生理-细胞膜的物质转运功能

1、 第一章 细胞的基本功能 （6hr） 细胞是动物及其它生物体的基本结构单位。在细胞及分子生 理学水平，其生命活动的基本原理具有高度的一致性和共性。 细胞的生理功能 b跨膜物质转运跨膜物质转运 b接受内外环境变化的信息并经跨膜信号转导产生兴奋接受内外环境变化的信息并经跨膜信号转导产生兴奋 b兴奋的产生兴奋的产生 b兴奋在细胞内的传导、细胞间的传递兴奋在细胞内的传导、细胞间的传递 b细胞对内外环境的变化作出的适应性反应细胞对内外环境的变化作出的适应性反应 （肌肉收缩、腺体分泌）（肌肉收缩、腺体分泌） 本章主要内容本章主要内容 1.1 细胞膜物质转运功能细胞膜物质转运功能 1.2 细胞的跨膜信号转导

2、细胞的跨膜信号转导 1.3 细胞的兴奋性和生物电现象细胞的兴奋性和生物电现象 1.4 兴奋在细胞间的传递兴奋在细胞间的传递 1.5 肌肉的收缩肌肉的收缩 1.1 细胞膜物质转运功能细胞膜物质转运功能 重点重点 液态镶嵌模型学说及镶嵌蛋白质的种类和生理机液态镶嵌模型学说及镶嵌蛋白质的种类和生理机 能能 以载体和以通道介导的易化扩散以载体和以通道介导的易化扩散 原发性和继发性主动转运原发性和继发性主动转运 NaNa+ +-K-K+ +泵的生理功能泵的生理功能 1.1.1 细胞膜的结构细胞膜的结构 细胞膜的作用： F将细胞的内容物和细胞周围的微环境（主要是细胞 外液）分割开来，使细胞能独立于环境而存

3、在 F通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响细胞膜起到 传递信息的作用 F细胞膜还在细胞免疫、细胞生长、分裂、分化及癌 变等生理、病理过程中起着重要的作用。 液态镶嵌模型液态镶嵌模型 （Fluid mosaic model） 细胞膜的共同结构特点是以液态的脂细胞膜的共同结构特点是以液态的脂 质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同 分子结构和生理功能的分子结构和生理功能的蛋白质蛋白质分子。细胞分子。细胞 膜内还含有少量糖类。膜内还含有少量糖类。 Fig. 3-1, p.69 Cell 2Intercellular space Plasma membranesCell

4、 1 Cholesterol molecule Glycoprotein GlycolipidExtracellular fluid Carbohydrate chain Lipid bilayer Various membrane proteins Channel Intracellular fluid Appearance using an electron microscope Dark line Light space Dark line Phospholipid molecule 镶嵌蛋白镶嵌蛋白 Integral Proteins （transmembrane） 镶嵌在脂质双分子层

5、的蛋白质的机能镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能 形成细胞的形成细胞的骨架蛋白骨架蛋白（anchoring proteinanchoring protein）, ,可使细胞膜可使细胞膜 附着在另一细胞的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的附着在另一细胞的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的 某物质上；某物质上； 作为作为“识别蛋白质识别蛋白质”（recognition protein）, 存在于免疫细胞膜上，能识别异体细胞的蛋白质或存在于免疫细胞膜上，能识别异体细胞的蛋白质或 癌细胞；癌细胞； 具有酶（具有酶（enzyme）的特性，能催化细胞内外）的特性，能催化细胞内外 的化学反应的化学反应 作为作

6、为“受体蛋白质受体蛋白质”（receptor protein），能与），能与 信息传递物质（激素或递质）进行特异性结合，并信息传递物质（激素或递质）进行特异性结合，并 引起细胞反应；引起细胞反应； 作为转运蛋白质或载体蛋白质（作为转运蛋白质或载体蛋白质（carrier protein） 通道蛋白质（通道蛋白质（channel protein） 膜泵（膜泵（membrane pump），）， 1.1.2 细胞膜的跨膜物质转运功能细胞膜的跨膜物质转运功能 1.1.2.1 被动转运（被动转运（passive transport） (1) 单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion） (2)

7、 易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion） 1.1.2.2 主动转运（主动转运（active transport） (1) 原发性主动转运原发性主动转运(primary active transport ) （2) 继发性主动转运继发性主动转运(secondary active transport) 1.1.2.3 出胞（出胞（ Exocytosis）与入胞）与入胞(endocytosis)式转运式转运 1.1.2.1 被动转运被动转运 （passive transport） 当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地放当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地放 在一起时，溶质的

8、分子会在一起时，溶质的分子会顺着浓度差（梯度，顺着浓度差（梯度， concentration gradient）或电位差（梯度，）或电位差（梯度， potential gradien, 二者合称电化学梯度）二者合称电化学梯度）产生产生 净流动叫被动转运。被动转运时的动力是电化学净流动叫被动转运。被动转运时的动力是电化学 势能。不需要细胞膜或细胞另外提供其它形式的势能。不需要细胞膜或细胞另外提供其它形式的 能量。能量。 (1) 单纯扩散单纯扩散 （simple diffusion） 物质的分子或离子物质的分子或离子顺着电化学梯度顺着电化学梯度通过细胞膜的方式通过细胞膜的方式 称为单纯扩散。称为单

9、纯扩散。 单位时间内的扩散通量，单位时间内的扩散通量，(即该物质在每秒内通过每平即该物质在每秒内通过每平 方厘米假想平面的摩尔数方厘米假想平面的摩尔数)，取决于膜两侧该物质的电化学，取决于膜两侧该物质的电化学 梯度和细胞膜对该物质的通透性（梯度和细胞膜对该物质的通透性（permeability)。 通透性：物质通过细胞膜难易程度。通透性：物质通过细胞膜难易程度。 一些脂溶性的物质如一些脂溶性的物质如 O2、CO2等气体分子，具有较等气体分子，具有较 高的通透性；一些甾体化合物（类固醇激素由于它们的分高的通透性；一些甾体化合物（类固醇激素由于它们的分 子量比较大）需要某种特殊蛋白质的子量比较大）

10、需要某种特殊蛋白质的“协助协助”；水靠细胞；水靠细胞 膜上的水通道（一种特异蛋白质）能快速通过细胞膜。膜上的水通道（一种特异蛋白质）能快速通过细胞膜。 (2)易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion） 一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在膜结构中一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在膜结构中 的一些特殊蛋白质的的一些特殊蛋白质的“帮助帮助”下从膜的高浓度一侧扩散到低下从膜的高浓度一侧扩散到低 浓度一侧的物质转运方式称为易化扩散。浓度一侧的物质转运方式称为易化扩散。 易化扩散又可分为易化扩散又可分为: 以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散 （carrier m

11、ediated diffusion） 由通道中介的易化扩散由通道中介的易化扩散 （channel mediated diffusion） 以载体为中介的易化扩散以载体为中介的易化扩散 A.A.载体是指细胞膜上一类特殊蛋白质，载体是指细胞膜上一类特殊蛋白质， B.B.它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合， C.C.并且构象发生改变，把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来，并且构象发生改变，把溶质转运到低浓度一侧将之释放出来， D.D.载体蛋白恢复到原来的构象，又开始新一轮的转运。载体蛋白恢复到原来的构象，又开始新一轮的转运。 载体介导的易化扩散的特点载体

12、介导的易化扩散的特点 A.高度的结构特异性（高度的结构特异性（右旋葡萄糖的转运右旋葡萄糖的转运） B.饱和现象饱和现象 C.竞争性抑制竞争性抑制 D.因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的 影响，因此与蛋白质分子有关的物质的通透性是可影响，因此与蛋白质分子有关的物质的通透性是可 变化的。（变化的。（胰岛素对细胞膜转运葡萄糖的调控胰岛素对细胞膜转运葡萄糖的调控） 由通道中介的易化扩散由通道中介的易化扩散 离子通道（离子通道（ion channelion channel）蛋白的壁外侧面是疏水的）蛋白的壁外侧面是疏水的; ;而壁而壁 的内侧是亲水的（叫水相孔

13、道），能允许水及溶于水中的离子的内侧是亲水的（叫水相孔道），能允许水及溶于水中的离子 通过通过 通道的开放与关闭是受精密调控的，而不是自动、持续进行通道的开放与关闭是受精密调控的，而不是自动、持续进行 的的, 有些只有在它所在膜的两侧（主要是外侧）出现某种化学信号有些只有在它所在膜的两侧（主要是外侧）出现某种化学信号 时才开放，称为化学门控通道（时才开放，称为化学门控通道（chemically-gated channel） 有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭，称为电有些则由所在膜两侧电位差的变化决定其开、闭，称为电 压门控通道（压门控通道（voltage-gated channel）

14、有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的称机械门控通道有些则由所在膜所受压力不同而决定其开放的称机械门控通道 1.1.2.2主动转运主动转运 （active transport） 主动转运是指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质分 子或离子逆着电化学梯度由膜的一侧移向另一侧的过程。主动 转运中所需要的能量是由细胞膜或细胞膜所属的细胞提供。 单纯扩散和易化扩散都有一个最终平衡点，即被转运物 质在膜两侧达到电化学梯度为零时。而主动转运因膜提供了一 定能量，使被转运物质或离子逆着电-化学势差的移动，没有 平衡终点, 被转运物质甚至可以全部被转运到膜的另一侧. (1)原发性主动转运原发性主动转运 (p

15、rimary active transport ) 钠泵钠泵(sodium pump)： A.是镶嵌蛋白质，是镶嵌蛋白质， B.能逆着浓度差将细胞内的能逆着浓度差将细胞内的Na+移出膜外，细胞外的移出膜外，细胞外的K+移入膜内移入膜内 C. 本身具有本身具有ATP酶的活性。酶的活性。 在主动转运中如果所需的能量是由在主动转运中如果所需的能量是由ATP直接提供的主动转运过直接提供的主动转运过 程，则称为原发性主动转运。程，则称为原发性主动转运。 细胞膜上的钠泵活动的意义：细胞膜上的钠泵活动的意义： A.造成的细胞内高造成的细胞内高K+是许多代谢反应进行的必要条件是许多代谢反应进行的必要条件 B.

16、维持细胞正常形态维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备，即建立起一种势能贮备，即Na+、K+在细胞膜内外的浓在细胞膜内外的浓 度势能度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗 能过程应用能过程应用 （2）继发性主动转运）继发性主动转运 (secondary active transport) ATPases only pump ions, nothing bigger. Larger molecules are transported by coupling them to movement of an ion down its co

17、ncentration gradient. Ions can also be transported in this way. Example: Na-coupled glucose uptake. 载体蛋白必须与载体蛋白必须与Na+和待转运物质的分子同时结合和待转运物质的分子同时结合，才能顺，才能顺 着着Na+浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管） 腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的Na+ 泵活泵活 动，不断将动，不断将Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低转运到细胞间隙，而

18、细胞内始终保持低Na+状状 态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中 的物质浓度下降到零。的物质浓度下降到零。 物质逆着浓度差转运的能量间接来自于物质逆着浓度差转运的能量间接来自于ATP。称为继发性。称为继发性 主动转运或联合（或协同）转运（主动转运或联合（或协同）转运（cotransport）。）。 每一种每一种 联合转运都有特定的转运体蛋白。联合转运都有特定的转运体蛋白。 联合转运中，如被转运的分子与联合转运中，如被转运的分子与Na+扩散方向相同，称为同扩散方向相同，称为同 向转运；如果二者方向相反，则称为逆向转运向转运；如果二者方向相反，则称为逆向转运 。 1.1.2.3 出胞（出胞（ Exocytosis）与入胞）与入胞 (endocytosis)式转运式转运 出胞：见于内分泌腺分泌激素，外分泌腺 分泌酶原颗粒或粘液，神经细胞分泌、释放 神经递质，是一个比较复杂的耗能过程。 （2）入胞：）入胞： 是指细胞外某些物质团块，例如细菌，病毒、是指细胞外某些物质团块，例如细菌，病毒、 异物、血浆中脂蛋白及大分子营养物质等进入细胞异物、血浆中脂蛋白及大分子营养物质等进入细胞 的