第二章魚類生理學(xué)細(xì)胞的基本功能gai

1、第二章第二章 細(xì)胞的基本功能細(xì)胞的基本功能 第一節(jié)第一節(jié) 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能和物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（一）脂質(zhì)雙分子層脂質(zhì)雙分子層疏水性非極性基團(tuán)疏水性非極性基團(tuán) （長(zhǎng)烴鏈）（長(zhǎng)烴鏈）親水性極性親水性極性基團(tuán)基團(tuán)(磷酸磷酸和堿基和堿基)脂質(zhì)雙分子層功能： 構(gòu)成細(xì)胞膜的基架構(gòu)成細(xì)胞膜的基架 構(gòu)成細(xì)胞膜與外界環(huán)境的屏障構(gòu)成細(xì)胞膜與外界環(huán)境的屏障 液態(tài)液態(tài)意義意義：細(xì)胞可以承受相當(dāng)大的張力和外形：細(xì)胞可以承受相當(dāng)大的張力和外形 改改 變而不破裂；而且即使膜結(jié)構(gòu)有時(shí)發(fā)生變而不破裂；而且即使膜結(jié)構(gòu)有時(shí)發(fā)生 一些較小的斷裂，也可以自動(dòng)融合而修一些

2、較小的斷裂，也可以自動(dòng)融合而修 復(fù)，仍保持膜的完整性。復(fù)，仍保持膜的完整性。（二）蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)特點(diǎn)：分子大小不同 形態(tài)不同 鑲嵌在膜內(nèi)的深淺不同 功能不同 蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)功能功能： 物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)（如：通道蛋白、載體蛋白、 離子泵） 傳遞信息傳遞信息（如受體） 免疫標(biāo)志免疫標(biāo)志（如抗原、抗體） （三）（三） 糖類糖類 存在形式：糖蛋白或糖脂存在形式：糖蛋白或糖脂 糖類糖類功能功能： 免疫標(biāo)志 傳遞信息（四）細(xì)胞膜的特性1 流動(dòng)性流動(dòng)性膜脂的分子運(yùn)動(dòng)膜脂的分子運(yùn)動(dòng) 膜流動(dòng)性的生理意義膜流動(dòng)性的生理意義n質(zhì)膜的流動(dòng)性是保證其正常功能的必要條件。例如跨膜物質(zhì)運(yùn)輸、細(xì)胞信息傳遞、細(xì)胞識(shí)別、細(xì)胞免疫、

3、細(xì)胞分化以及激素的作用等等都與膜的流動(dòng)性密切相關(guān)。當(dāng)膜的流動(dòng)性低于一定的閾值時(shí)，許多酶的活動(dòng)和跨膜運(yùn)輸將停止，反之如果流動(dòng)性過高，又會(huì)造成膜的溶解。2 不對(duì)稱性（脂質(zhì)、膜蛋白及糖類的分布）細(xì)胞膜不對(duì)稱的意義 膜脂、膜蛋白和復(fù)合糖在膜上均呈不對(duì)稱分布，導(dǎo)致膜功能的不對(duì)稱性和方向性，即膜內(nèi)外兩層的流動(dòng)性不同，使物質(zhì)傳遞有一定方向，信號(hào)的接受和傳遞也有一定方向等。1 概念：某些概念：某些脂溶性脂溶性物質(zhì)（如物質(zhì)（如O2、CO2等）等）由膜由膜高高濃度側(cè)向濃度側(cè)向低低濃度側(cè)擴(kuò)散的過程。濃度側(cè)擴(kuò)散的過程。2 影響因素：影響因素： 膜兩側(cè)分子的濃度差膜兩側(cè)分子的濃度差 膜對(duì)物質(zhì)的透性膜對(duì)物質(zhì)的透性 3 特

4、點(diǎn)：特點(diǎn)： 脂溶性物質(zhì)脂溶性物質(zhì) 順濃度梯度順濃度梯度 不消耗能量不消耗能量（二）易化擴(kuò)散易化擴(kuò)散1 概念：非脂溶性物質(zhì)或脂溶性小的物質(zhì)，在特殊概念：非脂溶性物質(zhì)或脂溶性小的物質(zhì)，在特殊蛋白質(zhì)的幫助下，蛋白質(zhì)的幫助下，由膜由膜高高濃度側(cè)向濃度側(cè)向低低濃度側(cè)擴(kuò)濃度側(cè)擴(kuò)散的現(xiàn)象。散的現(xiàn)象。2 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 順濃度差順濃度差 細(xì)胞不耗能細(xì)胞不耗能 需要膜蛋白的參與需要膜蛋白的參與3 分類（根據(jù)膜蛋白的不同）分類（根據(jù)膜蛋白的不同） 以載體為中介的易化擴(kuò)散以載體為中介的易化擴(kuò)散 以通道為中介的易化擴(kuò)散以通道為中介的易化擴(kuò)散以載體為中介的易化擴(kuò)散以載體為中介的易化擴(kuò)散特點(diǎn)：特點(diǎn)： a 高度的結(jié)構(gòu)特異性高

5、度的結(jié)構(gòu)特異性 b 飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象 c 競(jìng)爭(zhēng)性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制以通道為中介的易化擴(kuò)散以通道為中介的易化擴(kuò)散 通道的開放和關(guān)閉決定于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差通道的開放和關(guān)閉決定于細(xì)胞膜兩側(cè)的電位差（電壓依從性）和化學(xué)濃度差（化學(xué)依從性）。（電壓依從性）和化學(xué)濃度差（化學(xué)依從性）。（三）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（三）主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)1 概念概念：是指細(xì)胞通過本身的耗能過程，將某些物質(zhì)分子或離子由膜的低濃度側(cè)向高濃度側(cè)轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。2 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 耗能耗能 逆電位差或逆電位差或 化學(xué)濃度梯度化學(xué)濃度梯度 本質(zhì)：本質(zhì)： 鈉鈉-鉀依賴式鉀依賴式 ATP酶酶 激活激活 細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞內(nèi)Na+增加或細(xì)胞外增加或細(xì)胞外K+增加激活增加激活 鈉

6、泵的作用鈉泵的作用 泵入鉀泵出鈉，形成并保持膜內(nèi)高鉀膜泵入鉀泵出鈉，形成并保持膜內(nèi)高鉀膜外高鈉的分布外高鈉的分布舉例：舉例：鈉鈉-鉀離子的轉(zhuǎn)運(yùn)鉀離子的轉(zhuǎn)運(yùn) 鈉泵鈉泵 鈉泵轉(zhuǎn)運(yùn)量：鈉泵轉(zhuǎn)運(yùn)量： 3鈉出鈉出 2鉀入鉀入鈉泵的意義：鈉泵的意義： 維持細(xì)胞內(nèi)外離子濃度梯度維持細(xì)胞內(nèi)外離子濃度梯度 維持正常細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能維持正常細(xì)胞結(jié)構(gòu)與功能 建立勢(shì)能貯備建立勢(shì)能貯備鈉泵的作用機(jī)理鈉泵的作用機(jī)理主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)與被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)的區(qū)別主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)需由細(xì)胞提供能量需由細(xì)胞提供能量不需細(xì)胞能量不需細(xì)胞能量逆電逆電-化學(xué)勢(shì)差化學(xué)勢(shì)差順電順電-化學(xué)勢(shì)差化學(xué)勢(shì)差使膜兩側(cè)濃度差更大使膜兩

7、側(cè)濃度差更大使膜兩側(cè)濃度差更小使膜兩側(cè)濃度差更小（四）出胞和入胞出胞和入胞三、細(xì)胞膜的受體功能受體（receptor)：一般指位于細(xì)胞膜上的能夠一般指位于細(xì)胞膜上的能夠特異性與外來(lái)信號(hào)分子（配體）結(jié)合，并介導(dǎo)細(xì)特異性與外來(lái)信號(hào)分子（配體）結(jié)合，并介導(dǎo)細(xì)胞生物學(xué)效應(yīng)的蛋白質(zhì)。胞生物學(xué)效應(yīng)的蛋白質(zhì)。 除膜受體外，還有胞漿受體和核受體。結(jié)構(gòu)除膜受體外，還有胞漿受體和核受體。結(jié)構(gòu)包括：調(diào)節(jié)亞單位、轉(zhuǎn)導(dǎo)物和催化亞單位三部分。包括：調(diào)節(jié)亞單位、轉(zhuǎn)導(dǎo)物和催化亞單位三部分。具有特異性、飽和性和可逆性等基本特性具有特異性、飽和性和可逆性等基本特性。激動(dòng)劑：指與膜受體結(jié)合后可引發(fā)特定激動(dòng)劑：指與膜受體結(jié)合后可引發(fā)

8、特定生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)。生物學(xué)效應(yīng)的物質(zhì)。抑制劑：指與膜受體結(jié)合后，降低激動(dòng)抑制劑：指與膜受體結(jié)合后，降低激動(dòng)劑作用的物質(zhì)。劑作用的物質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié)細(xì)胞膜的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)細(xì)胞膜的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)一、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念一、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的概念n1. 1. 信號(hào)信號(hào): : 含有信息內(nèi)容的一種物含有信息內(nèi)容的一種物質(zhì)或刺激質(zhì)或刺激n2. 2. 人體內(nèi)的信號(hào)人體內(nèi)的信號(hào): : 存在于細(xì)胞存在于細(xì)胞外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì)外液中含有信息內(nèi)容的化學(xué)物質(zhì), ,或或機(jī)械的、電的、電磁波等刺激機(jī)械的、電的、電磁波等刺激 3. 3. 信號(hào)的類型信號(hào)的類型v 化學(xué)信號(hào)化學(xué)信號(hào) 激素激素, 遞質(zhì)遞質(zhì), 細(xì)胞因子細(xì)

9、胞因子v 機(jī)械信號(hào)機(jī)械信號(hào) 聲音聲音v 電磁信號(hào)電磁信號(hào) 光光v 電信號(hào)電信號(hào) 電流電流4.4. 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)外界信號(hào)外界信號(hào) 細(xì)胞膜表面細(xì)胞膜表面 一種或幾一種或幾種膜蛋白分子構(gòu)象改變種膜蛋白分子構(gòu)象改變 新的信號(hào)進(jìn)入新的信號(hào)進(jìn)入胞內(nèi)胞內(nèi) 膜電位或其他功能變化膜電位或其他功能變化二、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)二、細(xì)胞跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)環(huán)腺苷酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)環(huán)腺苷酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)（一）環(huán)腺苷酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)（一）環(huán)腺苷酸信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)（二）肌醇信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)（三）酪氨酸激酶受體完成的（三）酪氨酸激酶受體完

10、成的 跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)跨膜信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)生長(zhǎng)因子，胰島素為信號(hào)生長(zhǎng)因子，胰島素為信號(hào)信號(hào)信號(hào) 接合膜酪氨酸激酶外側(cè)端接合膜酪氨酸激酶外側(cè)端 激活內(nèi)側(cè)酪氨酸蛋白激酶活性激活內(nèi)側(cè)酪氨酸蛋白激酶活性 受體本身受體本身酪氨酸殘基磷酸化和胞內(nèi)其它蛋白殘基磷酸化酪氨酸殘基磷酸化和胞內(nèi)其它蛋白殘基磷酸化 細(xì)胞功能的變化細(xì)胞功能的變化信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)過程第三節(jié)第三節(jié) 細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、凋亡細(xì)胞的生長(zhǎng)、增殖、凋亡與保護(hù)與保護(hù)（一）細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖（一）細(xì)胞的生長(zhǎng)與增殖 細(xì)胞周期：細(xì)胞周期：從一次分裂結(jié)束到下次分裂完成所經(jīng)歷從一次分裂結(jié)束到下次分裂完成所經(jīng)歷的整個(gè)過程。的整個(gè)過程。 細(xì)胞周期分為四個(gè)期：細(xì)胞周期分為四個(gè)

11、期： S期（期（DNA合成期）合成期） C2 M期（有絲分裂期）期（有絲分裂期） C1C1SC2MLeland HartwellPaul NurseTim Hunt 因發(fā)現(xiàn)了一類細(xì)胞周因發(fā)現(xiàn)了一類細(xì)胞周期調(diào)控基因而獲此殊榮。期調(diào)控基因而獲此殊榮。這些基因中有一個(gè)被命這些基因中有一個(gè)被命名為名為“起始起始（start）”，它在細(xì)，它在細(xì)胞周期調(diào)控的第一步中胞周期調(diào)控的第一步中起著關(guān)鍵作用。哈特韋起著關(guān)鍵作用。哈特韋爾還引入了爾還引入了“檢測(cè)點(diǎn)檢測(cè)點(diǎn)（checkpoint）”這一概念，這對(duì)理解細(xì)這一概念，這對(duì)理解細(xì)胞周期如何運(yùn)行和運(yùn)轉(zhuǎn)胞周期如何運(yùn)行和運(yùn)轉(zhuǎn)頗有幫助。頗有幫助。 運(yùn)用遺傳學(xué)和分子生物運(yùn)

12、用遺傳學(xué)和分子生物學(xué)方法首次鑒定、克隆出學(xué)方法首次鑒定、克隆出細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)控子之細(xì)胞周期的關(guān)鍵調(diào)控子之CDK分子（周期素依賴性分子（周期素依賴性激酶）。他還發(fā)現(xiàn)激酶）。他還發(fā)現(xiàn)CDK在在進(jìn)化中高度保守，它可使進(jìn)化中高度保守，它可使其他蛋白質(zhì)磷酸化，從而其他蛋白質(zhì)磷酸化，從而使細(xì)胞沿著細(xì)胞周期不斷使細(xì)胞沿著細(xì)胞周期不斷地進(jìn)行分裂。地進(jìn)行分裂。 第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了周期素第一個(gè)發(fā)現(xiàn)了周期素(cyclin)，這是一類蛋白，這是一類蛋白質(zhì)，是質(zhì)，是CDK的調(diào)控分子。的調(diào)控分子。亨特在研究中發(fā)現(xiàn)，周期亨特在研究中發(fā)現(xiàn)，周期素在每次細(xì)胞分裂過程中素在每次細(xì)胞分裂過程中均發(fā)生周期性的降解，后均發(fā)生周期性的降解，

13、后來(lái)證明這是細(xì)胞周期調(diào)控來(lái)證明這是細(xì)胞周期調(diào)控的一種普遍性的重要機(jī)制。的一種普遍性的重要機(jī)制。三位學(xué)者對(duì)細(xì)胞周期研究的主要貢獻(xiàn)三位學(xué)者對(duì)細(xì)胞周期研究的主要貢獻(xiàn)二、細(xì)胞凋亡（二、細(xì)胞凋亡（apoptosis）：）： apoptosis=“ ” “apo（離開，分離）（離開，分離）+ptosis（下降，掉下來(lái)）（下降，掉下來(lái)）”=falling off概念：概念： 生理或病理狀態(tài)下，經(jīng)過一系列基因的激活生理或病理狀態(tài)下，經(jīng)過一系列基因的激活、表達(dá)及調(diào)控等過程而發(fā)生的由基因控制的、自主的、表達(dá)及調(diào)控等過程而發(fā)生的由基因控制的、自主的、有序的細(xì)胞死亡。有序的細(xì)胞死亡。 細(xì)胞凋亡（細(xì)胞凋亡（apopto

14、sis）稱為）稱為 “程序性細(xì)胞死程序性細(xì)胞死亡（亡（programmed cell death）”2 細(xì)胞凋亡的特征細(xì)胞凋亡的特征（三）細(xì)胞保護(hù)（三）細(xì)胞保護(hù) 保護(hù)方式：直接保護(hù)保護(hù)方式：直接保護(hù) 間接保護(hù)間接保護(hù)第四節(jié)第四節(jié) 細(xì)胞的興奮性與細(xì)胞的興奮性與 生物電現(xiàn)象生物電現(xiàn)象（一）細(xì)胞的興奮性（一）細(xì)胞的興奮性v1. 1. 興奮性興奮性 活組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力活組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)的能力v2. 2. 興奮興奮 組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)組織或細(xì)胞對(duì)外界刺激發(fā)生反應(yīng)v3. 3. 可興奮細(xì)胞可興奮細(xì)胞 神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞、腺細(xì)胞神經(jīng)細(xì)胞、肌細(xì)胞、腺細(xì)胞一、細(xì)胞生物電與細(xì)胞

15、的興奮一、細(xì)胞生物電與細(xì)胞的興奮（二）（二） 、 細(xì)胞的生物電細(xì)胞的生物電1 1、靜息電位、靜息電位 在靜息狀態(tài)下，存在于細(xì)胞膜在靜息狀態(tài)下，存在于細(xì)胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（膜內(nèi)為負(fù)，膜內(nèi)外兩側(cè)的電位差（膜內(nèi)為負(fù)，膜外為正）。外為正）。 1 1).). 神經(jīng)纖維細(xì)胞神經(jīng)纖維細(xì)胞 -70 mV 2 2).). 肌細(xì)胞肌細(xì)胞 -70mV-90mV3 3).). 紅細(xì)胞紅細(xì)胞 -20mV 膜受一定強(qiáng)度的刺激后膜受一定強(qiáng)度的刺激后, , 在原有靜息電在原有靜息電位的基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速倒位的基礎(chǔ)上發(fā)生的一次膜兩側(cè)電位的快速倒轉(zhuǎn)和復(fù)原，即膜快速去極化轉(zhuǎn)和復(fù)原，即膜快速去極化 后又復(fù)極化后又復(fù)極

16、化 。2. 動(dòng)作電位動(dòng)作電位二、生物電產(chǎn)生的機(jī)制二、生物電產(chǎn)生的機(jī)制（一）靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制（一）靜息電位產(chǎn)生的機(jī)制1.1. 靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜內(nèi)外Na+ 、K+分布不均衡分布不均衡 細(xì)胞膜外細(xì)胞膜外 細(xì)胞膜內(nèi)細(xì)胞膜內(nèi)Na+ 142mEq/l 14mEq/l 10:1K+ 4 mEq/l 140 mEq/l 1:35Na+ 有從膜外向膜內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì)有從膜外向膜內(nèi)擴(kuò)散的趨勢(shì) K + 有從膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散的趨勢(shì)有從膜內(nèi)向膜外擴(kuò)散的趨勢(shì)2 2、靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)、靜息狀態(tài)下細(xì)胞膜對(duì)K K+ +的選擇性的選擇性通透通透 K +的通的通 透性透性 大大 Na+ 的通的通 透性透性 極極

17、小小 3. 3. 達(dá)到達(dá)到K K+ + 的平衡電位的平衡電位Ek=RT/ZF lnK+o/ K+i （二）（二） 動(dòng)作電位形成機(jī)制動(dòng)作電位形成機(jī)制 上升支：上升支： Na+ 內(nèi)流內(nèi)流 （Na+ 的平衡電位）的平衡電位）v下降支：下降支： K+ 外流外流v負(fù)后電位負(fù)后電位: K+ 外流暫時(shí)性減弱外流暫時(shí)性減弱v正后電位：正后電位：Na+-K+泵的活動(dòng)泵的活動(dòng)n動(dòng)作電位的特點(diǎn)動(dòng)作電位的特點(diǎn) 1 1、不衰減性傳導(dǎo)、不衰減性傳導(dǎo) 2 2、“全或無(wú)全或無(wú)”現(xiàn)象現(xiàn)象 3 3、存在不應(yīng)期、存在不應(yīng)期 （絕對(duì)不應(yīng)期和相對(duì)不應(yīng)期）（絕對(duì)不應(yīng)期和相對(duì)不應(yīng)期）（三）、閾電位和鋒電位（三）、閾電位和鋒電位閾電位閾電位（threshold membrane potential)n 膜去極化到達(dá)爆發(fā)動(dòng)作電位的臨界膜電位。閾電位的特性：閾電位的特性： 引起膜上電壓門控性Na+通道大量開放。引起鋒電位的條件：引起鋒電位的條件： 膜去極化達(dá)到閾電位。膜上電壓門控膜上電壓門控Na+通道快速大量開放的原因通道快速大量開放的原因 Na+ 再生性循環(huán)(正反饋) 閾強(qiáng)度刺激 膜去極化達(dá)閾電位 一定數(shù)量Na+通道開放 Na+內(nèi)流 膜進(jìn)一步去極化大量的Na+通道開放（ Na+通道的激活）閾強(qiáng)度閾強(qiáng)度（threshold intensity) 能使膜去極化達(dá)到閾電位的外加刺能使膜去極化達(dá)到閾電位的外加刺激的強(qiáng)度激的強(qiáng)度閾