02第二章 细胞的基本功能

出胞主要见于细胞的分泌活动：如内分泌腺分泌激素，外 分泌腺分泌酶原颗粒和粘液，神经轴突末梢释放递质等。
入胞：指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的 过程，又称胞纳。
如果进入细胞的物质是固体物质则称为吞噬；如进入的物 质为液体，则称为吞饮。
1.出胞过程
高尔基复合体 膜性结构包被=分泌囊泡 囊泡向质膜内侧移动 囊泡膜与质膜的某点接 触并融合 融合处出现裂口，分泌 物排出
转运的物质:各种带电离子
■ 离子通道的特性、分类与阻断剂 ◆ 离子通道的“闸门”特性
离子跨膜扩散的条件是离子通道必须是开放的。离子通道 在未激活时是关闭的，在一定条件下“闸门”开放，才允许 离子通过，这一过程称为门控过程，时间一般都很短，为数 个或数十个ms。 备用—关闭
复活
↓
激活—开放
↓
失活—关闭
钠-钾泵的作用
当[Na+]i↑/[K+]o↑时被激活
分解ATP获得能量 将2个K+泵至细胞内；3个Na+泵至细胞外 维持细胞外高[Na+]o、细胞内高[K+]i 的特殊分布状态
■ 钠-钾泵活动的生理意义
①维持细胞的正常体积与渗透压。钠泵将漏入的Na+及时 排出细胞，将减少水分进入胞内，防止细胞水肿； ②建立K+和Na+的离子势能储备。钠泵逆着离子浓度差和 电位差进行的 Na+ 、 K+ 的主动转运，形成细胞内高 K+ 和细 胞外高Na+的特殊离子分布，这是一种离子势能储备；这种 离子的势能贮备是细胞外Na+和细胞内K+顺着离子浓度差和 电位差扩散的能量来源，是维持细胞兴奋性的基础。也是 葡萄糖等物质逆浓度差进行继发性主动转运的能量来源。
第二章 细胞的基本功能
第一节 细胞膜的结构和跨膜物质转运功能 第二节 细胞的跨膜信号转导功能 第三节 细胞的生物电现象 第四节 肌细胞的收缩功能
第一节 细胞膜的结构和跨膜物质 转运功能
一、细胞膜的结构和化学组成
动物细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜或质膜
（plasma membrane）。 细胞膜是一种半透膜，在电镜下可见有三层结构： 其内外各有一层致密带，中间夹有一层透明带，每层 厚约2.5nm，膜的总厚度约为7.5nm。 此种结构亦见于细胞内各种细胞器的膜性结构，如 核膜、线粒体膜、高尔基复合体膜、内质网膜等。因 此，它是细胞最基本的膜结构形式，故称为单位膜。
■主动转运 • 通过某种耗能过程将一些离子或物质分子逆浓度差 或逆电位差进行的跨膜转运过程，称为主动转运 （active transport） 特点： ①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； ②依靠特殊膜蛋白(如离子泵)的“帮助”； ③逆电-化学梯度（浓度差）进行。 分类： ①原发性主动转运；Na+-K+泵、H+-K+泵 ②继发性主动转运；葡萄糖的跨膜转运 ③入胞和出胞。吞噬过程、腺体分泌
双分子层内外两层所含的脂质成分有所不同，靠外侧一 层主要含磷脂酰胆碱和含胆碱的鞘脂，而靠胞浆侧的一层 则有较多的磷脂酰乙醇胺和磷脂酰丝氨酸，少量的磷酯酰 肌醇几乎全部分布在膜的胞浆侧，它在细胞信号转导中起 重要作用。
（二）细胞膜蛋白质
细胞膜蛋白质约占细胞膜重量的 55%。有表面蛋 白和整合蛋白两种形式： ◆表面蛋白 肽链中带电的氨基酸或基团与膜两 侧的脂质极性基团相互吸引，使蛋白分子附着在膜 的表面，因此叫表面蛋白。 ◆整合蛋白 肽链一次或多次反复贯穿整个脂质 双分子层，两端露出在膜的两侧 。例如，七次跨膜 的G蛋白偶联受体。
（二）易化扩散
易化扩散：一些非脂溶性或脂溶性很小的物质 , 在特殊膜蛋白质的“帮助”下,由膜的高浓度一侧向 低浓度一侧移动的过程。 ■ 易化扩散的两种形式： ①依靠通道的易化扩散 ②依靠载体的易化扩散
1.依靠通道的易化扩散
能使离子通过其水相孔道越膜进行扩散的蛋白质称 为离子通道（ ion channel ）。目前发现在细胞膜上 转运 Na+、K+、Ca2+、Cl- 等离子的通道有几十种。
③机械门控通道（mechanically gated channel）
某些细胞膜的局部受牵拉变形时该类通道被激活，如 触觉感受器、听觉的毛细胞、血管壁上的内皮细胞等都 存在这类通道。
◆ 离子通道的阻断剂
Na+离子通道阻断剂：河豚（鲀）毒素（TTX） K+离子通道阻断剂：四乙胺 Ca2+离子通道阻断剂：维拉帕米
1.钠-钾泵(Na+-K+泵)
钠 - 钾泵是镶嵌在细胞膜脂质双分子层中的一种 特殊蛋白质，它本身具有 ATP 酶的活性，可以分解 ATP获得能量，进行Na+和Ｋ+的主动转运，因此又称 为Na+—K+依赖式ATP酶。
作用： 钠 - 钾泵活动 时，每分解1个ATP分 子，可以使 3 个 Na+ 移 出膜外，同时有 2 个 K+移入细胞膜内。 钠 - 钾泵泵出 Na+ 和 泵入Ｋ + 这两个过程 是同时进行、耦联在 一起的。
■ 细胞膜蛋白质的功能分类： ①跨膜分布的与物质转运有关的蛋白质：如载体 蛋白、转运体蛋白、通道蛋白、离子泵等； ②分布在细胞膜外表面，接受细胞环境中化学信 号刺激或起着细胞“标志”作用的蛋白质：
受体蛋白：受体蛋白能把来自外界的化学信号传递到 细胞内，进而引起细胞功能的相应改变。 表面抗原：是一种起着细胞“标志”作用的蛋白质， 供免疫细胞或免疫物质进行“辨认”。
细胞膜的分子构成：脂质、蛋白质、糖类 细胞膜的分子排列结构：目前公认的是 （fluid
mosaic model）。其基本内容为：细胞膜是以液态 脂质双分子层为基架，其中镶嵌着不同生理功能的 蛋白质。
（一）脂质双分子层
◆构成细胞膜的脂质都是磷脂分子，以双分子层 的形式包被在细胞表面。 ◆所有的膜磷脂分子都是双嗜性分子，磷脂一端 的磷酸和碱基是亲水性极性基团，另一端酯酰基长 烃链则是疏水性非极性基团。 ◆每个磷脂分子中由磷酸和碱基构成的基团，都 朝向膜的外表面或内表面，而两条较长的脂酸烃链 则在膜的内部两两相对。
③存在于膜内侧的膜内酶蛋白：与受体偶联的G蛋 白、腺苷酸环化酶、磷脂酶A、磷脂酶C等，具有传 递跨膜信号的作用。
例如腺苷酸环化酶可将膜内胞浆中的 ATP 转变为环一 磷酸腺苷（cAMP），起到信息传递的作用。
（三）细胞膜糖类
细胞膜中少量的糖类与蛋白质和脂类结合，分别形成 糖蛋白和糖脂，其糖链大多数裸露在胞膜的外侧。由于 这些糖链中单糖排列顺序的不同使所在的细胞或使所结 合的蛋白质具有特异性，可作为所在细胞或所结合的蛋 白质的特异性“标志”。 ①作为抗原决定簇，表示某种免 疫信息。如在人红细胞ABO血型 系统中，红细胞的不同抗原特性 就是由结合在脂质的鞘氨醇分子 上的寡糖链所决定的。 ②作为膜受体的“可识别”部分， 能特异性地与某种递质、激素或 其他化学信号分子相结合。
③钠泵活动形成的胞内高 K+ 是细胞内许多代谢过程的必 需条件。如核糖体合成蛋白质就需要高K+环境。
2.钙泵（Ca2+-ATPase）
钙泵主要分布在骨骼肌和心肌细胞的肌浆网上，通 过分解ATP获得能量，逆着浓度差将肌浆中的 Ca2+转 运到肌浆网内。 钙泵每分解1个ATP可转运1个Ca2＋。
■ 骨骼肌的
◆ 门控离子通道的分类 ①电压门控通道（Voltage gated channel）
在膜去极化到一定电位（阈电位）时开放，如神经元 膜上的Na+通道在膜去极化达到－70mV时开放。
②化学门控通道（chemically gated channel）
受膜外某些化学物质的作用而开放，如 N 型乙酰胆碱 受体本身包含 Na+离子通道，当 Ach 与受体结合时通道开 放，Na+通过通道扩散。
2.依靠载体的易化扩散
载体蛋白具有一个至数个与某种被转运物质相结 合的位点，当与某种物质分子选择性地结合时，载 体蛋白的变构作用使被结合的底物移向膜的另一侧。 葡萄糖、氨基酸顺浓度差的跨膜转运就属于这种类 型的易化扩散。
■ 载体易化扩散的特点 ①结构特异性 即每一种载体蛋白只能转运具有 某种特定结构的物质，如葡萄糖载体只能转运右旋 葡萄糖，而不能或不易转运左旋葡萄糖 • ②饱和现象 载体蛋白分子的数目和分子能转运 物结合位点的数目是有限的，转运的某一物质浓度 达到一定程度时，对该物质的转运量即达到最大。 ③竞争性抑制 若某一载体蛋白对 A 和 B 两种结构 相似的物质都有转运能力时，当提高B物质浓度时将 会减少载体蛋白对A物质的转运数量。
Na+－K+－ATP酶的结构示意图
E1 构象时钠 - 钾泵 与 膜 内 Na+ 结 合 ， ATP 酶激活并磷酸化， 获得能量转化为 E2构 象， Na+ 结合位点暴 露于膜外并释放 Na+ 。 同时与膜外K+结合并 去磷酸化，再变构为 E1构象，K+结合位点 暴露于膜内并释放K+。
钠-钾泵转运模式图
（三）离子的主动转运
细胞膜通过离子泵将一些离子逆浓度差或逆电位
差进行的转运过程，称为离子的主动转运。 离子主动转运消耗的能量都是由ATP分解提供的 特点： ①需要消耗能量，能量由分解ATP提供； ②依靠特殊膜蛋白质（离子泵）的“帮助”； ③是逆电-化学梯度进行的。 离子泵的种类： ①钠-钾泵 ②钙泵 ③氢泵（质子泵）
舒张机制
3.氢泵（H+-K+-ATPase）
氢泵又称质子泵，主要分布在胃腺的壁细胞膜上， 与胃酸（HCl）的分泌有关，通过分解ATP获得能量， 逆着浓度差将壁细胞中的H+转运到胃腔中。
氯通道
Cl-通道
H＋泵 钠泵 Cl － － HCO3 － 交换体
（四）继发性主动转运
钠泵活动形成的离子势能贮备，可以用于非离子物 质的逆浓度差的跨膜转运。这些物质逆着浓度差的跨膜 转运同时伴有Na+进入细胞内，所需要的能量不是直接来 自ATP的分解，而是来自膜内外Na+的势能差，因此，把 这种类型的转运称为继发性主动转运，或称协同转运。