第二章 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)
第二章 细胞的基本功能
D. 通道没有饱和性
电压门控通道（ channel） 电压门控通道（voltage gated channel） 接受电信号的受体，并通过通道的开放、 接受电信号的受体，并通过通道的开放、闭合和离子跨 膜流动的变化把信号传递到细胞内部。 膜流动的变化把信号传递到细胞内部。 机械门控通道(mechanically 机械门控通道(mechanically gated channel) 接受机械信号的受体，通过通道把信号传递到细胞内部， 接受机械信号的受体，通过通道把信号传递到细胞内部，引 起细胞功能的改变。 起细胞功能的改变。
动转运
以通道为中介 动转运
动转运
（一）简单扩散
1 概念：如CO2 、O2 、尿素、乙醇、脂肪酸等 概念： 2 影响因素： ① 膜两侧分子的浓度差 影响因素： ② 膜对物质的通透性 3 特点： ① 脂溶性物质 特点： 顺浓度梯度： ② 顺浓度梯度：高→低 低 ③ 不耗能
（二）易化扩散 易化扩散
1 概念：如葡萄糖、氨基酸，Na+、K+、Ca2+等无机离子） 概念：如葡萄糖、氨基酸， 等无机离子） 2 特点： ① 顺浓度差； 特点： 顺浓度差； ② 不耗能； 不耗能； ③ 需膜蛋白参与 3 分类：（根据膜蛋白的不同） 分类：（根据膜蛋白的不同） ：（根据膜蛋白的不同 ① 以载体为中介的易化扩散 ② 以通道为中介的易化扩散
（二）肌醇信号转导系统
配体 G蛋白偶联受体 配体配体-受体复合物 G蛋白 PLC PIP2 激活的G 激活的G蛋白 激活的PLC 激活的PLC IP3 Ca2+
+
DG PKC
激活酶蛋白 蛋白磷酸化 生理效应 生理效应
《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。
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。
中职护理专业第二章细胞的基本功能ppt课件
03
细胞质内代谢与能量 转换
ATP合成酶系及氧化磷酸化途径
ATP合成酶系
ATP合成酶是一种多蛋白复合物，由F0和F1两个功能结构域组成，参与氧化磷 酸化过程，催化ADP和Pi生成ATP。
06
细胞间通讯与信号转 导途径
旁分泌、自分泌和内分泌三种通讯方式
01
02
03
旁分泌
细胞分泌的激素或因子作 用于邻近细胞，调节细胞 功能。
自分泌
细胞分泌的激素或因子作 用于自身，实现自我调节 。
内分泌
内分泌细胞分泌的激素进 入血液，随血液循环作用 于远距离的靶细胞。
G蛋白偶联受体介导的信号转导途径
染色体变异
指细胞内染色体数目或结构的改变。包括染色体数目变异和染色体结构变异两种类型，可能导致遗传 信息的改变和生物性状的变异。
基因突变
指基因内部碱基对的替换、增添或缺失，导致基因结构的改变。基因突变是生物变异的根本来源，对 生物进化具有重要意义。
05
细胞增殖周期与凋亡 机制
有丝分裂各时期特点
前期
下游信号转导过程。
非酶联型受体介导的信号转导 途径在神经传导、肌肉收缩等
过程中发挥重要作用。
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被动转运过程都是顺浓度梯度的，不需要细胞消耗能量，是细胞物质转运的重要方式之一。
主动转运（原发性）和膜泡运输（继发性）
主动转运是指物质逆浓度梯度或电位梯 度进行的跨膜转运过程，需要消耗细胞 能量，如钠钾泵、钙泵等原发性主动转
运方式。
膜泡运输是指物质通过膜泡在细胞内进 行的运输方式，包括出胞和入胞两种类 型，是细胞进行大分子物质和颗粒物质
生理学 第二章 细胞的基本功能PPT课件
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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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(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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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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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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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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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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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。
跨膜信号传导方式
一.G蛋白耦联受体介导的信号转导
二.酶耦联受体介导的信号转导 三.离子通道介导的信号转导.
一、G蛋白耦联受体介导的信号转导
（一）参与G蛋白耦联受体信号转导的信号分子
G蛋白耦联受体 G蛋白 G蛋白效应器 第二信使 蛋白激酶
1.G蛋白耦联受体
包括β 肾上腺素受体、α 2肾上腺素受体、M 受体、五羟色胺受体、嗅觉受体、视紫红 质以及多数肽类激素的受体。 7次跨膜受 体 分为三个部分： 膜外侧和跨膜段：有与配体结合的结合部 位 膜内侧：有与G蛋白结合的结合部位
2. G蛋白
G蛋白由α β γ 三个亚基组成：α 亚基 具有鸟苷酸结合位点和GTP酶活性。 激活过程：
3. G蛋白效应器
பைடு நூலகம்
有两种：催化生成第二信使的酶和离子 通道。 G蛋白调控的酶主要是：腺苷酸环化酶 （AC），磷脂酶C（PLC），依赖于cGMP 的磷酸二酯酶（PDE）也可直接或间接通 过第二信使调控离子通道的活动。
4.第二信使
指细胞外信号分子作用于细胞膜后产生 的细胞内信号分子(作用于细胞膜的信号 分子称为第一信使)。 第二信使有cAMP，三磷酸肌醇（IP3）, 二酰甘油（DG）,环-磷酸鸟苷（cGMP） 和Ca2+ 等。
5.蛋白激酶
根据其磷酸化底物蛋白机制的不同分为两大类： （1）丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶：使底物蛋白中的 丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化； （2）酪氨酸蛋白激酶：使底物蛋白酪氨酸残基 磷酸化。 根据激活它们的第二信使不同，又可分为： （1）依赖cAMP的蛋白激酶或称蛋白激酶A （PKA）； （2）依赖于Ca2+的蛋白激酶，或称蛋白激酶C （PKC）等。
2．IP3-Ca2+途径
配体与受体结合后激活Gq Gq激活膜上的磷脂酶C（PLC） PLC将膜脂质中二磷酸磷脂酰肌醇（PIP2）水解 为两种第二信使物质：三磷酸肌醇（IP3）和二 酰甘油（DG）。 （ 1 ） IP3 结合于内质网或肌浆网膜上的 IP3 受体 （化学门控的 Ca2+ 释放通道），导致内质网或 肌浆网中Ca2+的释放和胞浆Ca2+浓度升高。 Ca2+ 作为第二信使，直接作用于底物蛋白发 挥调节作用，如引发肌肉收缩，但多数和钙调 蛋白结合成复合物（ Ca2+· CaM ）来发挥作用。 调节许多生理过程。
（一）被动转运
扩散：溶液中的粒子由高浓度向低 浓度的方向移动的现象。 先决条件：膜的通透性 动力：浓度差、电压差 被动转运：顺浓度差扩散、不需要 消耗能量的转运方式。分单纯扩散 和易化扩散。
1.单纯扩散
概念：脂溶性物质顺浓度差通过细 胞膜的过程。 转运物质：O2、CO2、NO、NH3、 脂肪酸等。
（二）G蛋白耦联受体介导的几种信号转导方式
CAMP-PKA途径 IP3-Ca2+途径 DG-PKC途径 G蛋白-离子通道途径
CAMP-PKA途径
第一信使+R
G蛋白-GDP G蛋白-GTP 蛋白激酶 及其他 第二信使 第二信使前体 效应器酶
细胞功能改变
两种方式：
配体与β 肾上腺素受体结合后,激活激动性G蛋白 (Gs)。Gs分成α 亚单位与GTP形成的复合物和β γ 二聚体，前者激活腺苷酸环化酶（AC），生成 cAMP，使胞内cAMP水平升高； 配体与肾上腺素α 受体结合后可激活另一种能抑 制AC活性的G蛋白，称之为抑制性G蛋白（Gi）。 激活的Gi使AC活性下降，cAMP水平降低。 cAMP主要通过激活蛋白激酶A（PKA）来实现 信号转导功能。
特性： ① 离子选择性 ②门控特性：电压门控通道 配基（化学）门控通道 机械门控通道
（2）载体介导的易化扩散：葡萄糖、氨基酸
特点：
① 结构特异性高 ② 饱和现象 ③ 竞争性抑制
（二）主动转运
概念：
细胞膜通过本身的某种耗能过程将某 种物质分子或离子作逆浓度差或逆电位差 的转运过程，称为主动转运。
2.易化扩散
概念：不溶于或难溶于脂质的物质在脂蛋 白帮助下顺浓度差通过细胞膜的过程。 根据参与蛋白质的不同，分为通道介导的 易化扩散和载体介导的易化扩散。
（1）通道介导的易化扩散
转运离子：Na+、K+、Ca2+、Cl- 等。
动力：膜两侧离子浓度差和电位差（亦称 电化学梯度）； 扩散条件：离子通道开放