第二章细胞的基本活动

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第二章细胞的基本功能

FundamentalFunctionsoftheCell

ShandongUniversity，InstituteofPhysiology2

人体的细胞约有2百余种，10万亿个34

内容概要第一节细胞膜的物质转运功能第二节细胞的信号转导第三节细胞的电活动第四节肌细胞的收缩5一、细胞膜的分子结构液态镶嵌模型（FluidMosaicModel）二、跨细胞膜的物质转运（一）单纯扩散（二）易化扩散（三）主动转运（四）膜泡运输第一节细胞膜的物质转运功能6一、细胞膜的分子结构液态镶嵌模型，SingerandNicholsonin1972789液态镶嵌模型（fluidmosaicmodel）基本内容：以液态的脂质双分子层为基架，不同结构和功能的蛋白镶嵌于其中，糖类分子与脂质蛋白结合后附在膜表面。10（一）脂质双分子层脂质：磷脂（>70%）、胆固醇(<30%)、糖脂(<10%)亲水端疏水端11根据碱基不同，细胞膜中的磷脂主要有四种：

磷脂酰胆碱(膜外侧)

磷脂酰乙醇胺磷脂酰肌醇(膜内侧)

磷脂酰丝氨酸胆固醇含有一个甾体结构（环戊烷多氢菲）和一个8碳支链。

12构成：由双嗜性脂质分子两两相对排列成双分子层

亲水性极性基团（磷酸和碱基）

疏水性非极性基团（长烃链）小结：13脂质双分子层特点：①液态：（同层横向移动的流动性）②

稳定性：细胞可以承受相当大的张力和外形改变而不破裂；而且即使膜结构有时发生一些较小的断裂，也可以自动融合而修复，仍保持膜的完整性③一定的选择性：使嵌入的膜蛋白在液态的双分子层中移动。14脂质双分子层功能：

①支架作用②屏障作用③传递信息（PIP2）15（二）细胞膜蛋白质分类：整合蛋白和表面蛋白16---++++++++++++---------占20%~30%,以静电引力或离子键与脂质或整合蛋白结合,附着于膜表面，主要在内表面。

enzymes酶

1.表面蛋白（Peripheralprotein

）17

channel

通道

pump

离子泵2.整合蛋白（Integralprotein

）

transporter转运体controller(G-p)outside

整合蛋白穿入膜的脂质双层中，穿越质膜，占70%-80%,肽链反复多次穿越脂质双层。穿越质膜的肽链片段主要是以疏水性氨基酸形成的α螺旋。18Integralproteins

占70%-80%,肽腱一次或多次穿膜。19CO2HOutsideNH2++++++++++++InsideNa+Channela1-SubunitStructureIIIIIIIVRVIRLARIGRILRLIKGAKGIR（精、赖）++++++++IFMIFM-Inactivation“Gate”IVS4VoltageSensorNH2CO2Hb120蛋白质功能：①转运物质②传递信息③免疫标志21

细胞膜所含糖类2%~10%

，成分：主要是一些寡糖和多糖链形式：共价键的形式和膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂糖蛋白部位：糖链绝大多数是裸露在膜的外面一侧。

（三）细胞膜的糖类22

形式：糖蛋白或糖脂23

糖类功能：①免疫标志（抗原）②传递信息（受体）24细胞膜的主要功能：

屏障作用

转运物质传递信息

产生生物电现象25

ExtracellularfluidIntracellularfluid

*

Na+

145

5-15

mmol/L*

K+

5

155

mmol/L

*

Ca2+

1

0.0001

mmol/L

Proteins

216g/dl

*Glucose

90﹤20mg/dl*

pO2

40﹤20mmHg

*pCO2

46

﹤50mmHg

ExtracellularfluidIntracellularfluidNa+K+GO2Ca2+二、跨细胞膜的物质转运26（一）单纯扩散（SimpleDiffusion）27概念：物质从质膜的高浓度一侧通过脂质分子间隙向低浓度一侧进行的跨膜扩散。转运物质：脂溶性高、分子量小的物质---

O2

、CO2

、N2、H2O、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油等。28机制：物理过程，扩散动力是分子的浓度差29

单纯扩散的影响因素：①膜两侧分子的浓度差②膜对物质的通透性

A.物质的脂溶性

B.分子量的大小

C.带电状况③膜表面积④温度30（二）易化扩散概念：在膜蛋白的帮助下，非脂溶性的小分子物质或带电离子顺浓度梯度和（或）电位梯度进行的跨膜转运，称为易化扩散经通道易化扩散—通道蛋白经载体易化扩散—载体蛋白311.

经通道易化扩散（1）概念：各种带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度梯度和（或）电位梯度的跨膜转运的方式称为经通道易化扩散（Facilitateddiffusionviachannel

）。32转运的物质:各种带电离子33（2）机制：

被动转运：顺势能梯度（浓度梯度、电位梯度），不消耗能量，但经通道的跨膜转运。（3）通道/通道蛋白/离子通道

1）概念：

是一类贯穿脂质双层，中央带有亲水性孔道，可以允许离子顺浓度或电位梯度流动的膜蛋白，无分解ATP的能力。34

2）化学结构35ExempleK+ionicchannel363)通道的基本特征：A.离子选择性（Ionselectivity）

Na+

通道,K+通道,Ca2+通道,Cl-通道等；

如：K+通道对K+、Na+通透性之比为1000：1Ach受体阳离子通道对小的阳离子K+、Na+高度通透，不通透CI-。

B.门控特性（Gating)

门控：通道蛋白分子内有一些可移动的结构或化学基团，在通道内起“闸门”作用，受细胞内外各种理化因素的影响，发生移动导致通道开放或关闭的过程，如：膜电位、化学信号、机械刺激37离子通道功能状态：

①静息状态-通道关闭：(备用状态)刺激能开放②激活状态-通道开放：离子扩散③失活状态-通道关闭:刺激不能开放电压门控通道（Voltagegatedchannel）：膜两侧电位差化学门控通道（Chemicallygatedchannel）：内外化学物质（Ach等）机械门控通道（Mechanicallygatedchannel）：机械刺激非门控通道（Nogatedchannel）38＋－90mV－70mV－－＋

outside＋＋－－

insideNa+－－＋＋Na+Atrest

Stimulated电压门控通道

：Na+channel39AChchannel:ATP敏感钾通道：与胞内ATP结合后通道关闭化学门控通道

：40机械门控通道

：动脉血管平滑肌细胞膜中的机械门控钙通道413)通道的特性A.通道的离子选择性（Ionselectivity）B.通道的门控（Gating)特性C.通道功能状态的可变性

关闭（Close）

开放/激活（Openoractivation）

失活（Inactivation）42IFM关闭开放失活OutsideInside43Na+通道功能状态激活：通道开放并转运离子关闭：无离子跨膜转运，但受刺激后通道可以开放转运离子.失活：无离子跨膜转运，受刺激后通道不开放IFMIFMIFMClosedOpenInactivatedOutsideInside复活：从失活进入关闭状态的过程44VeryDeliciousandVeryPoisonous

!Puffer-fishTetrodotoxin(TTX)selectivelyblockthevoltage-gatedNa+channel453)通道的特性：A.通道的离子选择性（Ionselectivity）B.通道的门控（Gating)特性C.通道功能状态的可变性D.通道的时间依赖性462.经载体易化扩散（1）概念

水溶性小分子物质或离子在载体蛋白介导下，顺浓度梯度进行的跨膜转运，属于载体介导的被动转运（Facilitateddiffusionviacarrier）。被转运物质通过与载体蛋白分子上的结合位点特异结合，引发载体蛋白的构象变化，使被转运物质从高浓度一侧转运到低浓度一侧的方式结合-变构-解离47（2）机制：通过蛋白质的变构转运物质。顺势能梯度，不消耗能量。结合-变构-解离48

CarrierInside

Outside

◆◆L-GlucoseD-GlucoseGlucose

O2（3）转运特点：

1）结构特异性

2）饱和现象（Saturation

）49

CarrierInside

Outside

X

◆◆

◆A(A＋B)YO2（3）转运特点

1）特异性

2）饱和现象（Saturation

）

3）竞争抑制

（Competitiveinhibition）50

（三）主动转运概念

某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢供能而进行的逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运称为主动转运。

分类：原发性主动转运继发性主动转运511.原发性主动转运:A.概念：

细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和（或）电位梯度转运的过程。（Primaryactivetransport

）原发性主动转运的载体具有ATP酶活性，称为离子泵52

2)原发性主动转运B.特点：

逆电-化学差转运物质

消耗ATP分解后产生的能量C.

几种重要的离子泵：

a.钠-钾泵/钠泵/Na+，K+-ATP酶53

钠-钾泵/钠泵/Na+，K+-ATP酶54

去磷酸化Na+/K+ATP酶转运周期模式图胞内高Na+或胞外高K+时，钠泵被激活，每周期约10msE1E255

钠泵活动时

泵出Na+和泵入K+同时进行或“耦联”在一起5657

钠泵每分解一个ＡＴＰ分子，

３个Na+移到膜外同时２个K+移入膜内EachoneATPmoleculeisbrokendown,Na+-K+pumpmoves2K+intocelland3Na+outofcell.

58

αADPPiATP

钠泵转运特点：①转运具有方向性②是耦联过程③需ATP直接供能④生电性59钠泵的意义：①细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件②维持胞内渗透压和细胞容积：Na+和Cl-漏入≥K+漏出③建立势能贮备：建立的Na+浓度梯度是其他物质继发转运的动力④建立的离子浓度差是细胞发生电活动的前提⑤钠泵活动的生电性直接可以影响膜电位60

C.几种重要的离子泵

a.钠-钾泵/钠泵/Na+，K+-ATP酶

b.钙泵61钙泵

分布:

①质膜分解1个ATP

分子

，转运1个ca2+

②内质网膜or肌质网膜

分解1个ATP

分子

，转运2个ca2+

意义：保持胞内较低的游离钙离子水平，使细胞对胞内游离钙离子的增加比较敏感，有利于触发胞内的很多生理过程。62质子泵/氢泵:转运H+，如HCl的分泌63

2.继发性主动转运A.概念：有些物质主动转运所需的驱动力并不直接来自ATP的分解，而是利用原发性主动转运所形成的某些离子的浓度梯度，在这些离子顺浓度梯度扩散的同时使其它物质逆浓度梯度和（或）电位梯度跨膜转运，这种间接利用ATP能量的主动过程称为继发性主动转运（

Secondaryactivetransport6465

B.特点：逆电-化学差转运物质消耗能量，但不是ATP直接分解，而是通过消耗ATP建立的浓度梯度（势能：钠或氢的势能）;

没有Na+由高浓度的膜外顺浓度差进入膜内，就不会出现葡萄糖、氨基酸等分子逆浓度差进入膜内。C.参与继发性主动转运的载体（或转运体）：同向转运体（Symporter）和同向转运（