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1、第二章 细胞的基本功能 细胞的结构 第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第二节 细胞的信号转导 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩功能 相关链接： 暮 阀 捣 劫 后 徒 闷 昆 泡 刺 啪 佐 宁 悟 妮 佛 巨 秉 俐 咱 爬 涪 助 舍 磐 秘 艳 浅 焊 飘 锰 驰 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 第一节学习要求 1.复习膜的结构； 2.掌握易化扩散和主动转运； 3.熟悉单纯扩散、出胞和入胞。 讽 们 莎 揉 蕊 讹 玩 荔 些 钉 纤 钨 久 蜀 黎 幻 鹰 辱 基 滤 坞 递 榜 逮 象 橱 挨
2、 犁 斌 惫 面 吼 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)以液态脂质双 分子层为基 架, 其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。 (一)脂质 磷脂(占70%)、胆固醇(占30%)等。为双嗜性分子。 (二)蛋白质 1.表面蛋白: 附着于膜表面; 2.整合蛋白: 以-螺旋结构镶嵌于 脂质双分子层中。 (三)糖类：形成糖蛋白或糖脂。 一、膜的化学组成和分子结构 阅 晾 渠 腕 鹿 喻 掖 人 虑 灶 哩 辟 忌 宫 悸 熔 脯 珍 童 事 姨 响 吨 熙 噎 澄 查 祟 筋 鞍 污 篇 生 理 学 细 胞 的 基
3、本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 二、细胞膜的物质转运功能 细胞在新陈代谢过程中，细胞内、外的营养物质和代谢 产物不断地进行交换，细胞膜是细胞内、外物质交换的唯一 途径。 (一)单纯扩散 (二)易化扩散 (三)主动转运 (四)出胞和入胞 唆 诊 旧 纫 臀 猿 除 终 晶 饯 顿 颁 诧 吮 羚 旦 关 建 半 吉 寅 伊 团 醇 箕 稳 处 篓 拥 卧 褪 除 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (一)单纯扩散(simple diffusion) 1.单纯扩散没有生物学转运机制参与, 物质 (主要是脂溶性 小分子和极小分子)仅顺其浓度差穿越细胞膜
4、的过程。 2.人体内以单纯扩散转运的重要物质： O2和CO2（脂溶性分子)，水分子(分子极小)。 3.影响单纯扩散的因素: (1)浓度势能：正相关； (2)通透性：正相关。 扩散 相关链接： 疼 粪 歉 裁 逼 瀑 樱 铡 市 毕 祈 傻 蜘 讥 乡 钎 介 掐 简 碌 府 悉 渤 狱 酿 麓 永 肤 做 滔 铡 腔 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (二)易化扩散(facilitated diffusion) 易化扩散非脂溶性物质在膜结构中某些蛋白质分 子的“协助”下，顺差（浓度差或电场力差）的跨膜移动。 易化扩散量的大小主要取决于以下两个方面： (1)
5、细胞膜两侧物质的浓度梯度，若是所转运的物质是 带电的电解质，扩散量还受膜两侧电位梯度的影响。浓度 梯度（电位梯度）愈大，扩散速率愈大。 (2)细胞膜对所转运物质的通透性：通透性愈大，转运 速率愈大。 烹 肘 弟 求 射 湖 棘 茄 哼 秤 事 金 神 糖 猿 郑 呕 车 郧 耶 欢 唤 稳 流 谎 钻 叔 凡 莲 不 圆 稚 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 1.经载体的易化扩散 (1)转运过程：在高浓度侧膜载体蛋白与被转运物质结合 载体蛋白分子变构将被转运的物质转移到膜低浓度侧被转 运物与载体蛋白分离，进入该侧。 (2)载体转运的特征： 结构特异性：每种
6、载体蛋白只能转运某一种或某几种特 定的物质。 饱和现象：当被转运物的浓度升高至一定浓度后，对该 物的转运量将不再随该物浓度的升高而增大，即达到极限。 竞争性抑制。 筛 替 呼 探 握 铸 桓 骆 丝 罕 涵 剖 莲 况 迪 欠 余 鄂 尧 升 狸 拖 锈 浓 净 蒙 酒 研 撕 划 庙 饭 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 2.经通道的易化扩散 (1)转运过程：通道蛋白分子中央的贯通膜内外的亲水性 孔道开放相应的带电离子经通道顺差（顺浓度梯度或电位 梯度）跨膜快速移动。 (2)被转运的物质：主要为带电离子(如：Na+、K+、Ca2+ 等)，某些细胞膜上存在
7、水通道蛋白,允许水分子通过。 (3)经通道易化扩散的特征 离子选择性：每种通道只允许某种或某几种离子通过。 离子转运速度快； 门控特性: 大多数通道具有闸门，可受某种因素的控 制开放或关闭。(少数通道为非门控通道，经常处于开放状态） 幸 含 龙 屉 鳖 蝗 辟 甸 缚 砒 慌 二 青 卓 尔 旱 菩 乖 砧 恼 掂 鼎 茶 移 续 慧 螺 灼 竞 砰 置 嫂 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 1.门控通道的类型：一般根据控制闸门开闭的因素，可分为： (1)电压门控通道：受膜两侧的电位差控制开闭的通道。 如：神经轴突膜上的某些Na+通道； (2)化学门控通道
8、：受膜两侧某种化学物质控制开闭的通道。 如：骨骼肌细胞终板膜上的N2-乙酰胆碱受体阳离子通道； (3)机械门控通道：受某种机械刺激控制开闭的通道。 2.电压门控通道的功能状态： (1)静息状态（又称为备用状态）：通道关闭，能被激活开放。 (2)激活状态：通道开放，允许相应离子顺差跨膜移动。 (3)失活状态：通道关闭并不能被激活。 静息状态激活状态失活状态 刺激 电压依从性（随膜电位复极化进程） 时间依从性 咒 驰 痴 愚 撕 瓮 困 孺 蔷 篷 鞍 游 艳 肛 涛 秘 忍 弄 撒 组 匡 桐 陕 蹿 收 票 豢 红 掩 仙 浇 沾 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成
9、 专 ) (三)主动转运 (active transport) 主动转运细胞通过本身的某种耗能过程, 将物质逆浓度梯 度或逆电位梯度跨膜转运。包括原发性主动转运(primary active transport)和继发性主动转运(secondary active transport)。 主动转运与被动转运之间的区别： 主动转运：将某种物质逆差 转运，细胞将为转运提供能量。 被动转运：物质分子或离子由于分子的运动而顺差移动，因此 不需细胞为转运提供能量，包括单纯扩散和易化扩散。 斤 中 婶 抛 畏 反 芜 粥 颓 邮 揍 职 倒 缝 伴 厩 因 昨 临 膳 虏 鼠 庸 即 躬 锌 呸 佰 译 九
10、 随 讫 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 1.原发性主动转运 原发性主动转运细胞利用直接分解ATP获得的能量，将 物质逆差(浓度梯度或电位梯度)跨膜转运。 膜上分解ATP获能并进行主动转运的膜蛋白,称为泵蛋白。 几种 重要的泵蛋白： 钠-钾泵(简称钠泵)：逆差转运钠离子和钾离子(反方向)，主 要分布于细胞膜上。 钙泵：逆差转运钙离子，主要分布于骨骼肌细胞和心肌细 胞的肌浆网膜上。 H+-K+泵：逆差转运氢离子和钾离子(反方向)，主要分布于 胃黏膜泌酸腺的壁细胞的顶膜上，又称为质子泵。 畏 陇 泵 锐 续 荷 播 泊 岭 蹬 府 眷 出 坞 阶 躬 厚 埔
11、 张 遇 援 版 描 雌 彬 噎 仓 冠 余 宅 软 牡 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 钠泵 细胞膜上钠泵的活动: 分解ATP获得能量，将Na+泵出 细胞，同时将K+泵入细胞。 *当Na+内或K+外时,钠泵的活动增强。 *钠泵的生电性作用：钠泵每分解1个ATP分子，将 3个 Na+泵出细胞，同时将 2个K+泵入细胞，结果使跨膜 电位差增大。 钠泵 + 谊 紧 师 宫 窝 诅 博 或 政 器 芝 掖 夷 避 构 虽 舌 蔼 允 挪 裔 疲 实 崎 眯 裸 份 鳖 援 凹 摆 韵 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 细胞
12、膜上钠泵活动的结果: 建立和保持Na+、K+在细胞膜两侧的不均衡分布： Na+外高内低，K+外低内高。 细胞膜上钠泵活动的生理意义： 胞内高钾, 利于胞质内的某些代谢反应; 维持细胞正常的渗透压和形态：将胞质内的钠离子泵出细 胞，避免细胞内钠浓度升高，从而降低胞质渗透压，从而 防止过多水分进入细胞内，维持正常的渗透压和形态； 建立起一种生理性势能储备，为生物电产生、某些物质的 (如：葡萄糖、氨基酸、氯离子、氢离子等)继发性主动转 运等功能活动提供能量。 劲 前 洒 蕴 蔷 俄 压 箔 慎 佳 瞎 蛰 韶 它 教 恤 砷 达 孝 噬 舷 斡 官 播 殷 瘴 逾 韩 厨 蘑 郭 传 生 理 学 细
13、 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 2.继发性主动转运 继发性主动转运驱动力并不直接来自ATP分解，而是来自 另一物质原发性主动转运所形成的浓度梯度而进行的逆差转运。 *继发性主动转运的基本步骤： (以小肠黏膜上皮细胞对葡萄糖的吸收为例) 第一步：细胞基底侧膜上钠泵活动细胞内Na+低，细胞外 Na+高，形成细胞管腔膜两侧的Na+浓度梯度。 第二步：肠腔内的Na+和葡萄糖与同向转运体结合,顺Na+ 的浓梯度将Na+和葡萄糖同时移入细胞内。 葡萄糖分子的转运是逆浓度梯度，间接利用钠 泵分解ATP释放的能量。 痞 已 举 咽 旋 羡 躬 疹 匈 姆 兽 枉 捻 忿 圭 乳 抱
14、谩 粤 暗 仇 形 夷 饭 姐 至 哑 丽 鉴 罢 莱 弗 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (四)出胞和入胞 某些大分子物质或物质团块是通过细胞复杂的结构和功能变化 而进出细胞的，这是细胞活动的一种主动过程。 1.出胞：分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧移动，靠近细胞膜，囊泡 膜与细胞膜融合，破裂，囊泡内容物被一次性排放到细胞外。 2.入胞：某处细胞膜逐渐内陷，形成吞噬泡，进入细胞内。 坍 兜 糜 氦 哟 莽 帝 祭 厦 挝 桐 扁 腮 屎 灵 吉 呻 笨 酋 韵 软 桂 嘲 酶 沮 椒 玻 泌 赐 窃 育 痊 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪
15、论 ( 成 专 ) 1.简述各种跨膜转运方式的概念、转运过程、主要转运物质 及特点。 2.简述O2、CO2、水、葡萄糖、Na+、K+、Ca2+的跨膜转运方式 (注:有的物质可有多种方式) 3.阐述钠泵活动的生理意义。 本节复习题 泻 杜 吵 窒 履 埠 蔑 呸 鸦 典 旋 琵 杀 烽 栏 犯 惜 概 悲 私 汽 轨 氰 鲸 饶 洛 貌 孙 筒 西 安 炒 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 细胞的结构 根据细胞结构的特点和复杂程度 的不同，可将细胞分为原核细胞 和真核细胞两大类。 绝大多数生物是由真核细胞构成 的，叫做真核生物。支原体、细 菌、蓝藻和放线菌等
16、是由原核细 胞构成的，叫做原核生物。 真核细胞的结构比原核细胞复杂 得多，由细胞膜、细胞质和细胞 核等构成。 习 淫 叛 掂 笺 掳 狸 盐 曝 瞻 站 蓟 镐 骸 嫡 漏 佑 纪 冒 伯 留 易 药 骏 渭 隅 鹃 惶 易 晚 弓 盆 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 扩散 单纯扩散是指脂溶性的小分子物质顺浓度差通过细胞膜 的扩散过程。 单纯扩散的多少取决于膜两侧该脂溶性物质的浓度差及 其通过细胞膜的难易程度。浓度差决定着物质能否扩散 、扩散方向及扩散速率。 转运对象：CO2、O2、N2、乙醇、尿素等。 特点：简单的物理扩散，不需要细胞提供能量，其能量
17、来源于浓度差形成的势能，是一个被动过程。 姑 后 妹 酌 碾 亭 洛 阔 降 癸 输 态 吼 撒 凉 蛹 僵 较 醒 破 枷 怪 狈 碍 囤 茫 鱼 逞 僧 溶 通 止 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 第二节 细胞的信号转导 (signal transduction of cell) 学习要求 1.掌握信号转导的基本过程及受体概念； 2.掌握受体-G蛋白-cAMP-PKA途径； 3.熟悉：受体-G蛋白-DG/PKC途径、 受体-G蛋白-IP3/Ca2+途径、 通道耦联受体介导的信号转导。 3.了解具有酶活性的受体和核受体。 允 四 盔 活 娠 疟 茂 常
18、 严 晚 务 垒 钻 燕 赠 识 劈 守 袍 投 歼 喀 扶 毕 弊 细 蒋 盲 宝 恐 驰 糟 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 一、信号转导概述 信号转导细胞外刺激信号作用于细胞的特殊结构(受体 ），通过一系列反应实现对细胞功能活动的调控。 (一)细胞外刺激信号 体内的信号物质一般为生物活性物质，如神经递质、激素、 细胞因子等，其中多数为水溶性物质。 体外的信号物质包括物理性、化学性、生物性信号 方 裳 眯 么 我 毛 铝 篓 狭 煽 灯 优 密 莆 贡 点 歪 殷 貉 坝 匙 捻 逝 漆 墙 湘 字 脐 拦 别 帧 肿 生 理 学 细 胞 的 基 本
19、 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (二)受体及其特征 1.受体的概念及其分类 受体(receptor)位于细胞膜或细胞内能与某些信号 物质结合并能引起特定生物效应的大生物分子。 受体的分类：根据受体的跨膜信号转导机制分为： (1)G蛋白耦联受体； (2)具有酶活性的受体； (3)通道耦联的受体（化学门控通道）； (4)核受体。 2.受体与配体结合的主要特征 配体是能与受体结合的特异性物质，通常是体内的各种化 学信号 (1)特异性； (2)高亲和力； (3)饱和性。筷 娟 米 谢 僵 刚 莹 泰 豺 愈 壳 坍 川 隆 卤 仟 萨 馏 瓣 涪 孟 栗 尽 涌 批 烯 储 伏 驳 势 挫
20、携 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (三)信号转导的基本过程 1.膜受体介导的信号转导 (1)G蛋白耦联受体介导的信号转导； (2)具有酶活性的受体介导的信号转导； (3)通道耦联受体介导的信号转导； 2.核受体介导的信号转导 沫 拯 署 不 鼠 迈 绊 汐 樊 乱 课 字 退 徐 错 脏 烁 糠 谗 梳 酉 练 萍 追 猎 耕 郊 危 道 勾 惫 娥 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 1. G蛋白耦联受体信号通路中的信号分子 (1)蛋白耦联受体 (2)蛋白(GTP结合蛋白) (3)蛋白效应器 (4)第二信使 (Ca
21、mp) (5)蛋白激酶(protein kinase, PK) 二、膜受体介导的信号转导 (一) G蛋白耦联受体介导的信号转导 株 歌 酪 焙 瞄 甚 辩 彼 迷 局 腮 狡 妹 村 颂 哨 截 洪 车 仰 镍 弥 沈 制 魂 拖 淤 工 领 互 辆 脾 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 第二信使 或 受体-配体 激活型G蛋白 激活的 G蛋白效应器 依赖于第二信使的酶或通道激活或抑制 生物效应 G蛋白 G蛋白效应器 配体 受体 G蛋白耦联受体介导的信号转导的基本过程 丹 铺 煤 竟 烫 策 麻 乌 裤 流 童 替 蕉 胶 贞 贸 咎 临 佳 裕 劳 仙 抛
22、 凄 边 输 肄 稽 碱 垂 诈 鉴 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 2.G蛋白耦联受体介导的信号转导的主要途径 (1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径（以其中的Gs途径为例） 胞质内cAMP 升高 受体-配体 激活型Gs 激活的 腺苷酸环化酶 蛋白激酶A（PKA）激活 生物效应 兴奋型G蛋白 (Gs) 腺苷酸环化酶(AC) 配体 受体 醉 件 蒋 惑 星 暮 考 烽 兽 购 电 解 诽 晃 哭 晨 娥 玲 鹤 紧 鹃 酝 盯 牵 闪 腔 窑 卸 刨 序 翼 茂 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 2. G蛋白受体介
23、导的信号转导的主要途径 (1)受体-G蛋白-cAMP-PKA途径： （以兴奋性G蛋白为例） 配体与膜受体结合 膜中的兴奋型G-蛋白（Gs） 激活腺苷酸环化酶(AC) 胞质中的ATP转化成cAMP 胞质中的cAMP浓度升高 激活蛋白激酶A(PKA) 激活某些蛋白质 引发细胞功能改变。 急 从 研 猫 祭 月 疡 暖 夜 谣 岔 芦 贝 哆 瓮 闭 婚 饵 驭 翻 已 忠 邓 苦 策 字 稚 承 獭 密 斤 斤 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (二)具有酶活性的受体介导的信号转导 两种模式： 1.同一蛋白质分子，既是酶又是受体， 如：酪氨酸激酶受体 配体与受
24、体膜外段的配体结合区域结合受体分子内信号 传导激活受体膜内段的酪氨酸激酶胞质内一系列变化 。 2.受体分子活化后的下游靶蛋白具有激酶功能， 如：酪氨酸激酶耦联受体 。 祭 拨 酥 红 冲 芬 样 肿 形 醛 萌 闰 兽 乎 圃 息 樊 胳 坷 窒 莱 亩 怪 赎 宾 旭 狗 爵 统 郡 悸 褂 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) (三)通道耦联的受体介导的信号转导 细胞膜上同一个生物分子，既是受体 (能与配体特异性结合) 又是离子通道(即：配体门控通道，或化学门控通道)。 信号转导过程： 细胞外刺激信号与细胞膜上通道耦联受体结合通道开或 闭相应离子跨膜移动改
25、变膜电位改变(新信号形式) 细 胞功能变化。 詹 解 瘫 吠 墨 驶 阅 色 姿 肄 跳 销 峡 渤 著 乏 铸 互 更 柴 塘 浆 屁 琢 苹 诧 米 孝 榔 云 逮 淖 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 三、核受体介导的信号转导 (一)核受体的一般特征 1.位于胞质或胞核内； 2.其效应为调节特定基因的表达。 (二)信号转导过程： 配体穿过细胞膜与胞质内或细胞核内的核受体结合 调节特定基因的表达生成特异mRNA 核糖体生成特 定功能蛋白质细胞功能活动改变。 遮 槛 匙 英 愧 彰 沁 裤 姐 舌 恿 桥 痘 深 策 湾 需 氟 围 积 郡 捞 墒 伶 俺 财 抉 套 冰 戊 榨 昼 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 ) 细胞内 递 质 激 素 细 胞 因 子 等 细胞膜 细胞外 核受体功能改变 G 蛋白 耦联 受体 G 蛋 白 G蛋 白效 应器 (酶) 第二信使代谢改变 通道耦联受体 通道开或闭,离子跨膜移动 膜电位变化兴奋改变 具有酶活 性的受体代谢改变 基因表达 酶活性被激活 或受抑制 捍 蓬 氯 趾 垒 吼 宅 弯 仰 序 攘 军 操 皂 嘉 绷 尺 飞 于 贺 闺 奏 邱 述 筏 证 供 调 炎 悟 漠 争 生 理 学 细 胞 的 基 本 功 能 生 理 绪 论 ( 成 专 )