生理学-细胞的基本功能PPT课件.ppt

1、细胞的基本功能细胞的基本功能第二章第二章 细胞膜的结构特征和物质转运功能细胞膜的结构特征和物质转运功能 细胞（细胞（cellcell）-机体的机体的基本结构和功能单位基本结构和功能单位。英国物理学家英国物理学家 Robter HookeRobter Hooke，1635 163517031703.l屏障及保护、物质转运、信号转导、生物屏障及保护、物质转运、信号转导、生物电（兴奋及其传递）（通信）等。电（兴奋及其传递）（通信）等。l肌细胞的收缩功能。肌细胞的收缩功能。细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞膜的结构特征细胞膜的结构特征一、基本结构与物质组成一、基本结构与物质组成 20 20

2、世纪世纪30s,30s,膜结构假说膜结构假说:小孔刚性膜结构小孔刚性膜结构 20 20世纪中期，电镜技术发现，膜的三层结构型式世纪中期，电镜技术发现，膜的三层结构型式 细胞膜：细胞膜：脂肪脂肪+蛋白质蛋白质+糖类糖类l重量：蛋白质与脂质之比为重量：蛋白质与脂质之比为 4 41 11 14 4 线粒体膜线粒体膜3 31 1，神经髓鞘膜为，神经髓鞘膜为1 14 4l数量：脂质多于蛋白质数量：脂质多于蛋白质100100倍以上。倍以上。二、液态镶嵌模型及其分子组成二、液态镶嵌模型及其分子组成l液态镶嵌模型液态镶嵌模型（liquid mosaic model;Singer liquid mosaic m

3、odel;Singer&Nicholson,1972&Nicholson,1972）的基本内容）的基本内容:膜的共同结膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。l特征特征：脂质熔点低，体温下为液态，有一定的流：脂质熔点低，体温下为液态，有一定的流动性；分子自由能低，具有稳定性。抗张力和变动性；分子自由能低，具有稳定性。抗张力和变形，自动融合与修复能力。形，自动融合与修复能力。（一）脂质双分子层（一）脂质双分子层细胞膜的基本骨架细胞膜的基本骨架 证明：人工脂质膜证明

4、：人工脂质膜:单层、双层及单层、双层及 脂质小体脂质小体 （liposomeliposome）脂质构成：脂质构成：磷脂、糖脂、固醇（磷脂、糖脂、固醇（其含量与膜的其含量与膜的 流动性成反变）流动性成反变）分类分类：依功能分依功能分：酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等；酶蛋白、受体蛋白、转运蛋白等；依存在形式分依存在形式分：表面蛋白表面蛋白、整合蛋白。整合蛋白。脂脂质质双双分分子子层层细胞膜糖类细胞膜糖类细胞膜蛋白质细胞膜蛋白质疏水疏水基团基团亲水亲水基团基团膜蛋白质膜蛋白质l运动形式：运动形式：平面侧向扩散运动，受骨架蛋白及胞外信号调节平面侧向扩散运动，受骨架蛋白及胞外信号调节.沿平面垂直轴旋转运动

5、，受骨架蛋白调节沿平面垂直轴旋转运动，受骨架蛋白调节.“插入插入”和和“内化内化”.”.（三）糖类（三）糖类 分子标记或信息载体分子标记或信息载体结构结构：寡糖和多糖链：寡糖和多糖链 糖蛋白或糖脂糖蛋白或糖脂功能功能：形成细胞的抗原性和表型，参与细胞识别、黏附、：形成细胞的抗原性和表型，参与细胞识别、黏附、分化、老化、吞噬、自身免疫、细菌感染等。分化、老化、吞噬、自身免疫、细菌感染等。如如 IgGIgG糖链改变糖链改变自身抗原自身抗原自身免疫。自身免疫。ABOABO血型抗原决定簇：血型抗原决定簇：A A抗原抗原为乙酰氨基半乳糖胺，为乙酰氨基半乳糖胺，B B抗原抗原为半乳糖。为半乳糖。第二节第二

6、节 细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能（一）单纯扩散（一）单纯扩散（simple diffusionsimple diffusion）指疏水性或非极性程度较高的小分子物质指疏水性或非极性程度较高的小分子物质顺顺浓度梯度浓度梯度的跨膜物理扩散。的跨膜物理扩散。一、被动转运一、被动转运 物质：物质：O O2 2、N N2 2、COCO2 2、乙醇、尿素、水分子等、乙醇、尿素、水分子等 扩散通量：扩散通量：mol or mmol/s mol or mmol/scmcm2 2决定因素：决定因素：物质的浓度差物质的浓度差、膜的通透性膜的通透性.（二）易化扩散（二）易化扩散（facilitated

7、facilitated diffusiondiffusion）1.1.经载体的易化扩散经载体的易化扩散 （via carrier）指某些分子量较大但脂溶性较低的物质指某些分子量较大但脂溶性较低的物质（在（在 特殊蛋白质的帮助下）特殊蛋白质的帮助下）的跨膜被动转运。的跨膜被动转运。载体载体（carriercarrier）:贯穿脂质双层的整合蛋白。贯穿脂质双层的整合蛋白。物质物质：葡萄糖、氨基酸、核苷酸等葡萄糖、氨基酸、核苷酸等。Facilitated diffusion via carrierl特点：l顺浓度梯度转运，速率：顺浓度梯度转运，速率：10103 310105 5分子分子/s/s；l饱

8、和现象；饱和现象；l结构特异性，结构特异性，如右旋（如右旋（D D型）葡萄糖的转运左旋（型）葡萄糖的转运左旋（L L型）型）葡萄糖转运体葡萄糖转运体（glucose transporter,GLUTglucose transporter,GLUT）5 5个亚型，个亚型，GLUTGLUT1-51-5,1 1分布于分布于RBCRBC、脑、肾等、脑、肾等.l竞争性抑制。竞争性抑制。Facilitated diffusion2.2.经通道的易化扩散经通道的易化扩散 指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。指某些金属或非金属离子的被动跨膜转运。物质：物质：NaNa+、K K+、Ca Ca2+2+、H H+

9、、Cl Cl-等。等。l 通道类型（依离子选择性分）：通道类型（依离子选择性分）：（1 1）电压门控离子通道电压门控离子通道（NaNa+、K K+、Ca Ca2+2+等）等）特异阻断剂特异阻断剂：分别为河豚毒（：分别为河豚毒（TTXTTX）、）、四乙铵（四乙铵（TEATEA）、）、异搏定异搏定(Mn(Mn2+2+等等)。通道易化扩散通道易化扩散（2 2）化学门控离子通道化学门控离子通道（配体门控离子通道）（配体门控离子通道）肌肉终板膜、突触后膜肌肉终板膜、突触后膜（3 3）机械门控离子通道机械门控离子通道 耳蜗毛细胞顶部耳蜗毛细胞顶部（4 4）水通道）水通道 由水孔蛋白组成由水孔蛋白组成（Ag

10、re,1988Agre,1988）l 1988 1988，终于发现终于发现l 1991 1991，克隆基因克隆基因l 1992 1992，功能鉴定功能鉴定l 20032003，诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖l 十余种，包含十余种，包含AQP0AQP0AQP9AQP9、MIWCMIWC（mercurial-insensitive water channelmercurial-insensitive water channel）l 肾远球小管、集合管（肾远球小管、集合管（AQP2AQP2），受血管加），受血管加压素（压素（VPVP/AVPAVP/ADHADH）的调节，）的调节，决定尿量决定尿量。水孔蛋白

11、（水孔蛋白（aquaporin,AQPaquaporin,AQP）:Water channel:Water channel:二、主动转运二、主动转运(active transport)(active transport)l概念概念：指细胞利用代谢产生的能量将物质（常为指细胞利用代谢产生的能量将物质（常为离子）逆浓度梯度或离子）逆浓度梯度或/和电位梯度跨膜转运的过程和电位梯度跨膜转运的过程。l能量物质：能量物质：ATPATP（一）（一）原发性主动转运原发性主动转运 （primary active transportprimary active transport）离子离子“泵泵”的转运的转运 1

12、.1.钠钠-钾泵钾泵（sodium-potassium pumpsodium-potassium pump；钠钠泵泵）-NaNa+-K-K+依赖式依赖式ATPATP酶（蛋白质）酶（蛋白质）Mechanism of ion transport by sodium pump 细胞内细胞内NaNa+或胞外或胞外KK+钠泵钠泵 E E1 1构象构象：在胞内对：在胞内对NaNa+的亲和力的亲和力而结合而结合NaNa+，并分解，并分解ATPATP获能获能、磷酸化磷酸化结合结合NaNa+的位点转的位点转向膜外向膜外；E E2 2构象构象：对：对NaNa+的亲和力的亲和力而释放而释放NaNa+，同，同时对时对

13、K K+亲和力亲和力而结合胞外的而结合胞外的K K+，并激发脱磷酸化，并激发脱磷酸化 E E1 1构象构象：对：对K K+的亲和力的亲和力而释放而释放K K+，同时对，同时对NaNa+的亲和力的亲和力、。、。Sodium pump transportl特点：特点：l 逆浓度差，耗能；逆浓度差，耗能；偶联转运但不对等，即分解偶联转运但不对等，即分解1 1分子分子ATPATP，转出转出3 3个个NaNa+、移入、移入2 2个个K K+（生电性转运）（生电性转运）.分子构象与磷酸化与脱磷酸化反应有关分子构象与磷酸化与脱磷酸化反应有关.钠泵转运钠泵转运的的意义意义：l 建立膜电位产生所需的建立膜电位产

14、生所需的NaNa+、K K+势能储备，以备利势能储备，以备利用用：胞内高胞内高K K+是许多代谢反应的必需条件；膜内外是许多代谢反应的必需条件；膜内外NaNa+差是其它物质继发性主动转运的动力。差是其它物质继发性主动转运的动力。膜内、外正常膜内、外正常NaNa+差差维持胞内渗透压和细胞容维持胞内渗透压和细胞容积正常稳定。积正常稳定。膜内、外正常膜内、外正常NaNa+差差维持维持NaNa+-H-H+交换的动力交换的动力维持胞内维持胞内pHpH的正常稳定。的正常稳定。对对NaNa+、K K+的不对等转运（、）的不对等转运（、）膜外正电膜外正电荷荷（生电作用）。（生电作用）。2.钙泵钙泵（calci

15、um pump）lCaCa2+2+-ATP-ATP酶酶(Ca(Ca2+2+-ATPase)-ATPase)l 一条肽链，一条肽链，1010个跨膜个跨膜 螺旋，螺旋，N N、C C端及活性位点端及活性位点都位于胞内。都位于胞内。l 转运机制：转运机制：胞内胞内CaCa2+2+Ca Ca2+2+-钙调蛋白钙调蛋白（calmodulin,CaMcalmodulin,CaM）复合物）复合物+C+C端端/钙泵，并激活钙泵，并激活钙泵钙泵转运转运CaCa2+2+出细胞（或进入肌质网）。出细胞（或进入肌质网）。钙泵转运钙泵转运的的l 维持细胞内原有低钙水平，防止钙超载（指维持细胞内原有低钙水平，防止钙超载（

16、指胞质内胞质内CaCa2+2+长时间、不可逆升高）长时间、不可逆升高）维持细胞维持细胞正常的兴奋正常的兴奋/收缩能力。收缩能力。（二）（二）继发性主动转运继发性主动转运 -secondary active transportsecondary active transport，SATSAT；联合转运，联合转运，cotransportcotransport）概念：概念：指利用原发性主动转运建立的膜电指利用原发性主动转运建立的膜电-化学势化学势能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。能完成的物质逆浓度梯度跨膜转运。l例例：小肠腔、肾小管腔内：小肠腔、肾小管腔内GlucoseGlucose和和AAAA的转运

17、，的转运，甲状腺细胞的聚碘。甲状腺细胞的聚碘。Process of SATl 小肠上皮细胞的侧膜钠泵分解小肠上皮细胞的侧膜钠泵分解ATPATP、耗能、耗能泵泵NaNa+至细胞间隙（至细胞间隙（NaNa+扩散入血液）扩散入血液）胞内胞内NaNa+肠腔，肠腔，顶端膜同向转运体将顶端膜同向转运体将NaNa+及葡及葡萄糖或氨基酸（逆浓度差）转运至细胞内萄糖或氨基酸（逆浓度差）转运至细胞内葡萄葡萄糖经易化扩散由细胞进入血液，糖经易化扩散由细胞进入血液，NaNa+再被泵出而吸再被泵出而吸收。收。哇巴因抑制钠泵哇巴因抑制钠泵葡萄糖不能转运葡萄糖不能转运其他联合转运其他联合转运：2.Na2.Na+CaCa2+

18、2+交换体（交换体（NaNa+CaCa2+2+exchangerexchanger）见心肌见心肌.移入移入3 3个个NaNa+、排出、排出1 1个个CaCa2+2+。3.Na3.Na+KK+-2Cl-2Cl-同向转运体同向转运体 见于心、肾、脑、见于心、肾、脑、血管等血管等.将将NaNa+、K K+、2 2个个ClCl-转运入细胞。转运入细胞。4.Na4.Na+HH+交换体交换体 见肾见肾。三、出胞和入胞三、出胞和入胞 (exocytosis&endocytosis)（一）（一）出胞（出胞（exocytosis）指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或指细胞内的某些大分子物质、物质颗粒或团块的排出

19、过程。如腺细胞分泌、神经递质释放团块的排出过程。如腺细胞分泌、神经递质释放等等.l（二）入胞（二）入胞（endocytosisendocytosis），与出胞相反。），与出胞相反。l 如白细胞对病毒、细菌的吞噬如白细胞对病毒、细菌的吞噬（phagocytosisphagocytosis）,或吞饮（或吞饮（pinocytosispinocytosis）等。）等。l 方式：方式：Fashion of endocytosis1.1.液相入胞液相入胞（fluid-phase endocytosisfluid-phase endocytosis）指细胞外液及其所含的较小溶质连续不断地以吞饮方指细胞外液及

20、其所含的较小溶质连续不断地以吞饮方式进入细胞内的过程。见于多数细胞对液体的吞饮式进入细胞内的过程。见于多数细胞对液体的吞饮.2.2.受体介导式入胞受体介导式入胞（receptor-mediated endocytosisreceptor-mediated endocytosis）指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至指某些较大的物质分子或颗粒经膜受体介导被转运至细胞内的过程。细胞内的过程。例例：血浆低密度脂蛋白、运铁蛋白、维生素血浆低密度脂蛋白、运铁蛋白、维生素B B1212转运蛋白、转运蛋白、多种生长因子、一些肽类物质（如胰岛素）、某些细菌毒多种生长因子、一些肽类物质（如胰岛素）、某

21、些细菌毒素、病毒等。素、病毒等。Endocytosis&exocytosis第三章第三章 细胞的跨膜信号转导细胞的跨膜信号转导 分两种情况：分两种情况：信息传递信息传递:在细胞之间或胞内的细胞器在细胞之间或胞内的细胞器等结构之间的信息传播；等结构之间的信息传播；第一节第一节 细胞信号转导的概念和共同特征细胞信号转导的概念和共同特征一、信号转导的概念一、信号转导的概念 （cellular signal transduction cellular signal transduction）跨膜信号转导（跨膜信号转导（transmembrane signal transduction）或跨膜信息传递）

22、或跨膜信息传递 （transmembrane signaling）环境变化信息经膜受体的感受及传递，启动环境变化信息经膜受体的感受及传递，启动并经细胞内一系列信号分子的转导，引起细胞代并经细胞内一系列信号分子的转导，引起细胞代谢和功能活动变化的过程。谢和功能活动变化的过程。获获1971 1971 年诺贝年诺贝 尔生理尔生理 学与医学与医 学奖学奖二、跨膜信号转导的三个共同特征二、跨膜信号转导的三个共同特征（一）细胞外信号作用于受体后引发一系列信号分（一）细胞外信号作用于受体后引发一系列信号分 子的顺序激活，然后引发细胞功能的改变。子的顺序激活，然后引发细胞功能的改变。1.1.细胞外信号：激素、

23、递质等；细胞外信号：激素、递质等；l2.2.受体（受体（receptorreceptor）类型：（膜受体，部分为核）类型：（膜受体，部分为核受体）受体）1.1.离子通道受体离子通道受体 2.G2.G蛋白偶联受体蛋白偶联受体 3.3.酶偶联受体（或具有内在酶活性的受体）酶偶联受体（或具有内在酶活性的受体）（二）不同细胞的跨膜信号转导都是经少数（二）不同细胞的跨膜信号转导都是经少数 几类途径实现的。几类途径实现的。几种途径类似；几类膜蛋白各有很大的结几种途径类似；几类膜蛋白各有很大的结构同源性，由相近的基因家族编码。构同源性，由相近的基因家族编码。（三）具有信号放大作用（三）具有信号放大作用 信号

24、的级联放大：信号的级联放大：一个上游信号分子可激活一个上游信号分子可激活多个下游信号分子，并依次类推。多个下游信号分子，并依次类推。第二节第二节 跨膜信号转导的主要途径跨膜信号转导的主要途径一、离子通道介导的跨膜信号转导一、离子通道介导的跨膜信号转导1.1.化学（或配体化学（或配体ligandligand）门控离子通道）门控离子通道（chemically-gated ion channelchemically-gated ion channel）l 快速的跨膜信号转导方式快速的跨膜信号转导方式.通道与受体并存通道与受体并存,例：例：N N2 2型乙酰胆碱受体型乙酰胆碱受体(肌细胞肌细胞)A A

25、型型-氨基丁酸（氨基丁酸（GABAGABAA A）受体）受体 甘氨酸受体甘氨酸受体 促离子型谷氨酸受体等（神经元胞体促离子型谷氨酸受体等（神经元胞体）2.2.电压门控离子通道（电压门控离子通道（voltage-gated ion voltage-gated ion channelchannel）见于神经纤维。见于神经纤维。3.3.机械门控离子通道（机械门控离子通道（mechanically-gated ion mechanically-gated ion channelchannel）见于耳蜗的毛细胞、血管内皮细胞。见于耳蜗的毛细胞、血管内皮细胞。二、二、G G蛋白偶联受体介导的跨膜信号转导蛋

26、白偶联受体介导的跨膜信号转导 （一）（一）研究简历研究简历 诺贝尔生理学和医学奖得主及成就诺贝尔生理学和医学奖得主及成就l19711971年年，E.W.Sutherland(E.W.Sutherland(美国美国)，发现，发现cAMPcAMP、创立第、创立第 l 二信使学说。二信使学说。l19891989，Bishop&Varmus(Bishop&Varmus(美国美国)，发现原癌基因，发现原癌基因 并发现并发现l 有些第二信使可激活细胞核内正常染色体中的原有些第二信使可激活细胞核内正常染色体中的原l 癌基因，后者表达时成癌基因癌基因，后者表达时成癌基因.l19921992，Edmond Fi

27、scher and Edwin Krebs(Edmond Fischer and Edwin Krebs(美国美国),),发现发现l 蛋白磷酸化在信息传递中的作用。蛋白磷酸化在信息传递中的作用。l19941994，Gilman&Rodbell(Gilman&Rodbell(美国美国)，发现，发现G G蛋白并揭示其蛋白并揭示其l 在细胞信号转导中的作用。在细胞信号转导中的作用。l19981998，FurchgottFurchgott、Murad&Ignarro(Murad&Ignarro(美国美国)，发现，发现NONO既既l 是第一信使，也是第二信使。是第一信使，也是第二信使。l 关键信号分子及

28、其信号传递作用的发现，关键信号分子及其信号传递作用的发现，l是揭示生命奥秘的重大事件。是揭示生命奥秘的重大事件。（二）主要信号分子（二）主要信号分子(群群)l1.G1.G蛋白偶联受体（蛋白偶联受体（G protein-coupled G protein-coupled l receptor,GPCR receptor,GPCR），也称促代谢型受体），也称促代谢型受体l （metabotropic R.metabotropic R.），或），或7 7次跨膜受体（次跨膜受体（7-7-l transmembrane R.transmembrane R.）.多达多达10001000多种，克隆约多种，克

29、隆约300300多种。多种。l 其激动剂（其激动剂（agonistagonist）包括：）包括：l 儿茶酚胺类激素、神经递质、儿茶酚胺类激素、神经递质、AchAch、5-HT5-HT、嗅觉刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴细胞活嗅觉刺激物、光量子、花生四烯酸、淋巴细胞活性因子、多数肽类激素等。性因子、多数肽类激素等。l 作用作用:被激动后，可结合并激活被激动后，可结合并激活G G蛋白，蛋白，从而引起信号转导的级联反应。从而引起信号转导的级联反应。G G蛋白蛋白l2.2.鸟苷酸结合蛋白（鸟苷酸结合蛋白（guanine nucleotide-guanine nucleotide-binding pr

30、oteinbinding protein）G G蛋白（蛋白（G proteinG protein）l （1 1）基本结构）基本结构:异源三聚体异源三聚体G G蛋白（由蛋白（由 三三个亚单位组成）和单体个亚单位组成）和单体G G蛋白（相当蛋白（相当 亚单位；或亚单位；或小小G G蛋白）蛋白）（2 2）类型：）类型：按结构和功能分按结构和功能分为两类为两类:三聚体三聚体G G蛋白蛋白(20(20多种多种)；小小G G蛋白蛋白(100(100多种多种)按按G G蛋白蛋白 亚单位的结构差异分为亚单位的结构差异分为6 6个亚族：个亚族：GsGs、Gi/oGi/o、GtGt、GgGg、GqGq、G G12

31、12（表（表3-13-1）（3 3）功能功能：传递受体信息传递受体信息,是决定细胞功能性质是决定细胞功能性质 的关键信号分子的关键信号分子.3.G 3.G蛋白效应器（蛋白效应器（G protein effectorG protein effector）两种：两种：（1 1）催化生成第二信使的酶：）催化生成第二信使的酶：adenylyl cyclase,ACadenylyl cyclase,AC（腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶）phospholipase C,PLC phospholipase C,PLC（磷脂酶磷脂酶C C）phosphodiesterase,PDE phosphodiesteras

32、e,PDE（磷酸二酯酶磷酸二酯酶）phospholipase A phospholipase A2 2 （磷脂酶磷脂酶A A2 2）等等（2 2）离子通道）离子通道:如如Na+Na+通道、通道、K K+通道、通道、CaCa2+2+、ClCl-通道等通道等。4.4.第二信使（第二信使（second messengersecond messenger）包括包括:cAMPcAMP、cGMPcGMP、IPIP3 3、DGDG、NONO、CaCa2+2+等等。5.5.蛋白激酶（蛋白激酶（protein kinaseprotein kinase），），100100多种。多种。l类型：类型：（1 1）依磷酸

33、化底物蛋白的机制不同分为：）依磷酸化底物蛋白的机制不同分为：丝氨酸丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶等。苏氨酸蛋白激酶、酪氨酸蛋白激酶等。（2 2）依激活它们的第二信使不同分为：）依激活它们的第二信使不同分为：蛋白激酶蛋白激酶A A（依赖（依赖cAMPcAMP的）、蛋白激酶的）、蛋白激酶C C（依赖（依赖CaCa2+2+的）的）功能：功能：引起下游蛋白的磷酸化级联反应，或脱磷引起下游蛋白的磷酸化级联反应，或脱磷酸化，酸化，功能蛋白及细胞功能的变化。功能蛋白及细胞功能的变化。（三）主要的信号通路（三）主要的信号通路l1.1.cAMP-PKAcAMP-PKA信号通路信号通路 （GPCR-GP-

34、AC-GPCR-GP-AC-）1 1）配体）配体+R+R（如如型肾上腺素受体、型肾上腺素受体、ACTHACTH受体、受体、胰高血糖受体等胰高血糖受体等）+GsGs+ACAC，生成，生成cAMPcAMP +PKAPKA（protein kinase Aprotein kinase A）靶细胞：靶细胞：+磷酸化酶激酶磷酸化酶激酶/肝细胞肝细胞 糖原分解糖原分解、CaCa2+2+通道磷酸化通道磷酸化/心肌细胞心肌细胞 Ca Ca2+2+通道开通道开放，放，Ca Ca2+2+内流，胞内内流，胞内CaCa2+2+心力心力、(-RG-AC-)cAMP-PKA-信号通路信号通路l 2 2）配体）配体+R+R

35、（如如 2 2型肾上腺素受体、型肾上腺素受体、M M2 2型型AChACh受受体、生长抑素受体等体、生长抑素受体等）+Gi-ACGi-AC，cAMP cAMP 与上相反，如与上相反，如 心力心力、。、。l2.2.受体受体-G-G蛋白蛋白-PLC-PLC途径途径（R-Gq-PLC-R-Gq-PLC-）配体配体+R+R+GqGq+PLCPLC二磷酸磷脂酰肌醇二磷酸磷脂酰肌醇（phosphotidylinositol biphosphatephosphotidylinositol biphosphate,PIP,PIP2 2）三磷酸肌醇（三磷酸肌醇（IPIP3 3）和二酰甘油（）和二酰甘油（DGDG

36、）l（1 1）IPIP3 3-Ca-Ca2+2+信号通路信号通路 （R-Gq-PLC-R-Gq-PLC-）IP IP3 3+IP+IP3 3受体受体（具有（具有CaCa2+2+释放通道）释放通道）/内质网内质网或肌质网膜或肌质网膜 Ca Ca2+2+释放，胞内释放，胞内CaCa2+2+Ca Ca2+2+肌肌钙蛋白钙蛋白、肌肉收缩；、肌肉收缩；Ca Ca2+2+钙调蛋白钙调蛋白（calmodulin,CaMcalmodulin,CaM；/平滑肌平滑肌）Ca Ca2+2+-CaM-CaM复合物复合物+肌球蛋白轻链激肌球蛋白轻链激酶（酶（MLCKMLCK）肌球蛋白轻链磷酸化（构型改变）、肌球蛋白轻链

37、磷酸化（构型改变）、平滑肌收缩；平滑肌收缩；CaCa2+2+-CaM-CaM复合物复合物+一氧化氮合酶一氧化氮合酶（nitric oxide synthase,NOSnitric oxide synthase,NOS）L-L-精氨酸精氨酸NONO和胍氨酸，和胍氨酸，NONO使血管舒张；使血管舒张；CaCa2+2+蛋白激酶蛋白激酶C C（protein protein kinase C,PKC;kinase C,PKC;同下）同下）、。、。-IP3/DG通路通路磷脂酰丝氨酸磷脂酰丝氨酸MLCK;NOSl3.3.G G蛋白蛋白-离子通道信号通路离子通道信号通路 （1 1）G G蛋白直接调节离子通道

38、蛋白直接调节离子通道.如心肌细胞如心肌细胞：ACh+M ACh+M2 2型型AChACh受体受体+GiGi生成生成-GTP-GTP复合物和复合物和-二聚体二聚体+AChACh门控门控K K+通道通道（K KAChACh）KK+外流外流膜复极化。膜复极化。（2 2）通过第二信使影响离子通道）通过第二信使影响离子通道.如神经细胞或如神经细胞或平滑肌细胞平滑肌细胞，、，、胞内胞内CaCa2+2+CaCa2+2+激活的激活的K K+通道（通道（K KCaCa）K K+外流外流膜复极化或超极化。膜复极化或超极化。Ion channel l三、酶偶联受体介导的跨膜信号转导通路三、酶偶联受体介导的跨膜信号转

39、导通路 激动剂：激动剂：一些肽类激素（如胰岛素）、细胞一些肽类激素（如胰岛素）、细胞因子（如多种因子（如多种GFGF、白细胞介素等）、白细胞介素等）受体：受体：酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、酪氨酸激酶受体、酪氨酸磷酸酶受体、GCGC受体、受体、MAPKMAPK受体等。受体等。l特点特点：除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体除结合酪氨酸激酶的受体外，这些受体 本身具有酶活性；本身具有酶活性；不需要不需要G G蛋白和第二信使参与；蛋白和第二信使参与；催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸催化受体自身或靶蛋白磷酸化或脱磷酸 化，从而影响细胞功能。化，从而影响细胞功能。l（一）（一）酪氨酸激酶受体介导的

40、跨膜信号转导酪氨酸激酶受体介导的跨膜信号转导 1.1.受体酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine(receptor tyrosine kinase)kinase)介导的信号通路介导的信号通路（或丝裂原激活的蛋白激（或丝裂原激活的蛋白激酶酶mitogen-activated protein kinase,mitogen-activated protein kinase,MAPKMAPK通路通路.其可被其可被G G蛋白及第二信使激活）蛋白及第二信使激活）l2.2.结合酪氨酸激酶的受体结合酪氨酸激酶的受体(receptor-associated(receptor-associa

41、ted tyrosine kinase)tyrosine kinase)介导的信号转导通路介导的信号转导通路.受体：受体：EPOEPO受体、受体、GHGH受体、受体、PRLPRL受体、多种细胞受体、多种细胞因子受体、干扰素受体等。因子受体、干扰素受体等。（二）受体丝氨酸（二）受体丝氨酸/苏氨酸激酶苏氨酸激酶介导的跨膜介导的跨膜 信号转导信号转导 （receptor serine/threonine kinase,RSTK）l 转化生长因子转化生长因子（TGF-TGF-）+RSTK+RSTKRSTK+RSTKlRSTKRSTK磷酸化磷酸化、(c-Myc)、细胞周期、细胞周期 l（三三）受体鸟苷酸

42、环化酶（）受体鸟苷酸环化酶（receptorreceptor guanylyl guanylyl cyclasecyclase,GC,GC）介导的跨膜信号转导通路）介导的跨膜信号转导通路 配体，配体，如心房钠尿肽（如心房钠尿肽（atrial natriuretic atrial natriuretic peptidepeptide）,+R-GCR-GC+GC GTPcGMP GC GTPcGMP+PKGPKG靶靶蛋白磷酸化蛋白磷酸化细胞功能效应；如肾排钠、水，血细胞功能效应；如肾排钠、水，血管舒张等。管舒张等。lsummaryl1.1.跨膜信号转导的概念跨膜信号转导的概念l2.2.主要的信号分

43、子：主要的信号分子：5 5类类/GPCR/GPCR介导的信号途径介导的信号途径l3.3.三类信号转导途径三类信号转导途径l （1 1）离子通道介导的信号转导途径）离子通道介导的信号转导途径 （3 3条通路）条通路）l （2 2）GpGp耦联受体、耦联受体、（3 3、）、）l （3 3）酶、）酶、（3 3、）、）第四章第四章 细胞的生物电现象细胞的生物电现象l概概 述述1.1.生物电的发现生物电的发现 早期发现：电鲶早期发现：电鲶,电鳗电鳗,电鳐电鳐,有生电器官。有生电器官。1818世纪末世纪末,1790-1791,1790-1791,Dr.GalvaniDr.Galvani in Italy,

44、in Italy,金属金属蛙腿蛙腿M M M M收缩收缩;N,MN,M发电发电内在电流内在电流l VoltaVolta,认为是金属电流，非生物电流认为是金属电流，非生物电流 科学竞争科学竞争lVoltaVolta创立创立金属接触电动势理论金属接触电动势理论,发明发明VoltaVolta电池电池.lGalvani,1794Galvani,1794,设计不用任何金属的设计不用任何金属的同体损伤实同体损伤实 l 验验，确认，确认N.MN.M放电放电现象现象.l1842,Carlo Matleuci1842,Carlo Matleuci,异体损伤实验异体损伤实验，证明，证明:N,M:N,M l 有电有

45、电,可传播可传播.l1920s1920s,阴极射线示波器阴极射线示波器电生理学研究电生理学研究.l1940s,1940s,微电极技术微电极技术,可在细胞水平研究生物电可在细胞水平研究生物电.l 2.2.意义意义:生命现象之一、通讯、调控、触发作用生命现象之一、通讯、调控、触发作用、l 3.3.生物电的应用生物电的应用:第一节第一节 静息电位静息电位(RP)(RP)细胞的跨膜电位细胞的跨膜电位（transmembrane potential,TMP，MP）：）：指存在于细胞膜两侧的电位差指存在于细胞膜两侧的电位差）lMPMP：静息电位（静息电位（resting potential,RP）动作电位

46、（动作电位（action potential,AP）一、一、RPRP的记录及概念的记录及概念RP的纪录的纪录RPlRPRP的概念：的概念：安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位差。安静时存在于细胞膜两侧外正内负的电位差。RP RP范围：范围：1010100mV.100mV.骨骼肌细胞骨骼肌细胞:90mV90mV，神经细胞神经细胞:70mV70mV，平滑肌细胞平滑肌细胞:55mV55mV，RBC:RBC:10mV10mVMPMP的的状态：状态：l 极化极化 （polarizationpolarization）l 去极化去极化 （depolarizationdepolarization）反极化反极化

47、 （reverse polarizationreverse polarization）复极化复极化 （repolarizationrepolarization）l 超级化超级化 （hyperpolarizationhyperpolarization）二、二、RPRP形成的机制形成的机制 离子学说离子学说(Bernstein,1902)(Bernstein,1902)1.1.膜两侧的离子浓度差膜两侧的离子浓度差 NaNa+O O 是膜内的是膜内的1212倍，倍，KK+i i 是膜外的是膜外的3030倍倍 （一）离子跨膜扩散的两个条件（一）离子跨膜扩散的两个条件 2.2.膜对离子的通透性膜对离子的

48、通透性 安安静时，膜主要对静时，膜主要对K K+通透通透（二）（二）RPRP形成形成的离子的离子机制机制RPRP形成形成的的机制机制l 在上述条件下在上述条件下，K K+顺浓度差从膜内向膜顺浓度差从膜内向膜外扩散（负电物质不能外移，极少外扩散（负电物质不能外移，极少Na+Na+内内移）移）膜外侧形成一层正电荷（正电位）、膜外侧形成一层正电荷（正电位）、膜内侧膜内侧为为一层负电荷（负电位）一层负电荷（负电位）膜外侧膜外侧的正电场力与的正电场力与KK+差的动力达到平衡时，差的动力达到平衡时，K K+的的净通量为零，此时净通量为零，此时的的MPMP即即RPRP，相当于，相当于K K+的平衡电位（的平

49、衡电位（E EK K）.（三）证明（三）证明 1.1.用用NernstNernst公式计算的公式计算的E EK K理论值与实测的理论值与实测的 RP RP非常接近非常接近.lNernstNernst公式公式：Ex=RT/ZFlogexo/xiEx=RT/ZFlogexo/xi 在温度为在温度为29.229.2，离子价位单价时，上式简，离子价位单价时，上式简 化为化为Ex=60logxo/xiEx=60logxo/xil 则则 E EK K=60logK=60logK+o/Ko/K+i(mV)i(mV)l偏差解释：偏差解释：有少量有少量NaNa+内漏内漏(极少极少;Cl;Cl-)；钠泵生电作用的

50、影响钠泵生电作用的影响（2-16mV2-16mV）1939,Hodgkin&Huxley（英）（英）RPRP机制机制的的证明证明2.2.改变膜外改变膜外KK+MP MP？一定范围一定范围,K,K+o o RPRP,反之则反反之则反.3.3.用四乙铵阻断用四乙铵阻断K K+通道通道RPRP 或消失或消失.4.4.测离子电流测离子电流(I)(I)或电导或电导(G G)；安安静时主要是静时主要是G GK K（P PK K）G GK K=I=IK K/(E/(EM ME EK K)RP-K K+顺化学梯度由膜内向膜外扩散所形顺化学梯度由膜内向膜外扩散所形 成的电成的电-化学平衡电位化学平衡电位.第二节