨膜转运：膜蛋白介导的跨膜转运：根据转运方式的不同，根据转运方式的不同，通道通道 膜蛋白分为膜蛋白分为 载体载体 离子泵离子泵 转运体转运体 被动转运：通道、载体被动转运：通

6、道、载体膜蛋白介导的跨膜转运膜蛋白介导的跨膜转运 （不耗能、顺梯度）（不耗能、顺梯度）原发性原发性 主动转运：泵主动转运：泵 继发性继发性 （耗能、逆梯度）（耗能、逆梯度）2经通道易化扩散经通道易化扩散 概念概念:带电的离子如带电的离子如NaNa+、K K+、CaCa2+2+、CICI-等借等借 助于助于通道蛋白的介导通道蛋白的介导,由膜的顺浓度梯度由膜的顺浓度梯度 或电位梯度的跨膜扩散。或电位梯度的跨膜扩散。特点特点:a.a.通道具有开放和关闭状态通道具有开放和关闭状态;b.b.对转运物质有选择性对转运物质有选择性,但无载体蛋白那么严格但无载体蛋白那么严格 分类分类:化学门控通道：化学门控通

7、道：膜两则（外测）出现膜两则（外测）出现 化学信号时开放。化学信号时开放。电压门控通道电压门控通道：膜两则电位差改变决膜两则电位差改变决定定其开放或关门。其开放或关门。离子通道功能状态：离子通道功能状态：静息状态静息状态-通道关闭通道关闭：(备用状态备用状态)刺激能开放刺激能开放激活状态激活状态-通道开放：通道开放：离子扩散离子扩散失活状态失活状态-通道关闭通道关闭:刺激不能开放刺激不能开放离子通道功能状态的调控：离子通道功能状态的调控：通道蛋白质有别于载体的重要特点之一，通道蛋白质有别于载体的重要特点之一，结构和功能状态可以结构和功能状态可以因细胞内外各种理化因素因细胞内外各种理化因素膜电位

8、、化学信号、机械刺激膜电位、化学信号、机械刺激的影响而迅速改变。的影响而迅速改变。通道蛋白质结构中可能存在着类似闸门（通道蛋白质结构中可能存在着类似闸门（gategate）一类的基团，由它决定通道的功能状态。一类的基团，由它决定通道的功能状态。-门控门控 电压门控通道电压门控通道-膜两侧电位差膜两侧电位差 化学门控通道化学门控通道-化学物质（化学物质（AchAch）机械门控通道机械门控通道机械刺激机械刺激3.原发性主动转运原发性主动转运概念概念:指细胞通过直接利用代谢产生的能量将物指细胞通过直接利用代谢产生的能量将物 质质(离子离子)逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜逆浓度梯度或电位梯度进行跨膜 转

9、运的过程。转运的过程。化学本质化学本质：钠泵是钠泵是NaNa+-K-K+依赖式酶的蛋白质。依赖式酶的蛋白质。也称也称NaNa+-K-K+-酶。酶。启动机制启动机制：启动和活动强度与膜内多启动和活动强度与膜内多NaNa+和膜外多和膜外多K K+有关。有关。钠泵活动时钠泵活动时 泵出泵出Na+和泵入和泵入K+同时进行或同时进行或“耦联耦联”在一起在一起 细胞膜上的钠泵活动的意义：细胞膜上的钠泵活动的意义：（1 1）由钠泵活动造成的细胞内高）由钠泵活动造成的细胞内高K K+，是许多代谢，是许多代谢 反应进行的必需条件；反应进行的必需条件；（2 2）NaNa+和和K K+浓度梯度使细胞生物电活动产生的

10、浓度梯度使细胞生物电活动产生的 前提条件。前提条件。（3 3）维持胞质渗透压和细胞容积相对稳定。）维持胞质渗透压和细胞容积相对稳定。NaNa+和和ClCl-漏入漏入K K+漏出。漏出。哇巴因抑制钠泵活哇巴因抑制钠泵活 动动大量细胞外大量细胞外NaNa+、ClCl-漏入膜内，胞质渗透漏入膜内，胞质渗透 压升高，过多水进入膜内，引起细胞的肿压升高，过多水进入膜内，引起细胞的肿 胀，进而破坏细胞的结构；胀，进而破坏细胞的结构；（4 4）维持细胞内）维持细胞内pHpH相对稳定。相对稳定。NaNa+-H-H+交换交换（5 5）维持细胞内）维持细胞内CaCa2+2+浓度的稳定。浓度的稳定。Na Na+和和

11、K K+浓度梯度是浓度梯度是NaNa+-Ca-Ca2+2+交换动力。交换动力。（6 6）生电性。个）生电性。个NaNa+移到膜外同时个移到膜外同时个K K+移移 入膜内。入膜内。（7 7）NaNa+浓度梯度是其他物质继发转运的动浓度梯度是其他物质继发转运的动 力。力。通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图4.继发性主动转运 概念：概念：许多物质在进行逆浓度梯度或电位梯度的许多物质在进行逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运时，所需的跨膜转运时，所需的能量并不直接来自能量并不直接来自ATPATP的分解，而是来自的分解，而是来自NaNa+在膜两侧的浓度势能在膜两侧的浓度势能差差，后者是钠泵

12、利用分解后者是钠泵利用分解ATPATP释放的能量建释放的能量建立的。立的。这种间接利用这种间接利用ATPATP能量的主动过程称为继发能量的主动过程称为继发性主动转运性主动转运。机制：机制：转运体（膜蛋白）利用膜两侧膜两侧NaNa+浓浓度梯度或电位梯度度梯度或电位梯度跨膜转运。没有NaNa+由高浓度的膜外顺浓度差进入膜内，就不会出现葡萄糖、氨基酸等分子逆浓度差进入膜内。转运体：转运体：膜蛋白 同向转运：同向转运：被转运的物质与Na+移动的方向相同。相应的转运体称为同向转运体同向转运体。反向转运：反向转运：被转运的物质彼此与Na+移动的方向相反。相应的转运体称为反向转运体或反向转运体或交换体。交换

13、体。被动转运被动转运 主动转运主动转运 比较比较单纯扩散、单纯扩散、易化扩易化扩 泵泵 异同点异同点转运物质转运物质 脂溶性、小分脂溶性、小分 水溶性、小分子、离子水溶性、小分子、离子 水溶性、小分子、离子水溶性、小分子、离子动力动力 浓度差浓度差 浓度差、浓度差、电压电压差差 ATP 顺梯度顺梯度 顺梯度顺梯度 逆梯度逆梯度特点特点 扩散速度取决于扩散速度取决于 膜蛋白介导膜蛋白介导 膜蛋白介导膜蛋白介导 浓度差浓度差 通道通道 载体载体 原发性、继发性原发性、继发性 膜通透性膜通透性 浓度差浓度差 饱和饱和 膜通透性膜通透性 特异性特异性 电压电压差差 竞争抑制竞争抑制 不耗能不耗能 不耗

14、能不耗能 耗能耗能 主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需外部能量不需外部能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜两侧浓度差更小第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导一、一、G蛋白耦联受体介导的信号转导蛋白耦联受体介导的信号转导 主要途径：1.受体受体-G蛋白蛋白-AC途径途径:物质 膜表面的特异受体 Gs-(兴奋性G蛋白)激活腺苷酸环化酶 胞浆中的ATP分解 膜内侧胞浆中cAMP (有时是减少),实现激素对细胞内功能的调节2.受体

15、受体-G蛋白蛋白-PLC途径途径 外界剌激信号 膜受体 Go的G蛋白 激活磷脂酶C磷脂酰肌醇 三磷酸肌醇(IP3)二酰甘油 第二信使 影响细胞内过程,完成跨膜信号转导。二、离子通道受体介导的信号转导二、离子通道受体介导的信号转导 1.离子通道受体离子通道受体-促离子型受体（化学门控通道）促离子型受体（化学门控通道）因化学门控通道具有受体功能，也称为通道型受体；因化学门控通道具有受体功能，也称为通道型受体；激活时直接引起跨膜离子流动，也称促离子型受体。激活时直接引起跨膜离子流动，也称促离子型受体。控制通道开、关的因素控制通道开、关的因素-化学物质。化学物质。主要分布主要分布：肌细胞终板膜、神经细

16、胞突触后膜、嗅、味感受细胞膜中,使所在膜产生终板电位、突触后电位以及感受器电位等局部电反应。2.电压门控通道：电压门控通道：主要分布主要分布:神经轴突、骨骼肌、心肌细胞的一般质膜 中,控制这类通道开、关的因素是通道所在 膜两侧的跨膜电位的变化膜两侧的跨膜电位的变化。3.机械门控通道：机械门控通道：细胞表面膜存在能感受机械性刺激感受机械性刺激并引起 细胞功能改变的通道样结构。特点：特点：速度快、对外界刺激反应的位点局限。三、酶耦联受体介导的信号转导三、酶耦联受体介导的信号转导 特点：特点：受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可直接激活胞质中酶。直接激活胞质中酶。受体只有一跨膜-螺旋和一个较短的膜内肽段。酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 重要的受体有重要的受体有 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体（一）酪氨酸激酶受体（一）酪氨酸激酶受体特点：特点：膜外侧膜外侧-配位体结合点配位体结合点 深入胞质端深入胞质端-酪氨酸激酶结构域酪氨酸激酶结构域 受体与酶是同一蛋白分子受体与酶是同一蛋白分子 肽类激素如胰岛素和细胞因子 相应的靶细胞时,激活细胞膜酪氨酸激酶细胞膜酪氨酸