细胞膜的物质转运功能

1、 生理学生理学 第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能 本章主要内容 2.1 细胞膜物质转运功能细胞膜物质转运功能 2.2 细胞的跨膜信号转导 2.3 细胞的生物电活动 2.4 肌细胞的收缩功能 要求： 1. 掌握细胞膜的跨膜物质转运方式及特点。 2.简述钠-钾泵的生理意义。 细胞的生理功能细胞的生理功能 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

2、应 （肌肉收缩、腺体分泌）（肌肉收缩、腺体分泌） 2.1 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液态镶嵌模型学说及镶嵌蛋白质的种类和生 理机能理机能 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 细胞是动物及其它生物体的基本结构单位。在细胞及分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。共性。 2.1.1 细胞膜的结构 细胞膜的作用： F

3、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 （Fluid mosaic model） 细胞膜的共同结构特点是细胞膜的共同结构特点是以液态的以液态的 脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有 不同分子结构和生理功能的蛋白质分子。不同分子结构和生理功能的蛋白质分子。 细胞膜内还含有少量糖类。细胞膜内还含有少量糖类。 镶嵌蛋白镶嵌蛋白 Integral Prote

4、ins （transmembrane） 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 细胞外的某物质上；细胞外的某物质上； 作为“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癌 细胞； 具有酶（enzyme）的特性，能催化细胞内外 的化学反应 作为“受体蛋白质”（receptor protein），能 与信息传递物质（激素或递质）

5、进行特异性结合， 并引起细胞反应； 作为转运蛋白质或载体蛋白质（carrier protein） 通道蛋白质（channel protein） 膜泵（membrane pump），）， 2.1.2 细胞膜的跨膜物质转运功能 1 被动转运（被动转运（passive transport） (1) 单纯扩散（单纯扩散（simple diffusion） (2) 易化扩散（易化扩散（facilitated diffusion） 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

6、发性主动转运(secondary active transport) 3 出胞（出胞（ Exocytosis）与入胞）与入胞(endocytosis)式转运式转运 1 被动转运 （passive transport） 当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地当同种物质、不同浓度的两种溶液相邻地 放在一起时，溶质的分子会放在一起时，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净流动叫被动

7、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学势能。不需要细胞膜或细胞另外提供其它形 式的能量。式的能量。 (1) 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)

8、。 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）需要某种特殊蛋白质的“协助协助”；水靠细胞膜；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。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（facilitated diffusion） 一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在膜一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在

9、膜 结构中的一些特殊蛋白质的结构中的一些特殊蛋白质的“帮助帮助”下从膜的高浓度一下从膜的高浓度一 侧扩散到低浓度一侧的物质转运方式称为易化扩散。侧扩散到低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 mediated 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 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

10、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 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素的影响，因此与蛋白质分子有关的物质的通透 性是可变化的。（性是可变化的。（胰岛素对细

11、胞膜转运葡萄糖的胰岛素对细胞膜转运葡萄糖的 调控调控） 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; ; 而壁的内侧是亲水的（叫水相孔道），能允许水及溶而壁的内侧是亲水的（叫水相孔道），能允许水及溶 于水中的离子通过于水中的离子通过 通道的开放与关闭是受精密调控的，而不是自动、持续通道的开放与关闭是受精密调控的，而不是自动、持续 进行的进行的, 有些只有在它所在膜的两侧（主要是外侧）出现某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（种化学信号时才开放，称为化学门控

12、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（为电压门控通道（voltage-gated channel） 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 通道通道 2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

13、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 (primary 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+移移 入膜内入膜内 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直接提供的直接提供的 主动转运过程，则称为

14、原发性主动转运。主动转运过程，则称为原发性主动转运。 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是许多代谢反应进行的必要 条件条件 B.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+在细胞膜内在细胞膜内 外的浓度势能外的浓度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其 它耗能过程应用它耗能过程应用 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， 才能顺着才能顺着Na+浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯浓度梯度的方

15、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 基侧膜上的基侧膜上的Na+ 泵活动，不断将泵活动，不断将Na+转运到细胞间隙，转运到细胞间隙， 而细胞内始终保持低而细胞内始终保持低Na+状态，才能使它们的主动转运状态，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。得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。 （2）继发性主动转运 (secondary active transport) 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。称为继发性主动转运或联合（或

16、协同）。称为继发性主动转运或联合（或协同） 转运（转运（cotransport）。）。 每一种联合转运都每一种联合转运都 有特定的转运体蛋白。有特定的转运体蛋白。 （2）继发性主动转运 (secondary active transport) 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+扩扩 散方向相同，称为同向转运；如果二者方散方向相同，称为同向转运；如果二者方 向相反，则称为逆向转运向相反，则称为逆向转运 。 （2）继发性主动转运 (secondary active transport) （2）继发性主动转运 (secondary active transport) 3、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运 出胞（ Exocytosis）与入胞(endocytosis)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毒、异物、血浆中脂蛋白及大分子营养物质等 进入细胞的过程。被摄取的物质如果是固体，进入细胞的过程。被摄取的物质如果是固体， 则可形成较大的囊泡，则可形成较大的囊泡， 称为称为吞噬作用吞噬作用 (phagocytosi