第二章鱼类生理学-细胞的基本功能gai精编版课件.ppt

1、第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 第一节第一节 细胞膜的结构特点细胞膜的结构特点 和物质转运功能和物质转运功能一、细胞膜的结构特点一、细胞膜的结构特点（一）脂质双分子层脂质双分子层疏水性非极性基团疏水性非极性基团 （长烃链）（长烃链）亲水性极性亲水性极性基团基团(磷酸磷酸和碱基和碱基)脂质双分子层功能：构成细胞膜的基架构成细胞膜的基架 构成细胞膜与外界环境的屏障构成细胞膜与外界环境的屏障 液态液态意义意义：细胞可以承受相当大的张力和外形：细胞可以承受相当大的张力和外形 改改 变而不破裂；而且即使膜结构有时发生变而不破裂；而且即使膜结构有时发生 一些较小的断裂，也可以自动融合而修一些较

2、小的断裂，也可以自动融合而修 复，仍保持膜的完整性。复，仍保持膜的完整性。（二）蛋白质蛋白质特点：分子大小不同 形态不同 镶嵌在膜内的深浅不同 功能不同 蛋白质蛋白质功能功能：物质转运（物质转运（如：通道蛋白、载体蛋白、离子泵）传递信息传递信息（如受体）免疫标志免疫标志（如抗原、抗体）（三）（三）糖类糖类 存在形式：糖蛋白或糖脂存在形式：糖蛋白或糖脂 糖类糖类功能功能：免疫标志 传递信息（四）细胞膜的特性1 流动性流动性膜脂的分子运动膜脂的分子运动 膜流动性的生理意义膜流动性的生理意义n质膜的流动性是保证其正常功能的必要条件。例如跨膜物质运输、细胞信息传递、细胞识别、细胞免疫、细胞分化以及激素

3、的作用等等都与膜的流动性密切相关。当膜的流动性低于一定的阈值时，许多酶的活动和跨膜运输将停止，反之如果流动性过高，又会造成膜的溶解。2 不对称性（脂质、膜蛋白及糖类的分布）细胞膜不对称的意义 膜脂、膜蛋白和复合糖在膜上均呈不对称分布，导致膜功能的不对称性和方向性，即膜内外两层的流动性不同，使物质传递有一定方向，信号的接受和传递也有一定方向等。1 概念：某些概念：某些脂溶性脂溶性物质（如物质（如O2、CO2等）等）由膜由膜高高浓度侧向浓度侧向低低浓度侧扩散的过程。浓度侧扩散的过程。2 影响因素：影响因素：膜两侧分子的浓度差膜两侧分子的浓度差 膜对物质的透性膜对物质的透性 3 特点：特点：脂溶性物

4、质脂溶性物质 顺浓度梯度顺浓度梯度 不消耗能量不消耗能量（二）易化扩散易化扩散1 概念：非脂溶性物质或脂溶性小的物质，在特殊概念：非脂溶性物质或脂溶性小的物质，在特殊蛋白质的帮助下，蛋白质的帮助下，由膜由膜高高浓度侧向浓度侧向低低浓度侧扩浓度侧扩散的现象。散的现象。2 特点：特点：顺浓度差顺浓度差 细胞不耗能细胞不耗能 需要膜蛋白的参与需要膜蛋白的参与3 分类（根据膜蛋白的不同）分类（根据膜蛋白的不同）以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散 以通道为中介的易化扩散以通道为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散特点：特点：a 高度的结构特异性高度的结构特异性 b 饱和现

5、象饱和现象 c 竞争性抑制竞争性抑制以通道为中介的易化扩散以通道为中介的易化扩散 通道的开放和关闭决定于细胞膜两侧的电位差通道的开放和关闭决定于细胞膜两侧的电位差（电压依从性）和化学浓度差（化学依从性）。（电压依从性）和化学浓度差（化学依从性）。（三）主动转运（三）主动转运1 概念概念：是指细胞通过本身的耗能过程，将某些物质分子或离子由膜的低浓度侧向高浓度侧转运的过程。2 特点：特点：耗能耗能 逆电位差或逆电位差或 化学浓度梯度化学浓度梯度 本质：本质：钠钠-钾依赖式钾依赖式 ATP酶酶 激活激活 细胞内细胞内Na+增加或细胞外增加或细胞外K+增加激活增加激活 钠泵的作用钠泵的作用 泵入钾泵出

6、钠，形成并保持膜内高钾膜泵入钾泵出钠，形成并保持膜内高钾膜外高钠的分布外高钠的分布举例：举例：钠钠-钾离子的转运钾离子的转运 钠泵钠泵 钠泵转运量：钠泵转运量：3钠出钠出 2钾入钾入钠泵的意义：钠泵的意义：维持细胞内外离子浓度梯度维持细胞内外离子浓度梯度 维持正常细胞结构与功能维持正常细胞结构与功能 建立势能贮备建立势能贮备钠泵的作用机理钠泵的作用机理主动转运与被动转运的区别主动转运与被动转运的区别主动转运主动转运被动转运被动转运需由细胞提供能量需由细胞提供能量不需细胞能量不需细胞能量逆电逆电-化学势差化学势差顺电顺电-化学势差化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小使膜

7、两侧浓度差更小（四）出胞和入胞出胞和入胞三、细胞膜的受体功能受体（receptor)：一般指位于细胞膜上的能够一般指位于细胞膜上的能够特异性与外来信号分子（配体）结合，并介导细特异性与外来信号分子（配体）结合，并介导细胞生物学效应的蛋白质。胞生物学效应的蛋白质。除膜受体外，还有胞浆受体和核受体。结构除膜受体外，还有胞浆受体和核受体。结构包括：调节亚单位、转导物和催化亚单位三部分。包括：调节亚单位、转导物和催化亚单位三部分。具有特异性、饱和性和可逆性等基本特性具有特异性、饱和性和可逆性等基本特性。激动剂：指与膜受体结合后可引发特定激动剂：指与膜受体结合后可引发特定生物学效应的物质。生物学效应的物

8、质。抑制剂：指与膜受体结合后，降低激动抑制剂：指与膜受体结合后，降低激动剂作用的物质。剂作用的物质。第二节第二节细胞膜的跨膜信号转导细胞膜的跨膜信号转导一、细胞跨膜信号转导的概念一、细胞跨膜信号转导的概念n1.1.信号信号:含有信息内容的一种物含有信息内容的一种物质或刺激质或刺激n2.2.人体内的信号人体内的信号:存在于细胞存在于细胞外液中含有信息内容的化学物质外液中含有信息内容的化学物质,或或机械的、电的、电磁波等刺激机械的、电的、电磁波等刺激 3.3.信号的类型信号的类型v 化学信号化学信号 激素激素,递质递质,细胞因子细胞因子v 机械信号机械信号 声音声音v 电磁信号电磁信号 光光v 电

9、信号电信号 电流电流4.4.跨膜信号转导跨膜信号转导外界信号外界信号 细胞膜表面细胞膜表面 一种或几一种或几种膜蛋白分子构象改变种膜蛋白分子构象改变 新的信号进入新的信号进入胞内胞内 膜电位或其他功能变化膜电位或其他功能变化二、细胞跨膜信号转导系统二、细胞跨膜信号转导系统环腺苷酸信号转导系统环腺苷酸信号转导系统肌醇信号转导系统肌醇信号转导系统酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导（一）环腺苷酸信号转导系统（一）环腺苷酸信号转导系统（二）肌醇信号转导系统（三）酪氨酸激酶受体完成的（三）酪氨酸激酶受体完成的 跨膜信号转导跨膜信号转导生长因子，胰岛素为信号生长因子，胰岛素为

10、信号信号信号 接合膜酪氨酸激酶外侧端接合膜酪氨酸激酶外侧端 激活内侧酪氨酸蛋白激酶活性激活内侧酪氨酸蛋白激酶活性 受体本身受体本身酪氨酸残基磷酸化和胞内其它蛋白残基磷酸化酪氨酸残基磷酸化和胞内其它蛋白残基磷酸化 细胞功能的变化细胞功能的变化信号转导过程信号转导过程第三节第三节 细胞的生长、增殖、凋亡细胞的生长、增殖、凋亡与保护与保护（一）细胞的生长与增殖（一）细胞的生长与增殖 细胞周期：细胞周期：从一次分裂结束到下次分裂完成所经历从一次分裂结束到下次分裂完成所经历的整个过程。的整个过程。细胞周期分为四个期：细胞周期分为四个期：S期（期（DNA合成期）合成期）C2 M期（有丝分裂期）期（有丝分裂

11、期）C1C1SC2MLeland HartwellPaul NurseTim Hunt 因发现了一类细胞周因发现了一类细胞周期调控基因而获此殊荣。期调控基因而获此殊荣。这些基因中有一个被命这些基因中有一个被命名为名为“起始起始（start）”，它在细，它在细胞周期调控的第一步中胞周期调控的第一步中起着关键作用。哈特韦起着关键作用。哈特韦尔还引入了尔还引入了“检测点检测点（checkpoint）”这一概念，这对理解细这一概念，这对理解细胞周期如何运行和运转胞周期如何运行和运转颇有帮助。颇有帮助。运用遗传学和分子生物运用遗传学和分子生物学方法首次鉴定、克隆出学方法首次鉴定、克隆出细胞周期的关键调控

12、子之细胞周期的关键调控子之CDK分子（周期素依赖性分子（周期素依赖性激酶）。他还发现激酶）。他还发现CDK在在进化中高度保守，它可使进化中高度保守，它可使其他蛋白质磷酸化，从而其他蛋白质磷酸化，从而使细胞沿着细胞周期不断使细胞沿着细胞周期不断地进行分裂。地进行分裂。第一个发现了周期素第一个发现了周期素(cyclin)，这是一类蛋白，这是一类蛋白质，是质，是CDK的调控分子。的调控分子。亨特在研究中发现，周期亨特在研究中发现，周期素在每次细胞分裂过程中素在每次细胞分裂过程中均发生周期性的降解，后均发生周期性的降解，后来证明这是细胞周期调控来证明这是细胞周期调控的一种普遍性的重要机制。的一种普遍性

13、的重要机制。三位学者对细胞周期研究的主要贡献三位学者对细胞周期研究的主要贡献二、细胞凋亡（二、细胞凋亡（apoptosis）：）：apoptosis=“”“apo（离开，分离）（离开，分离）+ptosis（下降，掉下来）（下降，掉下来）”=falling off概念：概念：生理或病理状态下，经过一系列基因的激活生理或病理状态下，经过一系列基因的激活、表达及调控等过程而发生的由基因控制的、自主的、表达及调控等过程而发生的由基因控制的、自主的、有序的细胞死亡。有序的细胞死亡。细胞凋亡（细胞凋亡（apoptosis）称为）称为“程序性细胞死程序性细胞死亡（亡（programmed cell deat

14、h）”2 细胞凋亡的特征细胞凋亡的特征（三）细胞保护（三）细胞保护 保护方式：直接保护保护方式：直接保护 间接保护间接保护第四节第四节 细胞的兴奋性与细胞的兴奋性与 生物电现象生物电现象（一）细胞的兴奋性（一）细胞的兴奋性v1.1.兴奋性兴奋性 活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力活组织或细胞对外界刺激发生反应的能力v2.2.兴奋兴奋 组织或细胞对外界刺激发生反应组织或细胞对外界刺激发生反应v3.3.可兴奋细胞可兴奋细胞 神经细胞、肌细胞、腺细胞神经细胞、肌细胞、腺细胞一、细胞生物电与细胞的兴奋一、细胞生物电与细胞的兴奋（二）（二）、细胞的生物电细胞的生物电1 1、静息电位、静息电位 在静息状

15、态下，存在于细胞膜在静息状态下，存在于细胞膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜内外两侧的电位差（膜内为负，膜外为正）。外为正）。1 1).).神经纤维细胞神经纤维细胞 -70 mV 2 2).).肌细胞肌细胞 -70mV-90mV3 3).).红细胞红细胞 -20mV 膜受一定强度的刺激后膜受一定强度的刺激后,在原有静息电在原有静息电位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速倒位的基础上发生的一次膜两侧电位的快速倒转和复原，即膜快速去极化转和复原，即膜快速去极化 后又复极化后又复极化 。2.动作电位动作电位二、生物电产生的机制二、生物电产生的机制（一）静息电位产生的机制（一）静息电位产生的机制1.1.静

16、息状态下细胞膜内外静息状态下细胞膜内外Na+、K+分布不均衡分布不均衡 细胞膜外细胞膜外 细胞膜内细胞膜内Na+142mEq/l 14mEq/l 10:1K+4 mEq/l 140 mEq/l 1:35Na+有从膜外向膜内扩散的趋势有从膜外向膜内扩散的趋势 K+有从膜内向膜外扩散的趋势有从膜内向膜外扩散的趋势2 2、静息状态下细胞膜对、静息状态下细胞膜对K K+的选择性的选择性通透通透 K+的通的通 透性透性 大大 Na+的通的通 透性透性 极极 小小 3.3.达到达到K K+的平衡电位的平衡电位Ek=RT/ZF lnK+o/K+i（二）（二）动作电位形成机制动作电位形成机制上升支：上升支：N

17、a+内流内流 （Na+的平衡电位）的平衡电位）v下降支：下降支：K+外流外流v负后电位负后电位:K+外流暂时性减弱外流暂时性减弱v正后电位：正后电位：Na+-K+泵的活动泵的活动动作电位的特点动作电位的特点 1 1、不衰减性传导、不衰减性传导 2 2、“全或无全或无”现象现象 3 3、存在不应期、存在不应期 （绝对不应期和相对不应期）（绝对不应期和相对不应期）（三）、阈电位和锋电位（三）、阈电位和锋电位阈电位阈电位（threshold membrane potential)n 膜去极化到达爆发动作电位的临界膜电位。阈电位的特性：阈电位的特性：引起膜上电压门控性Na+通道大量开放。引起锋电位的条

18、件：引起锋电位的条件：膜去极化达到阈电位。膜上电压门控膜上电压门控Na+通道快速大量开放的原因通道快速大量开放的原因 Na+再生性循环(正反馈)阈强度刺激 膜去极化达阈电位 一定数量Na+通道开放 Na+内流 膜进一步去极化大量的Na+通道开放（Na+通道的激活）阈强度阈强度（threshold intensity)能使膜去极化达到阈电位的外加刺能使膜去极化达到阈电位的外加刺激的强度激的强度阈刺激：阈刺激：具有阈强度的刺激具有阈强度的刺激阈下刺激：阈下刺激：比阈强度弱的刺激比阈强度弱的刺激（四）阈下刺激与局部兴奋（四）阈下刺激与局部兴奋 1.局部兴奋（局部反应）：局部兴奋（局部反应）：阈下刺激引起膜上阈下刺激引起膜上NaNa+通道少通道少量开放，在受刺激膜的局部出现较小量开放，在受刺激膜的局部出现较小的去极化。的去极化。2.2.局部兴奋的特性局部兴奋的特性 (1)电紧张性扩布电紧张性扩布 (2)(2)无无“全或无全或无”现象现象 (3)(3)可叠加可叠加三、三、动作电位的传导动作电位的传导 无髓神经无髓神经 有髓神经有髓神经