第一章 细胞的基本功能

第一章细胞的基本功能上一页结束放映下一页细胞是动物和其他生物体的基本结构和功能单位。2023/10/24第一章细胞的基本功能学习要求：

1.了解细胞膜的基本结构和物质转运功能。

2.掌握生物电产生和兴奋传导的基本原理。

学习内容：

1.细胞膜的结构与物质的跨膜转运；

2.细胞的跨膜信号传递功能；

3.细胞的兴奋性和生物电现象。

2023/10/24第一章细胞的基本功能一、细胞膜的基本结构细胞膜主要由蛋白质和磷脂构成。磷脂是一种两性分子，亲水的极性基团都朝向膜的两表面，疏水的非极性基团都朝向膜的中央，形成脂质双层结构。第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能细胞膜的作用：将细胞的内容物和细胞周围的微环境分割开来，使细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响。2023/10/24第一章细胞的基本功能解释细胞膜结构的最好学说是液体镶嵌模型该模型的基本内容是：膜以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着蛋白质分子。另外还有少量糖类，以糖脂或糖蛋白形式存在。上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能二、细胞膜的物质转运(一)被动转运指物质顺电位或化学梯度的转运过程

2023/10/24第一章细胞的基本功能被动转运的特点：

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

2023/10/24第一章细胞的基本功能1、单纯扩散(simplediffusion)(如图)概念：物质的分子或离子顺着电化学梯度通过细胞膜的方式称为单纯扩散。2023/10/24第一章细胞的基本功能单纯扩散的特点：

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

转运的物质：

O2、CO2、NH3

、N2

、尿素、乙醚、乙醇、类固醇激素等少数几种

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2023/10/24第一章细胞的基本功能2、易化扩散（facilitateddiffusion）概念：指一些非脂溶性或脂溶性甚小的物质（如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等无机离子）在细胞膜一些特殊蛋白质的“帮助”下，由膜的高浓度（高电位）一侧向低浓度（低电位）一侧扩散或转运的过程。上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能分类:

①经通道的易化扩散（以离子通道为中介的易化扩散）②经载体的易化扩散（是以蛋白质载体为中介的易化扩散）2023/10/24第一章细胞的基本功能①经通道的易化扩散(如图)[K+]i＞[K+]o转运的物质:各种带电离子如Na+、K+

、

Ca2+2023/10/24第一章细胞的基本功能经通道的易化扩散特点：①速度快②选择性③受精密调控：浓度和电压依从性（化学门控通道、电压门控通道）2023/10/24第一章细胞的基本功能②经载体的易化扩散如葡萄糖、氨基酸都不溶解于脂质，但在载体的“帮助”下,也能进行被动地跨膜转运。2023/10/24第一章细胞的基本功能特点：

A.高度的结构特异性

B.饱和现象

C.竞争性抑制，

D.转运速度快，

E.因蛋白质的结构和功能常受膜内外各种因素的影响,因此与蛋白质分子有关的物质的通透性是可变化的。

2023/10/24第一章细胞的基本功能（二）主动转运（activetransport）1、概念：指细胞通过本身的某种耗能过程将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。上一页结束放映下一页物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程2023/10/24第一章细胞的基本功能2、主动转运的特点：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逆电-化学梯度进行的①原发性主动转运（简称：泵转运）

如：Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等②继发性主动转运（简称：联合转运）

3、主动转运的分类:2023/10/24第一章细胞的基本功能

①原发性主动转运——Na+-K+泵

是镶嵌在膜的脂质双分子层中的、具有ATP酶活性的特殊蛋白质。它可被Na+、K+和Mg2+等离子所激活，通过分解ATP为物质主动转运提供能量。通道转运与钠-钾泵转运模式图2023/10/24第一章细胞的基本功能钠-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）。Na+-K+泵2023/10/24第一章细胞的基本功能2023/10/24第一章细胞的基本功能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。2023/10/24第一章细胞的基本功能①载体蛋白必须与Na+和待转运物质的分子同时结合，才能顺着Na+浓度梯度的方向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细胞基侧膜上的Na+泵活动，不断将Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低Na+状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到零。

2023/10/24第一章细胞的基本功能分类：

①同向转运②逆向转运

2023/10/24第一章细胞的基本功能（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）入胞：指细胞外某些大分子物质或团块（例如侵入动物体内的细菌、病毒或大分子蛋白质等）被整批转入细胞的过程。如进入的物质是固体物质，便称为吞噬（phagocytosis）；如进入的是液体物质，则称为吞饮（pinocytosis）。上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能入胞:(如图：)2023/10/24第一章细胞的基本功能（四）出胞和入胞上一页结束放映下一页出胞：指某些大分子物质或团块由细胞排出的过程。例如，腺细胞分泌某些酶和粘液，内分泌腺分泌激素以及神经末稍释放递质等都属于出胞作用。2023/10/24第一章细胞的基本功能出胞:(如图：)2023/10/24第一章细胞的基本功能第二节细胞的跨膜信息传递功能上一页结束放映下一页内环境中的各种化学因子可通过4种方式到达靶细胞，发挥生理作用2023/10/24第一章细胞的基本功能①远距离分泌：内分泌腺分泌的激素或其它体液性调节因子经血液循环运输达到靶细胞的方式；②突触传递：神经末梢释放的神经递质或调质，经突触间隙液扩散到突触后神经或效应器细胞膜上的方式

③旁分泌：某些细胞分泌的化学物质经细胞外液以扩散到达邻近细胞膜上的方式；④自分泌:细胞自身分泌的物质又作用于自身的膜上

2023/10/24第一章细胞的基本功能一、跨膜信息传递的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，将信息传递到膜内的过程。2023/10/24第一章细胞的基本功能二、跨膜信息传递的主要方式

1.离子通道偶联受体介导的信号转导2.G蛋白偶联受体介导的信号转导3.酶偶联受体介导的信号转导上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能（一）离子通道偶联受体介导的信号转导离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道上一页结束放映下一页离子通道实际上是特殊的膜蛋白质分子在膜上形成的通道。2023/10/24第一章细胞的基本功能2023/10/24第一章细胞的基本功能（二）G蛋白偶联受体介导的信号转导上一页结束放映下一页过程：1.激素或调节分子与膜受体结合

2.配体-受体结合物与G蛋白相互作用并使后者激活

3.活化态G蛋白与一种或数种酶相互作用而激活或抑制它们。一种或数种第二信使（cAMP、cGMP、Ca2+等）在细胞内水平增加或降低。第二信使依赖性蛋白激酶的活性改变：酶或离子通道的磷酸化水平发生改变或离子通道活性变化从而引起最后的细胞反应。2023/10/24第一章细胞的基本功能（二）G蛋白偶联受体介导的信号转导上一页结束放映下一页1、受体（receptor）：指细胞中存在能专一性结合激素、递质和其它生物活性物质，并能引起特定生物学效应的特殊结构。受体的结构：受体的结合部分—决定受体的特异性受体的催化部分—功能部分，大多是酶，被激活而引发一系列连锁性生化反应，导致细胞功能.

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2、G蛋白耦联受体受体蛋白质是能与化学信号分子进行特异结合的独立的蛋白质分子，包括α和β肾上腺素能受体,Ach受体,多数肽类激素,5-羟色氨受体,嗅觉受体,视紫红质受体等。3、G-蛋白：鸟苷酸结合蛋白的简称。有兴奋型和抑制型两种，可分别引起效应器酶的激活和抑制而导致细胞内第二信使物质增加或减少。2023/10/24第一章细胞的基本功能①受体与配体结合后构型变化，激活膜内侧G蛋白，②G-蛋白通常由α、β、γ3个亚基组成，其中α亚单位起催化作用。

③无活性的G蛋白（抑制性G蛋白）与1分子GDP结合；已激活的G蛋白（兴奋性G蛋白）其α亚单位与GDP和其它2个亚单位分离，而与1分子GTP结合，并对膜的效应器酶起催化作用，后者的激活可引起胞浆中第二信使生成增加或减少（图）。G蛋白的无活性状态：G蛋白-GDPG蛋白的活性状态：G蛋白-GTP

2023/10/24第一章细胞的基本功能2023/10/24第一章细胞的基本功能2023/10/24第一章细胞的基本功能4、G蛋白效应器1）能催化第二信使生成的酶：位于细胞膜上的腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）；依赖于cGMP的磷酸二酯酶(PDE)及磷脂酶A2。它们能激活相应的腺苷酸环化酶等使胞浆中的第二信使物质增加。2）离子通道2023/10/24第一章细胞的基本功能5、信使：信息的载体或携带者(1)第一信使：神经递质、激素等(2)第二信使：在细胞内继续传递激素所携带的调节信息的特殊化学物质，称为第二信使。含氮类激素的第二信使为cAMP，甾体类激素的第二信使为细胞内的激素-受体复合物。此外，Ca2+、

cGMP、前列腺素、三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油（DG）也可作为第二信使。第二信使的功能是调节各种蛋白激酶和离子通道。

（图）2023/10/24第一章细胞的基本功能受体-G蛋白-AC信号转导途径2023/10/24第一章细胞的基本功能受体-G蛋白-PLC信号转导途径2023/10/24第一章细胞的基本功能（三）酶耦联受体介导的跨膜信号转导如胰岛素和细胞生长因子等的跨膜信息传递过程，其特点：1.无G蛋白参与2.无第二信使产生和胞浆中蛋白激酶的激活3.该受体的膜内肽段具有磷酸激酶活性，磷酸化的位点是底物蛋白中的酪氨酸残基，并由此实现细胞外信息对细胞功能的调节。上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能第三节细胞的兴奋性和生物电现象当动物生活的环境发生变化时引起体内代谢过程及其外表活动的改变，称为反应。反应有两种表现形式：上一页结束放映下一页兴奋(excitation)：由相对静止变为显著的运动状态，或原有的活动由弱变强。抑制(inhibition)：由运动转为相对静止，或活动由强变弱。实际上抑制是兴奋的另一种表现形式。能被动物体所感受，并引起动物体发生反应的环境变化称为刺激。2023/10/24第一章细胞的基本功能第三节细胞的兴奋性和生物电现象

一、细胞的兴奋性（一）兴奋性和兴奋的含义兴奋性（excitability）：活组织或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）：指产生动作电位的过程或是动作电位的同意语。活组织或细胞受刺激后产生了动作电位即产生了兴奋。受到刺激能产生动作电位的组织（细胞）称为可兴奋组织（细胞）上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能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。两个要素都达到最小值（阈值）才能引起组织（细胞）兴奋，低于阈值的刺激不能引起兴奋。3.强度-时间变化率强度—时间变化曲线：在一定范围内引起组织兴奋所需的刺激强度与该刺激的作用时间呈反变关系。（二）刺激引起兴奋的条件上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能刺激强度时值基强度刺激作用的时间强度—时间曲线2023/10/24第一章细胞的基本功能（三）组织（细胞）兴奋时兴奋性的变化绝对不应期（absoluterefractoryperiod）相对不应期（relativerefractoryperiod）超常期（supranormalperiod）低常期（subnormalperiod）上一页结束放映下一页2023/10/24第一章细胞的基本功能绝对不应期：在神经接受前一个刺激而兴奋时的一个短暂时期内，神经的兴奋性下降至零。此时无论多强的刺激也不能再次兴奋相对不应期：在绝对不应期之后