医学精品课件：细胞-结构与功能.ppt

1、 2液态镶嵌模型（Fluid-Mosaic Model）脂质双分子层（Phospholipid bilayer）膜蛋白（Membrane proteins）细胞衣（Membrane carbohydrates）Integral membrane protein(amphipathic)Peripheral membrane proteinGlycolipidGlycoprotein 半透膜半透膜(semipermeable membrane)O O2 2，能源物质能源物质氨基酸氨基酸脂类脂类各种离子等各种离子等细细 胞胞CO2CO2代谢尾产物代谢尾产物u What molecules cros

2、s the cell membrane?u How do these molecules cross the cell membrane?主动转运耗能需要泵能量从低到高被动转运 不耗能单纯扩散或介导的扩散能量从高到低方向=高能向低能化学驱动力电驱动力细胞膜两侧能量不同 DC=浓度梯度高浓度到低浓度顺浓度梯度自发低浓度到高浓度逆浓度梯度耗能Magnitude of chemical driving force proportional to concentration gradient细胞膜两侧电位差电荷的分离是潜在的能量来源单纯扩散（Simple Diffusion）易化扩散（Facilita

3、ted Diffusion）主动转运（Active Transport）原发性（Primary）继发性（Secondary）驱动力的大小扩散膜的面积膜的通透性1、顺浓度差、顺浓度差2、不需要膜蛋白帮助、不需要膜蛋白帮助3、不消耗能量、不消耗能量4、转运脂溶性物质（非极性分子）如、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和和CO2 跨膜蛋白的帮助特异性（Specificity）竞争性（Competition）饱和性（Saturation）最大转运量（Transport Maximum）易化扩散（Facilitated Diffusion）主动转运（Active Transport）被动顺浓度梯度或电位

4、梯度膜两侧分子与载体的亲和性相同高浓度一侧结合较多HIGHLOWmembraneEqual affinity转运速率化学或电位梯度转运物质的亲和性载体的数量允许特异性离子跨膜的特殊蛋白质通道转运速率电化学梯度离子与通道的结合相互作用离子通道的数量开放的通道关闭的通道 2决定离子通道开关的因素电压门控通道电压门控通道化学门控通道化学门控通道机械门控通道机械门控通道逆电化学梯度耗能膜某一侧的亲和性较大EQUALEQUALGreater affinitymembraneHIGHLOWGreater affinitymembrane原发性主动转运（Primary Active Transport）AT

5、P=direct energy source继发性主动转运（Secondary Active Transport）Direct energy=ion gradientATP=indirect energy source,creates ion gradientCarrier protein=ATPase=pumpATP+Carrier ADP+Carrier-PPhosphorylation=covalent modulationchanges affinityExamples:Na+/K+pumpCa2+pumpH+/K+pump存在于几乎所有的细胞转出3 个钠出细胞，转进 2 个钾入细胞生

6、电性细胞膜两侧的钠钾离子梯度一个离子顺其浓度梯度携带另一个离子或分子逆浓度梯度移动大多数情况下=钠离子需要ATP保持离子浓度梯度 离子作为变构调节剂-改变载体和转运分子的亲和性ATPNa+K+HIGHNa+LOWNa+Na+?-+Sodium will always move into cell down electrochemical gradient.Which direction will the other molecule move?Na+XHIGHXLOWXNa+YLOWYHIGHY泵的转运速率泵的性质转运物质的电化学梯度细胞膜上泵的数量大分子物质入胞（Endocytosis）-m

7、ovement into cell出胞（Exocytosis）-movement out of cell细胞间通过缝隙连接进行直接通信大多数细胞通过化学信使间接进行通信-跨膜信号转导具有接受和转导信息功能的蛋白质 膜受体 核受体有特异性一个信号分子通常有多个受体一个细胞可以存在多个受体或者一个信号分子的不同种类受体信号分子与受体结合使靶细胞产生应答Bind to receptor in cytoplasm or nucleusIf receptor in cytoplasm,receptor:messenger complex enters nucleusAlters transcriptio

8、n RM R只能和膜受体结合多种机制离子通道型（Channel-Linked Receptors）酶联型受体（Enzyme-Linked Receptors）G蛋白耦联型（G-Protein-Linked Receptors）化学门控离子通道Changes Electrical Properties of Cell一个蛋白=受体+酶酪氨酸激酶 鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶=enzymeGTP 转换为=cGMPcGMP 激活蛋白激酶激活后作用于与之耦联的G蛋白，引发一系列的以信号蛋白为主的级联反应G proteins=regulatory proteinsLink ECF messeng

9、er to amplifier enzyme or ion channel信号分子和受体结合后，细胞内产生的信息物质信号分子与受体结合后，细胞质内产生的信使物质发挥作用的 G 蛋白Gi activates amplifier enzymeGs inhibits amplifier enzyme目的 放大Amplifier Enzyme=guanylate cyclase 二磷酸磷脂酰肌醇（Phosphatidylinositol biphosphate，PIP2)=细胞膜上的磷脂Figure 5.17b细胞在进行生命活动时伴随的电现象细胞在进行生命活动时伴随的电现象 大约-70 mV 细胞内负

10、电荷较多而细胞外正电荷较多决定静息膜电位的两个关键因素 离子的浓度梯度 离子的通透性 离子通道20%of resting membrane potential directly due to Na/K-ATPaseelectrogenic:3 Na+out,2 K+innet+1 out80%of resting membrane potential indirectly due to Na/K-ATPaseproduces concentration gradientsNa:High outside,Low insideK:Low outside,High inside假想是一个电池只对钾离

11、子有通透性离子分布细胞外钠离子和氯离子细胞内钾离子和组织氨基酸没有电荷差K+顺浓度梯度外流 K+外流的同时正电荷也外流细胞内只留存负电荷负电荷提供了电能吸引正电荷,如 K+两个力作用于 K+化学性（浓度差）促使K+外流电位差促使K+内流净力=电化学力（electrochemical force）初始较强的化学力促使钾外流但是电位差逐渐加大，直到K+外流直至电位差抵抗化学力Chemical force=-Electrical forceor Electrochemical force=0EK=61 mV x log 4 mM =-94 mV140 mMWhen membrane potentia

12、l=-94 mV,potassium is at equilibrium.Membrane more permeable to potassium细胞内负电荷同时吸引钠离子和钾离子内流Potassium movement decreasesSodium movement increasesMembrane potential reaches 70 mVNa+/K+泵的作用+60 mVENa-94 mVEK-70 mVResting Vm静息电位=-70 mV.EK=-94 mVVm is 24 mV less negative than EK促使K+内流的电位梯度力小于内流的电位梯度力小于K+

13、外流的化学梯度外流的化学梯度相对薄弱的出细胞净力(相对较高的K+通透性)静息电位=-70 mV.ENa=+60 mV.Vm is 130 mV less negative than ENa朝向细胞内的电化学力相对较强的促使Na+内流的净力(相对较低的Na+通透性)极化极化 去极化去极化除极化除极化 超极化超极化 复极化复极化局部电位（Graded Potentials）幅度较小较短距离传导动作电位（Action Potentials）幅度较大 长距离传导刺激引起(ex:sensory,chemical)激发离子通道开放或关闭 幅度与刺激强度有关可以超级化也可以去极化在细胞浆中以局部电流形式传播

14、衰减-越远离起始端幅度越小（紧张性扩布）时间总和（Temporal Summation）同样的刺激短时间内重复空间总和（Spatial Summation）不同的刺激同一时间内重叠可兴奋细胞膜可以产生动作电位动作电位=为信息传递而发生的细胞膜快速、大幅度的去极化1)快速去极化2)复极化3)后超级化PK PNaVm close to EKVm far from ENaPNa PKVm close to ENaVm far from EK触发动作电位的膜电位阈电位触发 钠离子通道快速开放再生机制钠通道缓慢关闭钾通道缓慢开放2 种门控激活电压依存性去极化时开放正反馈失活电压依存性时间依存性去极化时关

15、闭复极化时开放一种门控电压时间依存性负反馈阈刺激=触发钠离子通道通过再生机制开放的最小刺激阈刺激 动作电位阈下刺激 无动作电位阈上刺激 动作电位阈刺激和阈上刺激引起的动作电位幅度相同兴奋性兴奋性(excitability)：细胞对外界刺激发生反应的能力。细胞对外界刺激发生反应的能力。细胞受刺激时产生动作电位的能力。细胞受刺激时产生动作电位的能力。兴奋兴奋(excitation)：细胞产生了动作电位细胞产生了动作电位 细胞必须具有兴奋性：通道处于可激活状态 刺激必须是有效刺激：使膜电位降低到阈电位兴奋性与阈强度成反比 阈强度是衡量组织兴奋性的指标 -膜电位 -阈电位一次动作电位后细胞兴奋性降低的

16、周期绝对不应期 紧随动作电位即刻发生没有再次发生动作电位的可能性相对不应期 紧随绝对不应期之后阈上刺激可能引起绝对不应期Na channels openNa channels inactivated相对不应期Some Na channels still inactivatedHigh PK动作电位的全或无频率编码成为可能动作电位的单向传播肌肉的种类（Classification of Muscle）骨骼肌（Skeletal muscle）平滑肌（Smooth muscle）心肌（Cardiac muscle）骨骼肌的构造（Structure of a Skeletal Muscle）Muscl

17、e=肌纤维束肌纤维由肌腱连接关节 肌纤维的成分肌纤维由结缔组织包裹肌膜=plasma membrane多核的肌浆=cytoplasm肌纤维的成分大量肌原纤维肌浆网=smooth ER包含大量线粒体-high energy横管=T tubules Structure of a Skeletal Muscle Fiber肌原纤维（Myofibrils）肌原纤维-骨骼/心肌横纹外观粗肌丝和细肌丝有序排列肌动蛋白（Actin）肌球蛋白（Myosin）肌管系统肌管系统 1.横管(transverse tubule)或T管(T tubule)：将肌细胞膜其他部位传来的动作电位传导到肌细胞深部。2.纵管(l

18、ongitudinal tubule)或L管(L tubule),即肌浆网(sarcoplasmic reticulum,SR)。终末池-Ca2+的贮存/释放(Ca2+通道)和再聚集(Ca2+泵)。三联管结构(triad)：兴奋-收缩藕联的结构基础。神经神经-肌接头处的兴奋传递肌接头处的兴奋传递（一）神经一）神经-肌肌接接头头的结构的结构接头前膜接头后膜-运动终板接头间隙 囊泡 乙酰胆碱 神经肌接头处的兴奋传递神经肌接头处的兴奋传递 动作电位到达神经末梢动作电位到达神经末梢Ca2+通道开放通道开放 Ca2+进进入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合 通

19、过出通过出胞作用将囊泡中的胞作用将囊泡中的ACh释放到接头间隙释放到接头间隙接头间隙中接头间隙中ACh扩散到终板膜扩散到终板膜ACh与与ACh受体结合受体结合 化学门控化学门控通道开放通道开放Na+内流（为主）和内流（为主）和K+外流外流终板膜去极化终板膜去极化形成终板电位形成终板电位 扩散到相邻肌细胞膜扩散到相邻肌细胞膜总和达阈电位总和达阈电位肌细胞膜爆发动作电位。肌细胞膜爆发动作电位。神经神经-肌接头处兴奋传递的特征：一对一兴奋传肌接头处兴奋传递的特征：一对一兴奋传递递u 每一次神经冲动到达时释放的ACh量，超过引起肌细胞动作电位所需量的34倍。u 每次神经冲动所释放的ACh在它引起一次肌

20、肉兴奋后迅速被终板膜上的胆碱酯酶破坏而终止作用，使下次神经冲动的效应不受影响。肌小节的结构（Sarcomere Structure）A band 暗带,粗肌丝I band 明带，细肌丝，与粗肌丝无重叠H zone 粗肌丝，无重叠Z line 明带中央M line 暗带中央肌小节-Z to Z肌小节的结构（Sarcomere Structure）Photomicrograph-A Band and I BandA bandI band肌小节的结构（Sarcomere Structure）Cross-Section Through Myofibril6 thin surround thick3 t

21、hick surround thin粗肌丝结构（Structure of a Thick Filament2个结合位点肌动蛋白ATP,ATPase 尾端面向M线头端朝向细肌丝细肌丝结构3 种蛋白肌动蛋白（Actin）原肌球蛋白（Tropomyosin）肌钙蛋白（Troponin）肌动蛋白有与肌球蛋白结合的位点肌小节结构（Sarcomere Structure）肌丝滑行学说（Sliding Filament Mechanism）Photomicrograph-Sliding Filament Mechanism横桥周期（Crossbridge Cycle）肌动蛋白和肌球蛋白结合导致肌小节内的细肌

22、丝向M线滑行的周期 横桥周期（Crossbridge Cycle）兴奋-收缩耦联（Excitation-Contraction Coupling）肌细胞动作电位与机械收缩联系起来的过程依赖于运动神经的兴奋传入需要肌浆网种钙离子的释放钙离子的作用钙离子不存在-肌钙蛋白阻碍肌球蛋白与肌动蛋白的结合没有横桥周期肌肉舒张钙离子的作用钙离子存在-结合肌钙蛋白、肌钙蛋白变构暴露肌球蛋白与肌动蛋白结合位点横桥周期肌肉收缩兴奋-收缩耦联步骤1.肌小节产生动作电位2.动作电位到达横小管3.Ca2+通道开放兴奋-收缩耦联步骤4.Ca2+进入胞浆5.Ca2+与肌钙蛋白结合6.触发肌小节收缩Excitation-Co

23、ntraction Coupling收缩终止Ca2+与肌钙蛋白脱离Ca2+的回收肌浆网中Ca2+ATPaseCa2 从胞浆中回到肌浆网横纹肌收缩的外在表现等长收缩等长收缩等张收缩等张收缩等长收缩（Isometric Contraction）等张收缩（Isotonic Contraction）负荷对收缩的影响影响横纹肌收缩效能的因素前负荷前负荷后负荷后负荷肌肉收缩能力肌肉收缩能力总和总和前负荷-肌纤维长度收缩时的肌纤维长度影响肌肉收缩力的产生长度-张力曲线（Length-Tension Curve）最适初长度（Optimum Length）安静时肌纤维能够产生最大肌张力的长度细肌丝能够最大限度地

24、与粗肌丝横桥重叠大多数情况下肌纤维处于最适初长度状态Non-Optimum LengthsGreater than optimumDecrease crossbridge overlapLess than optimumThin filaments overlap each othersZ lines contact thick filaments后负荷-缩短的速度缩短的距离的变化率Effect of Load on Muscle Shortening负荷速度曲线u Contractility肌肉内部功能状态所决定的肌细肌肉内部功能状态所决定的肌细胞收缩效果胞收缩效果，包括兴奋-收缩耦联过程、

25、胞浆Ca2+浓度、横桥头部ATP酶活性等，而与前、后负荷无关。u 缺氧、酸中毒Contractility u Ca2+、咖啡因、肾上腺素Contractility 肌肉收缩能力对肌肉收缩力的影响收缩总和的基础（Basis of Summation）动作电位-2 msec收缩-10-200 msec收缩可以叠加和总和Timing of an Action Potential and an Isometric TwitchIf 2nd action potential initiatessecond contraction after firsthas relaxed,then no summation总和（Summation）