第二章细胞的基本功能

第二章细胞的基本功能第一页，共七十五页，2022年，8月28日细胞是生物体的基本结构与功能单位

细胞生理是器官、系统生理学的基础第二页，共七十五页，2022年，8月28日第二章细胞的基本功能第一节细胞的跨膜物质转运功能第三节细胞的跨膜电变化第二节细胞的跨膜信号转导功能第三页，共七十五页，2022年，8月28日第一节细胞的跨膜物质转运功能一、膜的化学组成和分子结构解释细胞膜结构最好的学说是液态镶嵌模型（Fluidmosaicmodel）。

20世纪70年代由Singer和Nicholson提出。第四页，共七十五页，2022年，8月28日一、膜的化学组成和分子结构(一)脂质双分子层

磷脂（70%），胆固醇和少量糖脂。屏障作用,

保持细胞内容物的相对稳定(二)细胞膜蛋白质

镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，膜通道蛋白，载体蛋白，酶等。细胞内外物质、能量、信息交换。第五页，共七十五页，2022年，8月28日第六页，共七十五页，2022年，8月28日

(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。

有些作为抗原决定族=免疫信息(血型)；有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激递质等结合。第七页，共七十五页，2022年，8月28日1、脂质双分子层主要起屏障作用，是细胞的基架；2、镶嵌在脂质层中的蛋白质可以在膜脂分子间横向漂浮移位；3、膜中的特殊蛋白质负责物质、能量和信息的跨膜转运和转换；4、糖链是蛋白质和细胞的特异性的“标志”，能特异地与某种递质、激素或其他化学信号分子结合。小结第八页，共七十五页，2022年，8月28日二、细胞膜的物质转运功能被动转运passivetransport主动转运activetransport胞吞和胞吐作用endocytosisandexocytosis第九页，共七十五页，2022年，8月28日(一)被动转运(passiveconduct)：概念：指通过简单扩散、或协助扩散实现物质由高浓度向低浓度方向跨膜转运，浓度梯度是转运动力。1、简单扩散：2、易化扩散

第十页，共七十五页，2022年，8月28日

概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。[O2]o＞[O2]i[CO2]i＞[CO2]o单纯扩散(simplediffusion)第十一页，共七十五页，2022年，8月28日(3)转运的物质：

O2、CO2、NH3、N2、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素

等少数几种。

注：∵膜对H2O具高度通透性，∴H2O除单纯扩散外，还可通过水通道跨膜转运。

(2)特点:①扩散速率高②无饱和性③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”④不需另外消耗能量⑤扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关。

第十二页，共七十五页，2022年，8月28日2、易化扩散(facilitateddiffusion)非脂溶性或脂溶性很小的物质,需特殊膜蛋白质“帮助”,顺浓差转运。有两种（1）由通道介导的易化扩散：由膜上的通道蛋白帮助完成。（2）由载体介导的易化扩散：由膜上的载体蛋白帮助完成。

第十三页，共七十五页，2022年，8月28日[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i经通道介导的易化扩散第十四页，共七十五页，2022年，8月28日通道扩散的特点①选择性②高速率③门控性：通道的开放与关闭受精密调控

化学门控通道：膜所受的压力不同电压门控通道：膜两侧电位差的变化机械门控通道：某种化学信号的出现转运的物质：溶于水的离子第十五页，共七十五页，2022年，8月28日载体介导的易化扩散：许多必需的营养物质如葡萄糖、氨基酸都不溶解于脂类，但在载体的帮助下也能进行被动的跨膜转运。载体是指细胞膜上一类特殊蛋白质，B.它能在溶质高浓度一侧与溶质发生特异性结合，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，D.载体蛋白恢复到原来的构象，又开始新一轮的转运。第十六页，共七十五页，2022年，8月28日经载体介导的易化扩散第十七页，共七十五页，2022年，8月28日载体介导的易化扩散：

特点:*结构特异性高饱和现象竞争性抑制顺浓度梯度

转运的物质：葡萄糖、氨基酸等

第十八页，共七十五页，2022年，8月28日葡萄糖的易化扩散第十九页，共七十五页，2022年，8月28日（二）主动运输(activeconduct)：由特殊膜蛋白（离子泵）所介导的物质逆浓度梯度或电化学梯度由浓度低的一侧向高浓度一侧进行跨膜转运的方式。维持细胞内外离子浓度差。特点：依靠特殊膜蛋白(离子泵)的“帮助”；耗能；逆浓度差分类：①原发性主动转运:Na+-K+泵、H+-K+泵等②继发性主动转运：葡萄糖、氨基酸等营养物质的吸收二、细胞膜的物质转运功能第二十页，共七十五页，2022年，8月28日泵转运——Na+-K+泵

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。第二十一页，共七十五页，2022年，8月28日通道转运与钠-钾泵转运模式图第二十二页，共七十五页，2022年，8月28日

钠-钾泵的这种活动还为其它一些物质转运的提供了动力（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+]胞外高、[K+]胞内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+]胞内↑/[K+]胞外↑激活钠-钾泵:第二十三页，共七十五页，2022年，8月28日第二十四页，共七十五页，2022年，8月28日钠泵活动的生理意义

①产生和维持细胞内高K+、细胞外高Na+的状态，是细胞产生生物电的基础②维持细胞的正常体积有一定意义；③建立起一种离子的势能贮备；④这种势能贮备是细胞外Na+和细胞内K+等顺着浓度差和电位差扩散的能量来源。⑤是人和动物最重要的物质转运形式第二十五页，共七十五页，2022年，8月28日继发性主动转运第二十六页，共七十五页，2022年，8月28日主动转运与被动转运的区别主动转运被动转运需由细胞提供能量不需细胞能量逆电-化学势差顺电-化学势差使膜两侧浓度差更大使膜两侧浓度差更小第二十七页，共七十五页，2022年，8月28日第二十八页，共七十五页，2022年，8月28日3.入胞和出胞

入胞:指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程。吞噬=转运物质为固体;

吞饮=转运物质为液体。第二十九页，共七十五页，2022年，8月28日入胞和出胞

受体介导入胞:一些激素或生长因子运输蛋白及细菌（配体）通过细胞膜表面特异受体作用而入胞。配体与受体识别配体-受体复合物向有被小窝集中吞食泡形成吞食泡与初级溶酶体融合形成次级溶酶体配体与受体分开配体转运到其它细胞器中循环小泡形成，膜再利用第三十页，共七十五页，2022年，8月28日3.入胞和出胞出胞: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。第三十一页，共七十五页，2022年，8月28日3.入胞和出胞第三十二页，共七十五页，2022年，8月28日小结第三十三页，共七十五页，2022年，8月28日第三十四页，共七十五页，2022年，8月28日复习思考题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D第三十五页，共七十五页，2022年，8月28日4、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第三十六页，共七十五页，2022年，8月28日Mechanicalsignal

extracellularhormonePhysicalsignalintracellularresponsionmembrane？第二节细胞的跨膜信号转导跨膜信号转导？第三十七页，共七十五页，2022年，8月28日第二节细胞的跨膜信号转导功能

概念：各种能量形式的外界信号作用于靶细胞时，并不需要进入细胞内直接影响靶细胞内的过程，而是通过引起细胞膜上一种或数种特异蛋白质分子的变构作用，以一定形式的弱电变化，将信息传递到膜内，再引起作用细胞（靶细胞）相应功能发生改变的过程。第三十八页，共七十五页，2022年，8月28日第二节细胞的跨膜信号转导功能

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。跨膜信号转导方式大体有以下三类：

离子通道介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导

G蛋白偶联受体介导的信号转导第三十九页，共七十五页，2022年，8月28日

信号：含有信息内容的一种物质或刺激。主要包括：细胞释放的某些化学物质（激素,递质,细胞因子）、或机械的、电的、电磁波等刺激。

受体(receptor)：是一种能够识别和选择性结合某种配体的蛋白质大分子。当配体与受体结合后，通过信号转导作用将胞外信号转换为胞内化学或物理信号，启动一系列过程，最终表现为生物学效应。

受体的特征：特异性、饱和性、可逆性。第一信使：激素、神经递质和细胞因子几个相关概念第四十页，共七十五页，2022年，8月28日G蛋白偶联受体介导的信号转导(一)cAMP信号通路膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：激活G蛋白神经递质、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)第四十一页，共七十五页，2022年，8月28日膜外N端：识别、结合第一信使膜内C端：激活G蛋白

(二)磷脂酰肌醇信号通路激素（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蛋白偶联受体第四十二页，共七十五页，2022年，8月28日G蛋白耦联受体介导信号转导的主要步骤配体+受体G蛋白G蛋白效应器第二信使第二信使效应器腺苷酸环化酶依赖于cGMP的磷酸二酯酶磷酯酶CCa2+或K+通道蛋白激酶A（PKA）蛋白激酶C（PKC）Na+、K+和Ca2+通道蛋白环磷酸腺苷（cAMP）环磷酸鸟苷（cGMP）三磷酸酰肌醇（IP3）二酰甘油（DG）钙离子和NO等第四十三页，共七十五页，2022年，8月28日

离子通道介导的信号转导离子通道大体有：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第四十四页，共七十五页，2022年，8月28日第四十五页，共七十五页，2022年，8月28日化学门控通道

通道本身既是通道又是受体，配体与受体结合后通道即开放或关闭第四十六页，共七十五页，2022年，8月28日机械门控通道第四十七页，共七十五页，2022年，8月28日三、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。第四十八页，共七十五页，2022年，8月28日复习思考题

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。第四十九页，共七十五页，2022年，8月28日第三节细胞的跨膜电变化一、细胞的生物电现象

生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象。

电鳗电鳐心电图

电鳗电鳐心电图第五十页，共七十五页，2022年，8月28日一、细胞的兴奋性（一）兴奋性和兴奋的含义

兴奋性（excitability）：细胞受到刺激后具有产生动作电位的能力或特性，称为兴奋性。兴奋（excitation）：细胞受刺激后产生了动作电位，称为兴奋。可兴奋组织（或细胞）：受到刺激能产生兴奋的组织或细胞。神经细胞、肌细胞、腺细胞第三节细胞的兴奋性和生物电现象

第五十一页，共七十五页，2022年，8月28日（二）刺激引起兴奋的条件

刺激：引起组织的细胞或器官和机体发生反应的内外环境变化统称为刺激。包括：物理刺激、化学刺激、生物刺激等。

引起组织兴奋的必要条件：刺激的强度；刺激的持续时间；刺激强度对于时间的变化率。第五十二页，共七十五页，2022年，8月28日（二）刺激引起兴奋的条件

（3）强度-时间变化率

强度-时间曲线刺激强度时

值基强度刺激作用的时间强

度

—时

间

曲

线（1）刺激的强度阈强度：引起组织细胞产生兴奋的最小刺激强度。阈刺激阈下刺激阈上刺激（2）刺激的持续时间

时间阈值：引起组织产生兴奋的最短刺激作用时间。**阈值与兴奋性的关系？第五十三页，共七十五页，2022年，8月28日1、绝对不应期：锋电位上升支与下降支初期

特点：对任何刺激均不产生反应。2、相对不应期：锋电位下降支的后期

特点：对阈上刺激反应。3、超常期：负后电位

特点：对阈下刺激产生反应。4、低常期：正后电位

特点：对阈上刺激产生反应。细胞兴奋时的兴奋性变化兴奋的引起兴奋性的变化第五十四页，共七十五页，2022年，8月28日（1）细胞的静息电位（Restingpotential）（2）细胞的动作电位（Actionpotential）（3）兴奋的引起与传导

一个活的细胞无论是它处于安静状态还是活动状态都是存在电活动，这种电活动称为生物电现象。其中包括静息电位和动作电位。二、细胞的生物电现象及其产生机制：第五十五页，共七十五页，2022年，8月28日细胞的生物电现象●2.RP实验现象：第五十六页，共七十五页，2022年，8月28日

（一）静息电位(restingpotentialRP)

1.概念：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。2.实验现象：第五十七页，共七十五页，2022年，8月28日

证明RP的实验：（甲）当A、B电极都位于细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差。（乙）当A电极位于细胞膜外，B电极插入膜内时，有电位改变，证明膜内、外间有电位差。（丙）当A、B电极都位于细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差。第五十八页，共七十五页，2022年，8月28日

与RP相关的概念：膜电位:因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位（membranepotential）。习惯叫法:因膜内电位低于膜外，习惯上RP指的是膜内负电位。

RP值:哺乳动物的神经、骨骼肌和心肌细胞为-70～-90mV，红细胞约为-10mV左右。

RP值描述:RP↑→膜内负电位↑(-70→-90mV)=超极化

RP↓→膜内负电位↓(-70→-50mV)=去极化第五十九页，共七十五页，2022年，8月28日生物电现象的产生机制

要在膜两侧形成电位差，必须具备两个条件：①膜两侧的离子分布不均，存在浓度差；②对离子有选择性通透的膜。

第六十页，共七十五页，2022年，8月28日K+Na+Cl-Na+Cl-K+膜内膜外281111330离子浓度差=电位差

在静息状态下，细胞膜内K+的高浓度和安静时膜主要对K+的通透性，是大多数细胞产生和维持静息电位的主要原因。（或:RP是K+的平衡电位，静息电位主要是K+外流所致）※第六十一页，共七十五页，2022年，8月28日

静息状态下细胞膜内外主要离子分布及膜对离子的通透性第六十二页，共七十五页，2022年，8月28日动作电位动作电位产生的机制术语概念：可兴奋细胞受到刺激，细胞膜在静息电位基础上发生一次短暂的、可逆的,并可向周围扩布的电位波动称为动作电位。动作电位第六十三页，共七十五页，2022年，8月28日与动作电位相关的术语动作电位动作电位产生的机制极化（polarization）—膜两侧存在的内负外正的电位状态。去极化（Depolarization）—膜电位绝对值逐渐减小的过程。复极化（Repolarization）—膜电位去极化后逐步恢复极化状态的过程。超极化（Over-polarization）—膜电位绝对值高于静息电位的状态。超射(overshoot)：膜由原来的-70mv去极化到0mv，进而变化到20～40mv，去极化超过0电位的部分称为超射。术语第六十四页，共七十五页，2022年，8月28日细胞生理动作电位动作电位产生的机制术语第一阶段：动作电位上升支的形成由于刺激引起膜对Na+的通透性瞬间增大（Na+通道被激活，对K+通透性减小），膜外的Na+内流，使膜电位由-70mV增加至0mV，进而上升为+30mV，Na+通道随之失活。此时的电位即为动作电位，亦是Na+的平衡电位。第六十五页，共七十五页，2022年，8月28日动作电位动作电位产生的机制术语第二阶段：动作电位下降支形成：

Na+通道失活后，膜恢复了对K+的通透性，大量的K+外流。使膜电位由正值向负值转变，形成了动作电位的下降支。在体外描记的动作电位图形为一个短促而尖锐的脉冲图形，似山峰般，称为峰电位（Spikepotential）。第六十六页，共七十五页，2022年，8月28日第三阶段：后电位的形成：动作电位动作电位产生的机制术语

当膜电位接近静息电位时，K+跨膜转运停止。随后，膜上的N