细胞的基本功能6

细胞的基本功能第一节细胞膜的结构和物质转运功能

细胞(cell)是构成人体的最基本的功能单位。机体的每个细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜（cellmembrane）或质膜（plasmamembrane），细胞膜把胞质（cytosol）与其外部环境相分隔，使细胞成为一个相对独立的单位。一、细胞膜的结构概述

细胞膜主要有脂质（lipid）和蛋白质（protein）组成，此外还有极少量的糖类物质。

关于细胞膜的分子结构，目前已被公认的假说是Singer和Nicholson于1972年提出的液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）,即以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。(一)脂质双分子层

以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性。(二)细胞膜蛋白质

镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。

有些作为抗原决定族=免疫信息(血型)；(三)细胞膜糖类

多为短糖链，以共价键的形式与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白。

有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激递质等结合。二、物质的跨膜转运●被动转运●主动转运

指物质顺电位或化学梯度的转运过程。

指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。

（一）被动转运(passivetransport)

概念：不消耗能量，物质顺电位或化学梯度（电－化学梯度）的转运过程。

特点：

①不耗能（转运动力依赖物质的电-化学梯度所贮存的势能）

②依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”

③顺电-化学梯度进行

分类：

①单纯扩散

②易化扩散

1.单纯扩散(simplediffusion)

(1)概念

指脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程；是一种简单的物理扩散；。[CO2]i＞[CO2]o[O2]o＞[O2]i

某物质通过膜的难易程度（即膜对该物质的通透性）取决于它们的脂溶性、分子大小和带电状况；扩散的方向和速度取决于膜两侧该物质的浓度差和膜对该物质的通透性。

(2)特点

①扩散速率高；②无饱和性,直到膜两侧浓度达到平衡；③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”；④不需消耗能量。

(3)转运的物质

O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醇、类固醇类激素

等少数几种。

注：膜对H2O具高度通透性，故H2O除单纯扩散外，还可通过水通道（waterchannel)跨膜转运。

2.易化扩散

(1)概念

非脂溶性或脂溶性小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程，称为易化扩散（facilitateddiffusion）,也是一种被动过程。

(2)分类:

1）经载体的易化扩散

介导这一过程的膜蛋白称为载体蛋白或载体（carrier）。载体是一些贯穿脂质双层的整合蛋白。

特征：①转运方向始终是顺浓度梯度；②转运速率存在饱和现象；③载体与溶质的结合具有结构特异性；④结构相似的溶质经同一载体转运时有竞争性抑制。经载体的易化扩散转运的物质：如葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质

2）经通道的易化扩散介导这一过程的膜蛋白称为离子通道（ionchannel）或通道。通道是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。特征：①高速度：这是通道与载体之间最重要的区别。

②离子的选择性：取决于通道开放时水相孔道的大小和孔道壁的带电情况。

③门控：根据引起门控过程的机制的不同，离子通道可分为化学门控通道、电压门控通道和机械门控通道等。

经通道的易化扩散转运的物质:各种带电离子[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i

(二)主动转运(activetransport)

概念：指需要消耗能量，物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。

特点：①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供；

②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”；

③是逆电-化学梯度进行的。

分类：

③入胞和出胞式转运。②继发性主动转运（简称：联合转运）；①原发性主动转运（简称：泵转运）；如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等泵转运——Na+-K+泵（原发性主动转运）

Na+-K+泵又称Na+-K+-ATPase，简称钠泵。当[Na+]i↑[K+]o↑时，都可被激活，ATP分解产生能量，将胞内的3个Na+移至胞外和将胞外的2个K+移入胞内。通道转运与钠-钾泵转运模式图

钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力－继发性主动转运（如葡萄糖、氨基酸的吸收：Na+-载体-葡萄糖、Na+-载体-氨基酸的复合体形式进行的联合转运）。维持[Na+]o高、[K+]i高原先的不均匀分布状态2K+泵至细胞内;3Na+泵至细胞外分解ATP产生能量当[Na+]i↑/[K+]o↑激活钠-钾泵:2.继发性主动转运概念：间接利用ATP能量的主动转运过程。即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量非直接来自ATP的分解，是来自膜两侧[Na+]差，而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。分类：

①同向转运

②逆向转运3.入胞和出胞式转运一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。

出胞（exocytosis):指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。

主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经递质、消化液的分泌。

入胞(endocytosis):指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。

分为：吞噬=转运物质为固体;

吞饮=转运物质为液体。分泌物排出融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被=分泌囊泡高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物出胞囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分细胞膜上的受体对物质的“辨认”发生特异性结合=复合物复合物向膜表面的“有被小窝”移动“有被小窝”处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离=吞噬泡吞噬泡与胞内体的膜性结构相融合入胞复习思考题1.简述细胞膜物质转运有哪些方式？2.Na+-K+泵的作用意义？3.在一般生理情况下,每分解一分子ATP,钠泵运转可使()A.2个钠离子移出膜外

B.2个钾离子移入膜内

C.2个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内

D.3个钠离子移出膜外,同时有2个钾离子移入膜内

E.2个钠离子移出膜外,同时有3个钾离子移入膜内D4、细胞膜的脂质双分子层是()A.细胞内容物和细胞环境间的屏障

B.细胞接受外界和其他细胞影响的门户

C.离子进出细胞的通道

D.受体的主要成分

E.抗原物质5、葡萄糖进入红细胞膜是属于()A.单纯扩散

B.主动转运

C.易化扩散

D.入胞作用

E.吞饮AC第二节细胞的跨膜信号转导

细胞外的信号跨膜转导一般分为两类：一类是某些脂溶性信号分子（如类固醇激素、VITD、T3T4等）穿过细胞膜进入细胞内，与胞质受体结合，再穿过细胞核的核膜进入细胞核内，与核受体结合，通过调节基因的表达而完成信号转导。另一类是作用于细胞膜表面，通过引起膜结构中一种或数种特殊蛋白质分子的变构作用，将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到膜内，即完善的信号转导（signaltransduction)系统，再引发靶细胞相应的功能改变；这一类占了绝大多数。

跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。根据细胞膜上感受信号物质的蛋白质分子的结构和功能的不同，跨膜信号转导的途径大致可分为3类：

①G蛋白偶联受体介导的信号转导

②离子通道介导的信号转导

③酶偶联受体介导的信号转导

一、G蛋白偶联受体介导的信号转导(一）参与G蛋白偶联受体跨膜信号转导的信号分子

1.G蛋白耦联受体：指存在于细胞膜上的一类膜受体，由于要通过G蛋白才能发挥作用，故称为G蛋白耦联受体(Gprotein-linkedreceptor),也称促代谢型受体,总数多达1000种左右,在分子结构上属于同一超家族,每种受体都是由一条7次穿膜的肽链构成,故也称为7次跨膜受体。G蛋白耦联受体与配体（指能与受体发生特异性结合的活性物质）结合后，通过构象变化结合并激活G蛋白。

2.G蛋白：鸟苷酸结合蛋白（guaninenucleotide-bindingprotein）简称G-蛋白，通常是指由α、β、γ三个亚单位形成的异源三聚体G蛋白。G蛋白的种类很多，共同特点是其中的α亚单位同时具有结合GTP或GDP的能力和GTP酶活性。G-蛋白分为失活型（α亚单位结合GDP)和激活型(α亚单位结合GTP)两种形式存在，并能互相转化，在信号转导的级联反应中起着分子开关的作用。G蛋白激活后，可进一步激活膜的效应器蛋白，把信号向细胞内转导。

3.G蛋白效应器

主要是指催化生成（或分解）第二信使的酶。G蛋白调控的效应器酶主要有：

腺苷酸环化酶（adenylylcyclase，AC）

磷脂酶C（phospholipaseC，PLC）

磷脂酶A2（phospholipaseA2

，PLA2

）

鸟苷酸环化酶（guanylylcyclase，GC）

磷酸二酯酶(phosphodiesterase,PDE)等。

4.第二信使

是指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，能把细胞外信号分子携带的信息转入胞内。重要的第二信使有：环-磷酸腺苷（即cAMP，简称环磷腺苷）、三磷酸肌醇（IP3）、二酰甘油（DG）、环-磷酸鸟苷（cGMP）和Ca2+等。膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：激活G蛋白

（二）G蛋白偶联受体信号转导的主要途径

1.受体－G蛋白－AC途径神经递质、激素等（第一信使）兴奋性G蛋白(GS)激活腺苷酸环化酶(AC)ATPcAMP（第二信使）细胞内生物效应激活cAMP依赖的蛋白激酶A结合G蛋白偶联受体激活G蛋白(与β,γ亚单位分离)膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：激活G蛋白

2.受体－G蛋白－PLC途径激素（第一信使）兴奋性G蛋白(GS)激活磷脂酶C(PLC)PIP2(第二信使）IP3

和DG激活蛋白激酶C内质网释放Ca2+激活G蛋白(与β,γ亚单位分离)细胞内生物效应结合G蛋白偶联受体

二、离子通道介导的信号转导

离子通道受体也称“促离子型受体（ionotropicreceptor)”,根据离子通道受体感受外来刺激信号的不同，可将之分为：化学门控通道、电压门控通道和机械门控通道。特点：不需要产生其它的细胞内信使分子，信号转导的速度快，对外界作用出现反应的位点较局限。离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道如：化学性胞外信号(ACh)ACh+

受体=复合体终板膜变构=离子通道开放Na+内流终板膜电位骨骼肌收缩三、酶偶联受体介导的信号转导

受体本身具有酶的活性，又称受体酪氨酸激酶。生长因子与受体酪氨酸激酶结合细胞内生物效应膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：具有酪氨酸激酶活性特点：①信号转导与G蛋白无关；②无第二信使的产生；③无细胞质中蛋白激酶的激活。受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示复习思考题

1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何不同？

2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几种方式？比较各种方式之间的异同。

3.试述细胞信号转导的基本特征。

4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间的异同。

5.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、特点及其主要功能。第四节肌细胞的收缩

根据形态学特点，可将肌细胞分为横纹肌（包括骨骼肌和心肌）和平滑肌。根据其功能又可分为骨骼肌、心肌和平滑肌。骨骼肌是随意肌，每条肌纤维（肌细胞）都有神经控制其舒缩活动。神经兴奋通过神经－肌肉接头传递给肌细胞，才能引起肌肉的兴奋和收缩。一、骨骼肌细胞的收缩功能（一）神经（N）—肌肉（M）接头处的兴奋传递1、N-M接头的结构

接头前膜：囊泡内含ACh,并以囊泡为单位释放ACh（称量子释放）。

接头间隙：约50-