细胞的基本生理功能
* Exocytosis & endocytosis Exocytosis: cell secretion Endocytosis: phagocytosis Receptor mediated endocytosis
Sodium-potassium pump
Secondary active transport
Exocytosis & endocytosis
Receptor mediated endocytosis
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
§ 2. Transmembrane signal transduction Concept Several main forms * Mediated by ion channel * Mediated by G-protein coupled receptor * Mediated by tyrosine kinase receptor * Mediated by intercellular channel * Mediated by nitric oxide Cellular proto-oncogene Mediate-early gene
* Along an unmyelinated fiber * Along a myelinated fiber
Saltatory conduction faster than that along an unmyrlinated fiber Energy-sparing principle
Conduction of AP along an unmyelinated fiber
Fluid mosaic model of membrane
* Simple diffusion & its energy source O2, CO2, NH3, NO, etc.
* Facilitated diffusion & its characteristics Facilitated diffusion via ion channel Chemically gated channel Voltage-gated channel Mechanically gated channel Na+, K+, Ca2+, Cl channel Facilitated diffusion via carrier Glucose, amino acids, some ions, etc.
Tyrosine kinase receptor mediated transduction
§ 3. Bioelectrical phenomena of the cell
Several basic concepts * Excitability * Excitable cells or tissues * Stimulus & excitation * Threshold stimulus, intensity or threshold * Relationship between Excitability & threshold
Definition & Characteristics: Gradational, electrotonic propagation, summation (spatial & temporal ~)
* Threshold potential——firing level Definition
* Initiation of action potential Threshold stimulus or Several subthreshold stimulidepolarizationfiring level
between intra- & extra-cellular fluids
* Variations in membrane permeability to
those ions during rest
* Outward diffusion of K+EK
EK
RT ln PK [K ]O ZF PK [K ]i
* Action potential (AP) Occurs when a stimulus is applied A brief deflection (spike) of the baseline Depolarization & repolarization phases All or none & not attenuated propagation
Sodium pump’s work recovery of the distribution of [K+]i & [Na+]O
Several physiological terms * Polarization * Depolarization * Overshoot * Repolarization * Hyperpolarization * Spike & after-potential Negative & positive after-potential
Local response
Local response and its contribution to AP
Conduction of action potential Mechanism: local current Characteristics: In both directions
Facilitated diffusion via ion channel
Facilitated diffusion via carrier
* Active transport Sodium-potassium pump & its effects Other pumps: calcium pump, proton pump
* Na+ channel has 3 states Resting, active & inactive states
Three states of Na+ channel
Experimental evidence * Voltage clamp technique By Hodgkin & Huxley in ’1940 Principle: GNa=1/RNa=INa/(EmENa) GK=1/RK=IK/(EmEK) * Combined with pharmacological technique Na+ channel blocker: tetrodotoxin (TTX) K+ channel blocker: tetraethylammonium (TEA) * Patch clamp technique By Neher & Sakmann in 1976
Voltage clamp
Membrane current
Changes of membrane conductance during AP
Patch Clamp
Records with the technique of patch clamp
Local response & threshold potential T * Local response
* Mediated by ion channel Ionotropic receptor
* Mediated by G-protein coupled receptor Metabotropic receptor, G-protein, effecter enzyme AC-cAMP-PKA PLC-IP3-Ca2+-CaM & PLC-DG-PKC G-protein-ion channel
* Mediated by tyrosine kinase receptor Tyrosine kinase receptor receptor-associated tyrosine kinase
A model of G-protein coupled receptor
G-protein coupled receptor mediated transduction
* Transmembrane diffusion of other ions
Em
RT ln PK [K ]O PNa[Na ]O PCl[Cl ]i ZF PK [K ]i PNa[Na ]i PCl[Cl ]O
* Electrogenesis of sodium pump
Genesis of action potential * Depolarization phase Membrane permeability to Na+ENa Depolarization+overshoot * Repolarization phase Membrane permeability to Na+ Membrane permeability to K+Em Repolarization * After repolarization (resting phase)
The further mechanism Why does the membrane permeability change when the cell receives a stimulus?
* Na+ channel is voltage dependent Stimulusa few Na+ channels open membrane depolarizationwhen reached the firing levela great amount of Na+ channels open (regenerative cycle) APs burst
生理学 第二章 细胞的基本功能
+
2. 继发性主动转运
方向： 低→高 介导蛋白质：转运蛋白 分类： 同向转运 逆向转运 转运物质举例：
Na
+
葡萄糖(小肠上皮、肾小 管上皮)、氨基酸
小分子物质跨膜运输方式的比较
单纯扩散 运输方向 载体 能量 举例 顺浓度梯度 不需要 不耗能 O2、CO2、H2O、 甘油、乙醇、苯 等 易化扩散 顺浓度梯度 需要 不耗能 葡萄糖进入红细 胞 主动转运 逆浓度梯度 需要 耗能 Na+、K+、Ca+等 离子； 小肠吸收葡萄糖、 氨基酸等
静息状态下细胞膜对K+的通透性最大
3)膜外正电变为流动阻力
4)当动力(浓度差)=阻力(电位 差)时，跨膜流动停止
5)达到 K+的电－化学平衡电位，
即 K+平衡电位。
结论：静息电位相当于K+平衡电位
3. 静息电位小结
1) K+外流是静息电位形成的主要原因，静息电位接近于K+的 电－化学平衡电位。 2) 静息状态时细胞膜对Na+也有一定的通透性，通常静息电位 略低于K+平衡电位。 3)静息电位=极化状态，是一个现象的两种表达方式。 4)静息电位的大小主要受细胞内外K+浓度的影响，细胞代谢障 碍也可影响静息电位。
一、小分子物质和离子的跨膜转运
二、大分子物质和颗粒物质的跨膜转运
一、小分子物质和离子的跨膜转运
(一)被动转运
(二)主动转运
(一)被动转运
概念： 是指物质从高浓度一侧向低浓度一侧（顺浓度差）的跨膜 转运形式，转运过程不需要细胞代谢提供能量，其动力为细 胞膜两侧存在的浓度差(或电位差)。 分类： 1．单纯扩散（不需膜蛋白辅助） 2．易化扩散（需膜蛋白辅助）
生理学第二章细胞的基本功能
第二章细胞的基本功能细胞的基本功能，包括①细胞的物质跨膜转运功能②信号转导功能③生物电现象④肌细胞的收缩功能。
第一节细胞膜的结构和物质转运功能一、细胞膜的结构概述质膜的组成磷脂>70% 磷脂酰胆碱>磷脂酰丝氨酸>磷脂酰乙醇胺>磷脂酰肌醇脂质胆固醇<30%糖脂<10%细胞膜=质膜蛋白质：功能活跃的细胞，其膜蛋白含量较高糖类膜结构：液态镶嵌模型膜的基架是液态的脂质双分子层，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。
(一) 脂质双分子层1、磷脂、胆固醇和糖脂都是双嗜性分子。
●磷脂分子中的磷酸和碱基、胆固醇分子中的羟基以及糖脂分子中的糖链等亲水性基团分别形成各自分子中的亲水端，分子的另一端则是疏水的脂肪酸烃链。
这些分子以脂质双层的形式存在于质膜中，亲水端朝向细胞外液或胞质，疏水的脂肪酸烃链则彼此相对，形成膜内部的氨基酸的磷脂(磷脂酰丝氨酸，磷脂酰乙醇胺，磷脂酰肌醇)主要分布在膜的近胞质的内层，而磷脂酰胆碱的大部分和全部糖脂都分布在膜的外层。
2、膜脂质的熔点较低，在体温条件下呈液态，因而膜具有流动性；但脂质双层的流动性只允许脂质分子作侧向运动→使嵌入脂质双分子层中的膜蛋白也发生移动、聚集和相互作用→膜上功能蛋白的相互作用、入胞、出胞、细胞的运动、分裂、细胞间连接的形成。
●影响膜流动性的因素包括：①胆固醇的含量。
胆固醇分子中的类固醇核与膜磷脂分子的脂肪酸烃链平行排列，在膜中起“流度阻尼器”的功能，可降低膜的流动性。
②脂肪酸烃链的长度和饱和度。
如果脂肪酸烃链较短，饱和度较低，则膜的流动性较大；反之，如果烃链较长，饱和度较高，则膜的流动性就较小。
③膜蛋白的含量。
镶嵌的蛋白质越多，膜的流动性越低。
(二)性残基为主，肽键之间易形成氢键，因而以仅螺旋结构存在；暴露于膜外表面或内表面的肽段是亲水性的，形成连接这些α跨膜螺旋的细胞外环或细胞内环。
由于脂质双层中疏水区的厚度约3nm，因而穿越质膜疏水区的跨膜片段约需18～21个氨基酸残基，以形成足够跨越疏水区厚度的α螺旋。
《生理学》第二章细胞的基本功能
细胞膜在新陈代谢过程中所需的营养物质，以及细胞产生的代谢产物，都必须跨越细胞膜这 一屏障才能转到相应的部位，即物质转运。常见的细胞膜物质转运方式有以下几种。
第一节 细胞膜的物质转运功能
一、单纯扩散
第5 页
单纯扩散是指脂溶性小分子物质从高浓度一侧向低浓度一侧跨细胞膜转运的过程。单
纯扩散是一种简单的物理现象。一般来说，只有脂溶性的小分子物质才能通过脂质分子的间隙进
103～105个）。离子扩散速率的
大小除取决于膜两侧离子的浓度 差外，还受膜两侧电位差的影响。 浓度差和电位差合称为电化学梯 度。电化学梯度越大，驱动力就 越大。
每种通道只对一种或几种 离子有较大的通透性，其他离子 则不易或不能通过。根据离子选
择性，通道可分为Na+通道、K+ 通道、Ca2+通道和Cl－通道等。
哺乳动物细胞膜上普遍存在着钠-钾 泵，简称钠泵。钠泵是镶嵌在脂质双分 子层中的具有ATP酶活性的一种特殊蛋白 质，它能因细胞内Na+浓度升高和细胞外
K+浓度升高而激活，因此又称为Na+-K+依
赖式ATP酶。
第一节 细胞膜的物质转运功能
三、主动转运
第 12 页
（一）原发性主动转运
正常细胞膜外Na+浓度远高于细胞内， K+浓度远低于细胞内，当细胞受到有效刺激后，导致细胞 内Na+浓度升高（仍低于膜外）或细胞外K+浓度升高（仍低于膜内）时，钠泵被激活，分解ATP，释放 能量，将Na+从细胞内泵出，同时将细胞外的K+泵入。通常每分解1个ATP分子，可将3个Na+泵出膜外， 同时将2个K+泵入膜内（图2-3）。但这种化学定比关系在不同情况下可以改变。
生理学 第二章 细胞的基本功能 名词解释
生理学第二章细胞的基本功能名词解释1.单纯扩散：脂溶性的小分子物质顺浓度差通过细胞膜的跨膜转运过程，称为单纯扩散。
2.易化扩散：是指一些非脂溶性或脂溶性低的物质在膜转运蛋白（载体或通道）的帮助下，顺化学和电位梯度的跨膜转运过程，称为易化扩散。
3.原发性主动转运：是指物质依靠细胞膜上的离子泵，逆浓度梯度或电位梯度通过细胞膜的过程。
这个过程需要消耗能量。
4.继发性主动转运：是指某一物质的逆浓度差转运需要依赖另一物质的浓度差所造成的势能而实现的主动转运过程。
5.钠钾泵:也称为Na-K-ATP酶,简称钠泵。
是细胞膜上的一种具有ATP活性的特殊蛋白质分子,它能使ATP分解释放能量,并利用此能量进行Na和K的逆浓度差主动转运。
6.G蛋白:即鸟苷酸结合蛋白,它是耦联膜受体与下游效应器的膜蛋白,存在于质膜的胞质面,通常由a、β、Y三个亚单位形成。
7.刺激:能引起活组织或机体发生反应的内外环境变化。
8.静息电位:活细胞处于安静状态时存在于细胞膜两侧的电位差,称为静息电位9.极化:指在大多数细胞中把静息电位存在时细胞膜电位呈稳定的内负外正的状态称为极化。
10.超极化:指静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化的过程。
11.去极化:指静息电位的数值向膜内负值减小的方向变化的过程。
12.反极化:细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极化反转过程。
13.超射:指去极化至零电位后膜电位进一步变为正值,我们把膜电位高于零电位的部分称为超射。
14.复极化:指细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程。
15.动作电位:可兴奋细胞受到刺激而兴奋时,细胞膜在静息电位的基础上产生的一次迅速、可逆、可扩布性的电位变化,称为动作电位。
它由锋电位和后电位两部分组成。
它是可兴奋细胞兴奋的标志。
16.阈电位:是指细胞膜上某种离子通道大量开放、离子迅速内流而爆发动作电位时所需的临界膜电位值。
它的绝对值通常比静息电位的绝对值小10~20mV。
17.后电位:是指锋电位在其完全恢复到静息水平之前所经历的一些微小而缓慢的波动,称为后电位。
《生理学基础》第二章细胞基本功能
促使外流的动力：膜两侧[]的浓度差， 阻止外流的阻力：膜两侧的电位差 当动力（浓度差）＝ 阻力（电位差） 的跨膜净通量 ＝ 零，此时的电位差 值称为的平衡电位。
∴静息电位（） 的平衡电位
45
.动作电位与的平衡电位 动作电位（）是细胞受到刺激后，在静息
电位基础上发生的一次可扩布的快速而可逆的 电位变化，
条件： ①安静时膜内高 ②安静时膜对的通透性高
只对有通透性 对其他离子通透性极低
—— 外流
外流的动力：膜内的高势能 外流的条件：安静时膜对有通透性
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二、动作电位 （）
（一）动作电位的概念
v细胞受到有效刺激时，细胞膜在静息电位的基础上发生一次快速的、 可传导的电位变化，称为动作电位。是细胞兴奋的标志。
阈刺激和阈电位的概念不同，但对于导致细 胞最后产生动作电位的结果相同，故都能反映细 胞的兴奋性 。 阈电位一般比静息电位的绝对值小～， 如：神经和肌肉细胞，阈电位为～。
58
（三） 阈下刺激、局部反应及其总和 概念：阈下刺激引起的低于阈电位的去极 化（即 局部电位），称局部兴奋。
59
局部反应的特点：
19
三、主动转运
.定义 v 膜上“泵”的作用，由低浓度一侧向高浓度一侧转运。
.特点 v逆浓度差、逆电位差（低→高） v需要泵蛋白帮助 v消耗能量
.意义 v膜内外不均衡离子分布
20
v正常情况下，、在细胞内外的分布有很大 的不同，以神经细胞为例：
细胞内 倍
细胞外
倍
v这种不均衡的离子分布在所有细胞膜两侧普 v遍存在，是通过消耗能量来形成和维持的。
.物质转运功能：营养物质与代谢产物的 进入和排出都经过细胞膜转运。
.受体功能：细胞膜受体具有识别和接受 刺激信号的能力，并引起细胞内信号转 导过程。
细胞的基本生理现象
細胞的基本生理現象細胞為構成生物體的基本單位。
為了瞭解細胞、組織及器官的活動與功能，首先需瞭解其構造。
一個細胞要維持正常的功能，其內的構造必須互相配合，保持正常運作，才能表現出一個正常細胞的生命現象。
以生長在水中的單胞綠藻為例，在單細胞內進行的各種生命現象，包括各種的物理及化學反應。
這些基本的生理現象計有：1.吸收作用(absorption）：細胞由外界吸收水分、無機鹽類及氣體，並且把某些物質排到體外。
2.光合作用(photosynthesis）：綠色的細胞可吸收光能及其他物質合成養料之作用。
3.消化作用（digestion）：細胞將複雜的物質分解成簡單的物質，以便通過原生質膜或適合於運輸作用。
4.呼吸作用（respiration）：細胞把營養份中的能量釋放出來，儲存於高能的ATP，以供應細胞合成代謝及其他生理作用所需的能源。
5.同化作用（assimilation）：細胞利用養分合成原生質的各種代謝作用。
6.生長（growth）：生長是指量的增加。
生長是細胞體積的增大或細胞數目增加的結果。
7.生殖作用(reproduction）：單細胞構成的生物體，它生長到一定的程度就能產生與親細胞相同之新細胞，此為無性生殖（ase- xualreproduction）。
同樣生物體長到一定的階段就開始有繁殖下一代的能力，產生雌雄配子，進行有性生殖（sexualreprodu- ction）。
※細胞膜的構造為了維持生命現象所需之各種化學反應的進行，細胞必須維持適當的內部環境，不管外界環境是如何改變。
為此細胞必須有調節自己的組成，保持恆定的條件。
這些現象的維持是靠細胞膜（cellmembranes）或稱為原生質膜（plasmamembrane）。
細胞膜是一層6至10mm厚的薄膜，只在電子顯微鏡下才看的到。
依照最新且最被接受的模式是液體鑲嵌模式（fluidmosaicmodel），原生質膜是由液脂雙層（fluidlipidbilayer）中埋入各種球形蛋白（globularproteins）所組成的。
生理学第二章细胞的基本功能
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2.肌丝滑行
终池膜上的钙通道开放 终池内的Ca2+进入肌浆
Ca2+与肌钙蛋白结合 肌钙蛋白的构型改变 原肌球蛋白位移， 暴露细肌丝上的结合位点 横桥与结合位点结合， 分解ATP释放能量
横桥摆动 牵拉细肌丝朝肌节中央滑行
肌节2缩021/短4/21=肌细胞收缩
按任意键 飞入横桥摆动动画
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四、骨骼肌收缩的形式
（一）等长收缩与等张收缩 等长收缩:收缩时,只有张力增加而长度不
变的收缩,称为等长收缩。
等张收缩:收缩时,只有长度缩短而张力不
变的收缩,称为等张收缩。
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（二）单收缩与强直收缩
Na+-K+泵又称Na+-K+-ATP酶，简称钠泵。
当膜内钠离 子↑ 或膜外 钾离子↑时， 都被激活， ATP 分 解 产 生能量，将 胞 内 3 个 Na+ 移至胞外和 将胞外2个 K+ 移 入 胞 内 。
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钠泵活动的意义：
•生物电产生的基础； •是其它物质继发主动转运的动力 •细胞内高钾是胞浆内许多代谢反应所必需的 •防止细胞内水肿
转运的物质：氧气、二氧化碳、脂类等
决定扩散速度的因素：浓度差；膜的通透性
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2.易化扩散
概念：非脂溶性或脂溶性小的小分子、离子物 质在膜蛋白的帮助下，由高浓度一侧向 低浓度一侧移动通过细胞膜的方式
转运的物质：葡萄糖；氨基酸；无机盐
生理学课件-细胞的基本功能ppt
03
常见的引起细胞坏死的 因素包括缺血、缺氧、 化学物质、物理因素等。
04
细胞坏死对机体的影响 取决于坏死细胞的类型 和数量，以及坏死发生 的位置。
感谢您的观看
THANKS
细胞凋亡在维持机体内环境平衡、组 织器官发育和损伤修复等方面具有重 要作用。
细胞凋亡的触发因素包括生理性刺激 和病理性刺激，如射线、化学物质、 病毒感染等。
细胞坏死
01
细胞坏死是一种非程序 性细胞死亡过程，通常 是由于外界因素引起的 细胞损伤。
02
细胞坏死的主要特点是 细胞膜破裂、细胞内容 物外泄，以及炎症反应 的发生。
远距分泌信号转导途径
神经分泌信号转导途径
神经分泌信号转导途径是指神经细胞 分泌的信息物质，通过与靶细胞膜上 的受体结合而发挥作用的一种信号转 导方式。
远距分泌信号转导途径是指某些细胞 分泌的信息物质，通过循环系统而作 用于全身各处的靶细胞。
信号转导的调节
负反馈调节
负反馈调节是指靶细胞的信息物 质可反馈性地作用于产生该物质 的内分泌细胞或神经元，从而抑 制或减弱该物质的信息释放。
缩等现象。
细胞衰老的主要原因是遗传信 息的损伤和突变，以及细胞内
自由基的积累。
细胞衰老有助于维持机体内环 境的稳定，防止细胞过度增殖
引起的肿瘤发生。
细胞凋亡
细胞凋亡是一种程序性细胞死亡过程， 它是由基因控制的细胞主动死亡过程。
细胞凋亡的过程包括细胞膜内陷、细 胞体积缩小、染色质浓缩和DNA断 裂等。
氧化磷酸化的效率很高，因为它能够 将大部分能量转化为ATP，而不是以 热能的形式散失。
氧化磷酸化主要在线粒体中进行，它 需要NADH和FADH2等中间产物作为 燃料。
动物生理学之细胞的基本功能
活性。
➢G蛋白分为：Gs、Gi、Gq、G12四大家族
➢有两种构象：非活化型、活化型
第二章 细胞的基本功能
32
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
1994年医学和生理学诺贝尔奖获得者——
发现G蛋白及其在细胞信号转导中的作用
艾尔弗雷德.吉尔默
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第一节 细胞膜的物质转运功能
• 4、入胞和出胞——大分子物质或团块
• （1）入胞或内吞
细胞外大分子物质或团块（如细菌、病毒或大分子蛋白质等）与细胞膜
形成吞噬泡或吞饮泡被整批转入细胞的过程。
吞噬：进入的是固体物质
吞饮：进入的是液体物质
第二章 细胞的基本功能
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第一节 细胞膜的物质转运功能
①Ｇ蛋白耦联受体
又称蛇型受体，是由单一的多肽链或均一的亚基组成，其肽链可分为细胞外、
跨膜和细胞内三个功能结构域
第二章 细胞的基本功能
30
第二节 细胞的跨膜信号转导功能
G蛋白耦联受体的分子结构——七次跨膜受体
第二章 细胞的基本功能
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第二节 细胞的跨膜信号转导功能
②G蛋白
➢G蛋白即鸟苷酸结合蛋白，是位于细胞膜胞液面的外周蛋白，由、和三
有少量糖脂或糖蛋白；
脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞
在承受张力和外形改变时不致于破裂，容易自
动融合和修复；
膜具有选择通透，水溶性物质不能自由通透
第二章 细胞的基本功能
6
第一节 细胞膜的物质转运功能
图 细胞膜分子结构
第二章 细胞的基本功能
7
第一节 细胞膜的物质转运功能
细胞膜的物质转运功能
《细胞的基本功能》课件
总结词：脂质合成
详细描述：内质网还参与脂质的合成 ，如磷脂、胆固醇等。
总结词：钙离子储存与释放
详细描述：内质网具有储存和释放钙 离子的功能，参与细胞信号转导和钙 平衡调节。
高尔基体
总结词
蛋白质运输与分泌
详细描述
高尔基体参与蛋白质的运输与分泌 ，对细胞内外物质的转运起到关键 作用。
能量代谢的意义
能量代谢是细胞维持生命活动的关键，通过呼吸作用获取能量，并利用 这些能量进行各种生理活动，如肌肉收缩、神经传导等。
信息代谢
信息代谢定义
信息代谢是指细胞内信息的传递、处理和储存的过程，是细胞实现各种生理功能的基础。
信息代谢类型
包括信号转导和基因表达。信号转导是指细胞通过一系列生化反应将外界信号传递到内部并引发相应的生理反应；基 因表达则是指细胞根据需要表达或抑制某些基因，从而调控自身的生理功能。
胞吞和胞吐作用
大分子物质或颗粒可通过细胞膜的 内陷或突出形成囊泡，将物质摄入 或排出细胞，如突触小泡的胞吐作 用。
ห้องสมุดไป่ตู้
03 细胞器
CHAPTER
线粒体
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总结词：能量转换站
在此添加您的文本16字
详细描述：线粒体是细胞内的主要能量转换站，负责将有 机物氧化释放的化学能转化为ATP中的化学能，为细胞活 动提供动力。
《细胞的基本功能》ppt课件
• 细胞概述 • 细胞膜 • 细胞器 • 细胞核 • 细胞的代谢 • 细胞周期与分裂 • 细胞分化与癌变
目录
CONTENTS
01 细胞概述
CHAPTER
细胞定义
细胞是生物体的基本结构和功 能单位，具有自主代谢、繁殖 和遗传的能力。