细胞生理1 细胞的跨膜物质转运功能 完整版

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四节肌细胞的收缩功能第二节细胞的跨膜信号转导功能基本功能：跨膜物质转运，信号转导，生物电及收缩人体大约由10万亿个细胞组成，200余种细胞的跨膜物质转运功能一、膜的化学组成和分子结构脂质双分子层

以液态的脂质双分子层为基架，具有稳定性和流动性。细胞膜蛋白质

镶嵌或贯穿于脂质双分子层中，生物膜具有的各种功能大多与其有关。细胞膜的功能：选择性屏障作用通过胞吐和胞吞作用完成代谢物的排出和营养物的吸收传递信息的作用完成激素或神经递质的释放功能（胞吐）（一）细胞膜的脂质磷脂类：约占60~70%。位于细胞膜内层，和胞内信号转导及钙释放有关双嗜性分子：磷酸+碱基—亲水极性基团（头部）脂肪酸烃链—疏水性非极性基团（尾部）磷脂酰肌醇（IP3,DG)作为第二信使在跨膜信号转导中起重要作用胆固醇：约25~30%。散布于磷脂分子间，可稳固磷脂分子形成的双分子层，保持膜稳定性。少量糖脂、鞘脂类：约5~10%膜脂质的特点：体温下呈溶胶态，使膜具有某种程度的流动性。膜的流动性使细胞具有变形能力脂质熔点低，具有流动性，和膜受体及信号分子移动组合有关膜对脂溶性物质（O2,CO2)易通透，水溶性物质(离子、葡萄糖）不易通透。（二）细胞膜的蛋白质实现细胞膜的主要功能表面蛋白：附着在膜表面（骨架蛋白，锚定蛋白）结合蛋白：以肽链（α-螺旋）的形式贯穿于膜之中膜蛋白的功能：完成跨膜物质转运识别信号分子传递跨膜信息

有些作为抗原决定簇=免疫信息(血型)；(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。

有些作为膜受体的“可识别”部分，能特异地与激素，递质等结合。

带有电荷，影响细胞之间的相互接触；二、细胞膜的跨膜物质转运功能●被动转运●主动转运

指物质顺电位或化学梯度的转运过程。

指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。（一）被动转运(passivetransport)

概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程

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1.单纯扩散(simplediffusion)(1)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。[CO2]i＞[CO2]o[O2]o＞[O2]i

(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，用扩散通量（molormol数/min.cm2)表示。

(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。

2.易化扩散(facilitateddiffusion)

(1)概念:一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,需特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。

(2)分类:②经载体的易化扩散①经通道的易化扩散（1）经通道的易化扩散转运的物质:各种带电离子[K+]i＞[K+]o[Na+]o＞[Na+]i通道的共同特征1、对离子具有高度的选择性2、转运离子速度快108-1010个离子/秒3、顺浓度梯度转运。以电-化学梯度作为动力的分子热运动。4、受不同因素的调控，从而决定其开闭状态。离子通道介导的易化扩散细胞膜上有多种离子通道蛋白，Na+、K+、Ca2+、Cl-等离子可以通过这些通道跨膜转运。电压门控(voltage-gated)类:多数离子通道是电压门控类，如Na+、K+、Ca2+通道等。通道的开闭受膜两侧电压差的控制。是可兴奋细胞产生电活动的基础。如AP通道-电压传感器—带电荷的氨基酸---在电场的作用下发生位移→通道蛋白构象改变→通道开放化学（配体）门控(Ligand-gated)通道通道开闭受某些化学物质（配体）控制跨膜蛋白分两部分：---受体部分—识别并结合化学物质的位点---通道部分—蛋白质构型改变，通道开闭配基可来自胞外，如n型乙酰胆碱受体本身就包含Na+、K+通道，当乙酰胆碱与受体结合时，离子通道开放。机械门控水的跨膜转运：1、渗透(osmosis)

当细胞膜两侧溶液不同时，水分子渗透压低的一侧———→渗透压高的一侧移动

(渗透压差)

这种物质转运方式叫渗透。这是水通过细胞膜的主要方式。2、水通道（水孔蛋白）aquporin：1992年克隆出水通道（PeterAgre，2003）水通道也是跨膜蛋白，是四聚体蛋白。每个单体都可形成一个独立的通道。主要分布在红细胞、肾小管、汗腺、唾液腺、脑组织等肾远曲小管和集合管的水通道受抗利尿激素的调节而影响水的重吸收。（2）经载体的易化扩散(载体转运）转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质在载体蛋白介导下，顺浓度梯度跨膜转运

特点:①需依靠特殊膜蛋白质（transporter）的“帮助”②不需另外消耗能量（浓度梯度）③选择性（∵特殊膜蛋白质本身有结构特异性）④饱和性（∵结合位点是有限的）⑤竞争性（∵经同一特殊膜蛋白质转运）⑥浓度和电压依从性（∵特殊膜蛋白质的变构是有条件的，如化学门控通道、电压门控通道）

(二)主动转运(activetransport)

概念：指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。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是逆电-化学梯度进行的。

分类：

③入胞和出胞式转运。②继发性主动转运（简称：联合转运）；①原发性主动转运（简称：泵转运）；如:Na+-K+泵、Ca2+-Mg2+泵、H+-K+泵等泵转运——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。通道转运与钠-钾泵转运模式图

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+]o高、[K+]i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+]i↑/[K+]o↑激活钠-钾泵: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。继发性主动转运：主要存在于肾小管和肠黏膜上皮细胞中，在体肾小管和肠黏膜上皮细胞的管腔侧，Na+顺浓度差进入细胞的同时，伴有葡萄糖、氨基酸等物质转运入细胞内它们主动转运所需的能量不是直接来自ATP的分解，而是来自膜外Na+的高势能，造成这种高势能需要消耗ATP。葡萄糖或氨基酸主动转运的能量间接来自ATP，这种转运类型称为继发性主动转运(或称联合转运)。同向和反向转运3.入胞和出胞式转运（囊泡运输）一些大分子物质或团块进出细胞,是通过细胞本身的吞吐活动进行的,亦可属于主动转运过程。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。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。分泌物排出融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被=分泌囊泡高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物出胞(exocytosis)：囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分细胞膜上的受体对物质的“辨认”发生特异性结合=复合物复合物向膜表面的“有被小窝”移动“有被小窝”处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离=吞食泡吞食泡与胞内体的膜性结构相融合入胞(endocytosis):低密度脂蛋白受体介导入胞第二节细胞的跨膜信号转导功能

多细胞生物体必须具备完善的信号转导系统以协调其正常的生理功能。细胞间传递信息的物质多达几百种：如递质、激素、细胞因子等。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：①离子通道介导的信号转导③酶偶联受体介导的信号转导②G蛋白偶联受体介导的信号转导细胞的信号分子根据其溶解性通常可分为：①

亲脂性信号分子，甾类激素和甲状腺素等可穿过细胞质膜进入细胞，与细胞质或细胞核中受体结合形成激素--受体复合物，调节基因表达②亲水性信号分子，包括神经递质、生长因子、局部化学递质和大多数激素不能穿过靶细胞膜，只能与靶细胞表面受体结合经信号转换机制，在细胞内产生第二信使或激活蛋白激酶或蛋白磷酸酶的活性，引起细胞的应答

③一氧化氮，能进入细胞直接激活效应酶，参与体内众多的生理病理过程受体(receptor)：一种能够识别和选择性结合某种配基(信号分子)的大分子

当与配基(配体)结合后，通过信号转导(signaltransduction)作用将胞外信号转换为胞内的化学或物理信号，以启动一系列过程和生物学效应。受体的本质：多为糖蛋白，一般至少包括两个功能区域—与配基结合的区域

---产生效应的区域二者分别具有结合特异性和效应特异性。受体分类：根据靶细胞上受体存在的部位，可将受体分为:细胞内受体(intracellularreceptor):受胞外亲脂性信号分子激活细胞表面受体(cell-surfacereceptor):受胞外亲水性信号分子激活激素作用的第二信使学说(secondmessengertheory)：胞外化学物质不能进入细胞，它作用于细胞表面受体，导致胞内产生第二信使，从而激发一系列生化反应，最后产生一定的生理效应，第二信使的降解使其信号作用终止。

ATP细胞外信号分子＋膜受体→腺苷酸→↓—→胞内生理效应（第一信使）