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Fisiologia funzioni di base delle cellule
Informazioni sulla fisiologia: una mappa mentale delle funzioni di base delle cellule, inclusa la funzione di trasporto del materiale della membrana cellulare, la trasduzione del segnale cellulare, la contrazione delle cellule muscolari, l'attività elettrica cellulare, ecc.
Modificato alle 2024-02-14 11:53:52
- Breve storia del tempo
Questa è una mappa mentale su una breve storia del tempo. "Una breve storia del tempo" è un'opera scientifica popolare con un'influenza di vasta portata. Non solo introduce i concetti di base della cosmologia e della relatività, ma discute anche dei buchi neri e dell'espansione dell'universo. questioni scientifiche all’avanguardia come l’inflazione e la teoria delle stringhe.
- Il coraggio di essere odiato
Dopo aver letto "Il coraggio di essere antipatico", "Il coraggio di essere antipatico" è un libro filosofico che vale la pena leggere. Può aiutare le persone a comprendere meglio se stesse, a comprendere gli altri e a trovare modi per ottenere la vera felicità.
- Appunti di lettura di Il coraggio di non piacere.
"Il coraggio di essere antipatico" non solo analizza le cause profonde di vari problemi nella vita, ma fornisce anche contromisure corrispondenti per aiutare i lettori a comprendere meglio se stessi e le relazioni interpersonali e come applicare la teoria psicologica di Adler nella vita quotidiana.
Fisiologia funzioni di base delle cellule
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- Profilo
Fisiologia Sezione 1 Struttura di base e funzione di trasporto materiale della membrana cellulare
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funzioni fondamentali delle cellule
Funzione di trasporto materiale della membrana cellulare
composizione chimica della membrana cellulare
Lipidi
Fosfolipidi>70%, colesterolo<30%, glicolipidi<10%; Contenuto in fosfolipidi: fosfatidilcolina (strato esterno della membrana) > fosfatidilserina > fosfatidiletanolamina > fosfatidilinositolo (il più basso, può essere utilizzato come donatore di inositolo trifosfato intracellulare secondo messaggero IP3 e diacilglicerolo DG)
proteina
Proteine della membrana superficiale: 20%~30%, principalmente attaccate alla superficie interna della membrana cellulare; Proteine integrali di membrana: dal 70% all'80%, le cui catene peptidiche attraversano il doppio strato lipidico della membrana una o più volte, in generale, le proteine legate al trasporto transmembrana delle sostanze e alle funzioni recettoriali sono proteine integrali di membrana, come trasportatori, canali, pompe ioniche, G; recettori accoppiati a proteine
carboidrato
Principalmente alcuni oligosaccaridi e catene di polisaccaridi, combinati con proteine di membrana o lipidi di membrana sotto forma di legami covalenti per formare glicoproteine o glicolipidi
Trasporto di sostanze attraverso le membrane
diffusione semplice
La diffusione di sostanze attraverso la membrana dal lato ad alta concentrazione della membrana plasmatica al lato a bassa concentrazione attraverso lo spazio interstiziale tra le molecole lipidiche. Ossigeno, anidride carbonica, etanolo, urea, glicerolo e altre sostanze liposolubili; Fattori determinanti: differenza di concentrazione su entrambi i lati della membrana, permeabilità della membrana alla sostanza
diffusione facilitata
Si riferisce al trasporto transmembrana di piccole molecole non liposolubili o di ioni carichi con l'aiuto di proteine transmembrana lungo il gradiente di concentrazione e il gradiente di potenziale.
Diffusione facilitata attraverso canali: detti anche canali ionici, senza la capacità di decomporre l'ATP
Ci sono anche canali d'acqua
Selettività ionica
Proprietà di gate
Canali voltaggio-dipendenti: regolati dal potenziale di membrana
Canali controllati chimicamente: regolati da determinate sostanze chimiche all'interno o all'esterno della membrana e hanno funzioni sia di canale che di recettore
Canali controllati meccanicamente: regolati dalla stimolazione meccanica, la membrana plasmatica rileva la stimolazione dell'allungamento, provocando l'apertura dei canali al suo interno.
Canali non controllati: sempre aperti, come i canali di perdita di potassio sulle fibre nervose
Diffusione facilitata tramite carrier
Il trasporto di piccole molecole idrosolubili attraverso le membrane lungo un gradiente di concentrazione mediato da proteine trasportatrici; Glucosio, aminoacidi, ecc.
specificità della struttura
fenomeno della saturazione
inibizione competitiva
trasporto attivo
Alcune sostanze vengono trasportate attraverso le membrane contro gradienti di concentrazione e gradienti potenziali con l'aiuto delle proteine di membrana e dell'energia fornita dal metabolismo cellulare. A seconda che le proteine di membrana consumino direttamente energia, si dividono in trasporto attivo primario e trasporto attivo secondario.
trasporto attivo primario
Processo mediante il quale le cellule utilizzano direttamente l'energia generata dal metabolismo per trasportare sostanze contro gradienti di concentrazione o gradienti potenziali; La proteina o trasportatore di membrana che media questo processo è chiamata pompa ionica, che è essenzialmente un'ATPasi.
Pompa sodio-potassio: è composta da due subunità a (subunità catalitica, che richiede la partecipazione di ioni sodio all'interno della membrana e ioni potassio all'esterno della membrana per avere attività ATPasi) e b Ogni volta che una molecola di ATP viene decomposta, 3 gli ioni sodio escono dalla cellula e 2 ioni potassio entrano nella cellula
Pompa del calcio: chiamata anche Ca2-ATPasi. La pompa del calcio sulla membrana plasmatica è chiamata calcio ATPasi della membrana plasmatica (PMCA). Le pompe del calcio sul reticolo sarcoplasmatico e sul reticolo endoplasmatico sono chiamate reticolo sarcoplasmatico e calcio ATPasi del reticolo endoplasmatico (SERCA); La PMCA può trasportare 1 ione calcio dal citoplasma all'esterno della cellula per ogni molecola di ATP scomposta; SERCA può trasportare 2 ioni calcio dal citoplasma al reticolo endoplasmatico per ogni molecola di ATP scomposta.
pompa protonica
Pompa idrogeno-potassio: distribuita principalmente sulla membrana apicale delle cellule parietali della ghiandola gastrica e delle cellule intercalari del dotto collettore renale, secerne ioni idrogeno e assorbe ioni potassio, secerne ioni idrogeno nel succo gastrico o nell'urina contro il gradiente di concentrazione e partecipa alla formazione dell’acidità gastrica e della funzione acida renale
Pompa dell'idrogeno: distribuita nelle membrane di vari organelli, trasporta gli ioni idrogeno dal citosol ai lisosomi, agli endosomi, al complesso del Golgi, al reticolo endoplasmatico e alle vescicole sinaptiche
trasporto attivo secondario
Non proviene direttamente dalla decomposizione dell'ATP, ma utilizza il gradiente di concentrazione di ioni sodio o ioni idrogeno stabilito dal meccanismo di trasporto attivo primario per far sì che altre sostanze attraversino la membrana contro il gradiente di concentrazione e il gradiente potenziale mentre gli ioni sodio o gli ioni idrogeno si diffondono lungo il gradiente di concentrazione
Trasporto simmetrico: le molecole o gli ioni trasportati si muovono tutti nella stessa direzione, come il riassorbimento del glucosio nell'epitelio della mucosa dell'intestino tenue (2 ioni sodio e 1 glucosio nella stessa direzione) e il riassorbimento nell'epitelio del tubulo renale prossimale (1 ioni sodio e 1); 1 glucosio si muove nella stessa direzione) attraverso lo simportatore sodio-glucosio
Antitrasporto: le molecole o gli ioni trasportati si muovono nella direzione opposta; Scambiatore ionico sodio-calcio, scambiatore ionico sodio-idrogeno
Trasporto delle vescicole di membrana: le macromolecole e il particolato che entrano ed escono dalle cellule non passano direttamente attraverso la membrana cellulare, ma sono circondate dalla membrana per formare vescicole. Il trasporto viene completato attraverso una serie di processi come l'avvolgimento della membrana, la fusione della membrana e la membrana separazione.
Entra nella cella
Fagocitosi: la sostanza trasportata entra nella cellula in forma solida
Deglutizione: la sostanza trasportata entra nella cellula in forma liquida
Uscendo dalla cella
Esocitosi continua: quando la cellula è tranquilla, le vescicole secretorie si fondono spontaneamente con la membrana cellulare e le sostanze macromolecolari presenti nelle vescicole vengono continuamente scaricate dalla cellula.
Esocitosi regolata: quando le cellule sono indotte da determinati segnali chimici (come gli ormoni) o segnali elettrici (come i potenziali d'azione), un gran numero di vescicole secretorie immagazzinate in alcune parti della cellula si fondono con la membrana cellulare ed espellono il contenuto della vescicola della cellula
trasduzione del segnale cellulare
Il processo attraverso il quale l'informazione biologica (eccitazione o inibizione) viene convertita e trasmessa tra cellule o all'interno delle cellule e produce effetti biologici, si riferisce solitamente alla trasduzione del segnale transmembrana, cioè al passaggio di sostanze biologicamente attive (ormoni, neurotrasmettitori, citochine, ecc.). recettori Il processo di attivazione o inibizione delle funzioni cellulari attraverso l'azione dei canali ionici. Molecole segnalatrici: sostanze chimiche coinvolte nel completamento della comunicazione del segnale intercellulare o nella trasduzione del segnale intracellulare. Molecole messaggere: sostanze di piccole dimensioni specializzate nel trasportare informazioni biologiche. Via di trasduzione del segnale: una catena di molecole segnale che completa la conversione e la trasmissione delle informazioni biologiche tra cellule o all'interno delle cellule
Mediato dai canali ionici
I canali controllati chimicamente hanno le funzioni sia dei recettori che dei canali ionici, noti anche come recettori dei canali ionici, ad esempio recettori nicotinici dell'acetilcolina, recettori ionotropici del glutammato I canali con controllo del voltaggio e i canali con controllo meccanico hanno funzioni di trasduzione del segnale "promotrici di ioni" simili ai canali con controllo chimico. Possono anche essere classificati come recettori di tipo canale ionico, ma accettano solo segnali elettrici o segnali meccanici.
Mediato da recettori accoppiati a proteine G
Recettore accoppiato a proteine G: si riferisce a un tipo di recettore che, dopo essere stato attivato da un ligando, agisce sulla proteina G ad esso accoppiata e quindi innesca una serie di reazioni a cascata dominate da proteine di segnalazione per completare la trasduzione del segnale transmembrana. Le molecole di segnalazione coinvolte in questo tipo di trasduzione includono una varietà di proteine di segnalazione (recettori accoppiati a proteine G, proteine G, effettori di proteine G, proteina chinasi) e secondi messaggeri
Recettore accoppiato alle proteine G
Ne esistono molti tipi e ampiamente distribuiti, ed è un recettore 7-transmembrana: dopo essere stato attivato da un ligando, il recettore accoppiato alla proteina G si lega e attiva la proteina G modificandone la conformazione molecolare;
proteina G
L'abbreviazione di proteina legante il guanilato è una proteina G trimerica che esiste sul lato interno della membrana cellulare ed è composta da tre subunità: a, b e g; La subunità a è l'unità funzionale principale, avendo sia la capacità di legare GTP o GDP che l'attività GTPasi; le subunità b e g formano un complesso funzionale; La proteina G si lega al GDP per formare un complesso trimero-GDP della proteina G, che è nello stato inattivo, e si lega al GTP per formare lo stato attivato (la proteina G attivata si dissocia in due parti, il complesso a-GTP e bg, ciascuna delle quali che attiva gli effettori a valle trasducono i segnali nelle cellule
Effettore della proteina G
Gli effettori delle proteine G, bersagli su cui agiscono direttamente le proteine G, includono enzimi effettori, canali ionici di membrana e proteine di trasporto di membrana; Gli enzimi effettori includono l'adenilato ciclasi AC, la fosfolipasi C (PLC), la fosfolipasi A2 (PLA2) e la fosfodiesterasi PDE. La loro funzione: catalizzare la generazione (o decomposizione) di secondi messaggeri.
Secondo messaggero: si riferisce alle molecole messaggere intracellulari prodotte dopo che le molecole messaggere extracellulari (primi messaggeri) come ormoni, neurotrasmettitori e citochine agiscono sui recettori di membrana. Di solito si riferiscono a enzimi effettori attivati dalle proteine G che vengono poi scomposte in piccole cellule molecole prodotte da substrati; possono attivare ulteriormente le proteine chinasi Adenosina monofosfato ciclico cAMP, inositolo trifosfato IP3, diacilglicerolo DG, guanosina monofosfato ciclico cGMP, ione calcio, acido arachidonico AA
proteina chinasi
Un tipo di enzima che trasferisce il gruppo fosfato sulla molecola di ATP alla proteina substrato per produrre la fosforilazione delle proteine; Se la proteina substrato è anche una proteina chinasi, può innescare una fosforilazione sequenziale a cascata, chiamata reazione a cascata di fosforilazione; La fosforilazione causata dalle proteine chinasi può essere interrotta dalla defosforilazione del substrato da parte della proteina fosfatasi presente nella cellula ad esempio: proteina chinasi cAMP-dipendente (proteina chinasi A, PKA), proteina chinasi Ca2-dipendente (proteina chinasi C, PKC)
Mediato da recettori legati ad enzimi
Si riferisce a un recettore di membrana che a sua volta ha attività enzimatica o è combinato con un enzima; Caratteristiche strutturali: ciascuna molecola recettore ha un solo segmento transmembrana, il dominio extracellulare contiene un sito che può legarsi ai ligandi e il dominio intracellulare ha attività enzimatica o un sito che può legarsi a un enzima.
Recettore tirosina chinasi TKR
Il dominio intracellulare ha attività tirosin chinasica, compreso il fattore di crescita epidermico, il fattore di crescita derivato dalle piastrine, il fattore di crescita dei fibroblasti, il fattore di crescita degli epatociti e l'insulina; Si lega al ligando - viene attivata la tirosina chinasi - fosforila i residui di tirosina delle proteine a valle (se si tratta di una proteina strutturale o funzionale - cambia direttamente la funzione cellulare; se è una proteina di segnalazione - innesca il processo di trasduzione del segnale a valle)
Recettore legante la tirosina chinasi TKAR
Non ha attività enzimatica. Dopo l'attivazione, si lega alla tirosina chinasi nel citoplasma e la attiva, fosforilando così i residui di tirosina delle proteine di segnalazione a valle. I ligandi che attivano questo tipo di recettori sono vari fattori di crescita, come l'eritropoietina, l'interferone, l'interleuchina, l'ormone della crescita, la prolattina e la leptina
Recettore della guanilil ciclasi GC
È una singola molecola α-elicoidale transmembrana con un dominio di legame del ligando all'estremità N extracellulare e un dominio attivo GC all'estremità C intracellulare; Peptide natriuretico atriale ANP/peptide natriuretico cerebrale BNP - recettore della guanilil ciclasi - genera GTP per generare cGMP - il cGMP attiva la proteina chinasi cGMP-dipendente PKG - PKG agisce come substrato per la proteina chinasi serina/treonina Fosforilazione di sostanze per ottenere la trasduzione del segnale; Il recettore su cui agisce l'NO è un GC solubile libero nel citoplasma, che produce anche effetti biologici attraverso la via cGMP-PKG dopo l'attivazione.
recettore serina/treonina chinasi
Il dominio intracellulare di questo tipo di recettore ha attività serina/treonina chinasi. Dopo l'attivazione, fosforila i residui di serina/treonina della proteina Smad e si trasloca nel nucleo per regolare l'espressione di specifici geni proteici.
reclutamento mediato dai recettori
Un singolo recettore transmembrana. Il dominio intracellulare non ha attività enzimatica Tuttavia, una volta che il dominio extracellulare si lega a un ligando, il suo dominio intracellulare può reclutare chinasi o proteine adattatrici nel citoplasma per attivare segnali a valle che non coinvolgono le classiche vie di trasduzione ; Regola principalmente le funzioni delle cellule ematopoietiche e delle cellule immunitarie
mediata dai recettori nucleari
I recettori intracellulari sono collettivamente chiamati recettori nucleari
contrazione delle cellule muscolari
giunzione neuro-muscolare del muscolo scheletrico
Struttura
È una struttura specializzata tra le terminazioni nervose motorie e le cellule muscolari scheletriche da esse innervate. È composta da membrana pre-articolare, membrana post-articolare e gap articolare. Membrana pregiunzionale: parte della membrana terminale dell'assone di un nervo motore Membrana post-articolare: la membrana delle cellule muscolari scheletriche opposta alla membrana pre-articolare, chiamata anche membrana della piastra terminale, è un solco poco profondo che è depresso verso l'interno. La membrana della piastra terminale sul fondo del solco è affondata verso l'interno per formarne molte rughe.
processo di trasferimento dell’eccitazione
L'AP trasmesso dalla fibra del nervo motore al terminale dell'assone innesca il deflusso delle vescicole sinaptiche dipendenti dagli ioni calcio dalla membrana pregiunzione e rilascia Ach nello spazio di giunzione. Ach attiva il canale cationico del recettore Ach di tipo molecola di azoto sulla membrana della piastra terminale. produrre cambiamenti nel potenziale di membrana
accoppiamento eccitazione-contrazione
concetto
Il meccanismo intermedio che collega il processo di eccitazione elettrica dell'AP prodotto dalle cellule muscolari striate con la contrazione meccanica dello scorrimento del miofilamento.
I passaggi fondamentali
1. Conduzione del potenziale d'azione nella membrana del tubulo T: il potenziale d'azione sul sarcolemma viene trasmesso lungo la membrana del tubulo T all'interno della cellula e attiva i canali del calcio di tipo L nella membrana del tubulo T e nel sarcolemma.
2. Rilascio di ioni calcio nel JSR: la depolarizzazione del sarcolemma fa sì che il muscolo scheletrico inneschi un meccanismo di rilascio del calcio attraverso cambiamenti conformazionali nel miocardio, il calcio induce un meccanismo di rilascio del calcio, provocando il rilascio degli ioni calcio nel JSR nel citoplasma.
3. Gli ioni calcio innescano lo scorrimento del miofilamento: l'aumento della concentrazione di ioni calcio citoplasmatici spinge gli ioni calcio a legarsi al Tnc e ad innescare la contrazione muscolare.
4. Gli ioni calcio vengono ripresi dal JSR: nel muscolo scheletrico, quasi tutti gli ioni calcio nel citoplasma vengono ripresi nel SR attraverso la pompa del calcio nella membrana LSR attivata. La maggior parte degli ioni calcio vengono prelevati nel citoplasma del miocardio dalla pompa del calcio nella membrana LSR Riciclato, una piccola parte viene scaricata all'esterno della cellula dallo scambiatore ionico sodio-calcio e dalla pompa del calcio nel sarcolemma
scivolamento del miofilamento
attività elettrica cellulare
Le cellule sono accompagnate da fenomeni elettrici quando svolgono attività vitali, che si chiama bioelettricità cellulare; È generato dal flusso di alcuni ioni carichi attraverso la membrana e si manifesta come un certo potenziale transmembrana, denominato potenziale di membrana.
Potenziale RP a riposo
concetto
La differenza di potenziale tra il negativo interno e il positivo esterno che esiste su entrambi i lati della membrana cellulare nello stato di riposo
meccanismo di produzione
Causa fondamentale: trasporto di ioni carichi attraverso le membrane; In uno stato tranquillo, la permeabilità della membrana cellulare ai vari ioni è massima con gli ioni potassio, e il potenziale di riposo è più vicino al potenziale di equilibrio degli ioni potassio (poiché la membrana cellulare ha ancora una certa permeabilità agli ioni sodio a riposo, il la misurazione effettiva è leggermente inferiore al potenziale di equilibrio degli ioni potassio)
potenziale d'azione AP
concetto
Dopo che le cellule ricevono una stimolazione efficace basata sul potenziale di riposo, generano una rapida fluttuazione del potenziale di membrana che può propagarsi a distanza.
composizione
Vai agli estremi
Fase ripolare
Potenziale di picco
potenziale posteriore
Dopo la depolarizzazione potenziale ADP
dopo il potenziale di iperpolarizzazione AHP
Caratteristiche
Il fenomeno “tutto o niente”.
propagazione senza attenuazione
Erogazione di impulsi
meccanismo di produzione
Due fattori: 1. Forza motrice elettrochimica 2. Permeabilità della membrana cellulare agli ioni; La generazione del potenziale d'azione è il risultato di cambiamenti nel potenziale di riposo.
La tetrodotossina (TTX) blocca i canali del sodio; la tetraetilammina (TEA) blocca i canali del potassio
Attivatore AP
Intensità di soglia: lo stimolo minimo che può indurre le cellule a generare potenziali d'azione. Gli stimoli equivalenti all'intensità di soglia sono chiamati stimoli di soglia superiori o inferiori all'intensità di soglia sono chiamati rispettivamente stimoli soprasoglia e stimoli sottosoglia. Potenziale di soglia: il valore critico del potenziale di membrana che può innescare il potenziale d'azione è chiamato potenziale di soglia; L'intensità dello stimolo di soglia è appena sufficiente per depolarizzare il potenziale di riposo della cellula al livello del potenziale di soglia.
Propagazione dell'AP
Diffusione sulla stessa cella
Si propaga sotto forma di corrente locale; conduce a salto sulle fibre nervose mielinizzate
diffusione tra le cellule
Alcuni tessuti, come il nucleo interno del cervello, il muscolo cardiaco e alcuni tipi di muscolatura liscia, presentano giunzioni tra le cellule; Ci sono sinapsi elettriche e chimiche tra le cellule nervose
Cambiamenti periodici nell'eccitabilità dopo l'eccitazione cellulare
periodo refrattario assoluto
relativo periodo refrattario
periodo paranormale
periodo normale basso
potenziale elettrotonico
concetto
Il potenziale di membrana la cui distribuzione spaziale e i cambiamenti temporali sono determinati dalle proprietà elettriche passive della membrana è chiamato potenziale di tensione puntuale.
Ambito di diffusione
Descritta da una costante spaziale, si riferisce alla distanza spaziale diffusa quando il potenziale di membrana decade al 37% del suo valore massimo, rappresentato da l; Aumentando la resistenza della membrana o riducendo la resistenza assiale si può aumentare l
Velocità di generazione
La costante di tempo viene utilizzata per descrivere le caratteristiche di variazione temporale del potenziale elettrotonico, che si riferisce al tempo necessario affinché il potenziale di membrana salga al 63% del valore massimo durante la carica o scenda al 37% del valore iniziale durante la scarica, rappresentato per t; La riduzione della capacità della membrana riduce il tempo necessario affinché il potenziale elettrotonico raggiunga un valore stabile.
polarità
L'iniezione di una carica positiva in una cellula presenta un potenziale elettrotonico depolarizzante; l'iniezione di una carica negativa in una cellula presenta un potenziale elettrotonico iperpolarizzante.
caratteristica
potenziale classificato
conduzione attenuante
I potenziali possono essere fusi
potenziale locale
concetto
Dopo che la cellula è stata stimolata, il cambiamento nel potenziale di membrana che si forma dalle caratteristiche attive della membrana, cioè l'apertura di alcuni canali ionici, e non può propagarsi a lunghe distanze è chiamato potenziale locale.
caratteristica
potenziale classificato
conduzione attenuante
nessun periodo refrattario
Le reazioni possono essere sovrapposte, somma temporale, somma spaziale