齊魯醫(yī)學基礎醫(yī)學2版細胞的基本功能

1、第一節(jié)、細胞膜的跨膜物質轉運功能方式：兩大類小分子和離子：跨膜運輸： 單純擴散與膜蛋白介導的跨膜運輸。大分子和顆粒物質：膜泡運輸；第六章 細胞的基本功能2021/9/3012021/9/302一、被動轉運（一）單純擴散（simple diffusion）定義：細胞外液和細胞內液都是水溶液,脂溶性溶質分子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域通過細胞膜做跨膜運動或轉運。影響因素：膜兩側的濃度差脂溶性程度其他因素如膜的性質主體：氧氣和二氧化碳2021/9/303（二）、易化擴散（facilitated diffusion）定義：非脂溶性物質，在膜結構中特殊蛋白質分子的幫助下也能較容易的由高濃度一側通過膜向低濃度

2、一側移動。特點：從高濃度到低濃度蛋白質分子本身結構的特異性某種物質的擴散通量是變化的主體：葡萄糖 鈉離子 鉀離子 鈣離子 氯離子類型：載體蛋白介導的運輸 通道蛋白介導的運輸2021/9/3041. 載體介導的易化擴散物質與載體蛋白的位點結合,引起后者變構將物質移向另側。如葡萄糖、氨基酸等非離子物質的轉運。具有結構特異性、飽和現(xiàn)象和竟爭性抑制特點。（葡萄糖、氨基酸、核苷酸）2021/9/3052. 通道介導的易化擴散離子通道蛋白（channel protein）：跨膜蛋白，中心親水性通道對離子具有高度的親和力，但不與離子結合。通道蛋白受電、化學因素剌激而變構產生水相孔道(通道), 帶電離子經通道

3、順濃度移動。體內鈉、鉀、鈣等離子的跨膜擴散, 均有其特異的通道蛋白參與, 分別稱為鈉通道、鉀通道和鈣通道等。閘門：是通道蛋白的帶電分子或基團（如羧基或磷酸基）所構成，可調控通道的開關。通道有開放和關閉狀態(tài), 并由“閘門”控制。運輸特點：順濃度梯度；速度快；高度選擇性：只允許一種離子通過（離子類型決定于通道直徑、形狀及通道內部電荷的分布）；短暫開放；不消耗能量；2021/9/306單純擴散和易化擴散均系順濃度差和電位差移動, 無需消耗能量, 稱為被動轉運。如果轉運的物質不帶電，其最終達到的平衡點是兩側濃度差為零。如果轉運的物質是離子，則其最終的平衡點是電-化學勢為零，此時濃度差并不消失。2021

4、/9/307二、主動轉運被運輸?shù)奈镔|：特定的離子（K + 、Na + 、Ca2+等）細胞代謝必需的物質。特點：逆物質濃度梯度方向運輸；消耗代謝能。2021/9/308（1）.原發(fā)性主動運輸定義：細胞通過本身的某種耗能過程，將某種物質分子或離子由膜的低濃度一側向高濃度一側的過程。意義：建立一種勢能儲備，供細胞的其他耗能過程來用。* 依賴式ATP酶：本質是細胞膜上的一種蛋白質能分解ATP，使之釋放能量，以供轉運。2021/9/309Na + -K + -ATP酶： Na+ - K +泵2021/9/3010Na + -K + -ATP酶： Na+ - K +泵作用：同時具有載體和ATP酶活性。催化

5、ATP生成ADP，產生能量，經可逆性的磷酸化與去磷酸化，泵出Na+和泵入K+。水解一個ATP分子所產生的能量可供泵出3個Na+ ，泵入2個K+ 。意義：使細胞內高K+ , 利于細胞代謝活動；建立鈉、鉀濃度勢能貯備是產生生物電的基礎；維持細胞內外滲透壓平衡；也可用于其它物質的主動轉運(繼發(fā)性主動轉運)。2021/9/3011（2）.繼發(fā)性主動運輸定義：某些物質主動運輸所需的能量是間接來自ATP 的分解。2021/9/3012繼發(fā)性主動運輸主體：葡萄糖、氨基酸等分類：同向轉運和逆向轉運2021/9/3013三、出胞和入胞定義：大分子物質或固態(tài)、液態(tài)物質團塊，可通過膜更為復雜的結構、功能改變，使之進

6、出細胞。實例：細胞的分泌活動細菌、病毒或營養(yǎng)物質進入細胞受體介導式入胞2021/9/3014入胞細胞表面發(fā)生內陷，由胞膜把細胞外的大分子和顆粒物質包圍成小泡，最后脫離細胞膜進入細胞內的轉運過程。吞噬作用（phagocytosis）吞飲作用（pinocytosis） 受體介導的入胞（receptor-mediated endocytosis）2021/9/3015出胞大分子物質或固態(tài)、液態(tài)物質團由細胞排出的過程。出胞入胞均要耗能，消耗線粒體氧化工程中形成的ATP。2021/9/30162021/9/3017第二節(jié) 細胞的生物電現(xiàn)象生物電：一切活組織的細胞，在安靜狀態(tài)和活動過程中均表現(xiàn)有電的變化，

7、這種電的變化伴隨著細胞生命活動出現(xiàn)。+-+-+去極化反極化復極化超極化2021/9/3018一、靜息電位(RP)定義：未受刺激，細胞膜內外側的電位差數(shù)值：膜外為零，膜內電位在-10mV -100mV描述：膜的極化：內負外正膜的去極化：膜內負值減小膜的超極化：膜內負值加大膜的復極化：先去極化，再向靜息電位數(shù)值恢復超射：高于零電位的部分2021/9/3019RP的形成機理Na+K+泵生電作用K+平衡電位 K+i K+o K+外流 促進K+外流的濃度勢能阻礙K+外流的電場力 K+的凈外流為零2021/9/3020動作電位(AP)定義：指膜受剌激時，在靜息電位基礎上產生的擴布性電位變化。 波形：如圖，

8、膜兩側電位的快速倒轉和復原：先快速去極化，后復極化峰電位：短促而尖銳的脈沖樣變化意義：是細胞興奮的標志2021/9/3021特點：全或無只有外加刺激達到一定強度時，動作電位才能出現(xiàn)在同一細胞上的動作電位的大小不隨刺激強度而改變，傳導距離而改變2021/9/3022生物電產生的機制（離子學說）Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+Na+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+K+A-A-A-A-A-A-A-A-A-Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_Cl_A-A-細胞膜內外離子分布的濃度差異

9、為了保持細胞的興奮性，維持膜內外鈉離子和鉀離子的濃度差異，細胞膜上的鈉鉀泵，可以把鈉離子運出膜外，而把鉀離子運回膜內。這種轉運過程是逆濃度差進行的，需要消耗能量。2021/9/3023AP的形成機理除極相(上升支)：剌激 鈉通道開放 (通透性 ) - 電-化梯度-Na+內流 膜除極 - 電-化學平衡 鈉平衡電位(超射) 復極相(下降支)：鈉通道很快失活Na+通透性迅速 k+通道激活和k+外流 膜內電位向負 值恢復達到原先靜息水平。后電位，負后電位，正后電位2021/9/3024小結：神經動作電位的除極是Na+內流, 復極是k+外流; 鋒電位是動作電位的主要成分。復極完畢后，膜鈉泵活動, 以恢復

10、兩側離子濃度，但不致改變膜兩側的電位差。2021/9/3025三、閾電位和局部興奮2021/9/3026 （1）閾刺激是產生Ap的必須條件 可興奮組織（Rp） 閾電位 Ap 閾刺激、閾上刺激 不需任何刺激 （2）閾強度為衡量組織興奮性高低的指標，與興奮 性大小成反比。 （3）閾電位： 膜去極化到一臨界值，Na+ 通道爆發(fā) 性開放產生Ap，此膜電位稱閾電位。2021/9/3027（4）局部電位及其特性 閾下刺激雖不能引起AP，但可引起膜電位有所變化。 閾下刺激少量Na+內流產生低于閾電位的去極化局部反應. 局部反應（電位）：閾下電流刺激時產生的電緊張電位和由膜自身產生的電活動（部分Na+通道開放

11、）疊加在一起的膜去極化電位。2021/9/3028特性：a、等級性：其去極化幅度大小與閾下刺激大小呈 正比非“全或無”現(xiàn)象。b、衰減性：其去極化幅度隨傳布距離而叫電 緊張性擴布（electrotonic propagation）c、總和現(xiàn)象 空間（spatial summation）：在同一細胞的不 同 部位閾下刺激引起的局部電位可疊加在一起。 時間（temporal summation）：在同一細胞上先后 的刺激引起的局部電位也可疊加在一起。d、無不應期 總和或疊加后的局部電位若閾電位，則產生AP。 2021/9/30292021/9/3030四、興奮過程中興奮性的變化絕對不應期( abso

12、lute refractory period)大多數(shù)鈉通道失活可興奮組織在經歷由刺激引起的時間內，不能接受新的刺激。相對不應期(relative refractory period)一些鈉通道開始恢復 比閾刺激大的刺激，才能引起新的興奮。超常期( superanormal period)膜電位接近閾電位興奮性高于正常比閾刺激小的刺激，就能引起新的興奮。低常期(subnormal period)膜電位遠離閾電位興奮性低于正常2021/9/3031電壓箝技術將膜電位固定在一個特定的水平，記錄膜電流的變化；觀察膜電導的指標/計算膜電導；2021/9/3032Theory-與電壓鉗基本相同；trait

13、-鉗制和記錄的僅僅是微吸管電極尖端下所限定的面積只有幾平方微米的一片膜；高阻抗封接；Func-可記錄到單個離子通道電流；Sig-證實離子通道的存在和活動特性；膜片箝技術2021/9/3033五、興奮在同一細胞上的傳導 神經沖動的傳導（局部電流學說）2021/9/3034兩種神經纖維傳導的特點有髓神經纖維：跳躍式，故速度快。無髓神經纖維：無髓鞘和郎飛結，故其傳導為非跳躍式，速度慢。2021/9/3035一、直接通訊二、間接通訊第三節(jié) 細胞通訊2021/9/3036神經肌接頭超微結構圖2021/9/3037神經肌接頭超微結構圖神經末梢AP到來軸突末梢去極化，膜上Ca+通道開放Ca+內流Ca+啟動突

14、觸小泡出胞，ACh釋放ACh經間隙擴散ACh與終板膜上ACh受體結合終板膜上化學門控通道開放，對Na+、K+的（尤其是Na+）透性增加Na+內流，K+外流終板膜去極化，終板電位總和肌細胞產生AP鄰近肌細胞去極化達閾電位2021/9/3038三、細胞的信號轉導 外界信號作用于細胞膜表面，膜結構中一種或多種特殊蛋白質分子發(fā)生變構，外環(huán)境變化的信息以新的信號形式傳導到膜內，引發(fā)靶細胞相應的功能改變，如電反應。2021/9/3039信號轉導（signal transduction）外界刺激信號細胞膜中的蛋白質膜內反應信號物質：激素、神經遞質、細胞因子等；根據(jù)作用方式進行分類：疏水性的：類固醇激素、維生

15、素D、甲狀腺激素；擴散透過胞膜，與胞內受體結合，發(fā)揮作用；親水性的：作用于胞膜表面的蛋白質，通過級聯(lián)反應，信號轉導，產生生物學效應。2021/9/3040分類膜表面受體主要有三類：離子通道型受體（ion-channel-linked receptor）；G蛋白耦聯(lián)型受體（G-protein-linked receptor）；酶耦聯(lián)的受體（enzyme-linked receptor） 2021/9/30412021/9/30421、離子通道跨膜信號傳遞1、定義： 物質可以通過細胞膜上的通道蛋白質可實現(xiàn)轉運過程，從而實現(xiàn)細胞之間、細胞與外界刺激信號之間的信號傳遞。2021/9/3043通道類型配

16、體閘門通道：閘門的開關受化學物質調節(jié)。如乙酰膽堿通道。電壓閘門通道：閘門的開關受膜電壓的控制。如Na+ 、K+ 、Ca2+ 通道等。 機械力閘門通道：閘門的開關受機械力的牽張控制。2021/9/30442021/9/3045（1）化學門控通道定義：只有某種化學信號出現(xiàn)時，通道才會與之特異性結合，再打開。然后出現(xiàn)相應離子的易化擴散，從而完成信號的跨膜傳遞。實例：ACh（乙酰膽堿） N型Ach受體 N型通道2021/9/30462021/9/30472021/9/3048（2）電壓門控通道定義：外界刺激信號為電壓變化，引起膜電位的改變，使通道開放，造成離子流動或其他胞內功能的改變。實例：神經和肌細

17、胞膜上的Ca 2+通道-動作電位*主要與動作電位的形成有關*Na + ，K + ， Ca 2+通道2021/9/30492021/9/3050（3）機械門控通道定義：外界的機械性信號，直接激活膜中的機械門控通道，引起細胞跨膜電位的變化。實例：內耳毛細胞頂部的聽毛受到切向力作用時，會發(fā)生短暫的感受器電位。2021/9/30512021/9/3052神經肌接頭超微結構圖神經末梢AP到來軸突末梢膜上Ca+通道開放Ca+內流Ca+啟動突觸小泡出胞，ACh釋放ACh經間隙擴散ACh與終板膜上ACh受體結合終板膜上化學門控通道開放，對Na+、K+的（尤其是Na+）透性增加Na+內流，K+外流終板膜去極化，

18、終板電位總和肌細胞產生AP鄰近肌細胞去極化達閾電位2021/9/30532、 G蛋白耦聯(lián)受體介導的信號轉導（一）定義： 化學信息物質與胞膜上的特異性受體結合，激活膜內的G-蛋白，然后激活或抑制膜內的效應器蛋白，引起信使的生產增加或減少，蛋白激酶的活性改變，影響胞內功能，最終調節(jié)細胞內的功能。（二）組成： 受體蛋白：又名G-蛋白耦聯(lián)受體 1、作用：與外界化學信號作特異性結合。 2、 結構：7次跨膜受體 3、name-促代謝型受體； 4、eg-腎上腺素能受體、乙酰膽堿受體、5-羥色胺受體、嗅覺受體、視紫紅質以及多數(shù)肽類激素的受體等；2021/9/30542021/9/3055* G蛋白1、結構：三

19、個亞單位，2、分類：激活型蛋白- 亞單位結合GTP 失活型蛋白- 亞單位結合GDP3、how- 當外信號與受體結合后，受體便與G蛋白的亞單位結合，失活型G蛋白發(fā)生構象變化， 變成激活型G蛋白；同時， 亞單位與-亞單位分離，與活化受體分離， -亞單位和亞單位- GTP兩部分均進一步激活膜的效應器蛋白。亞單位具有GTP酶活性，可將GTP水解生成GDP，并與GDP和-亞單位相繼結合，形成失活型G蛋白，終止信號轉導。4、func-分子開關；2021/9/30562021/9/3057第二信使What-信號分子作用于細胞膜后產生的細胞內信號分子；環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)三磷酸肌醇(IP3)二酰甘油(DG

20、)環(huán)一磷酸鳥苷(cGMP)鈣離子Func-調節(jié)靶蛋白（蛋白激酶和離子通道）構象變化為基礎的級聯(lián)反應和細胞功能改變。2021/9/3058* 膜的效應器酶Func-其激活或抑制，引起胞漿中信使的生成增加或減少；Eg-腺苷酸環(huán)化酶(AC)，-環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)磷脂酶C(PLC)，-磷酸磷脂酰肌醇磷脂酶A2(PLA2)，鳥苷酸環(huán)化酶(GC)，-環(huán)一磷酸鳥苷(cGMP)cGMP磷酸二酯酶(PDE)；2021/9/3059（一）cAMP信號通路 細胞外信號與相應受體結合，調節(jié)腺苷酸環(huán)化酶活性，通過第二信使cAMP水平的變化，將細胞外信號轉變?yōu)榧毎麅刃盘枺?021/9/3060組分.激活型激素受體（

21、Rs）或抑制型激素受體（Ri）；.活化型調節(jié)蛋白（Gs）或抑制型調節(jié)蛋白（Gi）；.腺苷酸環(huán)化酶（Adenylyl cyclase，AC）：是相對分子量為150KD的糖蛋白，跨膜12次。在Mg2+或Mn2+的存在下，腺苷酸環(huán)化酶催化ATP生成cAMP。.蛋白激酶A（Protein Kinase A，PKA）：活化的蛋白激酶A催化亞基可使細胞內某些蛋白的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，改變這些蛋白的活性，進一步影響到相關基因的表達。 2021/9/3061激素G蛋白耦聯(lián)受體G蛋白腺苷酸環(huán)化酶cAMP依賴cAMP的蛋白激酶A基因調控蛋白基因轉錄 2021/9/3062cAMPPKA 靶蛋白 磷酸化靶基因

22、 轉錄腺苷酸環(huán)化酶受體2受體 M受體GsGiAdenylyl cyclase signal transduction pathway2021/9/3063不同細胞對cAMP信號途徑的反應速度不同，在肌肉細胞1秒鐘之內可啟動糖原降解為葡糖1-磷酸，而抑制糖原的合成，促進葡萄糖生成。在某些分泌細胞，需要幾個小時，激活的PKA 進入細胞核，將CRE結合蛋白磷酸化，調節(jié)相關基因的表達。CRE（cAMP response element ）是DNA上的調節(jié)區(qū)域。 2021/9/3064Reaction- 4，5-二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解1，4，5-三磷酸肌醇（IP3）和二?；视停―G）；Pro

23、cess-胞外信號分子與細胞表面G蛋白耦聯(lián)型受體結合，激活質膜上的磷脂酶C（PLC-），導致，IP3和DG為兩個第二信使；胞外信號轉換為胞內信號；Where-質膜上；Name- “雙信使系統(tǒng)”（double messenger system）（二）磷脂酶C途徑 2021/9/3065IP3與內質網上的IP3配體門鈣通道結合，開啟鈣通道，使胞內Ca2+濃度升高。激活各類依賴鈣離子的蛋白。DG結合于質膜上，可活化與質膜結合的蛋白激酶C（Protein Kinase C，PKC）。PKC以非活性形式分布于細胞溶質中；當細胞接受刺激，產生IP3，使Ca2+濃度升高，PKC便轉位到質膜內表面，被DG活化

24、（圖8-22），PKC可以使蛋白質的絲氨酸/蘇氨酸殘基磷酸化；不同的細胞產生不同的反應，如細胞分泌、肌肉收縮、細胞增殖和分化等。 2021/9/3066 靶蛋白 磷酸化靶基因 轉錄1受體 AngII受體PIP2PKCCa2GqIP3DGPLCPhospholipase C signal transduction pathway2021/9/3067（三）其它1化學感受器中的G蛋白氣味分子與化學感受器中的G蛋白耦聯(lián)型受體結合，可激活腺苷酸環(huán)化酶（AC），產生環(huán)一磷酸腺苷(cAMP)，開啟cAMP門控陽離子通道，引起鈉離子內流，膜去極化，產生神經沖動，最終形成嗅覺或味覺。2021/9/30682視

25、覺感受器中的G蛋白 黑暗條件下，視桿細胞(或視錐細胞)中環(huán)一磷酸鳥苷（ cGMP ）濃度較高，cGMP門控鈉離子通道開放，鈉離子內流，引起膜去極化，突觸持續(xù)向次級神經元釋放遞質。視紫紅質（rhodopsin, Rh）為7次跨膜蛋白，含一個11順-視黃醛。是視覺感受器中的G蛋白耦聯(lián)型受體，光照使Rh視黃醛的構象變?yōu)榉词剑琑h分解為視黃醛和視蛋白（opsin），構象改變的視蛋白激活G蛋白（transducin, Gt），G蛋白激活cGMP磷酸二酯酶，將細胞中的cGMP水解。從而關閉鈉通道，引起細胞超極化，產生視覺。可見胞內cGMP水平下降的負效應信號起傳遞光刺激的作用。2021/9/3069視覺感

26、受器的換能反應光信號Rh激活Gt活化cGMP磷酸二酯酶激活胞內cGMP減少Na+離子通道關閉離子濃度下降膜超極化神經遞質釋放減少視覺反應2021/9/30702021/9/30713、酶耦聯(lián)受體介導的信號轉導過程：化學信號與受體在膜外側肽鏈結合，受體在膜內側肽段的蛋白激酶被激活，肽鏈自身和靶蛋白質的酪氨酸殘基磷酸化，引發(fā)細胞內效應。主體：肽類激素（胰島素、細胞因子）2021/9/3072分類本身具有激酶活性，如肽類生長因子（EGF，PDGF，CSF等）受體；本身沒有酶活性，但可以連接非受體酪氨酸激酶，如細胞因子受體超家族。Trait-通常為單次跨膜蛋白；接受配體后發(fā)生二聚化而激活，起動其下游信

27、號轉導。已知六類：受體酪氨酸激酶、酪氨酸激酶連接的受體、受體酪氨酸磷脂酶、受體絲氨酸/蘇氨酸激酶受體鳥苷酸環(huán)化酶、組氨酸激酶連接的受體（與細菌的趨化性有關）。2021/9/30731）、酪氨酸激酶分類：受體酪氨酸激酶，為單次跨膜蛋白，在脊椎動物中已發(fā)現(xiàn)50余種；胞質酪氨酸激酶，如Src家族、Tec家族、ZAP70、家族、JAK家族等；核內酪氨酸激酶如Abl和Wee。2021/9/3074受體酪氨酸激酶（receptor protein tyrosine kinases，RPTKs）胞外區(qū)是結合配體結構域，配體是可溶性或膜結合的多肽或蛋白類激素，包括胰島素和多種生長因子。胞內段是酪氨酸蛋白激酶的催化部位，并具有自磷酸化位點。2021/9/3075 配體（如EGF）在胞外與受體結合并引起構象變化，導致受體二聚化（dimerization）形成