生理学 细胞的基本功能共96页

Ling G., and Gerard R.W. J. Cell Comp. Physiol. 34: 383-396
Gerard R.W. Ling G
This experimental arrangement made possible
the invention in 1949 by Ling and Gerard of the
2.易化扩散(facilitated diffusion)
A.定义：在膜蛋白的帮助下，非脂溶性的 小分子物质或带点例子顺浓度梯度/电位梯 度进行的跨膜转运
2.易化扩散
B. 特点： ⑴ 顺浓度/电位梯度，不耗能 ⑵ 需要膜蛋白的帮助
C.分类： ＊通道转运:依赖膜上的通道蛋白完成 ＊载体转运:依赖膜上的载体蛋白完成
A.定义：脂溶性 小分子 物质从高浓 度一侧向低浓度一侧移动的过程
B.适用物质：脂溶性小分子物质 C.特点：
⑴ 物理现象（分子热运动的扩散） ⑵ 顺浓度梯度，不耗能（ATP） ⑶ 不需膜蛋白的帮助
1.单纯扩散（simple diffusion）
D.影响因素：扩散通量 ⑴浓度差—动力 ⑵通透性—物质通过细胞膜的难易程度
glass
microelectrode.
1963
EccElecscles
内尔(Neher) （1944-） （德国细胞生理学家）
萨克曼(Sakmann) （1942-）
（德国细胞生理学家）
合作发明了膜片钳技术，并应用这一技术首次证实了细胞膜存 在离子通道。这一成果对于研究细胞功能的调控至关重要，可 揭示神经系统、肌肉系统、心血管系统及糖尿病等多种疾病的 发病机理，并提供治疗的新途径。 二人共获1991年诺贝尔奖。
胃腺壁细胞膜和肾小管闰细胞膜上的H+-K+-ATP酶 各种细胞器膜上的H+-ATP酶

第二章 细胞的基本功能
1
第一节 细胞膜的物质转运 和信号转导功能
一、细胞膜的化学组成和分子结构
蛋白质
亲水基团
疏水基团
2
二、细胞膜的物质转运功能
（一）被动转运（Passive transport） 顺浓度差或电位差进行的跨膜转运，
其能量是来源于细胞膜内外两侧的浓度差 和电位差所释放出的势能，而不需要额外 供能。
反极化
++++++++- - -
++++++++
- - - - - - - -+++- - - - - - -
- - -- - - - - - - - - - - - - - - -
+++++++++++++++++++
复 极 化
repolarization
膜电位降低的过程(内负值减小)——去极化depolarization
对神经纤维和骨骼肌细胞只有去极化刺激 才能引起AP.
42
2. 局部兴奋（local excitation） 阈下刺激引起受刺激膜局部出现的一 个较小的去极化反应称为局部兴奋。
阈电位
43
（二）兴奋的引起 ——电压依从性钠通道的再生性开放
钠通道开放
刺激
膜去极化 钠通道开放
膜去极化
局部电位
（达阈电位）
（去极化后电位）
正后电位
（超极化后电位）
30

主动转运消耗的能量几乎都是由ATP分 解提 供。
特点： ①转运方向是逆电-化学梯度进行的； ②需要消耗能量； ③依靠特殊膜蛋白质的“帮助” 。
分类： 原发性主动转运：直接由ATP供能 继发性主动转运：间接由ATP供能
（2）原发性主动转运 (primary active transport)
是指离子泵利用分解ATP产生的能量将离子 逆浓度梯度和（或)电位梯度进行跨膜转运的过 程。
离子通道在未激活时是关过程 称为门控过程。
（3）分类：
电压门控通道 受膜电位水平调控 化学门控通道 受膜环境中某些化学物质调控 机械门控通道 受机械刺激调控
（4）离子通道的特点 ①转运速度快 ②离子选择性 ③门控特性
2、载体介导的跨膜转运
特点: ①结构特异性 ②饱和现象 ③竞争性抑制
(1)脂溶性物质；(2)顺浓度梯度
(3)不消耗能量；(4)没有膜蛋白的参与
3、通过单纯扩散跨膜转运的物质 O2、CO2、N2、H2O、乙醇、尿素、甘油等。
4、影响单纯扩散的因素
(1)细胞膜两侧物质浓度差 (2)细胞膜对该物质的通透性：
①物质脂溶性的大小 ②分子大小
（二）膜蛋白介导的跨膜转运
被动转运 主动转运
（二）细胞膜的蛋白
主要存在形式α-螺旋或球形，约占细胞膜重 量的55%。
表面蛋白 按形式分为 整合蛋白
分类
酶蛋白
按功能分为 转运蛋白
受体蛋白
（二）细胞膜的蛋白
主要为a-螺旋蛋白或球形蛋白。
分类
表面蛋白（20～30％）
按存在形式分 整合蛋白（70～80％）
按功能分
酶蛋白 转运蛋白 受体蛋白
（三）细胞膜的糖类
经通道介导的易化扩散

-
0+
A-K+ A-K+ -
0+
A-K+
A-K+
A-
A- K+ A- K+
K+
A-
K+
A-K+
A-K+ A-K+
-
0+
A-
K+
A-K+
A-
K+
A-K+
A-K+ A-K+
Ek0
+
A-
K+
A-
K+
A-K+
A-
K+
平近静 衡于息 电钾膜 位离电
子位 的接
;
34
钾离子的平衡电位可以用Nernst公式计算：
封锁 复活
激活 失活
激活 失活
;
49
〔一〕绝对不应期
absolute refractory period
组织细胞在接受刺激而兴奋后的一个 较短时期内，它无论再遭到一个多么强大 的刺激，都不能再次产生兴奋，即兴奋性 为零。
钠通道失活
;
50
〔二〕相对不应期
relative refractory period 在绝对不应期后的一段时间内，组织 可接受大于阈值的刺激而发生兴奋，即兴 奋性低于正常。
;
29
细胞内记录
刺激器
- 0+
插入细胞
0 mV
-90 mV
给予刺激
;
去极相 超射overshoot 复极相 锋电位
spike potential 后电位
afterpotential 负后电位 〔去极化后电 位〕 正后电位 30

（一）被动转运(passive transport) 概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点： ①不耗能（转运动力依赖物质的电-化学梯 度所贮存的势能） ②依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” ③顺电-化学梯度进行 分类： ①单纯扩散 ②易化扩散
1.单纯扩散(simple diffusion)
通透性：K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
静息状态下细胞膜内外主要离子分布 及膜对离子通透性
主要 离子
Na+ K+ ClA-
离子浓度
（mmol/L）
膜内 14 155 8 60
膜外 142 5 110 15
膜内与膜 膜对离子通 外离子比 透性 例
1:10 31:1 1:14 4:1
通透性很小 通透性大 通透性次之 无通透性
特点：①信号转导与G蛋白 无关；②无第二信使的产 生；③无细胞质中蛋白激 酶的激活。
受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示
复习思考题
1.细胞间通讯有哪些方式？各种方式之间有何 不同？ 2.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪 几种方式？比较各种方式之间的异同。 3.试述细胞信号转导的基本特征。 4.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之 间的异同。 5.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、 特点及其主要功能。
(1)概念:一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓 度一侧移动的过程。
[O2]o ＞[O2]i
[CO2]i ＞[CO2]o
(2)特点:
①扩散速率高 ②无饱和性 ③不依靠特殊膜蛋白质的“帮助” ④不需另外消耗能量 ⑤扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关， 用扩散通量（mol or mol数/min.cm2)表示。 (3)转运的物质： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、类固醇 类激素 等少数几种。 注：∵膜对H2O具高度通透性，∴H2O除单纯扩散 外，还可通过水通道跨膜转运。

第25页，共74页。
1. 受体-G蛋白-腺苷环化酶（AC）途径
第26页，共74页。
2. 受体-G蛋白-磷脂酶C（PLC）途径
第27页，共74页。
二、离子通道受体介导的信号转导
（ Signal transduction mediated by ion channel ）
离子通道受体也称促离子型受体（ionotropic receptor），受体 蛋白本身就是离子通道。各种细胞外刺激信号作用于细胞膜受 体蛋白后导致膜受体自身构象变化及通道的开放（或关闭）， 引起离子的跨膜流动变化，从而实现跨膜信号转导。
第12页，共74页。
（二）膜蛋白介导的跨膜转运
（Protein-mediated Membrane Transport）
1.经载体易化扩散（facilitated diffusion via carrier） —转运葡萄糖、氨基酸等小分子有机物。
特点： 1）顺浓度差进行，转
运速度较快 ；
2）有饱和现象 ； 3）结合特异性高； 4）存在竞争抑制性。
第7页，共74页。
（二）细胞膜的蛋白质
2、功能 ：在很大程度上决定生物膜所具有的各种 功能。例如： 1）表面蛋白：红细胞膜内表面的骨架蛋白 2）整合蛋白：可形成载体、通道、离子泵等等
第8页，共74页。
（三）细胞膜糖类
存在形式：糖蛋白、糖脂 结合于糖蛋白或糖脂上的糖链仅存在于细胞
膜的外侧。
第9页，共74页。
4、第二信使 概念: 是指激素、递质、细胞因子等信号分子（第一信使）作 用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，它们可把细胞外信号
分子携带的信息转入细胞内。
如：cAMP，cGMP，IP3（三磷酸肌醇），DG（二酰甘油）。