1、 第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节：细胞膜的物质转运功能第一节：细胞膜的物质转运功能第二节：细胞的跨膜信号转导功能第二节：细胞的跨膜信号转导功能第三节：细胞的生物电现象与兴奋性第三节：细胞的生物电现象与兴奋性第四节：骨骼肌的收缩功能第四节：骨骼肌的收缩功能学习内容学习内容第一节第一节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能被动转运被动转运主动转运主动转运出胞和入胞出胞和入胞细胞膜的结构和功能细胞膜的结构和功能细胞膜细胞膜（plasma membrane）液态镶嵌模型液态镶嵌模型（fluid mosaic model)以液态的脂质双分子以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌层为基
2、架，其中镶嵌着不同生理功能的蛋着不同生理功能的蛋白质白质膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决定了膜中的蛋白质具有不同的分子构象或构型，决定了它们具有不同的功能它们具有不同的功能。（细胞和周围环境间的物质、能量和信息交换与膜上蛋白质分子的特性有关）糖糖：细胞膜含糖类较少，主要是一些细胞膜含糖类较少，主要是一些寡糖寡糖和和多糖多糖（以共价键的形式（以共价键的形式和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白）和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白）糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外表面，可作为细胞的糖脂和糖蛋白分子上的糖链多裸露于膜的外表面，可作为细胞的“标记标记”如：如：有些可作为抗原决定簇
3、，表示某种免疫信息有些可作为抗原决定簇，表示某种免疫信息 有些作为膜受体的有些作为膜受体的“可识别可识别”部分，可以特异地与某种激素、递质部分，可以特异地与某种激素、递质或其它化学信号分子结合或其它化学信号分子结合 决定某物质通过决定某物质通过(以脂质双层为基架的以脂质双层为基架的)细胞膜的难易程度细胞膜的难易程度(通透性通透性)的主要因素：的主要因素：1.1.是否脂溶性以及脂溶性的大小是否脂溶性以及脂溶性的大小;2.2.分子的大小分子的大小;3.3.分子的带电状态分子的带电状态;4.4.其他因素其他因素:如有无膜蛋白帮助如有无膜蛋白帮助.物质的跨膜转运物质的跨膜转运一、被动转运(passiv
4、e transport)（一）单纯扩散（一）单纯扩散（simple diffusion）脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜转运脂溶性物质从高浓度向低浓度区域的跨膜转运 特点特点 不需蛋白质不需蛋白质 浓度梯度，不需能量浓度梯度，不需能量 结果是两侧物质平衡结果是两侧物质平衡 适用于适用于O2,CO2，甾体类激素，甾体类激素 水分子的渗透（水分子的渗透（osmosis）（二）易化扩散（二）易化扩散(facilitated diffusion)物质在特殊蛋白质分子的物质在特殊蛋白质分子的“协助协助”下，由膜的高浓下，由膜的高浓度向低浓度区域的跨膜转运度向低浓度区域的跨膜转运 经载体的易化扩散（经
5、载体的易化扩散（facilitated diffusion via carrier）经通道的易化扩散（经通道的易化扩散（facilitated diffusion via channel）一、被动转运(passive transport)1.由载体由载体(carrier)介导的易化扩散介导的易化扩散 饱和现象饱和现象(saturation)立体构象特异性立体构象特异性(stereodpecificity)竞争性抑制竞争性抑制(competitive inhibition)通道对离子的选择性通道对离子的选择性通道的门控特性通道的门控特性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
6、机械门控通道速度极快速度极快;(;(可达每秒可达每秒10106 6-10-108 8个离子个离子)阻断药：河豚毒阻断药：河豚毒 NaNa+通道，通道，四乙基铵四乙基铵KK+通道通道，异搏定，异搏定CaCa2+2+通道通道l2.由通道由通道（ion channel）介导的易化扩散介导的易化扩散细胞膜经通道易化扩散的生理意义细胞膜经通道易化扩散的生理意义:跨膜物质转运跨膜物质转运(如水、离子如水、离子););参与细胞生物电的产生参与细胞生物电的产生;参与跨膜信号转导。参与跨膜信号转导。Na+-K+依赖式依赖式ATP酶酶的蛋白质。的蛋白质。每分解一个每分解一个ATP分子，分子，可以使可以使3个个Na
7、+移出膜移出膜外，同时有外，同时有2个个K+移移入膜内入膜内细胞通过本身的某种耗能过程，将物质由膜的细胞通过本身的某种耗能过程，将物质由膜的低低浓度一侧移向浓度一侧移向高高浓度一侧的过程浓度一侧的过程(一一)原发性主动转运原发性主动转运(primary active transport)钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump)二、主动转运(active transport)钠钠-钾泵钾泵(sodium-potassium pump)钠泵活动的意义钠泵活动的意义：Na+、K+等离子在膜两侧的不均衡分布等离子在膜两侧的不均衡分布 胞内高钾，为代谢提供必需条件胞内高钾，为代谢提供
8、必需条件 胞内低钠低氯，维持胞质渗透压和细胞容积胞内低钠低氯，维持胞质渗透压和细胞容积的稳定的稳定 建立了势能贮备建立了势能贮备 神经、肌肉等组织产生生物电信号的基础神经、肌肉等组织产生生物电信号的基础 一些其他物质分子跨膜转运的能量来源一些其他物质分子跨膜转运的能量来源 还有钙泵还有钙泵(Ca2+-Mg2+依赖式依赖式ATP酶酶)H+泵泵(H+-K+依赖式依赖式ATP酶酶)碘泵等碘泵等(二二)继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport)如:小肠上皮细胞吸收葡萄糖，肾小管上皮重吸收葡萄糖和氨基酸；甲状腺摄取 I依靠依靠Na泵建立的势能储备，逆浓度差转运某
9、些物质泵建立的势能储备，逆浓度差转运某些物质 的过程，不直接消耗能量，间接地来自的过程，不直接消耗能量，间接地来自ATP 继发性主动转运简称联合转运联合转运(cotransport)出胞(exocytosis)常见于递质的释放和腺体的分泌入胞(endocytosis)吞噬：巨噬细胞和中性粒细胞吞饮：小肠上皮细胞和肾小管上皮细胞等受体介导式入胞：运铁蛋白，低密度脂蛋白 大分子物质或固态、液态的物质团块，出入细胞的过程大分子物质或固态、液态的物质团块，出入细胞的过程 三入胞和出胞(endocytosis and exocytosis)受体介导式入胞受体介导式入胞 转运方式转运方式 转运物质转运物质
10、 顺逆差顺逆差 细胞是否耗能细胞是否耗能 单纯扩散单纯扩散 脂小分子脂小分子,水水 顺差顺差 不不 经载体易化扩散经载体易化扩散 水溶性分子水溶性分子 顺差顺差 不不 经通道易化扩散经通道易化扩散 带电离子带电离子 顺差顺差 不不 原发性主动转运原发性主动转运 离子离子 逆差逆差 耗能耗能 继发性主动转运继发性主动转运 葡萄糖等葡萄糖等 逆差逆差 靠他物势能差靠他物势能差 出胞与入胞出胞与入胞 大分子物质大分子物质 无关无关 细胞主动活动细胞主动活动 被被 动动 转转 运运 膜膜 蛋蛋 白白 介介 导导第二节第二节 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导(transmembrane signal
11、 transduction)跨膜信号转导的概念的提出跨膜信号转导的概念的提出 不同形式化学信号（激素、递质、细胞因子）不同形式化学信号（激素、递质、细胞因子）作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响作用于细胞时，通常并不进入细胞或直接影响细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引细胞内过程，而是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，再引发靶细胞功能改变，包括细传递到膜内，再引发靶细胞功能改变，包括细胞出现电反应或其他功能改变。胞出现电反应或
12、其他功能改变。受体受体-G蛋白蛋白-膜的效应器酶介导的膜的效应器酶介导的跨膜信号转导跨膜信号转导 受体受体：G-蛋白耦联受体蛋白耦联受体 G蛋白蛋白(鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白)G蛋白的效应器分子蛋白的效应器分子 酶酶 (如：腺苷酸环化酶、磷脂酶C）离子通道离子通道 第二信使第二信使（如：环磷腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG)v最典型的例子是最典型的例子是1962年年Krebs等人对等人对cAMP调调节糖原合成和糖原分解酶系的研究节糖原合成和糖原分解酶系的研究v肾上腺素激活肾上腺素激活-肾上腺素受体，通过肾上腺素受体，通过G蛋白激蛋白激活腺苷酸环化酶，使细胞内活腺苷酸环
13、化酶，使细胞内cAMP浓度升高浓度升高v cAMP与与APK的调节亚单位结合，释放出被激的调节亚单位结合，释放出被激活的活的APK催化亚单位，导致下列反应调节糖原催化亚单位，导致下列反应调节糖原生成作用。生成作用。未激活的未激活的PKA 激活的激活的PKA未激活的磷酸酶激酶未激活的磷酸酶激酶 激活的磷酸酶激酶激活的磷酸酶激酶未激活的糖原磷酸化酶未激活的糖原磷酸化酶 激活的糖原磷酸化酶激活的糖原磷酸化酶糖原糖原 1-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖cAMP 受体受体(receptor)：能与：能与外来化学信号作特异性外来化学信号作特异性结合的受体蛋白质结合的受体蛋白质 这里它们不是一个独立这里它们不是一个独
14、立的蛋白质分子，称为通的蛋白质分子，称为通道型受体道型受体通道介导的跨膜信号转导通道介导的跨膜信号转导 化学门控通道化学门控通道：肌细胞终板膜、神经细胞的突触：肌细胞终板膜、神经细胞的突触 后膜后膜 电压门控通道：电压门控通道：神经轴突和骨骼肌、心肌细胞神经轴突和骨骼肌、心肌细胞 机械门控通道机械门控通道：机械感受器细胞：机械感受器细胞P10P10图图2-1 2-1 钠通道钠通道 亚单位的分子结构示意图亚单位的分子结构示意图由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导由酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导 受体的膜外侧肽段同相受体的膜外侧肽段同相应的化学信号结合时，应的化学信号结合时，直接激活受体的膜内侧直
15、接激活受体的膜内侧肽段的蛋白激酶活性，肽段的蛋白激酶活性，引发蛋白质底物中的酪引发蛋白质底物中的酪氨酸残基发生磷酸化氨酸残基发生磷酸化 没有没有G蛋白的参与，没蛋白的参与，没有第二信使的产生有第二信使的产生 三、由酶三、由酶介导介导酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体 肽类激素和有关细胞因子肽类激素和有关细胞因子 酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体(胰岛素、神经生长因子胰岛素、神经生长因子)胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性胞浆内侧肽链的蛋白激酶活性酪氨酸残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化生理效应生理效应 直接直接激活激活鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 鸟苷酸环化酶受体鸟苷酸环化酶受体 胞内的胞内的GTP环化，生成环化，生成 cGMP蛋白激酶蛋白激酶G生理效应生理效应 激活激活配体（如心房钠尿肽等肽类激素）配体（如心房钠尿肽等肽类激素）鸟苷酸环化酶鸟苷酸环化酶激活激活能与受体发生特异能与受体发生特异性结合的活性物质性结合的活性物质信号的综合信号的综合 同一信号作用于细胞膜上不同的受体可同一信号作用于细胞膜上不同的受体可以引发不同的生物效应以引发不同的生物效应 不同的信号可以作用于相同的细胞膜受不同的信号可以作用于相同的细胞膜受体产生相似的生物效应体产生相似的生物效应 使机体调节功能更加精细使机体调节功能更加精细 是药物作用的基础是药物作用的基础
