细胞生理--细胞的基本功能

第三节
细胞的生物电现象
概
述
恩格斯在 100• 多年前就指出：“地球上 几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的 “ 变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动 时都存在电活动，这种电活动称为生物电现 象（bioelectricity）。
一、细胞膜的被动电学特性 （一）膜电容和膜电阻 欧姆定律：I（电流）= V（电压）G（电导） 膜电位（电压）= 离子电流 / 电导（V = I / G） （二）电紧张电位（P 23）
一、静息电位及其产生机制 （一）细胞的静息电位(resting potential
RP)
：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内 外存在的电位差。 •
1. 概 念
2.RP实验现象：
3.证明RP的实验：
（甲）当A、B电极都位于 细胞膜外，无电位改变， 证明膜外无电位差。 （乙）当 A 电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。 （丙）当A、B电极都位于 细胞膜内，无电位改变， 证明膜内无电位差。
入胞:指细胞外的大分子物质或团块进 入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。
出胞：
入胞:
第二节
细胞的跨膜信号转导功能
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： ① 离子通道介导的信号转导 ② G蛋白偶联受体介导的信号转导 ③ 酶偶联受体介导的信号转导
二、物质的跨膜转运
（一）单纯扩散 （二）膜蛋白介导的跨膜转运
1、经载体的易化扩散
2、经通道的易化扩散
3、原发性主动转运
4、继发性e diffusion) (1)概念: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。
(2)特点: A、扩散速率高 B、无饱和性 C、不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” D、不需另外消耗能量 E、扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性 呈正相关。 表示方法：扩散通量 （mol or mol数/min.cm2) F、转运的物质：O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、
细胞的基本功能
第一节
第二节
细胞膜的结构和物质转运功能
细胞的跨膜信号转导
第三节
第四节
细胞的生物电现象
肌细胞的收缩
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
一、细胞膜的结构
（一）脂质双分子层
液态的脂质双分子层
（二）细胞膜蛋白质
镶嵌或贯穿于脂质双分子层中
（三）细胞膜糖类
多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗 原决定族=免疫信息（血型）；有些作为膜受体的 “可识别”部分，能特异地与激递质等结合。
(第二信使）
PIP2
IP3 和 DG
内质网 释放Ca2+
激 活 蛋白激酶C
细胞内生物效应
二、离子通道介导的信号转导 • 化学门控通道（骨骼肌终板膜） • 电压门控通道（心肌细胞L型钙通道） • 机械门控通道（血管内皮细胞）
三、酶偶 联受体介 导的信号 转导
受体本身具 有酶的活性， 又称受体酪 氨酸激酶。
Ri
GDP GDP GTP
b g a
Gi
GTP
GTP GDP
ATP cAMP 5`AMP PDE PKA ATP ADP P
plasma
Physiological activities
Protein
磷脂酰肌醇信号通路
激素（第一信使） 结合G蛋白偶联受体 激活G蛋白 兴奋性G蛋白(GS) 激活磷脂酶C(PLC)
如:Na+-K+泵、H+-K+泵等
1.泵转运——Na+-K+泵（Na+-K+-ATPase）
通道转运与钠-钾泵转运模式图
钠-钾泵:由α、β二个亚单位构成，
α亚单位由 1022个氨基酸残基构成，10次跨膜；β亚单位由302个 氨基酸残基构成， 1次跨膜。
当[Na+]i↑/[K+]o↑激活
分解ATP产生能量
2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外 维持[Na+]o高、[K+]i高 原先的不均匀分布状态
4、继发性主动转运
概念： 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时， 能量来自膜两侧 [Na+] 差，而 [Na+] 差是 Na+-K+ 泵分解ATP释放的能量建立的。
（三）入胞和出胞
•
出胞:指细胞把成块的内容物由细胞内 排出的过程。
一、G蛋白偶联受体介导的信号转导
cAMP信号通路 神经递质、激素等（第一信使） 结合G蛋白偶联受体 激活G蛋白 兴奋性G蛋白(GS) 激活腺苷酸环化酶(AC) ATP cAMP 激活cAMP依赖的蛋白激酶A 细胞内生物效应
Rs
Gs
GDP
b g a
membrane b g g b AC a a
GTP
电压依从性 钠通道
由带精氨酸和赖氨酸等阳离子的S4形成了电 压依从性门控机制。
（3）、机械门控通道 ——由机械运 动改变控制通道 内耳毛细胞顶部的听毛弯曲时，引起 其根部所在的膜变形，直接激活通道， 改变其活动状态。
（4）、细胞间通道
• 图示
这种结构主要存 在于心肌和平滑 肌的肌细胞之间。
细胞膜 细胞间隙 蛋白亚单位
2、经载体的易化扩散
转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质
(3)特点: ①需依靠特殊膜蛋白质 • ②不需另外消耗能量 • ③选择性 • ④饱和性 ⑤竟争性 • ⑥浓度和电压依从性
3、原发性主动转运(active transport)
•
指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。 • 特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来 提供； ②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”； ③是逆电-化学梯度进行的。
• 如图示
Ach
Ca2+
Action potential Fusing vesicle
receptor Ion channel
a b a g d
Ca2+
Na+
Ach
（2）电压门控通道 ——由膜电位改 变控制通道的开关
1800个氨基酸形 成4个结构相同 的a-螺旋结构域 (domain)，每个 结构域中有6个 片段(S1~S6)。 由4个S2围成了通道 亲水性通路；
乙醚、乙醇、类固醇类激素 等少数几种。
（二）膜蛋白介导的跨膜转运 1、经通道的易化扩散 (1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物
质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓 度一侧向低浓度一侧移动的过程。
1、经通道的易化扩散
转运的物质:各种带电离子
（1）、化学门控通道 ——由化学物质控 制通道的开关