第一章 膜结构与物质转运3
动物生理学知识点(动物生理学期末复习资料)
动物生理学笔记主讲：Hong Yu中国海洋大学水产学院2013年11月目录第一章绪论第二章细胞的基本功能第三章中枢神经系统第四章血液第五章血液循环第六章呼吸第七章消化与吸收第八章尿的生成与调节第九章内分泌第一章序论一、课程内容1、生理学概念（机能及其机制）。
2、动物生理学研究层次（整体与环境、器官与系统、细胞与分子）。
3、生理学研究方法（急性、慢性）。
4、生命活动的基本特征（新陈代谢、兴奋性、生殖）。
5、内环境与稳态（内环境、稳态及其生理意义、稳态的维持）。
6、调节方式：神经调节（反射），体液（内分泌，神经－体液调节），自身调节。
7、调节模式：非自动控制系统，自动控制系统（前馈、反馈：负反馈和正反馈）。
8、生理学发展概述（略）。
二、思考题1、重要概念：急性实验、慢性实验、新陈代谢、兴奋性、刺激、生殖、正反馈、负反馈。
2、为什么说新陈代谢是最基本的生命特征？（生命特征、新陈代谢、物质代谢和能量代谢、一切生命活动都建立在新陈代谢基础上）。
3、生理学机能调节方式有几种？【神经调节（反射与反射弧），体液（内分泌，神经－体液调节），自身调节（局部调节）】。
第二章细胞的基本功能第一节细胞膜结构与物质转运一、课程内容1、细胞膜成分与结构（细胞膜成分；液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构的蛋白质，还有糖类等）。
2、细胞膜蛋白质的种类与功能【表面蛋白、内在蛋白；具有结构、物质转运、信号转导、催化（酶）、免疫识别等功能】；3、细胞膜的跨膜物质转运：被动转运：包括单纯扩散和易化扩散（载体介导、通道介导）、转运主要物质（脂溶性物质；氨基酸和蛋白质等；离子）、机制【扩散、结合与解离、化学门控和电压门控，后两者有特异性、竞争性抑制、饱和性（通道饱和性较差）】。
主动转运（泵）：耗能，包括原发性主动转运和继发性主动转运。
转运物质（主动转运重要离子，被动转运营养物质）、特点（特异性、饱和性、竞争抑制、方向性）；生理意义（维持渗透压、维持细胞兴奋性、物质转运和重吸收）。
细胞膜的结构和物质转运功能
细胞膜的结构和物质转运功能细胞膜是所有生物细胞的外壳，它不仅保护了细胞的内部结构，还负责细胞内外物质的交换和信号传递。
细胞膜的结构和物质转运功能是细胞生命活动的基础。
本文将从细胞膜的结构、物质转运功能以及相关的研究进展等方面进行阐述。
一、细胞膜的结构细胞膜是由磷脂双层组成的，磷脂分子具有亲水性和疏水性两种特性。
在水中，磷脂分子排列成双层结构，亲水性的磷酸基团朝向水相，疏水性的脂肪酸基团则朝向内部。
这种排列方式形成了细胞膜的基本结构。
除了磷脂分子外，细胞膜还包含许多蛋白质、糖类和胆固醇等分子。
这些分子在细胞膜上分布不均，形成了许多不同的结构和功能区域。
例如，膜蛋白可以形成通道、受体、酶等结构，参与物质转运和信号传递等生命活动。
二、物质转运功能细胞膜的物质转运功能是指细胞膜通过不同的机制，将物质从细胞内或外转移到另一侧。
这种物质转运可以是主动的或被动的，也可以是选择性的或非选择性的。
下面将分别介绍几种常见的物质转运机制。
1.扩散扩散是一种被动的物质转运机制，它是指物质从高浓度区域自发地向低浓度区域移动。
这种移动是无序的，不需要能量输入。
扩散可以通过细胞膜上的通道蛋白、载体蛋白或直接通过磷脂双层进行。
扩散的速度取决于物质的浓度梯度、分子大小和极性等因素。
2.运输蛋白运输蛋白是一种主动的物质转运机制，它需要能量输入。
运输蛋白可以将物质从低浓度区域转移到高浓度区域，这种转移是有选择性的。
运输蛋白分为两种类型：一种是离子泵，它可以将离子从低浓度区域转移到高浓度区域，例如Na+/K+泵；另一种是转运体，它可以将小分子物质从低浓度区域转移到高浓度区域，例如葡萄糖转运体。
3.胆固醇转运胆固醇是一种重要的细胞膜成分，它可以调节细胞膜的流动性和稳定性。
胆固醇的转运是通过载体蛋白实现的。
载体蛋白将胆固醇从细胞内转移到细胞膜上，然后再将其转移到细胞外。
这种转运可以被药物所干扰，例如他汀类药物可以抑制胆固醇合成，从而降低胆固醇的含量。
细胞膜的结构和物质转运功能
细胞膜的结构和物质转运功能
(1)膜结构的液态镶嵌模型：细胞新陈代谢过程中需要不断选择性地通过细胞膜摄入和排出某些物质。
细胞膜和细胞器膜主要是由脂质和蛋白质组成。
根据膜结构的液态镶嵌模型，认为膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。
(2)细胞膜的物质转运功能：物质的跨膜转运途径有：
①单纯扩散：扩散的方向和速度取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。
容易通过的物质有O2、CO2、N2、乙醇、尿素和水分子等。
②经载体和通道膜蛋白介导的跨膜转运：属于被动转运，转运过程本身不需要消耗能量，是物质顺浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运。
经载体易化扩散指葡萄糖、氨基酸、核苷酸等;经通道易化扩散指溶液中的Na+、C1-、Ca2+、K+等带电离子，离子通道分为电压门控通道、化学门控通道和机械门控通道。
③主动转运：分原发性主动转运和继发性主动转运。
原发性主动转运的膜蛋白为离子泵(钠-钾泵，简称钠泵，也称Na+-K+-ATP 酶)。
继发性主动转运：它是间接利用ATP 能量的主动转运过程。
细胞的物质运输与交换过程
细胞的物质运输与交换过程细胞是生物体的基本单位，也是生命活动的基础。
在细胞内部，各种物质需要通过运输与交换的过程，确保细胞正常的功能与生存。
本文将以细胞膜、细胞器以及细胞外液的角度，探讨细胞的物质运输与交换过程。
一、细胞膜的运输机制细胞膜是细胞的外包层，具有选择性通透性。
它通过多种运输机制实现物质的进出，包括主动转运、被动扩散、运输蛋白等。
1.主动转运主动转运是细胞膜通过消耗能量，将物质从浓度较低的一侧转移到浓度较高的一侧。
其中，最常见的机制是离子泵的运作。
比如钠-钾泵通过ATP酶的催化作用，将细胞内的钠离子转运至细胞外，同时将细胞外的钾离子转运至细胞内。
这种维持离子浓度差的机制对于细胞正常的代谢和功能至关重要。
2.被动扩散被动扩散是指物质在浓度梯度的驱动下，自由地通过细胞膜进行运输。
这种过程不需要额外能量的消耗。
细胞膜中的脂质双层能够阻碍水溶性分子的通过，但对于小分子的非极性物质，如氧气和二氧化碳等，可以通过简单扩散进出细胞。
此外，细胞膜中也存在通道蛋白，能够形成通道，使特定的离子和小分子快速地通过。
3.运输蛋白细胞膜上存在多种运输蛋白，通过结合特定的物质，将其运输进出细胞。
常见的运输蛋白包括载脂蛋白、离子通道蛋白和载体蛋白等。
载脂蛋白通过结合小分子的非极性物质，如胆固醇，从一个细胞膜片层转运至另一个细胞膜片层。
离子通道蛋白则特异地允许特定离子通过，如钠离子通道和钾离子通道等。
而载体蛋白则通过与特定物质结合，将其转运进出细胞，包括葡萄糖转运蛋白和氨基酸转运蛋白等。
二、细胞器的物质运输与交换细胞器是细胞内部的各种功能区域，它们之间也需要进行物质的运输与交换。
1.内质网与高尔基体内质网是由膜结构组成的连续系统，在内质网上合成的蛋白质会通过囊泡被转运至高尔基体。
高尔基体不仅参与蛋白质的修饰和包装，同时也通过囊泡运输物质至其他细胞器或细胞膜上。
2.线粒体线粒体是细胞内的能量中心，通过细胞膜进行物质运输。
生理学细胞的基本功能
2． 扩散通量： Mmol/s.cm2 影响因素：膜内外物质浓度差、电压差 膜的通透性
3． 转运的物质：O2 ，CO2 4 ．特点：① 高浓度→低浓度
② 不耗能
（二）膜蛋白介导的跨膜转运
易化扩散 1．定义
非脂溶性小分子物质，在特殊膜蛋白质 帮助下，由高浓度向低浓度一侧转运的过程。
2021/3/27
CHENLI
14
第二节 细胞的跨膜信号传递功能
◆ 跨膜信号转导概念
指外界信号（化学分子、光、声音等） 作用于细胞膜表面的受体，引起膜结构中 一种或多种特殊蛋白质构型改变，将外界 环境变化的信息以新的信号形式传递到膜 内，再引发靶细胞功能改变。
◆几种主要的跨膜信号转导方式
由离子通道完成的跨膜信号传递 刺激信号→膜通道蛋白开放→离子
单纯扩散（simple diffusion）
易化扩散（facilitated diffusion）
化学门控通道（chemiscally-gated channel）
电压门控通道（voltage-gated channel）
载体（carrier）
主动转运（active transport）
被动转运（passive transport）
主讲人 黄志华
第二章 细胞的基本功能
CHAPTER 2 THE BISIC FUNCTIONS OF CELL
邱春復 主讲
2021/3/27
医学生CH理ENLI 学教研室
2
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
细胞：构成机体的最基本的结构和功 能单位。
一、细胞膜的基本结构 液态镶嵌模型 (图)
生理学-细胞1
医教园
第二节 细胞的信号转导
第二节 细胞的信号转导
各种化学物质以及非化学性的外界刺激信号， 大多数作用到细胞膜上，通过通过跨膜信号，引 起细胞功能活动的改变。
第一信使：激素、神经递质和细胞因子
医教园
第二节 细胞的信号转导
根据膜受体的结构和功能特性，跨膜信号转导的路径 可分为以下三大类：
一、离子通道型受体介导的信号转导 二、G蛋白耦联受体介导的信号转导 三、酶联型受体介导的信号转导
➢ 激素、酶类、神经递质等物质 囊泡，并贮存在胞浆中。
运出细胞的方式
③ 当细胞分泌时，引起局部膜中
的Ca2+通道开放，Ca2+内流。
④ 诱发小泡被运送到细胞膜的内
侧面，与细胞膜融合后胞裂外
排将内容物一次性排出。
⑤ 囊泡膜变成细胞膜的一部分。
医教园
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
运动神经纤维末稍释放ACh属于：D A、单纯扩散 B、易化扩散 C、主动转运 D、出胞作用 E、入胞作用
Na+-K+泵
大分子物质 入胞 出胞
大分子、团块
均可
进入 细胞
排出细胞
膜动 耗能
细胞膜运动
吞噬 吸收
释放分泌
医教园
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
葡萄糖从肠道进入肠上皮细胞的方式是： D
A、入胞
B、单纯扩散
C、易化扩散
D、主动转云
X与发生细胞生物电有关的跨膜物质转运形式有：BC D A、经载体易化扩散 B、经化学门控通道易化扩散 C、经电压门控通道易化扩散 D、原发性主动转运
医教园
第二节 细胞的信号转导
主要的G蛋白耦联受体信 号转导途径 1. 受体-G蛋白-AC途径
专题一 细胞的物质组成、结构和物质运输-2023年高考生物二轮复习课件(新教材专用)
跟踪训练
高三二轮复习
[典例] (2022·全国甲卷)线粒体是细胞进行有氧呼吸的主要场所。研究发现，经常 运动的人肌细胞中线粒体数量通常比缺乏锻炼的人多。下列与线粒体有关的叙述， 错误的是( )
A．有氧呼吸时细胞质基质和线粒体中都能产生ATP B．线粒体内膜上的酶可以参与[H]和氧反应形成水的过程 C．线粒体中的丙酮酸分解成CO2和[H]的过程需要O2的直接参与 D．线粒体中的DNA能够通过转录和翻译控制某些蛋白质的合成
三、破解物质运输中的四类迷茫点
高三二轮复习
1．载体蛋白和通道蛋白作用不完全相同 转运蛋白可以分为载体蛋白和通道蛋白两种类型，它们的作用特点分析如下：
(1)载体蛋白和通道蛋白对物质的运输都具有选择性。 (2)载体蛋白需要和被转运的物质结合，且会发生自身构象改变；通道蛋白运 输时不需要和被转运物质结合。 (3)载体蛋白既能够执行协助扩散，又能够执行主动运输，而通道蛋白只能执 行协助扩散，即通道蛋白只能顺浓度梯度运输。
跟踪训练
高三二轮复习 名师精品铸造
2．(2022·南京二模)生物膜蛋白具有物质运输、信息传递、生物催化等重要的
生理功能。下列有关膜蛋白的叙述，错误的是
()
A．叶绿体的内膜上具有催化ATP合成的酶
B．参与主动运输的载体蛋白能催化ATP的水解
C．精子和卵细胞的识别需要膜上受体的参与
D．溶酶体膜蛋白高度糖基化可保护自身不被酶水解
入其中，还有一部分由线粒体、叶绿自身的基因控制、自身的核糖体合成
二、厘清蛋白质的分选与囊泡运输
高三二轮复习
(二)信号识别与囊泡运输 1．核糖体与内质网之间的识别 信号肽假说认为，经典的蛋白分泌可通过内质网—高尔基体途径进行。核糖体—新 生肽被引导至内质网后(如图所示)，继续合成肽链，结束后其信号肽被切除，核糖体脱 落；肽链在内质网中加工后被转运到高尔基体，最后经细胞膜分泌到细胞外。
细胞的跨膜物质转运方式及其各自转运的物质
细胞的跨膜物质转运方式及其各自转运的物质细胞是构成人体最基本的结构和功能单位。
细胞的基本功能主要有物质跨膜转运、型号转导、生物电现象、收缩功能等。
其中，物质跨膜转运是常考的内容。
今天甘肃卫生人才网带我们具体来学习细胞膜的物质转运方式。
当前公认的细胞膜结构学说为液态镶嵌模型。
细胞膜的基架是液态的脂质双分子层。
按照物质进出细胞膜的方式，将物质的转运分为单纯扩散、易化扩散、主动转运、出胞和入胞四种类型。
下面我们针对细胞膜的物质转运方式进行详解：(1)单纯扩散单纯扩散是脂溶性物质通过脂质双分子层由高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。
不需要外力帮助，不消耗能量，为被动转运。
如：O2、CO2、尿素、乙醇等。
(2)易化扩散易化扩散是不溶于脂质或脂溶性很小的物质，在特殊蛋白质的协助下，由高浓度的一侧通过细胞膜向低浓度的一侧转运的过程。
分为经通道的易化扩散和经载体的易化扩散。
经载体的易化扩散的特点：高度选择性、饱和现象、竞争抑制。
代表物质：葡萄糖、氨基酸。
经通道的易化扩散的特点：选择性、门控特性、高效性。
代表物质：Na+、K+等。
(3)主动转运主动转运是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向高浓度一侧的转运过程。
分为原发性主动转运和继发性主动转运。
原发性主动转运：利用离子泵的作用完成，最常见的离子泵为钠-钾泵和钙泵。
钠泵：每分解一个ATP能将3个Na+移出膜外，同时将2个K+移入膜内。
钠泵的意义：建立Na+、K+在细胞内外的浓度势能。
继发性主动转运：为逆浓度差跨膜转运，耗能，需要载体蛋白。
代表物质：葡萄糖、氨基酸在肾小管上皮重吸收或肠上皮细胞;甲状腺上皮细胞的碘聚过程。
(4)出胞和入胞出胞：如神经细胞释放递质，内分泌腺细胞将合成的激素分泌到血液。
入胞：如免疫细胞吞噬异物。
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通过膜的变形运动来运输大分子抗原、蛋白质、颗粒 等物质。
固有/组成性分泌途径
胞吐(exocytosis)
膜动运输
(胞泌)
调节性分泌途径 吞噬作用（phagocytosis）
胞吞(endocytosis)
吞饮作用(pinocytosis)
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胞吐作用
吞饮作用
SG---secretory granule SV---secretory vesicle CP---coated pit CV---coated vesicle PH---phagosome PL---phagolysosome
高→低
通道蛋白
高→低
离子泵
低→高
被动转运
不耗能 速度快 有饱和性 肌肉、脂肪细胞 葡萄糖载体蛋白
载体蛋白变构
被动转运
不耗能 速度更快 无饱和性 神经肌肉接头处 N-AchR
通道开启或关闭
主动转运
耗能 速度快
细胞膜上的 Na+-K+-ATPase
磷酸化的亲K+型 非磷酸化的亲Na+型
26
4.2.4
基团转位(group
23
4.2.3.2
钙泵(Ca2+ - ATPase)
肌浆网
肌纤维收缩 兴奋过后
钙泵与Ca2+结合 → 钙泵发生磷酸化修饰而变构 → 将Ca2+泵回肌桨网 腔内→Ca2+库再充盈 ，从而使胞质内Ca2+浓度下降 → 肌肉松弛。
24
钙通道和钙泵调控肌肉收缩和松弛的循环变化
三类膜转运蛋白作用机制的异同点 载体蛋白
胞吐/泌的两条分泌途径
31
pinosome
胞吞作用类型
受体介导的胞吞作用（动物细胞摄取胆固醇）
33
3
（1）载体蛋白传送
传送速度取决于两侧
物质的浓度差，比简单扩 散快，但可以达到饱和。
（2）通道蛋白(离子通道)
无饱和性，其扩散速度 比载体蛋白更快。
4
4.1.2 主动转运(active
低浓度
载体蛋白
transport)
高浓度（逆浓度差、主动、耗能、速度快）
Na＋-K＋-ATPase
(Na＋泵)
膜外侧
扩散速度：
取决于膜两侧物质的浓度差、分子大小和脂溶性高低等。
2
4.1.1.2 促进扩散(又称易化扩散，facilitated
高浓度
传送蛋白
diffusion)
低浓度
（顺浓度差、不耗能）
水溶性分子（Glc、aa.） 各种离子（无机离子）
载体蛋白(carrier protein)
传送蛋白 （离子）通道蛋白(channel protein)
通道的开启与关闭受膜电位变化的影响;
(3) 离子控制通道(IGC)
通道的开启与关闭受某些特殊离子浓度变化的影响.
11
神经冲动刺激肌纤维收缩
（整个反应1秒内完成，至少包括4种闸门通道的相继开启与关闭） 1）电压控制Ca2+通道 3）电压控制Na+通道 2）Ach 配体控制通道 4）肌浆网上的Ca2+通道
有下列共性： 均由、、、 等多个亚基构成的寡聚体糖蛋白。 其中 大亚基结构相似，在膜中形成4个跨膜区，每
个跨膜区有6个呈螺旋形式的跨膜肽段（S1 S6）
18
电压控制的Na+、K+、Ca2+通道的共性结构
离子通道孔； 也是药物或毒 素的作用部位
电压感受器 （S4段）
19
4.2.3
离子泵（ion
离子泵
膜内侧
Ca2+-ATPase
(Ca2+泵)
5
Ion pump
Simple diffusion
Facilitated diffusion
6
简单扩散
被动转运
物质跨膜
传送方式
载体蛋白
促进扩散
通道蛋白
（离子通道）
主动转运
离子泵
7
4.2 跨膜转运机理（载体蛋白、通道蛋白、离子泵）
4.2.1 载体蛋白
低
载体蛋白
pump）
高
（耗能、主动）
传送离子
4.2.3.1
钠钾泵（
Na+-K+ - ATPase
）
由2、2β亚基构成四聚体，属于 横跨细胞膜的 糖蛋白 2 亚基（功能）
2β亚基（定位）
20
(E2)
膜外侧
磷酸化的亲钾构象
H2 O
Mg2+ Pi
ADP
ATP
非磷酸化的亲钠构象
膜内侧
(E1)
E1---非磷酸化的亲钠型
12
Ca2+与肌钙蛋白C（TnC）结合→牵动原肌球蛋白，去除其空间位阻
效应→肌动蛋白与肌球蛋白相互作用→肌肉收缩。
4.2.2.1 配体控制通道——烟碱型乙酰胆碱受体（N-AchR）
Brisson and Unwin（ 1985年 ）
16
17
4.2.2.2
电压控制通道（
Na+、K+、Ca2+通道）
肌肉、脂肪细胞对葡萄糖的载体转运（促进扩散）
胰岛素, 肌肉收缩, 运动 → → 促进载体蛋白的转运速率
8
肝细胞对葡萄糖的载体转运（促进扩散）
9
肠粘膜细胞对葡萄糖的主动转运
10
4.2.2 通道蛋白
(1) 配体控制通道（LGC）
通道的开启与关闭受配体(Ach、GABA等)调控;
(2) 电压控制通道(VGC)
E2---磷酸化的亲钾型
22
Na+-K+-ATPase活性测定设计基本思路
Na+-K+ - ATPase
①
ATP
Mg2+ - ATPase
ADP
+
Pi
(总酶活性)
乌本苷
（－） Na+-K+ - ATPase
②
ATP
Mg2+
ADP
- ATPase
+
Pi
(剩余酶活性)
① － ②
Na+-K+ - ATPase 活性
4. 跨膜转运
4.1 物质通过细胞膜的传送方式
被动传送
主动转运
4.1.1
被动传送(passive transport)
传送
高浓度
顺浓度差 不耗能
低浓度
简单扩散 被动传送
促进扩散
1
4.1.1.1
简单扩散（simple
diffusion）
高浓度
扩散
低浓度
（顺浓度差、被动、不耗能）
非极性或极性较小的分子 （H20、CO2、O2、乙醇、尿素等）
translocation)
糖外
P-Pr
丙酮酸
酶Ⅲ、ⅡA、ⅡB 酶Ⅰ
脂双层
糖内－6-Pຫໍສະໝຸດ H-Prp-烯醇式丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸转磷酸化酶传送系统(S.Rosman, 1964)
27
（ 基团转位 ）
※
脑内缺乏ｒ－GT循环酶，易导致神经系统功能障碍。
28
4.2.5
膜动运输（membrane
moving traffic）