生理学课件之细胞膜的结构和功能
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细胞膜结构及功能ppt课件
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原发性的主动转运现在研究最清楚的是钠泵，是一种具有酶活性的Na+-K+依赖性的ATP酶的蛋白质。他所 需的能量是由ATP直接提供的，这种主动转运过程称为原发性的主动转运。
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最常见的离子泵转运为细胞膜上的钠泵（Na-K 泵） 其生理作用和特点如下：
① 其作用是逆浓度差将细胞内的Na+移出膜外，同时将细胞外的K+移入膜内， 造成的细胞内高钾，是许多代谢反应进行的必要条件； ② 防止细胞内水肿的发生； ③ 可使神经、肌肉组织具有兴奋性的离子基础； ④ 建立离子势能贮备：分解的一个ATP将3个Na+移出膜外，同时将2个K+移入 膜内，这样建立起离子势能贮备，参与多种生理功能和维持细胞电位稳定。
•入胞（胞吐）：大分子物质或固态、液态的物质团块通过细胞膜移向
细胞内的过程。
上皮细胞、免疫细胞吞噬异物属于入胞作用。
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细胞膜抗原
• 细胞膜抗原多为镶嵌在细胞膜上的糖蛋白和糖脂，具有特定的抗原性。常见的细胞表面抗原有红细胞表面血型抗
原和白细胞表面组织相容性抗原。它们在输血、器官移植和肿瘤研究中都有重要的意义。
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（2）、以通道为中介的易化扩散
通道蛋白介导的易化扩散通道蛋白是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。当孔道开放时，物质可 经孔道从高浓度向低浓度一侧扩散，称为通道介导的易化扩散。
通道分类： ① 化学门控通道； ② 电压门控通道； ③ 机械门控通道。
开放状态
关闭（失活）状态
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备用状态
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（1）、以载体为中介的易化扩散
细胞膜的结构和功能ppt课件
（1）因为水分子极 小， 可以通过由于磷脂
分子运动而产生的间隙; （2）是因为膜上存在水 通道蛋白，水分子可以 通过通道蛋白通过膜。
水分子 水通道蛋白
二、对细胞膜的成分的探索
时间：1959年
人物：罗伯特森
发现：在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
提出假说：所有的细胞膜都由蛋白质—脂 质—蛋白质三层结构构成，电镜下看到的中间
诱导融合
40分钟后
370C
鼠细胞
时间：1972年 人物：辛格和尼科尔森
提出：流动镶嵌模型
流动镶嵌模型的基本内容P45 结构模型
1.细胞膜主要由 磷脂分子和 蛋白质分子 构成的。 2. 磷脂分子层是膜的基本支架，其内部是磷脂分子的疏水端， 水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。 3有分.子的蛋层白镶中质在，分磷有子脂的以双不分贯同子穿方层于式表镶整面嵌个，在磷有磷脂的脂双部双分分分子或子层全层。部中这嵌：些入蛋白磷质脂分双子 在物质运输等方面具有重要作用。 流动性 4成.膜细的胞磷膜脂不分是子静可止不以动侧的向，自而由是移具动有，膜中的，蛋主白要质表现大为多构 也能运动。
二、对细胞膜的成分的探索 学分组生活讨动论二并：完成阅相读关教的材P讨42论的题“思考与思讨考论与讨”论的:相关资料，
•最初认识到生物膜是
不溶于脂 溶于脂质的物质
由脂质组成的，是通过
质的物质
对实验现象的推理分析
还是通过膜成分的提取
细胞膜
和鉴定？
从实验现象能推测出什么结论呢？
欧文顿
1895年
膜是由脂质组成
实例：内分泌细胞与靶 细胞间、神经细胞间
受体
功能3：进行细胞间的信息交流
思考：你能据下图说说细胞膜是如何实现细胞间 的信息交流的吗？
3.1 细胞膜的结构和功能
第3章细胞的基本结构第1节细胞膜的结构和功能一、细胞膜的功能1.细胞的边界是细胞膜，也叫质膜。
（植物细胞的边界也是细胞膜）2.细胞膜的功能：（1）将细胞与外界环境分隔开。
（2）控制物质进出细胞——选择透过性（功能特点）。
（3）进行细胞间的信息交流。
3.细胞膜的控制作用是相对的，环境中对细胞有害的物质也有可能进入。
4.信息交流的3种方式：（重点）（1）内分泌细胞分泌的激素，随血液到达全身各处，与靶细胞的细胞膜表面的受体结合，将信息传递给靶细胞。
（2）相邻两个细胞的细胞膜接触，信息从一个细胞传递给另一个细胞。
（3）相邻两个细胞之间形成通道，携带信息的物质通过通道进入另一个细胞。
5.细胞间的信息交流，大多与细胞膜的结构有关。
细胞膜的功能是由它的成分和结构决定的。
6.对细胞膜成分的探索（非重点）7.用哺乳动物成熟的红细胞制备纯净的细胞膜的原因：哺乳动物成熟的红细胞没有细胞核和众多的细胞器，故没有核膜和细胞器膜。
二、细胞膜的结构1.细胞膜的成分脂质（含量最多，且主要是磷脂）；蛋白质；糖类（少量）。
2.功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
3.罗伯特森在电镜下看到了细胞膜清晰的暗—亮—暗的三层结构。
提出假说：生物膜是由“蛋白质—脂质—蛋白质”的三层结构构成的静态的统一结构（假说错误）。
缺陷：不能解释细胞膜的流动性，如细胞的生长，变形虫的变形运动。
4.荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合的实验及相关的其他实验证明：细胞膜具有流动性。
5.细胞膜的结构模型：辛格和尼科尔森提出的流动镶嵌模型。
三、流动镶嵌模型的基本内容1.膜的基本支架：磷脂双分子层其内部是磷脂分子的疏水端，水溶性分子或离子不能自由通过，具有屏障作用。
2.蛋白质分子的分布：（1）有的镶在磷脂双分子层表面。
（2）有的部分或全部嵌入磷脂双分子层中。
（3）有的贯穿于整个磷脂双分子层。
3.细胞膜的结构特点：具有一定的流动性。
细胞膜具有流动性的结构基础：构成膜的磷脂分子可侧向自由移动，膜中的蛋白质大多也能运动。
细胞膜的结构和功能ppt课件
RNA
（核糖核酸）
细胞膜是细胞的边界 细胞壁
细胞膜
一、细胞膜的功能
1、将细胞和外界环境分隔开
细胞膜将生命物质与海 洋环境相互分隔开来
推测的原始海洋景观图
产生了原始的细胞
一、细胞膜的功能
2、控制物质进出
用凉水洗红苋菜，水不 变红；煮苋菜汤，汤却 是红色的，这个现象体 现了细胞膜的什么功能？
苋菜
细胞膜被破坏， 叶绿素等色素释 放出来
磷脂分子结构式 磷脂分子模型
磷脂分子示意图
资 料 1925年，两位荷兰科学家戈特和格伦德尔用丙酮从
人的红细胞中提取脂质，在空气中---水界面上铺展成单分
分 子层，测得单分子层的面积恰为红细胞表面积的2倍。通过 上述资料可推出？
析
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
细胞膜中的磷脂分子必然排列为连续的两层
有3种。神经髓鞘功能比较简单，主要起绝缘作用。红细胞、
分 肝细胞、大肠杆菌的细胞膜都承担着非常复杂繁多的生理功 能，它们的细胞膜中蛋白质的种类和数量均较多。上述事实
析 说明什么问题？
功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多。
二、对细胞膜成分的探索
二、对细胞膜成分的探索
【自主阅读】请同学们自主阅读教材P42相关科学史，感悟科学探 究的基本思路和方法，沿时间线梳理并完善下列内容
二、对细胞膜成分的探索
三、细胞膜的结构
1959年 罗伯特森 电镜下 暗—亮—暗 暗的是蛋白质，亮的是脂质 结论：蛋白质--脂质--蛋白质 (蛋白质均匀分布在膜两侧）
静态的统一结构
用荧光标记的小鼠细胞和人细胞融合实验。
细胞膜具有一定的流动性
四、流动镶嵌模型
小组交流，用语言描述细胞膜的流动镶嵌模型。
3.1细胞膜的结构和功能课件(共37张PPT)
1. 基于对细胞膜结构和功能的理解，判断下列相关表述是否正确。
（1）构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 ( ×)
（2）细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有
害的物质则不能进入。( × ) （3）向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。( × ) 2. 细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是（ B ）
废物
①②③表明细胞膜的控制作用具有 普遍性；④有些病毒、病菌也能侵 入细胞使生物体患病，表明细胞膜 的控制作用具有相对性
功能特点：选择透过性
② 抗体、激素等物质
分泌物
④ 控制的相对性
病毒、病菌
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它 染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 讨论
1．为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
别
功能特点： 选择透过性
联系： 细胞膜的流动性是选择透过性的基础
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
（1）因为水分子极 小， 可以通过由于磷脂分 子运动而产生的间隙; （2）是因为膜上存在水通 道蛋白，水分子可以通过 通道蛋白通过膜。
水分子 水通道蛋白
课堂总结
练习与应用 一、概念检测
细胞分裂
变形虫的变形运动
白细胞吞噬细菌
【资料6】1970年，人鼠细胞融合实验：
方法： 荧光标记技术 标记物质：__蛋__白__质__
结论：_细__胞__膜__具__有__一__定__的__流__动__性__
细胞膜的流动性主要受温度影响，在适宜的温度范围内，随外界 温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致 细胞膜被破坏。
科学方法—— 提出假说
（1）构成细胞膜的磷脂分子具有流动性，而蛋白质是固定不动的。 ( ×)
（2）细胞膜是细胞的一道屏障，只有细胞需要的物质才能进入，而对细胞有
害的物质则不能进入。( × ) （3）向细胞内注射物质后，细胞膜上会留下一个空洞。( × ) 2. 细胞膜的特性和功能是由其结构决定的。下列相关叙述错误的是（ B ）
废物
①②③表明细胞膜的控制作用具有 普遍性；④有些病毒、病菌也能侵 入细胞使生物体患病，表明细胞膜 的控制作用具有相对性
功能特点：选择透过性
② 抗体、激素等物质
分泌物
④ 控制的相对性
病毒、病菌
鉴别动物细胞是否死亡常用台盼蓝染液。用它 染色时，死细胞会被染成蓝色，而活细胞不会着色。 讨论
1．为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
别
功能特点： 选择透过性
联系： 细胞膜的流动性是选择透过性的基础
既然膜内部分是疏水的，水分子为什么能跨膜运输呢？
（1）因为水分子极 小， 可以通过由于磷脂分 子运动而产生的间隙; （2）是因为膜上存在水通 道蛋白，水分子可以通过 通道蛋白通过膜。
水分子 水通道蛋白
课堂总结
练习与应用 一、概念检测
细胞分裂
变形虫的变形运动
白细胞吞噬细菌
【资料6】1970年，人鼠细胞融合实验：
方法： 荧光标记技术 标记物质：__蛋__白__质__
结论：_细__胞__膜__具__有__一__定__的__流__动__性__
细胞膜的流动性主要受温度影响，在适宜的温度范围内，随外界 温度升高，细胞膜的流动性增强，但温度超出一定范围，会导致 细胞膜被破坏。
科学方法—— 提出假说
《细胞膜的结构和功能》细胞的基本结构PPT课件
解析：功能越复杂的细胞膜，蛋白质的种类和数量越多，故 (1)(2)错误；在组成细胞膜的脂质中，磷脂最为丰富，(3)正确。
2．判断下列叙述的正误
(1)不同细胞的形态相对固定，主要是由细胞膜决定的，因 为构成细胞膜的蛋白质和磷脂分子都是相对固定不动的( × )
(2)不同细胞膜的磷脂分子是相同的，而蛋白质分子是不同
解析：罗伯特森提出的三层结构模型认为生物膜结构是蛋白 质—脂质—蛋白质，电镜下观察到的中间亮层是脂质分子，两边 的暗层是蛋白质分子，认为蛋白质的分布是均匀的、固定的。
答案：D
课堂互动探究案 【课程标准】 概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分 开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流
解析：细胞膜具有多种重要功能，细胞膜将细胞与外界环境 分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定；能控制物质进出细胞； 能够进行细胞间的信息交流。精卵之间的相互识别与结合，靠的 是细胞膜上对应的糖蛋白即信息分子，这是一种信息交流方式。
答案：D
3．(等级选考)水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着 色，可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的 PI 中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色，但将 PI 注 射到活细胞中，则细胞核会着色。利用 PI 鉴别细胞死活的基本 原理是( )
(1)图中①②③④的物质或结构的名称分别是什么？ (2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精 子和卵细胞之间的识别和结合分别属于上面的哪种方式？ (3)细胞间进行信息交流时往往需要受体，受体的化学本质 是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
答案： (1)①信号分子；②受体；③与膜结合的信号分子；④胞间 连丝。 (2)分别属于图 C、图 A、图 B。 (3)受体的本质是糖蛋白，和信号分子的结合具有特异性。
2．判断下列叙述的正误
(1)不同细胞的形态相对固定，主要是由细胞膜决定的，因 为构成细胞膜的蛋白质和磷脂分子都是相对固定不动的( × )
(2)不同细胞膜的磷脂分子是相同的，而蛋白质分子是不同
解析：罗伯特森提出的三层结构模型认为生物膜结构是蛋白 质—脂质—蛋白质，电镜下观察到的中间亮层是脂质分子，两边 的暗层是蛋白质分子，认为蛋白质的分布是均匀的、固定的。
答案：D
课堂互动探究案 【课程标准】 概述细胞都由细胞膜包裹，细胞膜将细胞与其生活环境分 开，能控制物质进出，并参与细胞间的信息交流
解析：细胞膜具有多种重要功能，细胞膜将细胞与外界环境 分隔开，保障了细胞内部环境的相对稳定；能控制物质进出细胞； 能够进行细胞间的信息交流。精卵之间的相互识别与结合，靠的 是细胞膜上对应的糖蛋白即信息分子，这是一种信息交流方式。
答案：D
3．(等级选考)水溶性染色剂(PI)能与核酸结合而使细胞核着 色，可将其应用于细胞死活的鉴别。细胞浸泡于一定浓度的 PI 中，仅有死亡细胞的核会被染色，活细胞则不着色，但将 PI 注 射到活细胞中，则细胞核会着色。利用 PI 鉴别细胞死活的基本 原理是( )
(1)图中①②③④的物质或结构的名称分别是什么？ (2)植物细胞间的胞间连丝、人体内胰岛素的作用过程、精 子和卵细胞之间的识别和结合分别属于上面的哪种方式？ (3)细胞间进行信息交流时往往需要受体，受体的化学本质 是什么？受体和信号分子的结合有没有特异性？
答案： (1)①信号分子；②受体；③与膜结合的信号分子；④胞间 连丝。 (2)分别属于图 C、图 A、图 B。 (3)受体的本质是糖蛋白，和信号分子的结合具有特异性。
生理学课件第一节细胞膜的结构和物质转运功能
通道转运的功能特点：
①转运速率比载体快 ②无饱和现象，无竞争性抑制 ③通道有不同的功能状态
不同门控机制的离子通道
电压门控通 道
化学门控通 道
机械门控通道
通道蛋白状态：静息、激活、失活
2.载体介导的跨膜转运
载体：又称转运体，是介导小分子物质跨膜转运
的一种膜蛋白。
载体转运的特点：
①结构特异性:只转运一种或几种物质，是载 体分子上的结合位点与被转运物质上分子结
—GS、AA在小肠和肾小管继发性主动转运； —Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定； —Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定； ④膜内外K+、Na+浓度差—RP、AP产生前提; ⑤生电性活动—影响RP数值；
整合蛋白(载体、通道、离子泵、转运体) 3.糖类:与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖
脂成为抗原决定簇、受体可识别部分
(一)单纯扩散 Simple diffusion
A.概念：脂溶性和少数小分子水溶性物质由高→ 低浓度侧的净移动。
B.扩散的方向和速度取决于其在膜两侧的浓度差 和膜对其通透性(脂溶性,分子量,带电状况)。
第二章 细胞的基本功能 Function of cell
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 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有 不同结构和功能的蛋白质 1.脂质双分子层:磷脂、胆固醇双嗜分子构
成基架,体温条件下具有流动性 2.蛋白质:分表面蛋白(如:RBC骨架蛋白)和
通道的分类： 化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道 Voltage-gated channel 机械门控通道 Mechanical-gated channel 非门控通道：少数通道始终是持续开发的。如
细胞膜的结构和功能ppt课件
【思考】为什么活细胞不能被染色，而死细胞能被染色？
活细胞
死细胞
SzLwh
2 控制物质进出细胞
①细胞膜有_选__择_透__过__性， 控制作用是_相__对__的
需要的 营养物质
可以进
为什么活细胞不能被台盼蓝染色，
而死细胞能被染色？
代谢废物可以出
活细胞的细胞膜具有选择透过性， 抗体、
染料台盼蓝是细胞不需要的物质， 激素等
不易通过细胞膜，因此活细胞
分泌物
不被染色。死细胞的细胞膜失去
不容易进
不易出 有用的 成分
控制物质进出细胞的功能，台盼蓝
能通过细胞膜进入细胞，死细胞能
不需要的物质、
被染成蓝色。
病毒、病菌及有害物
SzLwh
②验证细胞膜具有控制物质进出的功能
利用有颜色的植物组织，将其放入无色 溶液中，然后再用高温、强酸或强碱等 处理，观察处理前后溶液颜色是否变化 用凉水洗苋菜水不变色，而炒或者煮汤汁都会变红
巢细胞分泌的雌激素作用于乳腺细胞的过程中，以及精子进入卵细 胞的
过程中，细胞间信息交流的实现分别依赖于（ ）
A.血液运输，突触传递
B.淋巴运输，突触传递
√ C.淋巴运输，胞间连丝传递 D.血液运输，细胞间直接接触
2. (2017·全国卷Ⅰ，2改编)下列关于细胞结构与成分的叙述，错误的是 A. 细胞膜的完整性可用台盼蓝染色法进行检测
1.细胞之间通过信息交流,保证细胞间功能的协调。关于细 胞间信息交流的说法错误的是 ( )
A. B细胞与乙细胞上受体化学本质是糖蛋白 B. 图2可以表示精子与卵细胞的识别
√C. 细胞膜上的受体是细胞间信息交流必不可少的结构
D. 图2中的1为信号分子
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细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所 处的负值恢复，称作复极化 (repolarization)
（二）静息电位的产生机制
1. 细胞内外离子存在浓度梯度: 细胞外高Na+, 细 胞内高K+
2. 静息时膜对各种离子有不同通透性 (K+ : Na+ = 50~100 : 1)
3. 钠泵的生电作用：每消耗1分子ATP, 转运出 3Na+, 转运入2K+，因出入电荷不对等, 使膜内 负电荷↑, 导致膜向超极化方向改变
激活机械门控通道 跨膜离子流
第三节 细胞的生物电活动
细胞的生物电现象
d=1mm
1939
膜学说：细胞生物电现象是由于某些带电离子在细胞膜两侧的 不均衡分布，以及膜对这些离子的通透性发生改变所造成的。
一、静息电位（resting potential）
（一）概念 指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差， 膜内较膜外为负，在大多数细胞是一种稳定的直流电 位，哺乳动物的肌肉和神经细胞为-70 ~ -90mv。
道
低浓度
顺电-化学梯度
通道的特点（与载体相比）：
1、结构和功能状态因理化因素迅速改变，开放时 离子极快速通过。
2、对离子的选择性没有载体蛋白严格。
3、开放时间十分短促，然后关闭。
4、形成跨膜电流（离子电流），并常引起细胞的 功能改变
外来信号
通道开放
细胞生物电（跨膜 电位）变化
跨膜物质转运
信号转导
（三）主动转运 (active transport)：
受体
衣被凹陷
附膜蛋白 内移
吞饮小泡 低pH
胞内体
再循环小泡
细胞膜可反 复循环使用
第二节 体内信息传递
一、体内细胞间信息传递
内、外环境变化
感受器
细胞间信息传递
电
化学
缝隙连接
缝
激神细
隙
素经胞
连
递因
接
质子
二、细胞的跨膜信号转导
（一）跨膜信号转导概念的提出 (transmembrane signaling)
物质由膜以某种方式提供了能量，逆电—化学势差 而跨膜移动。必伴能源物质（常常是ATP）的耗能。
电-化学势：物质浓度差和电场力所具有的势能，为 被动扩散的能量来源。
1. 原发性主动转运：
直接消耗ATP的，转运体介导的逆电-化学梯度转运 Na+、K+的主动转运研究得最充分，且重要：
2K+ 高K+（高 30倍）
一、细胞膜的分子结构
细胞膜
脂质双分子层：屏障作用
特殊蛋白质： 与物质、能量和信息的 跨膜转运和转换有关。
蛋白质
脂质双分子层 疏水性基团 亲水性基团 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
（一）脂质双分子层为骨架
碱基：亲水性基团
磷酸
磷脂：约占70%； 胆固醇：约占30%； 糖脂：少量
生理学
第二章 细胞的基本功能
细胞是人体和其他生物的基本结构单位
细胞生理学 的主要内容
①细胞膜和组成其他细胞器的 膜性结构的基本化学组成和 分子结构
②物质（或离子）的跨膜转运功能 ③跨膜信号转换功能 ④（以带电离子跨膜运动为基
础的）细胞生物电和有关现象 ⑤细胞膜电变化 肌细胞机械性收缩
第一节 细胞膜的物质转运功能
各种化学分子（除少 数可进入细胞外）
靶细胞上 特异性受体
非化学刺激： 电、机械、电磁波
细胞
各种外界刺激
跨膜信号转导
种类非常多
transmembrane signal transduction
其途径为数不多 ，作用形式较类 似，涉及的膜蛋 白也为数不多。
细胞膜变化 或其他细胞 内功能变化
因不同的 细胞而异
inositol triphosphate
二酰甘油
diacyl glycerol
2，酶耦联型受体介导的跨膜信号转导
举例：
化学刺激
细胞膜表面的酪氨酸激酶受体 (tyrosine kinase receptor， 激活后具有磷酸激酶活性）
膜内底物（的酪氨酸残基）磷酸化
细胞内效应
3，离子通道型受体介导的跨膜信号转导
超射
0
去极化
mV
阈电位 -70
局部电位
复极化
负后电位
(去极化后电位)
正后电位
(超极化后 电位)
动作电位上升支中零位线以上的部分，称为超射值 (overshoot) 。
动作电位在描记的图形上表现为一次短促而尖锐 的脉冲样变化，称锋电位 (spike potential)。
锋电位下降支最后恢复到静息电位水平以前，膜 两侧电位还要经历的微小、缓慢波动，称后电位 (after potential)，一般先有负后电位（去极化后电 位），再出现正后电位（超极化后电位）。
细胞静息电位主要由K+ 产生，接近(但略小于) 钾平衡电位(EK)，详见后一页
K+ 化电
细胞内高K+
膜内高K+、膜对K+通透 （对Na+几乎不通透）
K+外移 膜内负电、膜外正电
K+浓度势能差 =（阻碍K+ 外移的）电势能差，即膜 两侧电-化学势代数和为零
膜内外形成一稳定的电位 差，称为K+平衡电位
转运体 高Na+
钠泵
Na+
Na+
实例：肠或肾小管上 皮吸收葡萄糖、氨基 酸等；
Na+ - H+（逆向）交换
葡萄糖
Na+水平 葡萄糖水平
细胞外 细胞内 细胞间隙
（四）出胞(exocytosis) 和入胞(endocytosis)
大分子、物质团块（固态或液态）
1,出胞
粗面内 质网
排出（囊泡膜成为
细胞膜的一部分）
阈电位
Na+的平衡电位
Na+通道很快失活 (inactivation)。 Na+通透性消失 K+通透性
高Na+
K+外流
低Na+
局部 高K+
局部电位
锋电位的形成
去极化达到阈电位水平
进一步加大Na+通道开放的机 率，形成正反馈，称为再生性
循环，形成动作电位陡峭的上
升支。
钠通道开放 、激活，Na+ 迅速内流
（1）化学 (配体，ligand) 门控通道 chemically gated channel
化学物质
细胞膜上特异 性通道蛋白
通道蛋白变 构而开放
相应的离子易化扩散
膜电位变化
以神经-肌接头乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）介导的 信号转导为例：
N末梢 ACh
通道变构、开放
Na+内流
肌细胞膜（终板） （K+外流）
R - G protein - PLC (C) PLC-IP3-Ca2+-CaM PLC-DG-PKC
膜效应器酶
ATP 磷脂酰肌醇
受体蛋白 1
第二信使前体 腺苷酸
1
环化酶
磷脂酶C
β
α
γ
G-蛋白
3 2 第二信使
cAMP
(second messenger)
IP3 ，DG
离子通道
1
蛋白激酶 及其他
三磷酸酰肌醇
通量—mol或mol数/秒•cm2
与观察平面两侧某物质的浓度差成正 比（如有多种物质存在，与其他物质 无关，但电解质受电场力影响）。
单纯扩散
细胞膜两侧的脂溶性溶质分子按扩散原理作跨膜运动 或转运。某一物质跨膜通量的大小由膜两侧该物的浓 度差、脂溶性的大小以及分子大小、所带电荷等决定
单纯扩散的实例：O2、CO2 、H2O、乙醇、尿素等
OO-
CO CO
脂肪酸烃链：疏水非极性基团
脂质熔点较低，体温下呈液态
脂质小体 (Liposome)
膜兼有稳定性和流动性
例：吞噬细胞通过毛细血管内皮细胞 变形通过
吞噬细胞
血管腔
膜内外二层双分子层所含的脂质不同。
（二）细胞膜蛋白质
蛋白质以α-螺旋或球形结构分散镶嵌在双分子层中 表面蛋白
(peripheral protein) 占20%~30%
整合蛋白(integral protein) 占70%~80%
（三）细胞膜糖类
糖与膜脂质或蛋白质结合，多在膜的外面一侧。 可能成为抗原决定簇或受体的可识别部分
（特异性标志）。
二、细胞膜的物质转运
（一）单纯扩散 (simple diffusion)
扩散：高浓度区域中的溶质分子向低浓度区域 移动。（例：桂花香）
细胞
0 mv
-70 mv
复极化 超极化
去极化 静息电位
超极化
静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态 称为膜的极化 (polarization)
当静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时 ，称作膜的超极化 (hyperpolarization)
如果膜内电位向负值减少的方向变化，称作去 极化或除极 (depolarization)
跨膜电位改变）
电 通道构型改变的机制，以Na+通道的α亚单位为例：
第4个跨膜α螺旋带正电
电变化
4个结 构域
6个α螺旋 6个α螺旋
6个α螺旋
α螺旋位移
通道样结构 （0.3 × 0.5)nm
6个α螺旋
通道构型变化
（3）机械门控通道
机械刺激Biblioteka 跨激活细胞膜中的膜 信
机械门控通道 号
转
导 跨膜电位变化
（二）静息电位的产生机制
1. 细胞内外离子存在浓度梯度: 细胞外高Na+, 细 胞内高K+
2. 静息时膜对各种离子有不同通透性 (K+ : Na+ = 50~100 : 1)
3. 钠泵的生电作用：每消耗1分子ATP, 转运出 3Na+, 转运入2K+，因出入电荷不对等, 使膜内 负电荷↑, 导致膜向超极化方向改变
激活机械门控通道 跨膜离子流
第三节 细胞的生物电活动
细胞的生物电现象
d=1mm
1939
膜学说：细胞生物电现象是由于某些带电离子在细胞膜两侧的 不均衡分布，以及膜对这些离子的通透性发生改变所造成的。
一、静息电位（resting potential）
（一）概念 指细胞未受刺激时存在于细胞膜内外两侧的电位差， 膜内较膜外为负，在大多数细胞是一种稳定的直流电 位，哺乳动物的肌肉和神经细胞为-70 ~ -90mv。
道
低浓度
顺电-化学梯度
通道的特点（与载体相比）：
1、结构和功能状态因理化因素迅速改变，开放时 离子极快速通过。
2、对离子的选择性没有载体蛋白严格。
3、开放时间十分短促，然后关闭。
4、形成跨膜电流（离子电流），并常引起细胞的 功能改变
外来信号
通道开放
细胞生物电（跨膜 电位）变化
跨膜物质转运
信号转导
（三）主动转运 (active transport)：
受体
衣被凹陷
附膜蛋白 内移
吞饮小泡 低pH
胞内体
再循环小泡
细胞膜可反 复循环使用
第二节 体内信息传递
一、体内细胞间信息传递
内、外环境变化
感受器
细胞间信息传递
电
化学
缝隙连接
缝
激神细
隙
素经胞
连
递因
接
质子
二、细胞的跨膜信号转导
（一）跨膜信号转导概念的提出 (transmembrane signaling)
物质由膜以某种方式提供了能量，逆电—化学势差 而跨膜移动。必伴能源物质（常常是ATP）的耗能。
电-化学势：物质浓度差和电场力所具有的势能，为 被动扩散的能量来源。
1. 原发性主动转运：
直接消耗ATP的，转运体介导的逆电-化学梯度转运 Na+、K+的主动转运研究得最充分，且重要：
2K+ 高K+（高 30倍）
一、细胞膜的分子结构
细胞膜
脂质双分子层：屏障作用
特殊蛋白质： 与物质、能量和信息的 跨膜转运和转换有关。
蛋白质
脂质双分子层 疏水性基团 亲水性基团 液态镶嵌模型（fluid mosaic model）
（一）脂质双分子层为骨架
碱基：亲水性基团
磷酸
磷脂：约占70%； 胆固醇：约占30%； 糖脂：少量
生理学
第二章 细胞的基本功能
细胞是人体和其他生物的基本结构单位
细胞生理学 的主要内容
①细胞膜和组成其他细胞器的 膜性结构的基本化学组成和 分子结构
②物质（或离子）的跨膜转运功能 ③跨膜信号转换功能 ④（以带电离子跨膜运动为基
础的）细胞生物电和有关现象 ⑤细胞膜电变化 肌细胞机械性收缩
第一节 细胞膜的物质转运功能
各种化学分子（除少 数可进入细胞外）
靶细胞上 特异性受体
非化学刺激： 电、机械、电磁波
细胞
各种外界刺激
跨膜信号转导
种类非常多
transmembrane signal transduction
其途径为数不多 ，作用形式较类 似，涉及的膜蛋 白也为数不多。
细胞膜变化 或其他细胞 内功能变化
因不同的 细胞而异
inositol triphosphate
二酰甘油
diacyl glycerol
2，酶耦联型受体介导的跨膜信号转导
举例：
化学刺激
细胞膜表面的酪氨酸激酶受体 (tyrosine kinase receptor， 激活后具有磷酸激酶活性）
膜内底物（的酪氨酸残基）磷酸化
细胞内效应
3，离子通道型受体介导的跨膜信号转导
超射
0
去极化
mV
阈电位 -70
局部电位
复极化
负后电位
(去极化后电位)
正后电位
(超极化后 电位)
动作电位上升支中零位线以上的部分，称为超射值 (overshoot) 。
动作电位在描记的图形上表现为一次短促而尖锐 的脉冲样变化，称锋电位 (spike potential)。
锋电位下降支最后恢复到静息电位水平以前，膜 两侧电位还要经历的微小、缓慢波动，称后电位 (after potential)，一般先有负后电位（去极化后电 位），再出现正后电位（超极化后电位）。
细胞静息电位主要由K+ 产生，接近(但略小于) 钾平衡电位(EK)，详见后一页
K+ 化电
细胞内高K+
膜内高K+、膜对K+通透 （对Na+几乎不通透）
K+外移 膜内负电、膜外正电
K+浓度势能差 =（阻碍K+ 外移的）电势能差，即膜 两侧电-化学势代数和为零
膜内外形成一稳定的电位 差，称为K+平衡电位
转运体 高Na+
钠泵
Na+
Na+
实例：肠或肾小管上 皮吸收葡萄糖、氨基 酸等；
Na+ - H+（逆向）交换
葡萄糖
Na+水平 葡萄糖水平
细胞外 细胞内 细胞间隙
（四）出胞(exocytosis) 和入胞(endocytosis)
大分子、物质团块（固态或液态）
1,出胞
粗面内 质网
排出（囊泡膜成为
细胞膜的一部分）
阈电位
Na+的平衡电位
Na+通道很快失活 (inactivation)。 Na+通透性消失 K+通透性
高Na+
K+外流
低Na+
局部 高K+
局部电位
锋电位的形成
去极化达到阈电位水平
进一步加大Na+通道开放的机 率，形成正反馈，称为再生性
循环，形成动作电位陡峭的上
升支。
钠通道开放 、激活，Na+ 迅速内流
（1）化学 (配体，ligand) 门控通道 chemically gated channel
化学物质
细胞膜上特异 性通道蛋白
通道蛋白变 构而开放
相应的离子易化扩散
膜电位变化
以神经-肌接头乙酰胆碱（acetylcholine, ACh）介导的 信号转导为例：
N末梢 ACh
通道变构、开放
Na+内流
肌细胞膜（终板） （K+外流）
R - G protein - PLC (C) PLC-IP3-Ca2+-CaM PLC-DG-PKC
膜效应器酶
ATP 磷脂酰肌醇
受体蛋白 1
第二信使前体 腺苷酸
1
环化酶
磷脂酶C
β
α
γ
G-蛋白
3 2 第二信使
cAMP
(second messenger)
IP3 ，DG
离子通道
1
蛋白激酶 及其他
三磷酸酰肌醇
通量—mol或mol数/秒•cm2
与观察平面两侧某物质的浓度差成正 比（如有多种物质存在，与其他物质 无关，但电解质受电场力影响）。
单纯扩散
细胞膜两侧的脂溶性溶质分子按扩散原理作跨膜运动 或转运。某一物质跨膜通量的大小由膜两侧该物的浓 度差、脂溶性的大小以及分子大小、所带电荷等决定
单纯扩散的实例：O2、CO2 、H2O、乙醇、尿素等
OO-
CO CO
脂肪酸烃链：疏水非极性基团
脂质熔点较低，体温下呈液态
脂质小体 (Liposome)
膜兼有稳定性和流动性
例：吞噬细胞通过毛细血管内皮细胞 变形通过
吞噬细胞
血管腔
膜内外二层双分子层所含的脂质不同。
（二）细胞膜蛋白质
蛋白质以α-螺旋或球形结构分散镶嵌在双分子层中 表面蛋白
(peripheral protein) 占20%~30%
整合蛋白(integral protein) 占70%~80%
（三）细胞膜糖类
糖与膜脂质或蛋白质结合，多在膜的外面一侧。 可能成为抗原决定簇或受体的可识别部分
（特异性标志）。
二、细胞膜的物质转运
（一）单纯扩散 (simple diffusion)
扩散：高浓度区域中的溶质分子向低浓度区域 移动。（例：桂花香）
细胞
0 mv
-70 mv
复极化 超极化
去极化 静息电位
超极化
静息电位存在时膜两侧所保持的内负外正状态 称为膜的极化 (polarization)
当静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化时 ，称作膜的超极化 (hyperpolarization)
如果膜内电位向负值减少的方向变化，称作去 极化或除极 (depolarization)
跨膜电位改变）
电 通道构型改变的机制，以Na+通道的α亚单位为例：
第4个跨膜α螺旋带正电
电变化
4个结 构域
6个α螺旋 6个α螺旋
6个α螺旋
α螺旋位移
通道样结构 （0.3 × 0.5)nm
6个α螺旋
通道构型变化
（3）机械门控通道
机械刺激Biblioteka 跨激活细胞膜中的膜 信
机械门控通道 号
转
导 跨膜电位变化