细胞基本功能

细胞基本功能第1页，共65页，2023年，2月20日，星期二细胞膜结构和

细胞膜物质转运

—单纯扩散易化扩散主动转运出胞入胞细胞信号转导细胞生物电

—静息电位、动作电位肌细胞收缩功能

—兴奋传递、兴奋-缩耦联、横纹肌收缩第2页，共65页，2023年，2月20日，星期二第一节细胞膜结构和物质转运功能一、细胞膜的化学组成和分子结构

以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着功能各异的蛋白质分子，并连有一些寡糖和多糖链。液态镶嵌模型细胞膜（cellmembrane）把细胞内容与外界分开，使细胞内容物不致流失，又能保持其理化成分的相对稳定，以维持细胞正常的生命活动。同时细胞的各种功能活动都与跨细胞膜的物质转运密切相关，故细胞膜又具有半透膜的特性。第3页，共65页，2023年，2月20日，星期二磷脂≧70%胆固醇≦30%糖脂≦10%整合蛋白表面蛋白膜蛋白膜脂质第4页，共65页，2023年，2月20日，星期二＊屏障作用＊保持细胞内容物的相对稳定

＊膜通道蛋白，载体蛋白，酶＊细胞内外物质、能量、信息交换。

＊作为膜蛋白受体识别部分＊参与免疫反应和信息传递。

细胞膜化学组成及意义1.脂质双分子层：3.细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂2.细胞膜蛋白质：第5页，共65页，2023年，2月20日，星期二二、细胞膜的物质转运

细胞为维持其正常的生命活动，很大程度上依赖于跨细胞膜的物质转运，而细胞膜脂质双分子层却成为了天然屏障，对脂溶性的物质和少数分子很小的水溶性物质可以通过细胞膜，而大多数水溶性物质和所有离子则不能直接通过细胞膜，要实现其跨膜转运必须借助细胞膜上某些物质的帮助才能完成，其中细胞膜结构中具有特殊功能的蛋白质起着关键性的作用。第6页，共65页，2023年，2月20日，星期二第7页，共65页，2023年，2月20日，星期二

单纯扩散

易化扩散（通道转运和载体转运）

主动转运（原发性和继发性）

膜泡运输（出胞和入胞）

跨细胞膜的物质转运形式第8页，共65页，2023年，2月20日，星期二小分子物质跨细胞膜的转运形式第9页，共65页，2023年，2月20日，星期二1.定义：脂溶性的小分子物质从高浓度一

侧向低浓度一侧移动的过程

(一)单纯扩散（simplediffusion）第10页，共65页，2023年，2月20日，星期二2.适用物质：

脂溶性的和少许分子很小的水溶性物质

（O2、CO2、N2、类固醇激素、尿素、乙

醇、甘油、水等）

3.特点：

⑴物理现象（分子热运动的扩散）

⑵顺浓度梯度，不耗能（ATP）

⑶不需膜蛋白的帮助第11页，共65页，2023年，2月20日，星期二4.影响因素：扩散通量

⑴浓度差（电、化学）—

动力

⑵通透性—物质通过细胞膜的难易程度，关联着物质的脂溶性和分子大小。

渗透(osmotic)

:水是分子很小的极性分子，可依据膜两侧的渗透压差由渗透压低的一侧向渗透压高的一侧扩散，此想象称为渗透。第12页，共65页，2023年，2月20日，星期二非脂溶性的小分子物质或离子在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮助下顺浓度梯度和（或）电势梯度进行的跨膜转运过程1、经通道易化扩散(二)易化扩散（

facilitateddiffusion）

经通道易化扩散（facilitateddiffusionviaionchannel）是指各种带电离子在通道蛋白（也称离子通道）的介导下，顺浓度梯度或电势梯度进行的被动跨膜转运。第13页，共65页，2023年，2月20日，星期二（1）特点：

⑴顺浓度梯度和电势梯度，不耗能

⑵依赖膜上的通道蛋白的帮助完成

（通道蛋白贯穿细胞膜脂质双层，中央

有亲水性孔道）（2）适用物质：离子（Na+K+Ca2+Cl-

等）其离子所对应的通道分别为钠通道、钾通道、钙通道和氯通道；还有非选择性阳离子通道等。

第14页，共65页，2023年，2月20日，星期二（3）基本特性：

1）离子选择性：是指每种通道只对一种或几种离子有较高的通透性，而对其他离子的通透性很小或不通透。

如：a、钾通道对K+的通透性＞Na+1000倍；

b、运动终板膜上的N2型乙酰胆碱受体阳离子通道对Na+、

K+（小的阳离子）有高度通透，对Cl-则不通透

其选择性取决于孔道口径、内壁的化学结构和带电状况等因素。第15页，共65页，2023年，2月20日，星期二

化学门控通道(chemically-gatedchannel)

：化学物质（配体）控制

电压门控通道(voltage-gatedchannel)

：膜电位控制

机械门控通道(mechanically-gatedchannel)

：机械刺激控制

2）门控特性：通道的开放或关闭有门控性，

这取决于通道蛋白分子内部的一些可移动结构或化学基团的构象改变。第16页，共65页，2023年，2月20日，星期二＊亲水性孔道第17页，共65页，2023年，2月20日，星期二

通道易被工具药阻断

Na+通道—

河豚毒

K+通道—

四乙基胺

Ca2+通道—

异搏定（维拉帕米）有一些通道不具有门控性，如神经纤维膜上的钾漏通道等，这类通道被称为非门控通道。第18页，共65页，2023年，2月20日，星期二2、经载体易化扩散（facilitateddiffusion

viacarrier）

是指水溶性的小分子物质经载体介导顺浓度梯度或电势梯度进行的被动跨膜转运。A、载体蛋白与被转运物结合B、载体蛋白与被转运物分离第19页，共65页，2023年，2月20日，星期二载体也称转运体，是介导多种水溶性小分子物质跨膜转运的另一类膜蛋白。膜蛋白转运过程中还伴有载体构象的变化结合—封闭变构—解离第20页，共65页，2023年，2月20日，星期二基本特性：⑴结构特异性：各种载体仅能识别和结合具有特定化学结构的底物。⑵饱和现象（座位有限）

⑶竞争性抑制，取决于Km或底物浓度的大小最大扩散速度米氏常数第21页，共65页，2023年，2月20日，星期二＊类型：

单向转运。如葡萄糖的跨膜转运，需要葡萄糖转运体（GLUT）或称右旋葡萄糖载体。＊特点：

⑴顺浓度梯度和电势梯度，不耗能

⑵依赖膜上的载体蛋白的帮助完成

＊适用物质:水溶性小分子物质：包括葡萄糖、氨基酸、核苷酸等第22页，共65页，2023年，2月20日，星期二ChannelproteinGK+经载体易化扩散单纯扩散或经通道易化扩散第23页，共65页，2023年，2月20日，星期二主动转运：某些物质在细胞膜上特殊膜蛋白（运载体）的帮助下，由细胞代谢供能而进行的逆浓度梯度和（或）电势梯度的跨膜转运过程（三）主动转运（activetransport）原发性主动转运

继发性主动转运根据膜蛋白是否

直接消耗ATP第24页，共65页，2023年，2月20日，星期二

定义：细胞直接利用分解ATP产生的能量（代谢产生的能量）将离子逆浓度梯度和（或）电势梯度进行跨膜转运的过程。

其介导的膜蛋白或运载体被称为离子泵（ion-pump），离子泵的本质是ATP酶。1、原发性主动转运

（primaryactivetransport）第25页，共65页，2023年，2月20日，星期二钠-钾泵(sodium-potassiumpump)

简称钠泵，也称Na+-K+-ATP酶，是一个由跨膜的α亚单位和糖蛋白构成的β亚单位形成的分子量很大的特殊的膜蛋白。可通过Na+-K+-ATP酶的磷酸化和去磷酸化的循环过程而驱动Na+、K+的跨膜主动转运。机体能量代谢中20~30%的能量用于钠泵，甚至70%。第26页，共65页，2023年，2月20日，星期二*功能：

⑴具有ATP酶的活性，分解ATP

⑵对Na+

、K+进行跨膜的逆向转运

*特点：

⑴逆浓度梯度和（或）电势梯度，耗能；

⑵3Na+VS2K+

*特异性抑制剂：哇巴因[Na+]o＞[Na+]i10倍左右；[K+]i＞[K+]o30倍左右第27页，共65页，2023年，2月20日，星期二*意义：

⑴建立一种Na+势能贮备，供细胞其他耗能过程利用，如继发性主动转运

⑵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

⑶细胞内高K+

是胞质内许多代谢反应所必需，如细胞内蛋白质合成

⑷维持细胞内渗透压和细胞容积（抽水）

⑸钠泵具有生电性第28页，共65页，2023年，2月20日，星期二

钙泵（calciumpump）也称Ca2+-ATP酶，存在与质膜、内质网或肌质网膜上，可维持胞内游离钙浓度为10-7mol/L。这非常低的钙浓度十分敏感，是触发许多生理过程的关键。钙泵第29页，共65页，2023年，2月20日，星期二2、继发性主动转运定义：物质逆浓度或电势梯度转运的动力不直接来自ATP的分解，而来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度的势能贮备所进行的主动转运过程。

（secondaryactivetransport）第30页，共65页，2023年，2月20日，星期二同向转运体第31页，共65页，2023年，2月20日，星期二过程：

⑴Na+-K+泵在细胞膜外形成Na+的高势能

⑵某物质利用Na+的高势能与Na+内流相耦联

从而逆浓度梯度进行跨膜转运适用物质：

⑴葡萄糖、氨基酸在小肠黏膜上皮细胞的吸收和在肾小管上皮细胞的重吸收等（同向）

⑵心肌细胞膜上Ca2+

的转运等（逆向）第32页，共65页，2023年，2月20日，星期二特点：

⑴Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能量用于另一种物质的主动转运

⑵依赖细胞膜上的转运体蛋白的帮助第33页，共65页，2023年，2月20日，星期二膜泡运输（vesiculartransport）是指大分子和颗粒物质由膜包围形成囊泡，通过膜包裹、膜融合和膜离断等一系列过程而完成的跨膜转运。此过程需要耗能，所以是一主动转运过程。（四）膜泡运输

包括出胞入胞第34页，共65页，2023年，2月20日，星期二1.出胞（exocytosis）是指胞质内大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。类型调节性出胞持续性出胞第35页，共65页，2023年，2月20日，星期二2、入胞（endocytosis）是指细胞外大分子物质或物质团块借助细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。吞噬（固态）吞饮（液态）吞噬泡第36页，共65页，2023年，2月20日，星期二吞饮液相入胞（fluidphaseendocytosis）受体介导入胞（receptormediatedendocytosis）受体介导入胞：通过被转运物与膜受体的特异性结合，选择性地促进被转运物进入细胞的过程。它关联着许多大分子物质的转运，如：

运铁蛋白低密度脂蛋白

VitB12转运蛋白多种生长因子胰岛素等第37页，共65页，2023年，2月20日，星期二3.适用物质：大分子物质

出胞：激素、神经递质、酶的分泌

入胞：体内细菌、异物的清除、药物和大

分子营养物质的吸收以及一些调节因

子等的跨膜转运

4.特点：

⑴通过细胞自身的吞、吐活动进行

⑵由细胞提供能量第38页，共65页，2023年，2月20日，星期二第39页，共65页，2023年，2月20日，星期二

适用物质浓度差耗能方式单纯扩散易化扩散主动转运出/入胞特点方式总结第40页，共65页，2023年，2月20日，星期二第二节细胞的跨膜信号转导

机体为适应内、外环境的变化所完成的任何一种生命活动（机体生理功能的调节），都需要机体内多种细胞的相互配合和相互协调，而完成此调节过程则有赖于细胞之间复杂的信号转导。第41页，共65页，2023年，2月20日，星期二一、概述1、信号转导的概念细胞的信号转导（signaltransduction）是指生物学信息在细胞间或细胞内转换和传递，并产生生物效应的过程。

通常所讲的信号转导是指跨膜信号转导：外界信号细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子其构象改变胞内信号分子变化引起相应的生物效应第42页，共65页，2023年，2月20日，星期二

2、信号转导的意义

细胞信号转导的本质是细胞和分子水平的功能调节，它是机体生理功能调节的基础，从微观上阐明了机体为适应内、外环境的变化，机体内各种功能细胞是如何通过复杂的信号交流来产生适应性反应的。信号转导中的信号（signal）是指能在细胞间传递信息的生物学信号，大多是以各种类型的化学物质作为载体的化学信号，如激素、神经递质和细胞因子等。第43页，共65页，2023年，2月20日，星期二

3、信号转导的主要通路

信号转导中能与信号分子特异性结合并发挥信号转导作用的蛋白质称为受体(receptor)，包括膜受体和细胞内受体。同时也将凡能与受体特异性结合的含有信号分子的活性物质称为配体。根据配体和所介导的受体的不同可将信号转导分为以下两类方式：⑴水溶性配体通过膜受体介导⑵脂溶性配体通过细胞内受体介导第44页，共65页，2023年，2月20日，星期二离子通道型受体介导的信号转导G蛋白耦联受体介导的信号转导酶联型受体介导的信号转导招募型受体介导的信号转导核受体介导的信号转导水溶性配体通过

膜受体介导脂溶性配体通过

细胞内受体介导第45页，共65页，2023年，2月20日，星期二

*

此类信号转导是由具有特异感受结构的通道蛋白质所完成的跨膜信号传递

*此类受体兼有受体和离子通道的功能，其激活后可引起离子的跨膜转运，所以又称为促离子型受体（ionotropicreceptor）（一）离子通道型受体（ionchannelreceptor）介导的信号转导

二、膜受体介导的信号转导第46页，共65页，2023年，2月20日，星期二*

此类通道型受体具有化学门控性，受控于递质和激素等化学物质，但大多与神经递质结合，所以也称为递质门控通道（transmittergatedchannel

）配体第47页，共65页，2023年，2月20日，星期二1、递质门控通道例：终板膜N2-型Ach受体阳离子通道第48页，共65页，2023年，2月20日，星期二信号分子＋细胞膜上离子通道蛋白（受体）

细胞膜上离子通道闸门开放

离子跨膜移动

跨膜电流

膜电位变化

细胞效应第49页，共65页，2023年，2月20日，星期二2、电压门控通道受跨膜电位控制，可认为是接受电信号的“受体”通道蛋白。例1：钠通道第50页，共65页，2023年，2月20日，星期二钠通道4个结构域形成通道例2：心肌细胞横管膜上L-型钙通道也是电压门控通道+第51页，共65页，2023年，2月20日，星期二3、机械门控通道受机械性刺激控制，可认为是接受机械信号的“受体”通道蛋白例：听觉毛细胞的兴奋（机械门控K+通道）和血管壁的牵张刺激所引起的血管的收缩（机械门控Ca++通道）。第52页，共65页，2023年，2月20日，星期二（二）G蛋白耦联受体（Gprotein-linked

receptor）介导的信号转导

由膜的特异性受体蛋白、G-蛋白和膜的效应器等一系列信号蛋白质分子的级联式反应所构成的跨膜信号传递系统第53页，共65页，2023年，2月20日，星期二G蛋白等一系列信号蛋白质分子之间的级联式信号转导过程第54页，共65页，2023年，2月20日，星期二1、主要的信号蛋白和第二信使G蛋白耦联受体及配体该受体分布于所有真核细胞，种类繁多，构成细胞膜上最大的受体分子超家族，此类受体是通过G蛋白等一系列信号蛋白分子之间的级联式信号传递来实现信号的跨膜转导的，所以称为促代谢型受体（metabotropicreceptor）。其配体种类也多，包括NE、多巴胺、组胺、5-HT等生物胺，以及多肽和蛋白类激素等。第55页，共65页，2023年，2月20日，星期二G蛋白—鸟苷酸结合蛋白

G蛋白含三个亚基（α、β、γ），主要分为Gs、Gi、Gq和G12等类，每种类型又可分为若干亚类。G蛋白共同的特征是能与GTP和GDP结合，并具有GTP酶的活性第56页，共65页，2023年，2月20日，星期二G蛋白效应器

是指G蛋白直接作用的靶标，包括酶、离子通道和膜转运蛋白等，主要的效应器酶包括：腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、磷酯酶A2（PLA2）、磷酸二酯酶（PDE）和鸟苷酸环化酶（GC）等；某些离子通道也可接受G蛋白的直接或间接调控第二信使（secondemessenger）是指激素、递质、细胞因子等信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子。包括cAMP、IP3（三磷酸肌醇）、DG（二酰甘油）、cGMP和Ca2+等

第57页，共65页，2023年，2月20日，星期二第二信使学说

G蛋白-GDP第一信使+R

G蛋白-GTP

效应器酶

第二信使

cAMP——

蛋白激酶ACa2+

——

蛋白激酶C依赖于第二信使的蛋白激酶及通道第一信使：激素、递质、细胞因子等细胞功能改变第58页，共65页，2023年，2月20日，星期二⑴受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路2、主要信号转导通路信号分子＋受体（促代谢性受体）激活G蛋白（Gs、Gi

）

G蛋白效应器酶（+AC-AC）环-磷酸腺苷（cAMPcAMP

）激活蛋白激酶（PKA）

底物蛋白磷酸化而发挥生物学效应ATP第59页，共65页，2023年，2月20日，星期二⑵受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2+和DG-PKC通路信号分子＋受体（促代谢性受体）激活G蛋白（Gi、Gq

）

G蛋白效应器酶（+PLC

）第二信使（IP3

和DG

）肌质网IP3受体

PKC

肌质网化学门控钙释放通道开放

胞质中Ca2+浓度升高二磷酸磷脂酰肌醇（-）第60页，共65页，2023年，2月20日，星期二⑶Ca2+作为第二信使的作用：①与钙调蛋白（CaM）结合参与平滑肌收缩②在血管内皮细胞，Ca2++CaM可激活一氧化氮合酶，生成NO可激活GC而生成cGMP、再激活PKG、后者可介导血管舒张③在骨骼肌