大学生理学《细胞的基本功能》课程讲义课件

生理学·第一章细胞的基本功能物质转运·信号转导·生物电·肌肉收缩2026年课程导览01细胞膜与物质转运膜结构基础与跨膜运输机制02跨膜信号转导细胞感知与应答外界信号03生物电现象静息电位与动作电位的离子基础04肌细胞收缩兴奋-收缩耦联与力学过程细胞膜与物质转运膜结构决定转运方式从脂质双分子层到跨膜运输，理解物质进出的门道01细胞膜的分子结构膜的分子排布决定了它的功能特性膜具有流动性与不对称性，是完成物质转运和信息传递的结构基础脂质双分子层基本骨架亲水头部朝外、疏水尾部相对排列于内部膜蛋白功能载体镶嵌、贯穿或附着分布，承担转运、受体、酶催化等功能糖链识别标记多附着于膜外侧，参与细胞识别与免疫反应物质跨膜转运概览转运方式取决于是否需要耗能与是否需膜蛋白协助被动转运2项顺浓度梯度，不耗能单纯扩散脂溶性小分子直接穿越磷脂双分子层易化扩散借助膜蛋白顺梯度转运主动转运2项逆浓度梯度，需消耗能量原发性主动转运直接消耗ATP供能继发性主动转运借助离子梯度储存的能量膜泡运输2项膜结构变形，转运大分子或颗粒出胞胞内物质排至胞外入胞胞外物质进入胞内被动转运：单纯与易化顺浓度梯度下，物质以不同路径穿过细胞膜两类被动转运均不消耗能量，仅依赖浓度梯度驱动跨膜单纯扩散直接穿过脂质双分子层脂溶性小分子如

氧气、二氧化碳、乙醇

等速率决定因素膜两侧

浓度差

与物质

脂溶性易化扩散载体介导葡萄糖、氨基酸等与载体蛋白结合后发生构象改变而转运，具有

结构特异性、饱和现象与竞争性抑制。通道介导离子经离子通道顺电化学梯度跨膜，具有

离子选择性与门控特性。离子通道与门控通道的开放与关闭是细胞调控离子流动的关键开关通道开放具有

短暂性

与

选择性，关闭后离子流迅速停止电压门控通道门控类型膜电位变化触发开放是动作电位产生与传导的基础化学门控通道门控类型神经递质等化学信号结合后开放多见于突触后膜主动转运与膜泡运输逆浓度梯度的转运必须付出能量代价主主动转运原发性钠钾泵分解ATP供能，将钠离子泵出、钾离子泵入细胞，维持膜内外离子分布继发性借助钠泵建立的电化学梯度，实现葡萄糖、氨基酸等物质的逆浓度转运囊膜泡运输出胞细胞内物质经囊泡与膜融合排出，如激素分泌入胞大分子或颗粒被膜包裹进入细胞，如吞噬与胞饮跨膜信号转导信号如何传入细胞从受体识别到胞内级联，解析信号转导通路02跨膜信号转导概述细胞通过受体把外界信号翻译成内在应答1信号分子抵达信号分子作为配体，经体液途径抵达靶细胞2受体识别结合靶细胞膜上或胞内的受体特异性识别并结合信号分子3跨膜转换与级联放大结合信息经跨膜转换与胞内传递，形成级联放大4细胞应答改变最终引起细胞代谢、功能或基因表达的相应改变跨膜信号转导的核心在于

受体蛋白的构象变化

及其介导的下游通路激活转导环节与机制4环信号分子抵达作为配体，经体液途径抵达靶细胞受体识别结合特异性识别并结合信号分子跨膜转换与级联放大经跨膜转换与胞内传递，形成级联放大细胞应答改变引起细胞代谢、功能或基因表达的相应改变离子通道型受体通路受体本身就是通道，结合即开放其特点是

反应迅速

、

持续时间短

，适合快速信号传递反应迅速持续时间短结构基础受体由多个亚单位围成中央孔道，兼有受体识别与离子通道两种功能开放机制化学信号与受体结合后，通道构象改变、孔道开放，相应离子迅速跨膜流动信号转换离子流动引起膜电位改变，将化学信号直接转换为电信号典型实例神经肌肉接头处的乙酰胆碱受体是此类通路的典型代表G蛋白耦联受体通路七次跨膜的受体借G蛋白启动级联反应胞外结合配体、胞内激活下游，信号经第二信使逐级放大受体第1环七次跨膜蛋白胞外段结合配体，胞内段激活G蛋白G蛋白第2环α、β、γ三个亚单位活化后α亚单位与效应器酶结合酶联型受体与胞内信使受体自带酶活性，或把信号交给胞内信使信号转导的共性是通过蛋白质构象与活性的级联改变完成信息传递酶联型受体自身磷酸化受体胞内段具有酪氨酸激酶活性或可招募激酶，配体结合后发生自身磷酸化通路功能多参与细胞生长、增殖与代谢调节，作用持久胞内信使第二信使信号转换环腺苷酸、环鸟苷酸、三磷酸肌醇、钙离子等把胞外信号转换为胞内变化靶蛋白作用第二信使可作用于多种靶蛋白，使同一信号在不同细胞产生不同效应生物电现象细胞为何带电离子跨膜流动，成就细胞的电活动03静息电位及其形成静息时膜内为负、膜外为正静息电位指细胞未受刺激时存在于膜两侧的电位差，表现为外正内负的极化状态静息电位极化状态细胞未受刺激时膜两侧的电位差，表现为外正内负的极化状态。离子分布浓度梯度细胞内钾离子浓度高于细胞外，钠离子与氯离子分布则相反，形成浓度梯度。钾离子外流通透性高静息时膜对钾离子通透性较高，钾离子顺浓度梯度外流，带出正电荷。钠离子低透难以抵消膜对钠离子等通透性低，难以抵消钾外流形成的电位。钠钾泵维持稳定基础钠钾泵维持的离子不均匀分布，是静息电位得以稳定的基础。动作电位与波形一次刺激引发膜电位的快速反转与复原刺激强度足够即幅度固定，上升支与下降支构成一个完整的电位变化周期上升支阈上刺激膜电位迅速上升阈上刺激触发膜电位迅速上升反极化超过零电位形成反极化下降支峰值回落膜电位迅速回落达到峰值后膜电位迅速回落超极化恢复至静息水平，随后出现短暂超极化动作电位的离子机制钠内流上升，钾外流回落离子通道的门控与失活，共同决定了动作电位的幅度、时程与节律升去极化相通道电压门控

钠通道

开放离子钠离子顺电化学梯度

大量内流电位膜电位

迅速上升降复极化相门控钠通道

失活关闭，钾通道开放外流钾离子

外流，膜电位回落超极钾通道关闭较慢，导致短暂

超极化不应钠通道失活期间细胞处于

不应期，无法再次产生动作电位兴奋的传导与阈值达到阈值即爆发，动作电位沿膜传播核心机制阈值是全或无的开关，动作电位一经触发即不衰减传导兴奋传导局部电流·3步循环阈电位与阈值2项阈电位能使膜去极化达到并触发动作电位的临界膜电位称为阈电位阈值效应刺激强度达到阈值，即可引发全或无式的动作电位第1步局部电流电位差驱动已兴奋区与未兴奋区之间的电位差形成局部电流第2步触发阈值邻近膜去极化局部电流刺激邻近膜区达到阈电位，引发新的动作电位第3步循环传导依次向前推进如此依次循环，动作电位沿细胞膜不衰减地传导肌细胞收缩从电信号到机械力兴奋-收缩耦联，揭示肌肉收缩的分子机制04骨骼肌的微细结构肌小节是肌肉收缩的基本功能单位肌小节是肌肉收缩的基本功能单位肌纤维内含大量平行排列的肌原纤维肌原纤维由粗肌丝与细肌丝规则排列构成肌小节相邻两条Z线之间的结构，收缩的基本单位粗细肌丝3项粗肌丝肌球蛋白，头部形成横桥细肌丝肌动蛋白+原肌球蛋白+肌钙蛋白排列结构形成明带与暗带，构成横纹结构肌丝滑行理论肌丝本身不变短，靠相互滑行缩短肌小节横桥周期四步：结合→解离→断裂→缩短第1步结合横桥与细肌丝结合后摆动，牵拉细肌丝向肌小节中央第2步解离横桥与细肌丝解离，再结合反复循环，构成横桥周期第3步断裂摆动一次后横桥断裂，结合新位点，推动细肌丝持续向中央滑行第4步缩短粗细肌丝相互滑行，肌小节缩短，肌纤维随之收缩第5步不变收缩过程中，粗细肌丝的长度不发生改变兴奋-收缩耦联动作电位经钙离子转换为肌丝滑行步骤01电信号传导肌膜动作电位传至肌细胞深部动作电位经横管传导至肌细胞深部，开启耦联过程。步骤02钙离子释放肌浆网释放钙离子电信号触发肌浆网释放钙离子进入肌浆。步骤03钙与肌钙蛋白结合引起原肌球蛋白位移钙离子与肌钙蛋白结合，引起原肌球蛋白位移。步骤04横桥激活肌动蛋白位点暴露，横桥结合摆动肌动蛋白结合位点暴露，横桥结合并摆动。步骤05钙离子回收钙离子泵回肌浆网，肌肉舒张钙离子被泵回肌浆网，肌肉随之舒张。肌肉收缩的形式肌肉收缩可表现为长度变化或张力变化收缩形式的差异，使肌肉既能保持姿势，又能完成各种运动01类型一等长收缩肌肉长度不变而张力增加。例如：维持姿势时的肌肉活动等长收缩·常见于姿势维持张力↑·长度不变02类型二等张收缩张力基本不变而肌肉缩短。例如：拾起物体的动作等张收缩·常见于肢体运动长度↓·张力不变细胞基本功能总结从物质进出到机械力输出，细胞功能环环相扣细胞膜以脂质双分子层为骨架，通过被动与主动转运