第2章 细胞的基本功能
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）
第二章细胞的基本功能
第二章细胞的基本功能单纯扩散：脂溶性小分子物质以物理学上的扩散原理，从浓度高的一侧向浓度低的一侧做跨膜运动，不需要细胞提供能量称为单纯扩散。
易化扩散：水溶性小分子或带电离子借助载体或通道，由细胞膜高浓度向低浓度的跨膜转运过程不消耗能量。
主动转运：某些物质在膜蛋白的帮助下，由细胞代谢功能进行逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运称为主动转运。
静息电位：细胞静息状态时，细胞膜两侧存在的外正内负且相对平稳的电位差。
动作电位：细胞在进行电位基础上接受有效刺激产生的一个迅速的可向远处传播的膜电位波动。
阈刺激：当刺激持续的时间和刺激的变化率一定时，引起组织细胞兴奋所需要的最小刺激强度。
阈电位：能使细胞膜上的钠离子通道全部打开，触发动作电位的膜电位临界值。
局部电流：静息部位膜内负外正，兴奋部位膜极性反转，兴奋区与非兴奋区之间存在的电位差，形成局部电流。
兴奋：细胞接受刺激后产生动作电位的过程及其表现，动作电位是细胞兴奋的客观指标。
兴奋性：可兴奋细胞接受刺激后产生兴奋的能力或特性，阈刺激和阈程强度是衡量细胞兴奋性的指标。
极化：细胞安静状态下膜外带正电膜内带负电的状态。
去极化：静息电位减小表示膜的极化状态减弱，这种静息电位减小的过程或状态称为去极化。
绝对不应期：在兴奋发生后的最初一段时间内，无论是加多强的刺激，也不能使细胞再次兴奋，这段时间称为绝对不应期。
相对不应期：在绝对不应期后兴奋性逐渐恢复受刺激后可发生兴奋，但刺激强度必须大于原来的阈值，这段时间称为相对不应期。
肌节：相邻两条z线之间的区域（1/2I+A+1/2I）,是肌肉收缩和舒张的最基本单位。
在体骨骼肌安静时肌节长度约为2.0~2.2微米。
静息电位的形成机制：安静情况下，未受刺激的细胞膜对钾离子的通透性大，膜内K†浓度高，K†向外扩散；由于细胞内的阴离子不能通过细胞膜，因此出现“外正内负”的跨膜电位差；随着K†向外扩散的进行，这种电位差加大；而这种电位差是K†向外扩散的阻力，当这种阻力（电位差）和K†向外扩散的动力（浓度差）相等时，K†向外净扩散为0，膜电位不再发生变化而稳定于某一数值，即K†平衡电位。
生理学第二章_细胞的基本功能
出胞(exocytosis)
胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。 例如
外分泌腺细胞排放酶原颗粒和粘液 内分泌腺细胞分泌激素 神经纤维末梢神经递质的释放。 形式 持续性出胞：安静自发 Байду номын сангаас调节性出胞：诱导释放
效应器酶：催化生成第二信使 腺苷酸环化酶 (AC)、磷脂酶C (PLC)、 磷脂酶A2 (PLA2)、鸟苷酸环化酶 (GC)
离子通道 转运蛋白
第二信使 （second messenger）
环磷酸腺苷(cAMP)、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG)、环磷 酸鸟苷(cGMP)、Ca2+
作用：使靶蛋白（蛋白激酶、离子通道）磷酸化、构象变化
Ca2+信号系统 Ca2+
总结：G蛋白偶联受体介导的信号转导过程
第一信使
G蛋白耦联 受体
G蛋白 α α
G蛋白 GT
GDβγ
PP
细胞 功能 改变
…
…
效应器酶 第二信使
蛋白激酶 或通道
三、酶联型受体介导的信号转导
酶联型受体： 自身具有酶的活性或能与酶结合的膜受体 结构特征：
仅一个跨膜区段 胞外结构域含有可结合配体的部位 胞内结构域则具有酶的活性或含能与酶结合的位点
本质：载体或转运体（transporter）:贯穿脂质双层整合蛋白 对象：水溶性小分子（如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等） 特点：
（1）结构特异性 （2）饱和现象 （3）竞争性抑制 （4）顺浓差或电位差 机制： 载体蛋白分子内部的变构
（三）主动转运 (active transport)
《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 第2章细胞
传播，但随着传播距离的增加，其电位变化幅度减
小最后消失故不能在膜上作远距离的传播； （3）可以总和 ①空间性总和 ②时间性总和
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小结：局部反应与动作电位之比较
项 目 局 部 反 阈下刺激 较少 小（在阈电位以下波动） 有（时间或空间总和） 无 呈电紧张性扩布，随时间 和距离的延长迅速衰减， 不能连续向远处传播 应 动 作 电 多 大（达阈电位以上） 无 有 能以局部电流的形式 连续而不衰减地向远 处传播 位
01:04
（三）产生机制
产生条件主要有两个： • ①细胞内外各种离子的浓度分布不均（外Na+内K+状态）， 即存在浓度差； • ②在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。 安静状态时，细胞膜主要对K+通透，K+顺浓度差外流， 随着K+外流，膜内外K+浓度差（化学驱动力）↓ ， K+外 流引起的由细胞外向细胞内的电场力（阻力）↑，当动 力和阻力相等时，K+净移动为0，此时膜两侧的电位差 也稳定于某一数值，称为K+平衡电位。
01:04
受体是指细胞膜或细胞内一些能与某些化学物质特异 性结合并产生特定生理效应的蛋白质。可分为膜受体和胞 内受体，通常指膜受体。 受体基本功能： 1.能识别和结合体液中的特殊物质，具有高度特异性，
保证信息传递准确、可靠。
2.能转导各种化学信号，激发细胞内产生相应的生理 效应。
01:04
第三节 细胞的生物电现象
门控离子通道分为三类： 1) 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如神经 元上的Na+ 通道；K+ 通道等。
专升本生理学第2章细胞的基本功能
第二章细胞的基本功能一、名词解释1.单纯扩散2.易化扩散3.经载体的易化扩散4.经通道的易化扩散5.被动转运6.主动转运7.受体8.静息电位9.极化10.去极化11.超级化12.复极化13.动作电位14.阈电位15.局部兴奋16.绝对不应期17.终板电位18.兴奋--收缩耦联19.前负荷20.后负荷21.等长收缩22.等张收缩23.单收缩24.强直收缩答案： 1.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。
2.易化扩散是指某些非脂溶性或脂溶性很小的物质，在膜蛋白的帮助下顺浓度差的跨膜转运。
3.经载体的易化扩散是指一些亲水性小分子物质经载体蛋白的介导，顺浓度梯度的跨膜转运。
4.经通道的易化扩散是指各种带电离子经通道蛋白的介导，顺浓度梯度或电位梯度的跨膜转运。
5.被动转运是指物质顺浓度梯度和(或)电位梯度进行的跨膜转运，不需消耗能量。
包括单纯扩散和易化扩散。
6.主动转运是指某些物质在膜蛋白的帮助下由细胞代谢提供能量而实现的逆电-化学梯度的跨膜转运。
7.受体是指存在于细胞膜上或细胞内，能识别并结合特异性化学信息，进而引起细胞产生特定生物学效应的特殊蛋白质。
8.静息电位是指静息时细胞膜两侧存在的电位差。
9.极化是指静息电位存在时细胞膜所处的“外正内负”的稳定状态。
10.去极化是指静息电位的减小即细胞内负值的减小。
11.超极化是指静息电位的增大即细胞内负值的增大。
12.复极化是指细胞膜去极化后再向静息电位方向的恢复。
13.动作电位是指在静息电位基础上，给细胞一个有效的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动。
它是细胞产生兴奋的标志。
14.阈电位是指能触发动作电位的膜电位临界值。
15.局部兴奋是指细胞受到阈下刺激时产生的较小的、只限于膜局部的去极化。
16.绝对不应期是指组织细胞在兴奋后最初的一段时间，无论给予多大的刺激也不能使它再次兴奋。
17.终板电位是指神经-骨骼肌接头处的终板膜产生的去极化电位。
第二章 细胞的基本功能
主动转运与被动转运的区别
主动转运 需由细胞提供能量
逆电-化学势差 使膜两侧浓度差更大
被动转运
不需外部能量 顺电-化学势差 使膜两侧浓度差更小
（三）出胞和入胞
出胞作用
入胞作用
第二节 细胞的跨膜信号传导功能
细胞外信号分子通称为配体。 受体是指存在于细胞膜或细胞内能特异性识别生 物活性分子（配体）并与之结合进而诱发生物效 应的特殊蛋白质，即细胞接受信息的装置。 细胞外环境变化的信息以新的信号形式传递到膜 内，引发靶细胞相应的功能改变，包括细胞出现 电反应或其他功能改变。这一过程称为跨膜信号 转导，是细胞的基本功能之一。
3．DG-PKC途径
DG留在膜的内表面，和膜磷脂中的磷脂 酰丝氨酸共同激活蛋白激酶C（PKC）。 PKC有多种亚型，它们广泛分布于不同类 型的组织细胞，激活后可使底物蛋白磷 酸化，产生多种生物效应。
第二章 细胞的基本功能
第一节 细胞膜的基本结构和 物质转运功能
一、细胞膜的结构和化学组成
（一）脂质双分子层
构成：由双嗜性脂质分子两两相对 排列成双分子层
（二）嵌在细胞膜上蛋白质
以两种 形式存在: 外周蛋白 整合蛋白
（三） 糖类
形式： 糖蛋白或糖脂
二、细胞膜的跨膜物质转运功能
小分子: 被动转运、主动转运 大分子、物质团块：胞纳、胞吐
“钠-钾泵”，简称钠泵：分解ATP，逆浓度差 主动地把细胞内的Na+移出膜外，同时把细 胞外的K+移入膜内。
钠泵的意义：
①细胞内高钾是许多代谢反应的必要条件 ②维持正常细胞体积（防止细胞水肿）
③建立势能贮备（生电性）
继发性主动转运： 钠泵形成的势能贮备是某些非离子物质 进行跨膜主动转运的能量来源，因而把这种 类型的转运称为继发性主动转运或称为协同 转运。 小肠上皮、肾小管上皮等对葡萄糖、氨 基酸等营养物质的吸收就是继发性主动转运 过程。
生理学第二章细胞
微电极（单一神经纤维）
电压钳技术（细胞膜上的离子通道）
膜片钳技术（单一离子通道）
膜片钳技术：可记录细胞膜结构中单一离子通道的电流 和电导。生物电现象的观察分析进入分子水平的新阶段。
39
静息电位(resting potential)及其产生原理
（一）静息电位(resting potential RP) 细胞安静状态时，存在于细胞膜内外两侧的电位差。
2.RP实验现象：
40
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证明RP的实验：
（甲）当A、B电极都位
性质：
于细胞膜外，无电位改变，内负外正（极化）
证明膜外无电位差。
（乙）当A电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。
（丙）当A、B电极都位
于细胞膜内，无电位改变，
证明膜内无电位差。
42
➢ 膜电位变化中的几种状态
a⑧f①t正eR⑥r后e-Ksp电+to从it位ne细gn（pt胞oiptao内elsn)i转ttii移avle到细胞 a化ft③e外r膜-液p去o使t极e细n化t胞i达a复l阈)极:电超化位级水平，
电⑤④压N去门a②+极通控阈化道N刺a：关+激通N闭a道+，迅开K速放+通进。道入 Na开细+进放胞入细胞。
复极化(repolarization) : depolarization→ polarization
43
（二）静息电位(RP)的产生机制
1. 细胞膜内外离子分布及膜对离子的通透性
(1) 细胞膜内、外离子分布不匀 [Na+] o ＞[Na+] i ≈ 10∶1, [K+]i＞[K+]o≈30∶1 [Cl-] o ＞[Cl-] i ≈ 14∶1, [A-]i＞[A-]o≈ 4∶1
生理学 第二章 细胞的基本功能PPT课件
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11
以载体为中介的易化扩散
转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质
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12
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(3)特点:
①顺浓度差 ②不消耗能量
③需依靠特殊膜蛋白质的“帮助”
④特异性或选择性（∵特殊膜蛋白质本身有结构特异性） ⑤饱和性（∵结合位点是有限的） ⑥竞争性抑制（∵经同一特殊膜蛋白质转运） ⑦
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8
二、易化扩散(facilitated diffusion)
(1)概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质,由
膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程。
(2)分类:
①以通道为中介的易化扩散
②一载体为中介的易化扩散
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9
以通道为中介的易化扩散
[Na+]o ＞ [Na+]i
[K+]i ＞[K+]o
融合处出现裂口
分泌物一次性排出
囊泡的膜成为细胞膜的组成部分
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25
入胞:
细胞膜上的受体对物质的“辨认” 发生特异性结合形成复合物 结合处C膜凹陷 凹陷膜与细胞膜断离 整个进入细胞质内
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27
作业：
1、比较单纯扩散和异化扩散的异同。 2、比较被动转运与主动转运的异同。
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第二节 细胞膜的受体功能
受体：是指镶嵌在C膜脂质双分子层中的各种 特异性蛋白质分子，它能选择性地和C膜外 的活性物质结合，实现跨膜信号传递或跨 膜信号转换，引起C膜的电位变化或C内生 理效应的变化。如C膜上的糖蛋白、脂蛋白、 糖脂蛋白等。
配体：凡能与受体特异性结合并产生效应的 物质，统称为配体或化学信号。如激素、 神经递质、抗原、药物等。
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将K+从外泵入胞内
(3) 特性： 3个Na+移出膜外2个K+ 移入膜内
3. Na+-K+泵
4.钠泵活动的意义：
•使细胞内高K+ , 利于细胞代谢动；
•防止Na+过多进入细胞导致水分子过 多,引起细胞肿胀而破坏细胞结构； •建立钠、钾浓度势能贮备是产生生 物电的基础,钠浓度势能也可用于非 离子物质的主动转运(继发性主动转 运)。
构将物质移向另侧。如葡萄糖、氨基酸
等非离子物质的转运。
以载体为中介的易化扩散
（2）经通道为中介的易化扩散
Facilitated diffusion via channel：
转运物质:带电离子
离子通道： 是一类贯穿脂质双层的、中央带有亲 水性孔道的膜蛋白。 通道的分类： 化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道 Voltage-gated channel
以通道为中介的易化扩散
3.主动转运(active transport)
1.定义：细胞通过本身的某种耗
能过程，将物质的分子或离子从膜
的低浓度一侧向高浓度一侧移动的
过程
2.特征
逆电化学梯度
耗能
主动转运
3. Na+-K+泵
(1) 结构：膜蛋白质，具有ATP酶活性
(2) 功能：分解ATP，释放出能量，利用
2. 单纯扩散的特点
顺化学梯度
不耗能
• 3.单纯扩散的条件：
• 浓度差
• 膜通透性(脂溶性,分子量,)
4.单纯扩散物质：
O2、CO2、水(还可通过水通道water channel 即水孔蛋白aquaprin来跨膜转运)
2.易化扩散（facilitated diffusion)
1. 定义：非脂溶性或脂溶性很小的物
• 电传递存在于心肌、内脏平滑肌和神经细 胞之间。
• 受体：细胞中的一种特殊蛋白质，能识别
化学信使并能与之特异性结合从而引起细 胞的生理效应。 • 分为：膜受体、胞浆受体、核受体
• 如果某些信号与受体结合后，引起特定生
理效应，称之为该受体的激动剂；如果某 些化学物质与受体结合后，不能引起相应 的生理效应或使这种效应减弱，则称为该 受体的阻滞剂。
细胞内外物质、能量、信息交换。
细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂
作为膜蛋白受体识别部分
参与免疫反应
三、细胞膜的物质转运功能
• 单纯扩散
• 易化扩散
• 主动转运
• 出胞与入胞
1.单纯扩散（simple diffusion）
• 1.定义：脂溶性小分子物质由细胞膜
的高浓度一侧向低浓度一侧按扩散
原理作跨膜移动的过程。
第二章 细胞的基本功能
第二章 细胞的基本功能
• 第一节 细胞膜的基本结构和物质转运功能
• 第二节 细胞的跨膜信号传递功能
第一节
细胞膜的基本结构 和物质转运功能
一、细胞膜的结构
液态镶嵌模型
二、细胞膜化学组成及意义
脂质双分子层：屏障作用
保持细胞内容物的相对稳定 细胞膜蛋白质：膜通道蛋白，载体蛋白，酶
Na
+
K+
钠 泵
4 出胞与入胞
1. 入胞：一些大分子物质或团块
物质进入细胞的过程 2. 出胞：大分子物质或固态、液
态物质从细胞内排出的过程
小结
第二节 细胞的跨膜信号传递功能
• 信号: 激.
含有信息内容的一种物质或刺
• 信息在细胞间的传递主要可分为两大类： • 化学性传递
• 电传递
• 化学性传递是指神经末梢释放化学递质、 内分泌细胞分泌激素或机体细胞分泌细胞 因子等化学信号物质作用于靶细胞，调节 靶细胞的生理活动。
思考题
• • • • • 一、名词解释 1、单纯扩散 2、主动转运 3、 Na+-K+泵 4、异化扩散 5、化学性传递 6、受体 二、简答 1、试比较跨膜物质转运形式的异同。
质，在细胞膜上某些特殊蛋白质的帮
助下，从高浓度一侧通过细胞膜向低
浓度一侧扩散的过程。
2. 特点
(1) 顺电化学梯度，不耗能 (2) 膜蛋白对转运的物质具有选择性
（膜 蛋白分子本身有结构特异性）
3.类型
(1) 载体介导的易化扩散
(2) 通道介导的易化扩散
（1）载体为中介的易化扩散：
物质与载体蛋白的位点结合,引起后者变