导图社区 第二章细胞的基本功能
生理学细胞的基本功能:跨膜信号转导 :生物活性物质(激素、神经递质、细胞因子等)通过受体或离子通道的作用而激活 或抑制细胞的过程。 1.信号分子-完成细胞间信号通讯或细胞内信号转导的化学物质。 2.信使分子-专司生物信息携带功能的小分子物质。
编辑于2022-10-03 11:46:29主要涵盖的内容: 1.体液(细胞内液、细胞外液)、 2.内环境(细胞外液)、内环境的稳态 3.生理功能的调节方式: 神经调节(非条件反射/条件反射)-快准短、 体液调节(远距分泌/旁分泌/自分泌/神经内分泌)慢广长、 神经-体液调节(应激、应急、胃液的头期分泌) 自身调节-小小低 4.控制系统 非自动控制系统 反馈控制系统(正反馈、负反馈)-闭环系统 前馈控制系统(迅速、预见性、适应性大、可能失误)-开环系统
分两个方面(解剖+生理功能+病损): 1.大脑:大脑半球(额叶、颞叶、顶叶、枕叶、岛叶、边缘叶),内囊、基底神经节、间脑、脑干、小脑 2.脊髓
传出神经系统的概述,肾上腺素受体的激动药和阻断药,胆碱受体的激动药和阻断药,详情可以参考一下本章思维导图。
社区模板帮助中心,点此进入>>
主要涵盖的内容: 1.体液(细胞内液、细胞外液)、 2.内环境(细胞外液)、内环境的稳态 3.生理功能的调节方式: 神经调节(非条件反射/条件反射)-快准短、 体液调节(远距分泌/旁分泌/自分泌/神经内分泌)慢广长、 神经-体液调节(应激、应急、胃液的头期分泌) 自身调节-小小低 4.控制系统 非自动控制系统 反馈控制系统(正反馈、负反馈)-闭环系统 前馈控制系统(迅速、预见性、适应性大、可能失误)-开环系统
分两个方面(解剖+生理功能+病损): 1.大脑:大脑半球(额叶、颞叶、顶叶、枕叶、岛叶、边缘叶),内囊、基底神经节、间脑、脑干、小脑 2.脊髓
传出神经系统的概述,肾上腺素受体的激动药和阻断药,胆碱受体的激动药和阻断药,详情可以参考一下本章思维导图。
细胞的基本功能
主要内容: 1.跨细胞膜的物质转运:单纯扩散、易化扩散、主动转运和膜泡运输 2. 细胞的信号转导:离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联型受体和核受体介导的信号转导 3.细胞的电活动:静息电位、动作电位、兴奋及其变化,局部电位 4.肌细胞的收缩:骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递,横纹肌兴奋-收缩耦联及其收缩机制,影响横纹肌收缩效能的因素
细胞膜的物质转运功能
细胞膜(质膜): 1.脂质-细胞膜的基本构架。磷脂>70%+胆固醇≤30%+糖脂≤10% 2.膜蛋白-表面膜蛋白20%~30%、整合膜蛋白70%~80% 功能活跃的细胞,膜蛋白含量高; 3.糖类-糖蛋白+糖脂~1/10
单纯扩散(simple diffusiom): 物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。 1.无代谢耗能,被动转运,简单扩散,顺梯度 2.转运物质;脂溶性(非极性)物质或少数不带电荷的极性小分子物质 O2、CO2、N2、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油(相似相溶原理-高脂溶性物质、跨膜速度快), 水(不带电荷的极性小分子,通透性低、扩散速度慢;水通道、通透性大)。 3.通不过物质:分子较大的非脂溶性物质(葡萄糖、氨基酸);各种带电离子 4.转运速率主要取决于被转运物在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性(呈正相关)。 5.物质所在溶液的温度↑、膜有效面积↑,转运速率↑。
易化扩散(facilitated diffusion): 非脂溶性的小分子物质或带电离子在跨膜蛋白帮助下,顺浓度梯度和(或)电位梯度进行的跨膜转运。 被动转运,无需消耗ATP
经通道的易化扩散(via channel): 各种带电离子在通道蛋白(离子通道)的介导下~ 转运溶质多为离子,被动转运(无需分解ATP) 离子/水通道贯穿整个细胞膜的孔道结构 离子通道重要基本特征: 1.离子选择性(ion selectivity) 2.门控特性(gating) 1)电压门控通道(voltage-gated ion channel) 2)化学~/配体~(chemical-/ligand-) 3)机械~(mechanically-) 非门控通道-始终开放
经载体的易化扩散(carrier): 载体(转运体),是介导多种水溶性小分子物质或离子跨膜转运的一类整合膜蛋白。 特点:结构特异性、饱和现象、竞争性抑制
主动转运(active transport): 某些物质在膜蛋白的帮助下,由细胞代谢提供能量而进行的逆浓度梯度和(或)电位梯度跨膜转运。 绝大多数情况下,溶质跨质膜转运的动力来自于钠泵活动建立的Na+的跨膜浓度梯度; 溶质跨细胞器膜转运的动力来自质子泵建立的H+的跨膜浓度梯度。 是否直接消耗能量→
原发性~primary 细胞直接利用代谢产生的能量进行物质转运 转运底物:带电离子 膜蛋白/载体:离子泵(化学本质为ATP酶)
钠钾泵(sodium-potassium pump): 钠泵/钠-钾依赖式ATP酶( Na+,K+-ATPase) 作用:每分解一分子ATP可逆浓度差将3个Na+移出胞外、2个K+移入胞内→维持细胞膜两侧Na+和K+的浓度差→胞外Na+浓度是胞内的10倍,胞内K+是胞外的30倍→钠泵具有生电效应 钠泵的生理意义: 1.钠泵活动造成胞内高K+为胞质内许多代谢反应所必需,如核糖体合成蛋白质。 2.维持细胞内渗透压和细胞容积。 3.钠泵活动形成的Na+和K+跨膜浓度梯度是细胞发生电活动如静息电位和动作电位的基础。 4.钠泵活动的生电效应可使膜内电位负值增大,直接参与了静息电位的产生。 5.钠泵活动建立的Na+跨膜浓度梯度可为继发性主动转运提供势能储备。
钙泵(calcium pump): Ca2+-ATP酶。 分布:质膜(PMCA)、肌细胞的肌质网、其他细胞的内质网膜(SERCA) 特点:钙泵具有特异性的Ca2+结合位点。 PMCA、SERCA均可使胞质内游离Ca2+浓度保持在0.1~0.2umol/L的低水平,仅为细胞外液Ca2+浓度(1-2mmol/L)的万分之一→→使得细胞对胞质内Ca2+增加变得敏感→经钙通道流入胞质内的Ca2+成为触发或激活许多生理过程的关键因素(如肌细胞收缩、腺细胞分泌、神经递质释放以及某些酶蛋白或通道蛋白的激活)。
质子泵(proton pump): 人体内由两种重要的质子泵-氢钾泵、氢泵 1.氢钾泵:主要分布于胃腺壁细胞和肾脏集合管闰细胞顶端膜上的H+,K+-ATP酶。 主要功能:分泌H+和摄入K+,可逆浓度梯度将H+有效地分泌到胃液或尿酸中,分别参与胃酸形成和肾脏的排酸功能。 临床应用:药物奥美拉唑--质子泵抑制剂→治疗胃溃疡和十二指肠溃疡→特异性结合并抑制胃腺壁细胞的质子泵,阻断胃酸分泌。 2.氢泵:分布于各种细胞器膜中的H+-ATP酶。 氢泵不依赖K+,可将H+由胞质内转运至溶酶体、内涵体、高尔基复合体、内质网、突出囊泡等细胞器内→1. 维持胞质的中性和细胞器内的酸性,不同部位的酶处于最适pH。 2. 建立跨细胞器膜的H+浓度梯度,为溶质的跨细胞器膜转运提供动力。
继发性~secondary 间接利用ATP能量,如利用原发性主动转运机制建立起的Na+或H+的浓度梯度,在Na+或H+离子顺浓度梯度扩散的同时使其他物质逆浓度梯度和(或)电位梯度跨膜转运。 特点: 1.依赖于原发性主动转运 2.其载体同时要结合≥2的分子或离子才能引进载体蛋白的构象改变。 根据物质的转运方向→
同向转运(symport):被转运的分子或离子都向同一个方向运动的继发性主动转运。其载体成为同向转运体(symporter)。 eg. 葡萄糖在小肠粘膜上皮的吸收以及在近端肾小管上皮的重吸收(钠-葡萄糖同向转运体)。 氨基酸在小肠的吸收(Na+-氨基酸同向转运体)。 Na+依赖性转运体介导的同向转运:肾小管上皮细胞的Na+-K+-2Cl-同向转运体、Na+-HCO3-同向转运体、甲状腺上皮细胞的Na+-I-同向转运体以及突触前膜对单胺类递质再摄取
反向转运(antiport)/交换(exchange):~~向相反方向运动~~。载体为反向转运体(antiporter)/交换体(exchanger)。 人和高等动物体内两种重要的交换体:Na+-Ca2+交换体、Na+-H+交换体。 1.Na+-Ca2+交换体:一类可同时结合Na+与Ca2+并进行反向跨膜运输的转运体,广泛分布于细胞的质膜和其他膜性结构上。 与维持胞内Ca2+稳态有关--肌细胞在兴奋-收缩耦联过程中流入胞内的Ca2+。 2.Na+-H+交换体:同时结合Na+与H+并完成反向跨膜运输的转运体。 对维持机体的酸碱平衡具有重要意义--肾小管近端小管上皮细胞的顶端膜分布较多。
膜泡运输(vesicular transport):大分子和颗粒物进出细胞是由膜包围形成囊泡,通过膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程完成转运。 膜泡运输可同时转运大量物质,故也称批量运输(bulk transport)。 特点:主动过程,耗能,需要更多蛋白质的参与,还伴有细胞膜面积的改变。
出胞(exocytosis):胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排除细胞的过程。 分泌物通过内质网-高尔基体系统形成和处理;细胞膜表面积会增加。 出胞的两种形式: 1.持续性出胞:细胞在安静状态下,分泌囊泡自发排出细胞。 2.调节性出胞:细胞需要受某些化学信号(如激素)或电信号(如动作电位)的诱导。
入胞(endocytosis):细胞外大分子物质或物质团块如细菌、死亡细胞、细胞碎片等被细胞膜包裹后以囊泡形式进入细胞的过程,也称内化(internalization)。 进入细胞后囊泡被溶酶体处理;细胞膜面积会减少。 入胞的两种形式: 1.吞噬:被转运的物质以固态形式进入细胞的过程。仅发生于特殊细胞,如组织中的巨噬细胞和血细胞中的中性粒细胞。 2.吞饮:被转运物质以液态形式进入细胞的过程。发生于体内几乎所有细胞,是多数大分子物质如蛋白质分子进入细胞的唯一途径。 1)液相入胞-无特异性 2)受体介导入胞-有特异性
细胞的信号转导
跨膜信号转导:生物活性物质(激素、神经递质、细胞因子等)通过受体或离子通道的作用而激活或抑制细胞的过程。 1.信号分子-完成细胞间信号通讯或细胞内信号转导的化学物质。 2.信使分子-专司生物信息携带功能的小分子物质。 3.信号转导通路-完成细胞间或细胞内生物信息转换和传递的信号分子链。 细胞信号转导的核心在于通过特定信号转导通路进行生物信息的细胞内转换与传递过程,并可涉及对相关功能蛋白质的基因表达过程的调控。 信号转导的生理意义:本质是细胞和分子水平的功能调节,是机体生命活动中生理功能调节的基础。 受体:细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质; 配体:能与受体发生特异性结合的活性物质。 信号转导的两类方式: 1.水溶性的配体或物理信号→膜受体→经跨膜和细胞内信号转导 (膜受体-离子通道型受体、G蛋白耦联受体、酶联型受体、招募型受体) 2.脂溶性配体→单纯扩散→胞内→与胞质受体或核受体结合。 影响基因表达产生的效应,核受体介导的信号转导。
离子通道型受体介导的信号转导: 化学门控通道是一类由配体结合部位和离子通道两部分组成、同时具有受体和离子通道功能的膜蛋白,故称离子通道型受体或促离子型受体。 对特定离子通透选择性增加→路径简单、速度快。
G蛋白耦联受体介导的信号转导: G蛋白耦联受体(促代谢型受体)是指被配体激活后,作用于与之耦联的G蛋白,再引起一系列以信号蛋白为主的级联反应而完成跨膜信号转导的一类受体。 特点:G蛋白耦联受体无通道结构、无酶活性,触发生物化学反应过程; 较离子通道型~慢,作用空间范围大、信号的逐级放大作用明显。 信号分子:1.多种信号蛋白(G蛋白耦联受体、G蛋白、G蛋白效应器和蛋白激酶);2.第二信使
1.G蛋白耦联受体 被配体激活→改变分子构象→结合并激活G蛋白→级联反应→信号传递至下游的最终效应靶标→调节离子通道活动,调节细胞生长、代谢、细胞骨架结构以及通过改变转录因子的活性而调控基因表达。 2.G蛋白(鸟苷酸结合蛋白) G蛋白耦联受体联系胞内信号通路的关键膜蛋白。 主要是异三聚体G蛋白(三个亚单位为α、β和γ) α-G蛋白主要的功能亚单位,可结合GTP(激活态)或GDP(失活态),有GTP酶活性。 β和γ亚单位-常形成功能复合体发挥作用。 激活态G蛋白导通、失活态G蛋白中断信号的转导; 限速步骤:GDP 的释放和GTP/GDP的转换;关键:α亚单位的GTP的酶活性。 3.G蛋白效应器 指G蛋白直接作用的靶标,包括效应器酶、膜离子通道以及膜转运蛋白。 效应器酶(腺苷酸环化酶 AC、磷脂酶C PLC、磷脂酶A2 PLA2、磷酸二酯酶 PDE)→催化生成(或分解)第二信使物质。 激活态G蛋白(α/βγ)直接门控离子通道,调节离子通道的活性→离子通道也可直接成为G蛋白效应器→表明G蛋白耦联受体与离子型通道型受体各自介导的信号转导通路之间具有交互性。 4.第二信使 指激素、神经递质、细胞因子等细胞外信使分子(第二信使)作用于膜受体后产生的细胞内信使分子。 第二信使指由G蛋白激活的效应器酶再分解细胞内底物所产生的小分子物质,如环-磷酸腺苷 cAMP、三磷酸肌醇 IP3、二酰甘油 DG、环-磷酸鸟苷 cGMP、Ca2+、花生四烯酸 AA及其代谢产物。 第二信使→激活蛋白激酶→级联反应/调控基因表达→细胞功能改变 5.蛋白激酶 是一类将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白而产生蛋白磷酸化的酶类。
常见的信号转导通路: 1.受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路 2.受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2+和DG-PKG通路 3.Ca2+信号系统
酶联型受体介导的信号转导
招募型受体介导的信号转导
核受体介导的信号转导
细胞的电活动
肌细胞的收缩