生理学细胞基本功能

第一节细胞膜的结构和物质转运功能第一节学习要求1.复习膜的结构；2.掌握易化扩散和主动转运；3.熟悉单纯扩散、出胞和入胞。第一页，共29页。

液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel)——以液态脂质双分子层为基架,其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。(一)脂质磷脂(占70%)、胆固醇(占30%)等。为双嗜性分子。(二)蛋白质

1.表面蛋白:附着于膜表面;

2.整合蛋白:以-螺旋结构镶嵌于脂质双分子层中。

(三)糖类：形成糖蛋白或糖脂。

一、膜的化学组成和分子结构第二页，共29页。二、细胞膜的物质转运功能

细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外的营养物质和代谢产物不断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一途径。(一)单纯扩散(二)易化扩散(三)主动转运(四)出胞和入胞第三页，共29页。(一)单纯扩散(simplediffusion)

1.单纯扩散——没有生物学转运机制参与,物质(主要是脂溶性小分子和极小分子)仅顺其浓度差穿越细胞膜的过程。2.人体内以单纯扩散转运的重要物质：

O2和CO2（脂溶性分子)，水分子(分子极小)。

3.影响单纯扩散的因素:(1)浓度势能：正相关；(2)通透性：正相关。扩散相关链接：第四页，共29页。

(二)易化扩散(facilitateddiffusion)

易化扩散——非脂溶性物质在膜结构中某些蛋白质分子的“协助”下，顺差（浓度差或电场力差）的跨膜移动。易化扩散量的大小主要取决于以下两个方面：

(1)细胞膜两侧物质的浓度梯度，若是所转运的物质是带电的电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度的影响。浓度梯度（电位梯度）愈大，扩散速率愈大。

(2)细胞膜对所转运物质的通透性：通透性愈大，转运速率愈大。第五页，共29页。

1.经载体的易化扩散

(1)转运过程：在高浓度侧膜载体蛋白与被转运物质结合→载体蛋白分子变构→将被转运的物质转移到膜低浓度侧→被转运物与载体蛋白分离，进入该侧。

(2)载体转运的特征：

①结构特异性：每种载体蛋白只能转运某一种或某几种特定的物质。②饱和现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该物的转运量将不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限。③竞争性抑制。第六页，共29页。

2.经通道的易化扩散(1)转运过程：通道蛋白分子中央的贯通膜内外的亲水性孔道开放→相应的带电离子经通道顺差（顺浓度梯度或电位梯度）跨膜快速移动。(2)被转运的物质：主要为带电离子(如：Na+、K+、Ca2+等)，某些细胞膜上存在水通道蛋白,允许水分子通过。(3)经通道易化扩散的特征①离子选择性：每种通道只允许某种或某几种离子通过。②离子转运速度快；

③门控特性:大多数通道具有闸门，可受某种因素的控制开放或关闭。(少数通道为非门控通道，经常处于开放状态）第七页，共29页。1.门控通道的类型：一般根据控制闸门开闭的因素，可分为：

(1)电压门控通道：受膜两侧的电位差控制开闭的通道。如：神经轴突膜上的某些Na+通道；

(2)化学门控通道：受膜两侧某种化学物质控制开闭的通道。如：骨骼肌细胞终板膜上的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道；

(3)机械门控通道：受某种机械刺激控制开闭的通道。2.电压门控通道的功能状态：

(1)静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。(2)激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。(3)失活状态：通道关闭并不能被激活。

静息状态激活状态失活状态刺激电压依从性（随膜电位复极化进程）时间依从性第八页，共29页。

(三)主动转运

(activetransport)

主动转运──细胞通过本身的某种耗能过程,将物质逆浓度梯度或逆电位梯度跨膜转运。包括原发性主动转运(primary

activetransport)和继发性主动转运(secondary

activetransport)。

主动转运与被动转运之间的区别：

主动转运：将某种物质逆差转运，细胞将为转运提供能量。被动转运：物质分子或离子由于分子的运动而顺差移动，因此不需细胞为转运提供能量，包括单纯扩散和易化扩散。第九页，共29页。

1.原发性主动转运原发性主动转运──细胞利用直接分解ATP获得的能量，将物质逆差(浓度梯度或电位梯度)跨膜转运。膜上分解ATP获能并进行主动转运的膜蛋白,称为泵蛋白。几种重要的泵蛋白：

钠-钾泵(简称钠泵)：逆差转运钠离子和钾离子(反方向)，主要分布于细胞膜上。

钙泵：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细胞的肌浆网膜上。

H+-K+泵：逆差转运氢离子和钾离子(反方向)，主要分布于胃黏膜泌酸腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵。

第十页，共29页。钠泵★细胞膜上钠泵的活动:

分解ATP获得能量，将Na+泵出

细胞，同时将K+泵入细胞。*当[Na+]内↑或[K+]外↑时,钠泵的活动增强。*钠泵的生电性作用：钠泵每分解1个ATP分子，将

3个Na+泵出细胞，同时将2个K+泵入细胞，结果使跨膜电位差增大。钠泵+第十一页，共29页。★细胞膜上钠泵活动的结果:

建立和保持Na+、K+在细胞膜两侧的不均衡分布：Na+外高内低，K+外低内高。★细胞膜上钠泵活动的生理意义：①胞内高钾,利于胞质内的某些代谢反应;②

维持细胞正常的渗透压和形态：将胞质内的钠离子泵出细胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态；③建立起一种生理性势能储备，为生物电产生、某些物质的(如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等)继发性主动转运等功能活动提供能量。第十二页，共29页。

2.继发性主动转运

继发性主动转运——驱动力并不直接来自ATP分解，而是来自另一物质原发性主动转运所形成的浓度梯度而进行的逆差转运。

*继发性主动转运的基本步骤：(以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖的吸收为例)第一步：细胞基底侧膜上钠泵活动→细胞内[Na+]低，细胞外[Na+]高，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度。

第二步：肠腔内的Na+和葡萄糖与同向转运体结合,顺Na+

的浓梯度将Na+和葡萄糖同时移入细胞内。葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度，间接利用钠泵分解ATP释放的能量。第十三页，共29页。(四)出胞和入胞

某些大分子物质或物质团块是通过细胞复杂的结构和功能变化而进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。

1.出胞：分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡膜与细胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外。

2.入胞：某处细胞膜逐渐内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。第十四页，共29页。1.简述各种跨膜转运方式的概念、转运过程、主要转运物质及特点。2.简述O2、CO2、水、葡萄糖、Na+、K+、Ca2+的跨膜转运方式(注:有的物质可有多种方式)3.阐述钠泵活动的生理意义。本节复习题第十五页，共29页。细胞的结构根据细胞结构的特点和复杂程度的不同，可将细胞分为原核细胞和真核细胞两大类。绝大多数生物是由真核细胞构成的，叫做真核生物。支原体、细菌、蓝藻和放线菌等是由原核细胞构成的，叫做原核生物。真核细胞的结构比原核细胞复杂得多，由细胞膜、细胞质和细胞核等构成。

第十六页，共29页。扩散

单纯扩散是指脂溶性的小分子物质顺浓度差通过细胞膜的扩散过程。单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及其通过细胞膜的难易程度。浓度差决定着物质能否扩散、扩散方向及扩散速率。转运对象：CO2、O2、N2、乙醇、尿素等。特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量来源于浓度差形成的势能，是一个被动过程。

第十七页，共29页。第二节细胞的信号转导(signaltransductionofcell)学习要求1.掌握信号转导的基本过程及受体概念；2.掌握受体-G蛋白-cAMP-PKA途径；3.熟悉：受体-G蛋白-DG/PKC途径、受体-G蛋白-IP3/Ca2+途径、通道耦联受体介导的信号转导。3.了解具有酶活性的受体和核受体。

第十八页，共29页。一、信号转导概述信号转导——细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构(受体），通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。

(一)细胞外刺激信号体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、细胞因子等，其中多数为水溶性物质。体外的信号物质包括物理性、化学性、生物性信号第十九页，共29页。

(二)受体及其特征

1.受体的概念及其分类

受体(receptor)——位于细胞膜或细胞内能与某些信号物质结合并能引起特定生物效应的大生物分子。

受体的分类：根据受体的跨膜信号转导机制分为：

(1)G蛋白耦联受体；

(2)具有酶活性的受体；

(3)通道耦联的受体（化学门控通道）；

(4)核受体。

2.受体与配体结合的主要特征

配体是能与受体结合的特异性物质，通常是体内的各种化学信号(1)特异性；

(2)高亲和力；

(3)饱和性。第二十页，共29页。

(三)信号转导的基本过程1.膜受体介导的信号转导

(1)G蛋白耦联受体介导的信号转导；

(2)具有酶活性的受体介导的信号转导；

(3)通道耦联受体介导的信号转导；

2.核受体介导的信号转导第二十一页，共29页。1.G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子(1)Ｇ蛋白耦联受体(2)Ｇ蛋白(GTP结合蛋白)(3)Ｇ蛋白效应器

(4)第二信使(Camp)(5)蛋白激酶(proteinkinase,PK)二、膜受体介导的信号转导(一)G蛋白耦联受体介导的信号转导第二十二页，共29页。

[第二信使]或

受体-配体

激活型G蛋白

激活的

G蛋白效应器依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制生物效应

G蛋白

G蛋白效应器

配体

受体

G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程第二十三页，共29页。2.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径（以其中的Gs途径为例）胞质内[cAMP]升高

受体-配体

激活型Gs

激活的

腺苷酸环化酶蛋白激酶A（PKA）激活生物效应

兴奋型G蛋白(Gs)腺苷酸环化酶(AC)

配体

受体第二十四页，共29页。2.G蛋白受体介导的信号转导的主要途径(1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径：（以兴奋性G蛋白为例）配体与膜受体结合

膜中的兴奋型G-蛋白（Gs）

激活腺苷酸环化酶(AC)

胞质中的ATP转化成cAMP

胞质中的cAMP浓度升高

激活蛋白激酶A(PKA)

激活某些蛋白质引发细胞功能改变。第二十五页，共29页。(二)具有酶活性的受体介导的信号转导两种模式：1.同一蛋白质分子，既是酶又是受体，如：酪氨酸激酶