细胞的跨膜信号传递功能

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第二节细胞的跨膜

动作电位
2）复极化：细胞去极化至一定程度 Na+通道关闭，K+通道开放，在细胞内外△【K+】的作用下K+外流，形成复极化。 3）后电位：钠泵排钠摄钾形成微小的电
位波动。
NF受刺激→膜去极化→部分电压门控Na+通道开放（激活）→Na+顺电－化学梯度入C→ 膜进一步去极化（阈电位）→大量Na+通道开放→形成AP上升支（去极相）→达到Na+平衡电位，膜电位内正外负（动力：浓度差；阻力：电位差）→Na+通道失活→膜对K+通道开放→膜内K+顺电－化学梯度向外扩散→ 膜内电位变负→AP下降支（复极期）→K+平衡电位→Na+通道恢复（复活）。
根据细胞膜上受体的种类以及与受体发生联系，参与跨膜信号转导的相关分子不同，主要有以下几种跨膜信号转导的途径：

一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导二、通道介导的跨膜信号转导三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导
一、G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导 1、受体（receptor）
存在于细胞膜上或细胞内的能与特定的化学物质如神经递质、激素、药物等进行特异性结合并引起生物学效应的特殊蛋白质。 2、G蛋白是一类位于受体和效应器分子之间的偶联蛋白
受体介导式入胞：

是一种最重要的入胞形式，通过这种方式入胞的物质有50多种，包括血浆低密度脂蛋白颗粒、运铁蛋白、VitB12 运输蛋白、多种生长调节因子、胰岛素、抗体和某些细菌毒素、病毒等。
coated pit
endosome
Primary lysosome
入胞的基本过程：转运物质被细胞膜识别与转运物质相接触的膜发生内陷，并逐渐将其包绕吞食泡与溶酶体融合，其内容被酶消化

细胞的信号转导

• 由膜上的腺苷酸环化酶（AC）环化胞浆内 • ATP形成cAMP。 • cAMP是最早确定的第二信使。正常情况下，cAMP的生成与分解保持平衡，使胞浆内cAMP浓度保持在10-7M以下。当配体与受体结合后，1个AC可生成许多cAMP，使cAMP的水平在几秒钟内增高20倍以上。
• • • • • • •
3. PLA 2 –AA信号转导系统花生四烯酸（ AA）是通过磷脂酶水解膜磷脂释放的不饱
和脂肪酸。 1）PLA2的激活机制：
许多细胞外信号（如肾上腺素能激动剂、缓激肽、凝血
酶等）都可激活PLA2，有些PLA2通过G蛋白激活；有些 PLA2被PLC激活，PLC通过增加胞内Ca2+、或激活PKC间接激活PLA2。细胞外信号刺激PLA2途径直接在sn-2位置脱酯释放AA，是生成AA的重要途径，也是细胞调控AA生
期使用激动剂和拮抗剂的药理或病理情况下，将之除去后受体数量和反应性均可恢复。
（2）根据调节的种类，分为
1）受体的数目与结合容量：促使受体数目或结合
容量增加的调节称为上调。反之称为下调。
2）反应性：在内环境影响下，受体反应性会产生增
敏、失敏等现象。增敏：细胞在某种因素的作用下，受体与配体结合的
敏感性增加。如甲状腺素可增加细胞对儿茶酚胺、TSH、
第二节细胞的跨膜信号转导功能
• 跨膜信号转导 • （transmembrane signal transduction）
（一）细胞信号转导
1. 细胞信号转导的概念
不同形式的外界信号作用于细胞时，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（少数类固醇激素和甲状腺激素除外）通过引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

动物细胞的结构与功能

动物细胞生理
细胞是机体的基本结构和功能单位。机体内所有的生理功能和生化反应都是在细胞及其产生的物质基础上进行的。因此了解细胞的结构和功能，对于机体各系统、器官的生理功能的进一步学习具有重要作用。
一、动物细胞的结构
细胞膜的基本结构
物质的
跨膜运输
二、细胞膜的物质转运功能
被动运输
简单扩散
通道蛋白（channel protein）是横跨质膜的亲水性通道，允许大小和电荷适宜的离子顺梯度通过，又称为离子通道蛋白，通过门控介导溶质的被动跨膜运输。
电压门通道
配体门通道
压力激活通道
N型乙酰胆碱受体由4种不同的亚单位组成的5聚体，总分子量约为290kd。当受体结合配体乙酰胆碱时，引起通道构象改变，通道瞬间开启，膜外Na+内流，膜内K+ 外流。使该处质膜去极化，引起肌细胞动作电位，肌肉收缩。
2、由间隙连接完成的跨膜信号传递
如：由间隙连接组成电突触，快速实现细胞间信号通讯，无须依赖神经递质或信息物质即可将一些细胞的电兴奋活动传递到相邻的细胞。
3、由其它受体完成的跨膜信号传递
化学感受器中的G蛋白气味分子与化学感受器中的G蛋白偶联型受体结合，可
激活腺苷酸环化酶，产生cAMP，开启cAMP门控阳离子通道，引起钠离子内流，膜去极化，产生神经冲动，最终形成嗅觉或味觉。
相关概念
❖
静息时，细胞膜内外两侧维持内负外正的稳定
状态，称为极化。
❖ 当细胞受刺激时，膜内电位向负值减小方向变化，称变化，称为超极化。
❖ 当神经纤维受到阈刺激时，膜上Na+通道开放， Na+内流，膜发生去极化反应，静息电位有所减小，当静息电位减小到某一临界数值时，膜对Na+的通透性突然增大，Na+迅速内流，出现动作电位的上升相。这个临界点时的跨膜电位数值称为阈电位。

《生理学》细胞的基本功能——1细胞的跨膜运输方式

亲水性极性基团磷酸和碱基）（磷酸和碱基）
二、细胞膜的物质转运功能半透膜
哪些物质可以通过细胞膜哪些物质可以通过细胞膜? 物质可以通过细胞膜这些物质是如何通过细胞膜的? 如何通过细胞膜的这些物质是如何通过细胞膜的?
O2 ，能源物质氨基酸脂类各种离子等
细
胞
CO2 CO2 代谢尾产物
水的跨膜转运
单纯扩散——水虽是极性分子水虽是极性分子单纯扩散但分子极小，又不带电荷。但分子极小，又不带电荷。渗透 (osmosis) 溶液拖曳 (solvent drag) 易化扩散——水通道 (water channel) 易化扩散水通道水孔蛋白 (aquaporin, AQP)
Water channel
单纯扩散（（一）单纯扩散（simple diffusion)
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。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。
特点：特点：
1、顺浓度差 2、不需要膜蛋白帮助 3、不消耗能量 4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2 转运脂溶性物质（非极性分子）
细胞膜结构液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)
以液态的脂质双分子层为基本框架，以液态的脂质双分子层为基本框架，其中镶嵌有不同生理功能的蛋白质和少量多糖。功能的蛋白质和少量多糖。
基架：基架：液态的脂质双分子层中间：中间：镶嵌许多结构和功能不同的蛋白质
疏水性非极性基团长烃链）（长烃链）
2. 继发性主动转运
Secondary Active Transport
1）概念:利用原发性主动转运所造成的某种物质的势概念: 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。转运体蛋白（转运体，转运体蛋白（转运体，transporter) 2）特点间接耗能（钠泵）间接耗能（钠泵）膜转运体（特殊蛋白质）膜转运体（特殊蛋白质）

细胞运输和细胞信号传导

细胞运输和细胞信号传导细胞是生物体的基本组成单位，其内部需要进行各种物质的运输和信息的传导，以维持正常的生命活动。

本文将就细胞运输和细胞信号传导的机制进行深入探讨。

一、细胞运输细胞内的物质运输主要依赖于细胞膜和细胞质内的各种细胞器。

细胞膜作为细胞的外包装，起到了筛选物质的作用。

它通过渗透作用和主动转运的方式将物质进入或排出细胞。

A. 渗透作用渗透作用是指细胞膜对溶质的选择性透过性。

当细胞外部的溶质浓度高于细胞内部时，细胞膜会主动让溶质进入细胞，达到浓度平衡。

反之，当细胞内部的溶质浓度高于外部时，细胞膜则会主动将溶质排出。

B. 主动转运主动转运是指细胞膜通过蛋白通道将物质主动转运进入或排出细胞。

其中，受体介导的运输和离子泵是两种常见的主动转运方式。

受体介导的运输是指细胞膜上存在特定的受体蛋白，当特定信号物质结合到受体上时，细胞膜会发生变化，将物质运输进入或排出细胞。

离子泵则是指细胞膜上的特定蛋白通过ATP酶的作用，将离子的浓度从低到高进行主动运输。

C. 细胞器的运输除了细胞膜的运输，细胞质内的各种细胞器也需要进行物质的运输。

其中，高尔基体、内质网和线粒体是物质运输的主要场所。

高尔基体位于细胞内，常常与内质网相连。

它负责将合成的蛋白质转运到目标细胞器或细胞膜上，以完成其功能。

内质网则是细胞内的一个复杂的网络结构，它参与了蛋白质的合成、折叠和修饰过程，然后将蛋白质运输到高尔基体或其他目的地。

线粒体是细胞内的能量中心，它需要将细胞质中的营养物质转化为ATP能量。

线粒体通过内质网和高尔基体的运输系统，将所需的物质通过积极和被动的方式运送到细胞内。

二、细胞信号传导细胞信号传导是细胞间相互沟通的重要手段，它通过一系列信号分子的传递和感受器的激活，将外界信号传递到细胞核，最终调控细胞的生理活动。

A. 信号分子的传递细胞信号传导的第一步是信号分子的传递。

这些信号分子可以是细胞外的激素、神经递质，也可以是细胞内的小分子信号物质。

细胞生物学-6物质的跨膜运输与信号传递

受体介导的胞吞作用
受体介导内吞的基本特点
①配体与受体的结合是特异的, 具有选择性; ②要形成特殊包被的内吞泡。将成纤维细胞
培养在加有转铁蛋白-铁标记的低密度脂蛋白(LDL)的培养基中,可清楚地观察到这一过程
基本过程
大致分为四个基本过程∶①配体与膜受体结合形成一个小窝(pit); ② 小窝逐渐向内凹陷，然后同质膜脱离形成一个被膜小泡;③ 被膜小泡的外被很快解聚, 形成无被小泡, 即初级内体;④ 初级内体与溶酶体融合,吞噬的物质被溶酶体的酶水解
两个大亚基(α亚基)和两个小亚基(β亚基)组成。 α亚基是跨膜蛋白，在膜的内侧有ATP结合位点;在α亚基上有Na+和 K+结合位点
Na+/K+ ATPase的结构
工作原理
Na+/K+ ATPase 工作原理示意图
ATPase Pumps—Ca2+ 泵结构
ATPase Pumps—质子泵
协同作用
协同作用
在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较
协同运输的方向
葡萄糖与Na+离子的协同运输
细菌的主动运输
细菌的主动运输—磷酸化运输
• 又称为基团转运。其机理是通过对被转运到细胞内的分子进行共价修饰（主要是进行磷酸化）使其在细胞中始终维持"较低"的浓度，从而保证这种物质不断地沿浓度梯度从细胞外向细胞内转运
胞饮作用与吞噬作用主要有三点区别
特征胞饮作用
吞噬作用
内吞泡的大小小于 150nm
大于 250nm。
转运方式连续发生的过程
需受体介导的信号触发过程
内吞泡形成机制需要笼形蛋白形成包被

第五章物质的跨膜运输与细胞信号转导

信号通路
㈢细胞信号分子与靶细胞效应
1、信号分子（signal molecule） 2、受体（receptor） 3、第二信使（second messenger） 4、信号分子与靶细胞效应
1、信号分子
⑴亲脂性信号分子 ⑵亲水性信号分子 ⑶气体性信号分子(NO、CO、植物中的乙烯)
2、受体（receptor）
物质逆浓度梯度或电ຫໍສະໝຸດ 学梯度由低浓度向高浓度一侧进行跨膜转运的方式，需要细胞提供能量，需要载体蛋白的参与。对保持细胞内的离子成分并对输入一些细胞外比细胞内浓度低的溶质是必不可少的。
㈠特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白㈡类型：三种基本类型 1、由ATP直接提供能量的主动运输 2、协同运输（cotransport）、（） 3、物质的跨膜转运与膜电位、
㈠ATP直接提供能量的主动运输（ATP驱动泵）
这类泵本身就是一种载体蛋白，也是一种酶— ATP酶，它能催化ATP，由ATP水解提供能量，主动运输Na+、K+、Ca2+等。根据泵蛋白的结构和功能特性，ATP驱动泵分为4类： 1、P-型离子泵：型离子泵： 2+ （1）钠钾泵（2）钙泵（Ca -ATP酶）（（） 2、V-型质子泵 3、F-型质子泵 4、ABC超家族
㈠细胞通讯（cell communication）
1、细胞通讯与信号转导 2、细胞通讯的方式 3、分泌信号传递信息的方式
1、细胞通讯与信号转导
细胞通讯：一个细胞发出的信息通过介质（又称配体）传递到另一个细胞并与靶细胞相应的受体相互作用，然后通过细胞信号转导产生胞内一系列生理生化变化，最终表现为细胞整体的生物学效应的过程。信号转导：化学信号分子可与细胞内或细胞表面的受体相结合形成复合物，并将受体激活，激活的受体可将外界信号转换成细胞能感知的信号，从而使细胞对外界信号作出相应的反应，这种由细胞外信号转换为细胞内信使的过程称为信号转导。

细胞膜的功能——大分子跨膜运输(共42张PPT)

三、运输小泡的类型
在细胞分泌和内吞过程中,从膜上形成的小泡通常由不同的蛋白质包被，因此称为被膜小泡(coated vesicles), 有三种类型的被膜小泡。
（一）网格蛋白小泡(clathrin-coated vesicle）
（二）COPⅡ被膜小泡(COPⅡ coated vesicle) （三）COPⅠ被膜小泡(COPⅠcoated vesicle)
网格蛋白(clathrin)是一种进化上高度保守的蛋白质，
由相对分子质量为180kDa的重链和相对分子质量为35～
40kDa的轻链组成二聚体, 三个二聚体形成包被的基本结
构单位--三联体骨架(triskelion),
称为三腿蛋白
(three-legged protein)。许多三腿复合物再组装成六
边形或五边形网格结构,即包被亚基,然后由这些网格蛋
调节型分泌途径
见于某些特化的细胞，如内分泌细胞。在这些细胞中,调节型分泌小泡成群地聚集在质膜下，只有在外部信号的触发下，质膜产生胞内信使后才和质膜融合，分泌内容物。
调节型途径中形成的小泡称为分泌泡(secretory vesicles)。
调节型分泌有两个特点:一是具有选择性;二是具有浓缩作用 ,可使被运输的物质浓度提高200倍。
（一）网格蛋白小泡
从反面高尔基体网络出芽形成的选择性的分泌小泡,包括溶酶体酶运输小泡, 以及细胞质膜中由受体介导的内吞作用形成的内吞泡都是由网格蛋白参与形成的网格蛋白小泡。这些小泡的表面都包裹一层聚合的网格蛋白。网格蛋白小泡参与反面高尔基体和质膜之间的选择性分泌和内吞活动。
网格蛋白(clathrin)
小于150nm
连续的过程
胞吞泡形成机制

细胞生物学第五章物质的跨膜运输与信号传递

钙泵和质子泵
钙泵：动物细胞质膜及内质网膜，1000 Aa组成的跨膜蛋白，与Na+-K+ 泵的亚基同源，每一泵单位约10个跨膜螺旋，与胞内钙调蛋白结合调节其活性
质子泵
P型质子泵：真核细胞膜 V型质子泵：溶酶体膜和液泡膜 H+-ATP酶：顺浓度梯度，线粒体内膜，类囊体膜和细菌
质膜
在动物、植物细胞由载体蛋白介导的协同运输异同点的比较
调节型胞吐途径：蛋白分选由高尔基体反面管网区受体类蛋白决定
BACK
第二节细胞通信与信号传递
细胞通讯与信号传递通过细胞内受体介导的信号传递通过细胞表面受体介导的信号跨膜传递由细胞表面整联蛋白介导的信号传递细胞信号传递的基本特征与蛋白激酶的网络整合
信息
一、细胞通讯与信号传递
道
主动运输(active transport)
●特点：运输方向、能量消耗、膜转运蛋白 ●类型：
由ATP直接提供能量的主动运输钠钾泵钙泵质子泵
协同运输(cotransport) 由Na+-K+泵（或H+-泵）与载体蛋白协同作用
物质的跨膜转运与膜电位
钠钾泵(Na+-K+ pump)
动物细胞 1/3-2/3能量用于细胞内外Na+-K+ 浓度和二亚基组成，亚基120kD，亚基50kD 亚基Asp磷酸化与去磷酸化 1ATP转运3 Na+和2K+ 抑制剂：乌本苷促进：Mg2+和膜脂作用：保持渗透平衡
载体蛋白(carrier proteins)及其功能
与特定溶质分子结合，通过一系列构象变化介导溶质分子的跨膜转运
通透酶，但改变平衡点，加速物质沿自由能减少方向跨膜运动的速率

二、细胞的基本功能

二、细胞的基本功能西医综合考试大纲本章节部分:1.细胞的跨膜物质转运：单纯扩散、经载体和经通道易化扩散、原发性和继发性主动转运、出胞和入胞。

2.细胞的跨膜信号转导：由G蛋白偶联受体、离子通道受体和酶偶联受体介导的信号转导。

3.神经和骨骼肌细胞的静息电位和动作电位及其简要的产生机制。

4.刺激和阈刺激，可兴奋细胞（或组织），组织的兴奋，兴奋性及兴奋后兴奋性的变化。

电紧张电位和局部电位。

5.动作电位（或兴奋）的引起和它在同一细胞上的传导。

6.神经-骨骼肌接头处的兴奋传递。

7.横纹肌的收缩机制、兴奋-收缩偶联和影响收缩效能的因素。

知识概要:细胞膜蛋白的功能:物质转运功能、受体功能、酶的功能细胞膜外表面糖链具有受体和抗体的作用1.细胞的跨膜物质转运:单纯扩散、经载体和经通道易化扩散、原发性和继发性主动转运、出胞和入胞细胞的跨膜物质转运液态镶嵌模型,(Singer,1972)小分子跨膜运输通过:单纯扩散、易化扩散、主动转运Ps:当电位梯度较大且与浓度梯度作用方向相反时可逆浓度梯度扩散成、动作电位复极化时相的形成、局部电位的产生有静息(备用)、激活和失活三种状态道,Ach的受体是通道的一组成部分,只有在Ach与受体结合后通道才打开Na+通道特异性阻滞剂:河豚毒K+通道特异性阻滞剂:四乙基胺Ps:经通道和经载体易化扩散的主要区别:物质转运速率水分子跨膜转运方式:单纯扩散、经水通道和离子通道转运的过程或电位梯度进行的跨膜转运过程细胞外液[Na]约为胞内的10倍③维持细胞内渗透压和细胞容积④维持细胞内pH的稳定具有重要意义++2+(关键:钠泵、载体)同向转运:转运分子与Na+扩散方向相同+葡萄糖、氨基酸的重吸收)、分泌H大多数脂溶性维生素的吸收I-由血液进入甲状腺上皮细胞内无饱和现象:单纯扩散、经通道的易化扩散单纯扩散、易化扩散与主动转运比较G蛋白偶联受体:配体为多肽和蛋白质类激素是一条包含7次跨膜的肽链可间接激活腺苷酸环化酶可激活鸟苷酸结合蛋白G蛋白:连接膜受体与离子通道,与细胞外信号分子结合,来源于同一受体超家族由α、β和γ三个亚单位构成α亚单位具有结合GTP或GDP的能力,及GTP酶的活性IP3:作用:使胞内Ca库释放CaDG:作用:活化PLA举例:肾上腺素离子通道受体:神经-肌肉接头终板膜跨膜信号转导方式离子的平衡电位:当电位差驱动力=浓度差驱动力,达稳态时,此时的跨膜电位差称为该离子的平衡电位不同细胞静息电位(RP)不同:骨骼肌细胞-90mV,神经细胞-70mV,平滑肌细胞-55mV,RBC-10mV静息电位通常是平稳的直流电,但在心肌和平滑肌细胞会出现自发性的静息电位波动钠通道:电压门控;去极化达阈电位时,可引起正反馈扩散驱动力:浓度差和电位差每种离子的平衡电位可由Nernst公式计算出细胞外液的K浓度↑时,K平衡电位↓细胞外液的K浓度明显↑时,静息电位的绝对值将↓Na+通透性↑→RP↓活时相)负后电位:负极时迅速外流的K+蓄积在膜外侧附近,暂时阻碍了K+的外流指峰电位的”全或无”不论传播距离多远,其幅度和形状均不改变③有不应期:峰电位不融合或重叠+阈强度和阈刺激是用作衡量组织兴奋性高低的常用指标可兴奋细胞的共同标志(特征):产生动作电位钠通道激活和内向离子电流(也是局部电位与动作电位的共同点)5.动作电位(或兴奋)的引起和它在同一细胞上的传导兴奋:细胞对刺激发生反应的过程.动作电位的同义语或动作电位的产生过程动作电位一旦在细胞膜的某一点产生,就沿着细胞膜向各个方向传播,直到整个细胞膜都产生动作电位为止.这种在单一细胞上动作电位的传播,称为传导髓鞘:电阻大、不导电,不允许离子通过单个平均幅度:0.4mV终板膜上无电压门控钠通道,不产生动作电位;可通过电紧张电位刺激周围具有钠通道的肌膜,使之产生动作电位,传播至整个肌膜Ach在刺激终板膜产生终板电位的同时,可被终板膜表面的AchE迅速分解,所以终板电位持续时间仅几毫秒横纹肌的肌原纤维是由粗、细两组与其走向平行的蛋白丝组成肌肉的缩短和伸长均通过粗、细肌丝在肌节内的相互滑动而发生肌丝滑行理论的最直接证据是:肌肉收缩时,暗带长度不变,明带和H带长度缩短肌肉收缩的基本过程是在肌动蛋白和肌球蛋白的相互作用下将分解ATP释放的化学能转变为机械能的过程2+2+②运动神经元轴突上的动作电位引起神经-肌肉接头前膜释放Ach③Ach与终板膜上的受体结合,激活Na+通道,产生终板电位④终板电位引起肌膜去极化达阈电位,触发肌细胞电位.传遍整个肌膜⑤肌膜上的动作电位沿横管(T管)传到肌纤维深部,并影响到肌质网⑥肌质网终末泡释放Ca2+,胞质中Ca2+浓度↑,并与肌钙蛋白结合,产生构象变化⑨只要细胞内Ca浓度不↓,横桥周期继续出现2+-后负荷:主要影响肌肉收缩的收缩力量(主动张力)和缩短速度缩和舒张复合收缩:是指骨骼肌受到连续刺激时,后来的刺激有可能在前一次收缩结束前即到达肌肉,于是肌肉有可能在机械收缩过程中接受新的刺激,并发生新的兴奋和收缩新的收缩过程可与上次尚未结束的收缩过程发生总和强直收缩:当骨骼肌受到频率较高的连续刺激时,可出现以这种总和为基础的强直收缩。

细胞膜传递机制与信号传导

简单扩散：物质通过细胞膜的脂质双层结构直接扩散
主动运输：物质在膜蛋白的驱动下逆浓度梯度通过细胞
膜
胞吞作用和胞吐作用：大分子物质通过膜泡的包裹和释
放进行跨膜运输
膜受体：细胞膜上的蛋白质，负责识别和结
合信号分子
信号转导：膜受体激活后，通过一系列反应将信号传递
给细胞内部
信号转导途径：包括G蛋白偶联受体、离子通道受体、酶偶
信号传导异常可能导致细胞
癌变
信号传导异常可能导致免疫系统功能异常
信号传导异常可能导致肿瘤
生长和扩散
信号传导异常可能导致药物
耐药性
信号传导异常：信号传导过程中出现异常，可能导致神经系统疾病神经系统疾病：包括阿尔茨海默病、帕金森病、癫痫等信号传导异常与阿尔茨海默病：阿尔茨海默病患者中，信号传导异常可能导致记忆丧失和认知功能下降信号传导异常与帕金森病：帕金森病患者中，信号传导异常可能导致运动功能障碍和震颤信号传导异常与癫痫：癫痫患者中，信号传导异常可能导致癫痫发作和意识丧失
主动运输：物质通过细胞膜上的载体蛋白进行运输，需要消耗能量。
胞吞作用和胞吐作用：细胞通过吞噬作用摄入大分子物质，通过胞吐作用排出大分子物质，这两种方式都需要消耗能量。
信号分子：细胞内或细胞外的化学物质，能够传递信息受体：细胞膜上的蛋白质，能够识别并结合信号分子结合过程：信号分子与受体结合，引发受体构象变化信号传递：受体构象变化激活下游信号通路，传递信息至细胞内
蛋白质组学技术的挑战：蛋白质组学技术需要处理大量数据，对数据分析和生物信息学技术有较高要求。
序列比对：通过比较不同物种的基因序列，了解信
号传导通路的进化关系

生理学细胞的基本功能

Na+ 通道:是电压及时间依赖式离子通道，有开、关、失活三种状态（图）
阻断剂：河豚毒素、局麻药
后电位
后去极化：快速K+外流堆积，复极化减慢后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流
动作电位的特点： a．“全或无”现象：动作电位一旦产生
就达到最大值，其幅度不会因刺激强度的加强而增大。 b．不衰减传导 c．脉冲式，不会重合
4 ．经载体介导的易化扩散（图）转运的物质：GS、AA进入一般细胞共同特点：① 结构特异性 ② 饱和现象 ③ 竞争性抑制
被动转运：单纯扩散易化扩散主动转运: 1．定义：指细胞膜将物质分子（或离子）
逆浓度差和电位差转运的过程 2．生物泵：实质就是ATP酶
如“钠-钾泵”、“质子泵”等 ▲钠泵: 钠-钾泵或Na+- K+ -ATP酶（图）
d．不同细胞，AP的幅度和持续时间不同（图）
4、动作电位的引起和阈电位
阈电位和锋电位的引起刺激阈电位AP
1、阈电位 TP：是一种膜电位的临界值，能触发AP，是引起钠通道大量开放的膜电位值，即钠内流形成正反馈的膜电位值。
RP和TP的差值大，细胞兴奋性低；差值小，兴奋性高。 2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小
概念： AP是膜两侧电位在RP基础上发生
的一次可扩布的快速而可逆的倒转和复原。图
去极相去极化
超射
锋电位
复极相：复极化初期
后电位复极化后期（负后电位）
后超极化（正后电位）
（二）动作电位的产生机制
1、电化学驱动力； 2、动作电位期间膜电导的变化； 3、膜电导与离子通道（膜片钳技术）锋电位
•上升支：去极相由Na+内流形成，是Na+的平衡电位有效刺激→部分Na+通道开放→少量Na+→膜去极化→阈电位→大量Na+通道开放→大量Na+内流→膜内负电位消失，出现正电位

人体及动物生理学_细胞生理

Control of ion channels
一、通过具有特殊感受功能的通道蛋白质完成的跨膜信号传递 1、化学门控通道 2、电压门控通道 3、机械门控通道
人体及动物生理学
华中师范大学生命科学学院张铭编制
人体及动物生理学
华中师范大学生命科学学院张铭编制
不同的离子通道其亚基构成不同
不同的离子通道其亚基构成不同
胞外 + 高Na+ + + Na+ Na+ Na+ + + + + + + +
胞内低Na+
EK
EK
[K ] RT ln o ZF [ K ]i

[K ] 8.31 273 27 2.3 lg o (V ) 1 96500 [ K ]i [ K ]o (mV ) [ K ]i
华中师范大学生命科学学院张铭编制
人体及动物生理学
华中师范大学生命科学学院张铭编制
5
枪乌贼和微电极
电压钳模式图
人体及动物生理学
华中师范大学生命科学学院张铭编制
人体及动物生理学
华中师范大学生命科学学院张铭编制
Biphasic recording
一、兴奋和引起兴奋的条件
2、刺激引起兴奋的条件刺激参数：刺激强度、刺激的持续时间、刺激强度对时间的变化率阈强度、阈刺激、阈上刺激、阈下刺激、强度-时间曲线、基强度、时值。
EK 59.5 lg
式中: EK---K+平衡电位 R---气体常数 T---绝对温度 Z---离子价 F---Faraday常数 [K+]o--膜外K+浓度 [K+]i--膜内K+浓度。室温---27℃

生理学试题讲解（4）

生理学试题讲解（4）生理学什么是生理学以生物机体的生命活动现象和机体各个组成部分为研究对象的一门科学.研究对象和范围从广义上来说，根据研究的对象和范围，可分出植物生理学、昆虫生理学，航空航天生理学、运动生理学、医学生理学等。

如果根据研究的对象或内容，又可划分为细胞生理学、心脏生理学、肾脏生理学等，诸如此类。

我们所学的生理学，侧重于人体生理学，目的为今后进一步学习生物后继课程打基础。

学好生理学这门课程有何意义？如何来学习生理学？生理学可以认为是一门与日常生命活动或临床各种症状的解释密切相关的一门机能学科。

人体的功能活动是复杂多变的，同一个现象，发生的原因可以是不同的。

入门时，遇到的生理专业名词、概念较多，如何弄懂弄清楚这些概念，首先要理解这些概念或名称，懂得内容的含义，然后找出其中的要点加以记忆。

以生理学教科书作为基本学习内容。

因为教科书内容完整丰富，可以较好地帮助你理解所学的内容。

做到课后及时复习。

生理学这门课程的系统性、连贯性较强，各章节间存在着一定的内在联系。

生理学内容多、涉及面广，若干章节学完后，要善于自我复习和小结，记住，要把书本上的知识变为自己理解的知识，只有经过多次重复才能凑效。

本学期安排30学时，分15次完成。

本学期授课章节（除感觉器官、内分泌、生殖等章节做简单介绍外，其余章节都作介绍）一、刺激与反应（一）新陈代谢（最基本特征）（二）兴奋性：是指机体对刺激发生兴奋反应的能力或特性。

刺激：能引起机体感受到的各种内外环境变化。

反应：机体接受刺激后所发生的一切变化。

兴奋：出现活动或活动增强。

抑制：抑制是兴奋的反义，意味着活动停止或减弱。

阈强度：(或称刺激的阈值)能引起机体或组织细胞发生兴奋（动作电位）的最小刺激强度。

阈上刺激：凡刺激强度高于阈值的刺激。

阈下刺激：指低于阈值的刺激。

二、兴奋性的指标-阈值衡量兴奋性高低的指标常用阈值来表示，例如在比较三组学生制作神经肌肉标本好坏时，常可用阈值来衡量制作，（如何来测定阈值？请思考）结果：第一组阈值为4.1V；第二组阈值为4.9V；第三组阈值为8.9V（说明什么？）?因此，兴奋性与阈值之间呈倒数关系。

细胞信号传导简介

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信号转导的两种基本模式
一、接触依赖信号：细胞间有直接接触通过细胞间隙连接通道，让离子或代谢物直
接穿过通过信号发送细胞的膜表面蛋白与靶细胞膜
表面的受体蛋白结合
二、分泌信号分子：内分泌旁分泌自分泌神经元突触
7
内分泌：近或远距离细胞间的信号传递信号分子在血液或组织液中浓度很低（10-12～10-9M）
20
G蛋白
GTP结合蛋白，通过与GTP/GDP结合状态的转换来调控活性的蛋白。
分为多亚基G蛋白（经典G蛋白、大G蛋白）和单体小分子量G蛋白两类。
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经典G蛋白
与G蛋白偶联受体连接的异源三体G蛋白，有a、 b、γ 三个亚基组成。
a亚基含有鸟苷结合位点，且具有内源性GTP酶活性；
b、γ 两个亚基紧密连接
如：白细胞介素（IL）、干扰素（IFN）、肿瘤坏死因子（TNF）等；
特点：其受体本身都不具有激酶活性
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细胞外界因子/信号
激素：由远离靶器官的各种特殊内分泌细胞分泌，随血液运输到身体各部位。
根据化学组成可分为甾体类激素（类固醇）和肽激素。
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细胞外界因子/信号
甾体类激素（亲脂性）如：性激素糖皮质激素（调节蛋白质、糖、脂类代谢）盐皮质激素（调节体内盐平衡）
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经典G蛋白
G蛋白两种构象：活化型（与GTP结合）、非活化型（与GDP结合）
活化过程为G蛋白循环
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经典G蛋白通路---PKA途径
效应分子---腺苷酸环化酶（AC）有的a亚基（ as）可以激活AC 有的a亚基（ ai）可以抑制AC
第二信使---cAMP AC能催化ATP生成环状AMP（ cAMP ）

植物细胞受体与跨膜信号转换

作用机制
G蛋白信号耦联功能是靠与GTP的结合或水解所产生的变构作用来完成的。
当G蛋白与受体结合而被激活时，同时结合上GTP，继而触发效应器，把胞间信号转换为胞内信号；而当GTP水解为 GDP后。G蛋白回到原初构象，失去信号转换功能。
三聚体G蛋白的信号转换方式
三聚体 G 蛋白的活性循环
二是G蛋白耦联受体，通过G蛋白的下游效应酶产生第二信使。
2．酶促信号直接跨膜转换酶联受体本身的胞内域具有酶的催化活性，接受信号后激活
了胞内具有蛋白激酶活性的结构，在细胞内形成信号转导途
径，调节某种生理反应。通过一种蛋白完成了胞外到胞内的信号转换。
三、 G蛋白与跨膜信号转换
G蛋白（G protein）全称为GTP结合调节蛋白（GTP binding regulatory protein），此类蛋白由于其生理活性有赖于同三磷酸鸟苷（GTP）的结合以及具有GTP水解酶的活性而得名。
受体的作用机理如图6-6。
细胞内受体一般有两个结构域，一个是
与DNA结合的结构域；另一个是激活基因转录的结构域。还有两个结合位点：一个是配体（激素）结合位点，另一个是与抑制蛋白结合的位点。
在激素没有与受体结合时，抑制蛋白与受体结合，阻止受体与DNA结合。
当激素进入细胞并与受体结合后，形成激素-受体复合体，并使抑制蛋白从受体上解离下来，受体被活化。
G蛋白在膜上受体（细胞表面受体）接受胞外信号与膜内侧效应酶（如腺苷酸环化酶；磷脂酶C 即PLC）产生胞内信号之间，起着信号转换作用.
所以又称为耦联蛋白或信号转换蛋白。
种类
细胞内的G蛋白分为两大类：一类是由三种亚基（α、β、 γ）构成的异源三聚体G蛋白；另一类是只含有一个亚基的单体小G蛋白。小G蛋白与三聚体G蛋白的α亚基有许多相似之处。它们都能结合GTP或GDP，结合了GTP后呈活化状态，可以启动不同的信号转导过程。

egf信号传导机制

egf信号传导机制
表皮生长因子（EGF）信号传导是细胞生物学中的一个关键过程，涉及到细胞增殖、分化和存活。

EGF信号传导的基本机制可以概括如下：
1. EGF与其受体的结合：EGF信号传导的第一步是表皮生长因子（EGF）与其细胞表面受体（EGFR）的结合。

EGFR是一种跨膜受体酪氨酸激酶。

2. 受体的激活和二聚化：当EGF与EGFR结合后，引发受体的构象改变，导致受体的激活和二聚化（形成双体）。

二聚化是通过受体的外细胞区域的相互作用实现的。

3. 跨膜信号传递：受体二聚化后，触发了跨膜信号的传递，使得受体的胞内酪氨酸激酶区域被激活。

4. 自磷酸化和下游信号级联：激活的EGFR进行自磷酸化，即在其胞内区域的酪氨酸残基上加上磷酸基团。

这一过程为多种胞内信号蛋白提供了结合位点，这些信号蛋白进一步激活下游的信号传导途径。

5. 激活多种信号途径：例如Ras-MAPK（促进细胞增殖和分化）、PI3K-AKT（促进细胞存活和增殖）等途径。

这些途径通过多种不同的蛋白质间的相互作用和磷酸化事件，传递信号到细胞核。

6. 基因表达的改变：最终，这些信号途径影响细胞核内基因的表达，导致细胞行为的改变，如细胞增殖、分化或存活。

EGF信号传导在多种生物学过程和疾病中起着关键作用，包括肿瘤的生长和扩散。

因此，EGFR和相关信号途径是许多抗癌疗法的重要靶点。

然而，EGF信号传导的具体机制可能根据细胞类型和生理环境而有所不同，这是一个高度复杂和精细调节的过程。

细胞膜的主要功能

细胞膜的主要功能1.物质跨膜运输细胞膜是细胞与细胞环境间的半透膜屏障。

对于物质进出细。

胞有选择性调节作用。

（1）被动运输(passive transport):指物质顺顺浓度梯度转运过程而言，此过程不消耗能量，其交换方式有两种。

1）简单扩散（simple diffusion)：O2、CO2及其它脂溶性物质从高浓度侧向低浓度测穿过类脂双层而扩散，不消耗细胞能量。

2）易化扩散（facilitated deffusion）：非脂溶性或亲水性分子，加氨基酸、葡萄糖和金属离子等借助于质膜上内在蛋白顺浓度梯度或电化学梯度运动，不消耗ATP 能量而使物质分子从高浓度测向低浓度测扩散。

（2）主动运输（active transport):质膜上的载体蛋白将离子、营养物和代谢物等逆电化学梯度从低浓度侧向高浓度侧的耗能运输。

所耗能量由具ATP酶活性的膜蛋白分解ATP提供。

例如正常生理条件下，人红细胞内K+的浓度相当于血浆中的30倍，但K+仍能从血浆进入红细胞内，Na+浓度比血浆中低很多，但Na+仍由红细胞向血浆透出,呈现一种逆浓度梯度的“上坡”运输。

近年来均以“泵”的概念来解释主动运输的机理，机体细胞中主要是通过Na+、K+ _ATP酶和Ca2+_ATP酶构成的Na+和Ca2+泵来完成主动运输。

（3）大分子与颗粒物质的运输：对于蛋白质、多核苷酸和多糖等大分子物质以及颗粒等、是由质膜运动产生内凹、外凸而导出内吞入胞或外吐和出芽而出胞。

1）胞吞作用（endocytosis)：也称人胞作用，质膜四陷将所摄取的液体或颗粒物质包裹，逐渐成泡，脂双层融合、箍断，形成细胞内的独立小泡。

人类和动物的许多细胞均靠胞吞作用摄取物质。

根据所摄物理性质的物理性质不同把胞吞作用分为两类：胞饮作用（Pinocytosis)由质膜包裹液态物质形成吞饮小泡或吞饮体的过程；吞噬作用（phagocy-tosis)为各种变形的、具有吞噬能力的细胞所特有，吞噬的物质多为颗粒性的，如微生物、组织掉片和异物等。

细胞膜受体与信号传导通路

细胞膜受体与信号传导通路细胞膜受体是细胞表面的蛋白质，它们可以感受到外界的信号，通过信号转导通路把这些信号传递到细胞内部。

细胞膜受体共有两大类，即离子通道和酶联受体。

这两类受体通过不同的信号传导通路实现细胞的信号传递。

离子通道受体离子通道受体是一种具有离子通道的蛋白质。

它的功能是控制离子的进出，从而调节细胞的电位和离子浓度。

离子通道受体分为两种类型：一种是离子门控通道受体，如神经元的神经元钙离子通道和嗜铵酸氨基酸受体；另一种是配体门控通道受体，如电流型和化学型兴奋剂和抑制剂。

离子门控通道受体的结构特征是它们的离子通道被内嵌在细胞膜内。

离子门控通道蛋白质由一个中央的通道区域和四个相同的跨膜螺旋组成。

这些通道允许小离子通过而排除大分子物质。

离子门控通道蛋白质被内嵌在细胞膜内，呈球状，具有许多通道孔。

每个通道孔中有数百个不同大小的孔口，允许不同种类的离子进出。

配体门控通道受体的结构特征是它们的离子通道不被内嵌在细胞膜内。

配体门控通道蛋白质不是分散单独存在于细胞膜，因而具有单独的配位装置。

配位装置由离子通道多肽的一部分形成，并使通道状态发生变化，使离子通道开放或关闭。

典型的兴奋剂包括神经递质，如乙酰胆碱、γ-氨基丁酸和苯乙胺。

膜酶活化受体另一种类型的细胞膜受体是膜酶活化受体。

膜酶活化受体是细胞的另一类膜上受体。

它含有外部配体结构域、细胞膜跨膜区、内部蛋白质激活结构域和下游信号分子结合区。

在胞外信号物与配体结构域结合后，膜酶活化受体的一部分发生构象变化，进而引起催化活性变化，使下游信号分子被激活并开始信号转导。

膜酶活化受体是多种生物活性分子的刺激剂，如生长因子、蛋白激酶、胰岛素、甲状腺激素、雌激素、睾酮和花生四烯酸。

因此膜酶活化受体扮演着至关重要的生物调节作用，包括细胞生长、凋亡、迁移和分化。

一些常见的膜酶活化受体包括酪氨酸激酶、丝裂原活化蛋白激酶（显似激酶受体）、磷酸酯酶、磷酸二酯酶和蛋白酯酶。

信号传导通路离子通道受体和膜酶活化受体通过不同的信号转导通路实现细胞的信号传递。