第二章-细胞的基本功能1

,第二章 细胞的基本功能,第一节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能,第三节 细胞的生物电现象,第四节 肌细胞的收缩功能,第二节 细胞的跨膜信号转导功能,第一节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能,一、细胞膜的结构和化学组成,细胞膜是细胞最基本的膜结构形式， 故称为单位膜。,细胞膜的分子排列结构，目前公认的是 “液态镶嵌模型”（fluid mosaic model）。其基本内容为：细胞膜是以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋白质。,二、细胞膜的跨膜物质转运功能 小分子物质或离子的跨膜运转根据其是顺浓度差还是逆浓度差，或消耗能量与否，分为被动转运和主动转运两大类： 被动转运(passive transport) 是指小分子物质顺电位差或化学梯度的转运过程。 特点：不直接消耗能量； 顺电-化学梯度进行 分类：单纯扩散； 易化扩散,（一）单纯扩散(simple diffusion) 细胞外液和细胞内液中的一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。如人体内 O2、CO2、NO、脂肪酸和类固醇等的跨膜扩散。,（二）易化扩散 一些非脂溶性或脂溶性很小的物质,在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。易化扩散有两种形式： 通道介导的易化扩散 离子通道（ion channel）：（水相孔道） Na+、K+、Ca2+、Cl- 等离子的通道有几十种。 载体介导的易化扩散 载体蛋白：（结合位点） 葡萄糖、氨基酸,依靠通道的易化扩散,转运的物质:各种带电离子,离子通道的特性与分类 具有相对特异性 离子跨膜扩散的动力 膜两侧离子浓度差和电位差（亦称电化学梯 度）所形成的扩散势能。 离子跨膜扩散的条件 离子通道必须是开放的。 门控过程: 离子通道在未激活时是关闭的，在一定条件下“闸门”被打开，才允许离子通过，这一过程称为门控过程，时间一般都很短，为数个或数十个ms。,门控离子通道的分类 1.电压门控通道（Voltage gated channel） 在膜去极化到一定电位（阈电位）时开放，如神经元膜上的Na+通道。 2.化学门控通道（chemically gated channel） 受膜外某些化学物质的作用而开放，已知N型乙酰胆碱受体本身包含Na+、K+离子通道，当Ach与受体结合时通道开放，Na+、K+同时扩散转运。 3.机械门控通道（mechanically gated channel） 膜的局部受牵拉变形时该类通道被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞、血管壁上的内皮细胞以及骨骼肌细胞等都存在这类通道。,依靠载体的易化扩散,转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质,依靠载体易化扩散的特点: 结构特异性高 饱和现象 载体蛋白分子的数目、 结合位点的数目 竞争性抑制,渗透扩散： 渗透压低 渗透压高 水的跨膜转运是由渗透压差所驱动。,（三）离子的主动转运 细胞膜通过离子泵将一些离子逆浓度差或 逆电位差进行的转运过程，称为离子的主动转 运。 主动转运消耗的能量几乎都是由ATP分解 提供的。 主动转运特点： 需要消耗能量，能量由分解ATP提供； 依靠特殊膜蛋白质（离子泵）的“帮助”； 是逆电-化学梯度进行的。,钠-钾泵 ： 钠-钾泵是镶嵌在细胞膜脂质双分子层中的一种特殊蛋白质，它本身具有ATP酶的活性，可以分解ATP获得能量，进行Na+和+的主动转运，因此又称为Na+K+依赖式ATP酶。,钠泵活动时，它泵出Na+和泵入+这两个过程是同时进行、耦联在一起的，称排钠摄钾。,离子通道转运与钠-钾泵转运模式图,维持细胞外高Na+o、细胞内高K+i的特殊分布状态,将2K+泵至细胞内；3Na+泵至细胞外,分解ATP获得能量,当Na+i/K+o时被激活,（1）钠-钾泵的作用,（2）钠泵活动的生理意义（P15） 钠泵活动形成的胞内高K+是许多代谢过程的必需条件； 钠泵将Na+排出细胞，将减少水分子进入胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义； 钠泵活动能逆着浓度差和电位差进行Na+ 、K+的主动转运，因而建立起一种离子的势能贮备； 这种离子的势能贮备是细胞外Na+和细胞内K+等顺着浓度差和电位差扩散的能量来源。,钙泵主要分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上，通过分解ATP获得能量，逆着浓度差将肌浆中的Ca2+转运到肌浆网内。 3.氢泵（H+-K+-ATPase） 氢泵又称质子泵，主要分布在胃粘膜的壁细胞上，与胃酸的分泌有关。,2.钙泵（Ca2+-Mg2+-ATPase）,继发性主动转运或协同转运协同转运 正向协同转运（同向转运） 反向协同转运（逆向转运）,（三）胞纳和胞吐 细胞通过膜的变形和破裂，使某些大分子物质或团块进出细胞的过程，分别称为出胞和入胞。出胞和入胞均需消耗能量，故也属于主动转运。 胞吐:是指细胞内某些大分子物质或物质团块 排出细胞的过程，又称出胞。 如：分泌 胞纳:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞 的过程，又称胞纳入胞。 如：吞噬；吞饮。,胞吐示意图,胞纳示意图,第二节 细胞的跨膜信号转导,跨膜信号转导的过程： 配体 受体 生物效应（细胞外信号物质）（细胞接受信息装置）（靶细胞） 跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。 跨膜信号转导方式大体有以下三类： G蛋白偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导 离子通道介导的信号转导,一、G蛋白偶联受体介导的信号转导(一) 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,激活蛋白激酶A,与G蛋白偶联受体结合,激活G蛋白,(二) 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,与G蛋白偶联受体结合,二、酶耦联受体介导的信号转导,生长因子、胰岛素等,与受体酪氨酸激酶结合,细胞内生物效应,膜受体与酶是同一蛋白分子