第二章 细胞的基本功能。中国药科大学,辅导班内部资料。

第二章细胞的基本功能第一节细胞细胞是人体形态结构、生理功能和生长发育的基本单位。

一、细胞的结构及其功能根据光镜观察一直分为细胞膜、细胞质、细胞核三部分。

自从应用电镜研究细胞内部结构以后对细胞的基本结构又有了新的认识，提出了细胞包括“三相结构”的概念。

膜性体系微纤维体系微球体体系（一）细胞膜是生命物质外面出现一层膜性结构即细胞膜又称质膜。

细胞膜不但是细胞核环境之间的屏障也是细胞和环境之间进行物质交换、信息传递的门户。

1. 细胞膜的化学组成及分子结构（1）化学组成细胞膜是细胞表面的一层薄膜又称质膜，厚约7.5～10nm。

真核细胞的细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，还包含少量的糖。

糖与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂。

膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质，后者以а-螺旋或球形蛋白质的形式存在。

（2）细胞膜的分子结构在电镜下细胞膜可以分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条2.5nm的电子致密带，中间夹有一条厚约2.5nm的透明带。

总厚度为7.5nm左右。

这种结构不仅见于各种细胞的细胞膜，亦见于各种细胞器的膜性结构，如线粒体膜、内质网膜等。

因而它被认为是一种细胞中普遍存在的基本结构形式—称为单位膜式生物膜。

1）脂质双分子层细胞膜是由脂质双分子层构成的，膜的脂质分子都是长杆形，它们的一端是亲水性极性团，另一端是疏水性非极性基团。

由于水分子排斥作用，形成脂质分子的亲水基团朝向膜内外两边的水溶液，而它们的疏水集团朝向膜内部。

脂质的熔点较低这决定了膜中脂质在一般体温条件下是液体的，即膜具有某种程度的流动性。

2）膜的蛋白质分子嵌入蛋白（结合蛋白）表在蛋白（表面蛋白或周围蛋白）镶嵌蛋白质贯穿整个脂质双分子层，称为嵌入蛋白。

有的蛋白质只附着于脂质双分子层表面，称为周围蛋白或表在蛋白。

根据细胞膜蛋白质的不同功能，大致可将其归为几类：①与细胞膜的物质转运功能有关的蛋白，如载体、通道和离子泵。

②与“辨认”和“接受”细胞环境中特异的化学性刺激有关的蛋白通称为受体。

③属于酶类的膜蛋白④与细胞的免疫功能有关的膜蛋白⑤此外尚有目前还不确知其具体功能的膜蛋白A、嵌入蛋白具有许多重要功能（结合蛋白）a 转运膜内外物质的载体，通道和离子泵。

b 有的是接受激素递质和其他活性物质的受体c 有的是具有催化作用的酶B、表在蛋白质的功能多和细胞的吞噬作用、吞饮作用、变形运动以及细胞分裂中的细胞膜分割有关。

3）细胞膜的糖类主要是一些寡糖和多糖链，它们都以共价键的形式和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白，这些糖链绝大多数是裸露在膜的外表面一侧的。

由于组成这些糖链的单糖在排列顺序上有差异，这就成为细胞特异性的“标志”。

这些细胞表面的糖链部分有的有抗原性质。

“液态镶嵌模型”可以概括为：生物膜是以有极性的液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构，从而具有不同生理功能的蛋白质。

脂质的亲水性端分别朝向膜的内外两侧，疏水性端相互靠近位于膜的内部。

膜蛋白质分子镶嵌在脂质双分子层上：有的附着在膜的内或外表面；有的半镶嵌在膜的内或外表面；有的蛋白质侧贯穿整个脂质双分子层，两端暴露在膜的内外两侧。

糖和膜上的脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。

糖脂和糖蛋白的糖链部分，几乎都棵露于膜的外表面。

这些糖链可以成为细胞的特异性标志。

实际生物膜具有明显的刚性，而这一点用液态镶嵌模型不好解释。

故曾经有人提出了细胞膜的液晶模型，可较好地解释生物膜表现出的刚性，但至今未被普遍接受。

2. 细胞膜的物质转运功能细胞膜的主要功能物质转运（简单扩散、易化扩散、主动转运、出胞和入胞）调节作用（1）物质转运（主要以下四种方式）1）单纯扩散：物质分子总是以高浓度区向低浓度区扩散。

只有O2 、CO2等气体，以及脂溶性小分子物质是通过该方式转运的。

通过膜的扩散量不仅决定于膜两侧该物质的浓度梯度和电梯度的大小，还决定了膜对该物质的通透性。

单纯扩散示意图2）易化扩散：不溶于脂质的或很难溶于脂质的某些物质，如葡萄糖，氨基酸等分子和K+ Na+ Ca2+ 等离子，在一定情况下，也能顺浓度梯度通过细胞膜，但它们是借助于细胞膜结构种的某些特殊蛋白质的帮助而进行的。

因此称为易化扩散。

近年来通过各种研究，一般认为易化扩散至少可分为两种类型：载体型：一种是以所谓的载体为中介的易化扩散，葡萄糖、氨基酸顺浓度差通过细胞膜就属于这种。

载体是细胞膜上的镶嵌蛋白质，以载体为中介的易化扩散有如下特征：①载体蛋白有较高的结构特异性。

载体蛋白可选择性的与某物质作特异结合。

②饱和现象。

数目有限③竞争性抑制。

如载体对结构类似的A、B两物质都有转运能力，当A转运增加，B物质转运量降低。

通道型：另一种是以所谓的“通道”为中介的易化扩散。

一些离子如K+ Na+ Ca2+等顺着浓度梯度通过细胞膜，就属于这种类型。

“通道”也是镶嵌在细胞膜上的一种蛋白质，称通道蛋白，简称“通道”。

K+ 通道、Na+通道、 Ca2+ 通道。

通道的分类：①电压依从性通道（电压门控通道）：通道的开关决定于膜所在的环境两侧的电位差。

②化学依从性通道（化学门控通道）：通道的开关决定于膜所在的环境中存在化学物质（如递质、激素或药物）的情况。

③机械门控通道：通道的开放决定于所在膜接受机械性刺激的情况。

以通道为中介的易化扩散的主要特征：它们的结构和功能状态可以因细胞内外各种理化因素的影响而迅速改变，失活或关闭、开放等。

有一定特异性，但没有载体严格;可以处于开放或关闭的不同功能状态，其通透性变化快。

单纯扩散和易化扩散的共同点：物质分子或离子都是顺浓度差和顺电位差移动；物质移动所需要的能量来自浓度差所包含的势能，因而当时不需要细胞另外供能。

这样的转运方式叫做“被动转运”。

3）主动转运：主动运转是指细胞膜将物质分子或离子从浓度低的一侧向浓度高的一侧转运的过程。

在这个过程中，需要细胞代谢供给能量（或通过细胞本身的某种耗能过程）。

因此主动转运过程与细胞代谢密切相关。

通过细胞膜主动转运的物质有Na+、K+、Ca2+、H+、I_–、Cl_等离子和葡萄糖、氨基酸等分子。

其中最重要而且研究较充分的是Na+、K+的主动转运。

我们知道哺乳动物的神经和骨骼肌细胞正常时细胞内K+浓度大约为细胞外的30倍，细胞外Na+ 浓度为细胞内12倍，这种明显的浓度差是如何形成和维持的，很早就有人推测，各种细胞的细胞膜上普遍存在这一种称为Na+－K+泵的结构简称Na泵，它们的作用是：在细胞代谢供能情况下能够逆浓度差将细胞内的Na+移出细胞，同时将细胞外的 K+移入膜内，形成和维持Na+ K+在膜两侧的不均衡分布。

细胞外K+↑细胞内Na+↑并受Mg2+浓度↓激活Na+泵（Na+-K+泵）→具有ATP酶的活性→分解ATP放能↓← -------------------------↓转运功能供细胞其他耗能过程利用 3Na+ — 2 K+(分解一个ATP分子)↓↓移出膜外进入膜内（出膜）（入膜）相耦联4）出胞与入胞作用上述三种形式的物质转运，主要涉及到小分子物质或离子。

细胞对于一些大分子物质或物质团块，还可以通过膜的更复杂的结构和功能的改变使之进出细胞，分别称为出胞和入胞。

①出胞是指内分泌细胞内的激素或神经末梢内的递质、外分泌腺细胞内的分泌颗粒在分泌时向细胞膜靠近，然后分泌颗粒膜或囊泡膜与细胞膜相互融和，最后在融和处破裂，将其中物质排出细胞。

例如，神经细胞的轴突末梢把神经递质分泌到突触间隙中等。

②入胞是指细胞外物质被细胞膜“识别”后与其粘附，然后该处细胞膜内陷形成吞饮泡进入细胞内。

如物质团块是固体叫吞噬，如物质团块是液体叫吞饮（2）调节作用：（细胞膜受体）细胞膜中的一些嵌入蛋白质，能与某些化学物质进行特异性结合，这些蛋白质称为膜受体。

每一种细胞具有一定的特异性受体。

如促甲状腺素只作用于甲状腺细胞就是因为甲状腺细胞膜上有促甲状腺素受体。

受体与某些化学物质（如激素，神经递质和某些药物）结合后被激活从而引起细胞内一系列酶的变化，以控制和调节细胞的代谢过程和生理活动。

（二）细胞质（了解）细胞质位于细胞膜和细胞核之间，包括细胞质基质和包埋在基质中的各种特殊结构——细胞器。

1. 细胞质基质2. 核蛋白体（核糖体）3. 内质网内质网是分布在细胞质基质中的膜性管道系统。

①粗面内质网：粗面内质网与蛋白质的合成密切相关，它既是核蛋白体附着的支架，又是运输蛋白质的通道。

②滑面内质网；4. 高尔基体（高尔基复合体），它是由数层重叠的扁平囊泡、若干小泡及大泡三部分组成的膜性结构。

主要功能：是与细胞内一些物质的积聚、加工和分泌颗粒的形成密切相关。

5. 线粒体是由内外两层单位膜形成的圆形或椭圆形的囊状结构。

线粒体的主要功能是进行细胞的氧化供能，故有细胞内“动力工厂”之称。

6. 溶酶体是一种囊状小体，主要功能：溶酶体是细胞内重要的消化器官。

除上述细胞质基质和细胞器外，尚有微丝、微管、中心粒等细胞器是由蛋白质构成的丝状和管状结构。

它们与其它细胞器的位移、分泌颗粒的运输、微绒毛的收缩以及细胞的运动等功能有密切关系。

（三）细胞核（了解）1. 核膜是位于细胞核表面的薄膜，由两层单位膜组成。

2. 核仁核仁的化学成分主要是蛋白质和核酸（主要是核糖核酸）;3. 染色质和染色体间期细胞核中，能被碱性染料着色的物质即染色质（或称染色质纤维）。

染色质的基本化学成分是脱氧核糖核酸（简称DNA）和组蛋白。

二者结合形成染色质结构的基本单位——核小体。

在细胞有丝分裂时，若干核小体构成的染色质纤维反复螺旋，折叠，最后组装成中期染色体。

因此，染色质和染色体实际上是同一物质在间期和分裂期的不同形态表现。

DNA分子的功能主要有两方面：①贮藏、复制和传递遗传信息。

②控制细胞内蛋白质的合成（详见生物化学）。

由上可知，细胞各组成部分（简称组分）在结构和功能方面都有各自的特点。

但它们又是密切联系，相互依存，相互配合成为统一的整体。

从而保证细胞生命活动的正常进行。

名词电压依从性通道化学依从性通道机械门控通道：出胞与入胞液态镶嵌模型问答题1、细胞膜蛋白质有那些功能？2、以载体为中介的易化扩散的特征：3、以通道为中介的易化扩散的特征：。