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第一节 细胞膜的结构和物质转运

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《生理学》细胞的基本功能——1细胞的跨膜运输方式

《生理学》细胞的基本功能——1细胞的跨膜运输方式

亲水性极性基团 磷酸和碱基） （磷酸和碱基）
二、细胞膜的物质转运功能 半透膜
哪些物质可以通过细胞膜 哪些物质可以通过细胞膜? 物质可以通过细胞膜 这些物质是如何通过细胞膜的? 如何通过细胞膜的 这些物质是如何通过细胞膜的?
O2 ， 能源物质 氨基酸 脂类 各种离子等
细
胞
CO2 CO2 代谢尾产物
水的跨膜转运
单纯扩散——水虽是极性分子 水虽是极性分子 单纯扩散 但分子极小，又不带电荷。 但分子极小，又不带电荷。 渗透 (osmosis) 溶液拖曳 (solvent drag) 易化扩散——水通道 (water channel) 易化扩散 水通道 水孔蛋白 (aquaporin, AQP)
Water channel
单纯扩散（ （一）单纯扩散（simple diffusion)
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。 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。
特点： 特点：
1、顺浓度差 2、不需要膜蛋白帮助 3、不消耗能量 4、转运脂溶性物质（非极性分子）如O2和CO2 转运脂溶性物质（非极性分子）
细胞膜结构 液态镶嵌模型 (fluid mosaic model)
以液态的脂质双分子层为基本框架， 以液态的脂质双分子层为基本框架 ， 其中镶嵌有不同生理 功能的蛋白质和少量多糖。 功能的蛋白质和少量多糖。
基架： 基架：液态的脂质双分子层 中间： 中间：镶嵌许多结构和功能 不同的蛋白质
疏水性非极性基团 长烃链） （长烃链）
2. 继发性主动转运
Secondary Active Transport
1）概念:利用原发性主动转运所造成的某种物质的势 概念: 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 能贮备而对其它物质进行逆浓度差跨膜转运的过程。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 如肾小管和肠黏膜处的葡萄糖和氨基酸的转运。 转运体蛋白（转运体， 转运体蛋白（转运体，transporter) 2）特点 间接耗能（钠泵） 间接耗能（钠泵） 膜转运体（特殊蛋白质） 膜转运体（特殊蛋白质）

细胞的基本功能(10)

细胞的基本功能(10)

概念：非脂溶性或脂溶性小的物质借助细胞膜上蛋白质， 从高浓度 向低浓度转运。属被动转运。
1.载体介导的易化扩散 Facilitated diffusion via carrier
①结构特异性
②饱和现象
③竞争性抑制
Glucose, amino acids, some ions, etc.
可编辑版
意义： ①保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡分布 ,建立势能贮
备. ②钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件.
可编辑版
10
Sodium-potassium pump
可编辑版
11
逆浓度梯度或电位梯度转运，能量来自膜两侧[Na+]差， 而[Na+]差是Na+-K+泵分解ATP释放的能量建立的。
耗能.
分类：
原发性主动转运：直接利用ATP能量 继发性主动转运：间接利用ATP能量
Secondary active transport
可编辑版
9
钠－钾泵（sodium-potassium pump）
简称钠泵，也称Na+-K+依赖式ＡＴＰ酶。
作用：逆浓浓度差将细胞内的3个Na+移出膜外，同时把细 胞外的2个K+移入膜内，
5
Facilitated diffusion via carrier
可编辑版
6
2.通道介导的易化扩散
Facilitated diffusion via ion channel
门控离子通道分为三类： 1. 电压门控通道： Voltage-gated channel
Na+, K+, Ca2+, Cl channel

生理学课件第一节细胞膜的结构和物质转运功能

生理学课件第一节细胞膜的结构和物质转运功能

通道转运的功能特点：
①转运速率比载体快 ②无饱和现象，无竞争性抑制 ③通道有不同的功能状态
不同门控机制的离子通道
电压门控通 道
化学门控通 道
机械门控通道
通道蛋白状态：静息、激活、失活
2.载体介导的跨膜转运
载体：又称转运体，是介导小分子物质跨膜转运
的一种膜蛋白。
载体转运的特点：
①结构特异性:只转运一种或几种物质，是载 体分子上的结合位点与被转运物质上分子结
—GS、AA在小肠和肾小管继发性主动转运； —Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定； —Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定； ④膜内外K+、Na+浓度差—RP、AP产生前提; ⑤生电性活动—影响RP数值；
整合蛋白(载体、通道、离子泵、转运体) 3.糖类:与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖
脂成为抗原决定簇、受体可识别部分
(一)单纯扩散 Simple diffusion
A.概念：脂溶性和少数小分子水溶性物质由高→ 低浓度侧的净移动。
B.扩散的方向和速度取决于其在膜两侧的浓度差 和膜对其通透性(脂溶性,分子量,带电状况)。
第二章 细胞的基本功能 Function of cell
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
一、细胞膜的结构概述 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有 不同结构和功能的蛋白质 1.脂质双分子层:磷脂、胆固醇双嗜分子构
成基架,体温条件下具有流动性 2.蛋白质:分表面蛋白(如:RBC骨架蛋白)和
通道的分类： 化学门控通道 Chemically-gated channel 电压门控通道 Voltage-gated channel 机械门控通道 Mechanical-gated channel 非门控通道：少数通道始终是持续开发的。如

生理学 第2章细胞

生理学 第2章细胞
（1）不是“全或无”的，而是随着阈下刺激的增大而增 大，呈等级性反应； （2）衰减性传播（电紧张性扩布）：局部电位可向周围
传播，但随着传播距离的增加，其电位变化幅度减
小最后消失故不能在膜上作远距离的传播； （3）可以总和 ①空间性总和 ②时间性总和
01:04
小结：局部反应与动作电位之比较
项 目 局 部 反 阈下刺激 较少 小（在阈电位以下波动） 有（时间或空间总和） 无 呈电紧张性扩布，随时间 和距离的延长迅速衰减， 不能连续向远处传播 应 动 作 电 多 大（达阈电位以上） 无 有 能以局部电流的形式 连续而不衰减地向远 处传播 位
01:04
（三）产生机制
产生条件主要有两个： • ①细胞内外各种离子的浓度分布不均（外Na+内K+状态）， 即存在浓度差； • ②在不同状态下，细胞膜对各种离子的通透性不同。 安静状态时，细胞膜主要对K+通透，K+顺浓度差外流， 随着K+外流，膜内外K+浓度差（化学驱动力）↓ ， K+外 流引起的由细胞外向细胞内的电场力（阻力）↑，当动 力和阻力相等时，K+净移动为0，此时膜两侧的电位差 也稳定于某一数值，称为K+平衡电位。
01:04
受体是指细胞膜或细胞内一些能与某些化学物质特异 性结合并产生特定生理效应的蛋白质。可分为膜受体和胞 内受体，通常指膜受体。 受体基本功能： 1.能识别和结合体液中的特殊物质，具有高度特异性，
保证信息传递准确、可靠。
2.能转导各种化学信号，激发细胞内产生相应的生理 效应。
01:04
第三节 细胞的生物电现象
门控离子通道分为三类： 1) 电压门控通道：在膜去极化到一定电位时开放，如神经 元上的Na+ 通道；K+ 通道等。

生理课件---第一节细胞膜的基本结构和物质转运功能

生理课件---第一节细胞膜的基本结构和物质转运功能

（2）原发性主动转运
（3）继发性主动转运
2-8
Physiology
（二）通道介导的跨膜转运
1. 通道介导的易化扩散(facilitated diffusion via ion channel)
2-8
Physiology
1. 通道介导的易化扩散
·通道（channel ）:
·物质：Na+、K+、Ca2+、Cl-等 ·特点： （1）离子选择性(ionic selectivity)； （2）多种构型(multi-configuration): 静息、激活、失活； （3）门控机制(gating mechanism)： 电压门控通道(voltage gated channel), 化学门控通道(Chemical gated channel), 机械门控通道(Mechanically gated
1）特异性(specificity)；
2）饱和性(saturation)； 3）竞争性抑制(competitive inhibition)
图2-2 经载体易化扩散 A ：经载体易化扩散模式图； B ：经载体易化扩散的饱和现象 V max ：最大扩散速度； K m ： 米 氏常数 ，即达 1/2 最大扩散速率所 需的底物浓度 2-9
· 许多物质逆浓度差和电位差转运时， 所需能量来自膜两侧Na+的浓度差。
· 转运体（transporter）：同时转运两
种以上物质； 同向转运（Na+-葡萄糖
同向转运体）；反向转运（Na+-Ca2+
交换体，3：1）
图2-3 肠粘膜上皮细胞葡萄糖继发性主动转运模式图
2-14
Physiology
（三）出胞(exocytosis) 和入胞(endocytosis) ·endocytosis and exocytosis：细胞膜通过更为复杂的

第二章 细胞的基本功能

第二章 细胞的基本功能

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。

动物医学-动物生理学《细胞的基本功能》课件


4. 动作电位的特征
（1）不衰减传导;
（2）“全或无”现象. “无”：刺激小于阈值，不能产生动作电位； “全”：刺激达到或＞阈值 静息电位（绝对值）
阈电位爆发动作电位.
动作电位一旦产生,其不再随阈上刺激而改变，也不随传播距离的增 加而减小，这种在同一细胞上动作电位大小不随刺激强度和传导距离 而改变的特性，称为动作电位的全或无特性。
（2）时间－强度曲线
能引起反应的刺激一般要具备3个条件：一 定的强度，一定的持续时间，一定的持续时间 和一定的强度-时间变化率。
在一定范围内，引起组织兴奋所需的最小刺 激与改刺激的作用时间呈反比关系，即所用的 刺激强度较大时，引起组织兴奋的作用时间越 短。
把刺激强度和相对应的作用时间描绘在坐标 线上，可得到一条近似双曲线的曲线，称强度 -时间曲线。能反应组织细胞的兴奋性。
第二章 细胞的基本功能
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能 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 细胞膜的结构和物质转运功能
一、细胞膜的结构特征
组成：
蛋白质、脂类
为主，糖类只
脂பைடு நூலகம்
占一小部分。
质
结构：
双
分
液态镶嵌模型 （Singer Nicholson , 1972年）: 是以液态
6. 动作电位的传导
无髓神经纤维：局部电流 有髓神经纤维：跳跃式传导， 局部电流在郎飞氏结间产生
在两段髓鞘之间是无髓鞘的 部分，称为郎飞氏结
三、 局部兴奋
概念： 阈下刺激引起的
低于阈电位的去极 化（即局部电位）， 称局部反应或局部
兴奋。
特点：
①不具有“全或无”现 象。其幅值可随刺激强 度的增加而增大。

细胞生理--细胞的基本功能


第三节
细胞的生物电现象
概
述
恩格斯在 100• 多年前就指出：“地球上 几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的 “ 变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动 时都存在电活动，这种电活动称为生物电现 象（bioelectricity）。
一、细胞膜的被动电学特性 （一）膜电容和膜电阻 欧姆定律：I（电流）= V（电压）G（电导） 膜电位（电压）= 离子电流 / 电导（V = I / G） （二）电紧张电位（P 23）
一、静息电位及其产生机制 （一）细胞的静息电位(resting potential
RP)
：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内 外存在的电位差。 •
1. 概 念
2.RP实验现象：
3.证明RP的实验：
（甲）当A、B电极都位于 细胞膜外，无电位改变， 证明膜外无电位差。 （乙）当 A 电极位于细胞 膜外， B电极插入膜内时， 有电位改变，证明膜内、 外间有电位差。 （丙）当A、B电极都位于 细胞膜内，无电位改变， 证明膜内无电位差。
入胞:指细胞外的大分子物质或团块进 入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。
出胞：
入胞:
第二节
细胞的跨膜信号转导功能
跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识 别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。
跨膜信号转导方式大体有以下三类： ① 离子通道介导的信号转导 ② G蛋白偶联受体介导的信号转导 ③ 酶偶联受体介导的信号转导
二、物质的跨膜转运
（一）单纯扩散 （二）膜蛋白介导的跨膜转运
1、经载体的易化扩散
2、经通道的易化扩散
3、原发性主动转运
4、继发性e diffusion) (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。

生理学 细胞的基本功能

Na+ 通道:是电压及时间依赖式离子通道，有 开、关、失活三种状态（图）
阻断剂： 河豚毒素、局麻药
后电位
后去极化：快速K+外流堆积，复极化减慢 后超极化：钾通道开放时间长，过多钾外流
动作电位的特点： a．“全或无”现象：动作电位一旦产生
就达到最大值，其幅度不会因刺激强度的 加强而增大。 b．不衰减传导 c．脉冲式，不会重合
4 ．经载体介导的易化扩散（图） 转运的物质：GS、AA进入一般细胞 共同特点：① 结构特异性 ② 饱和现象 ③ 竞争性抑制
被动转运：单纯扩散 易化扩散 主动转运: 1．定义：指细胞膜将物质分子（或离子）
逆浓度差和电位差转运的过程 2．生物泵：实质就是ATP酶
如“钠-钾泵”、“质子泵”等 ▲钠泵: 钠-钾泵或Na+- K+ -ATP酶（图）
d．不同细胞，AP的幅度和持续时间不同 （图）
4、动作电位的引起和阈电位
阈电位和锋电位的引起 刺激阈电位AP
1、阈电位 TP： 是一种膜电位的临界值，能触发AP， 是引起钠通道大量开放的膜电位值， 即钠内流形成正反馈的膜电位值。
RP和TP的差值大，细胞兴奋性低； 差值小，兴奋性高。 2、阈强度：使细胞膜去极化到阈电位的最小
概念： AP是膜两侧电位在RP基础上发生
的一次可扩布的快速而可逆的倒转和复原。 图
去极相 去极化
超射
锋电位
复极相：复极化初期
后电位 复极化后期（负后电位）
后超极化（正后电位）
（二）动作电位的产生机制
1、电化学驱动力； 2、动作电位期间膜电导的变化； 3、膜电导与离子通道（膜片钳技术） 锋电位
•上升支：去极相 由Na+内流形成，是Na+的平衡电位 有效刺激→部分Na+通道开放→少量Na+→膜去极 化→阈电位→大量Na+通道开放→大量Na+内流→膜 内负电位消失，出现正电位

生理学--细胞的基本功能


入胞示意图
第三节 细胞的电活动
人体及生物体的活细胞在安静 和活动时都存在电活动，这种电 活动称为生物电现象。
Electrocardiography Electroencephalography
Electromyography
离子通道结构研究：目前，
绝大多数离子通道的一级结构得 到了阐明，但最根本的还是要搞 清楚各种离子通道的三维结构， 在这方面，美国的二位科学家彼 得·阿格雷和罗德里克·麦金农做 出了一些开创性的工作，他们利 用X光绕射方法得到了K离子通 道的三维结构，二位因此获得 2003年诺贝尔化学奖。.
（一）单纯扩散 (simple diffusion)
1、概念:
脂溶性的小分子物质或不带电荷的 极性小分子由高浓度侧通过细胞膜向 低浓度 侧移动的过程。
2、特点：
(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
1.改变细胞外K+浓度将影响RP值 2.根据物理化学中Nernst公式 可计算K+电化学平衡电位 (Ek) 计算值与实测值 基本相符
静息电位产生机制演示
二、动作电位及其产生机制
（一）动作电位(action potential AP)的概念和特点 1、概念：细胞在静息电位的基础上接受
有效刺激后产生的一个迅速可向远处传播 的电位变化。
2、载体介导的易化扩散
经载体易化扩散
经载体易化扩散
与底葡物萄结糖、合氨-构基酸想等变转化运进-与入底红细物胞分离
经载体易化扩散
是指水溶性小分子物质经载体介 导顺浓度梯度和（或）电位梯度进 行的被动跨膜转运。
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第一节
细胞膜的结构和物质转运功能
一、细胞膜的结构概述
液态镶嵌模型(fluid mosaic model)
以液态脂质双分子层为基架,其间镶嵌有不同结构和功能的蛋白质
1. 脂质双分子层:磷脂、胆固醇双嗜分子构成基架。

组成：70％磷脂， 30％胆固醇
存在形式：双分子层
特点：体温条件下具有流动性
功能： 1. 屏障作用
2. 传递信息
脂质双分子层
所有的膜脂质都是双嗜性分子
2.蛋白质:分表面蛋白（20%-30%）和整合蛋白（70%-80%）
1）功能：酶蛋白转运蛋白受体蛋白
①转运物质②传递信息③免疫标志
2）结构：以а-螺旋或球形蛋白质的形式存在。

3）存在形式：表面蛋白(如:RBC骨架蛋白)
整合蛋白(载体、通道、离子泵）
4）特点：流动性（横向移动）
3.糖类: 与脂质或蛋白结合生成糖蛋白或糖脂（2%~10% ）
1）成分：主要是一些寡糖和多糖链
2）形式：共价键的形式和膜脂质或蛋白质结
合，形成糖脂或糖蛋白
3）部位：糖链绝大多数裸露在膜的外面一侧。

4）功能：①免疫标志
②传递信息
二、物质的跨膜转运
离子、小分子物质，大分子蛋白质等物质，液滴，团块性固体物质等的进出细胞膜。

（一）单纯扩散（simple diffusion）
1、定义：
在生物体中，一些脂溶性物质和少数分子较小的水溶性物质顺浓度差或电位差的跨膜物质转运。

如：CO2，O2，乙醇等。

2、影响单纯扩散扩散通量的因素：
1）浓度差
2）通透性：物质通过细胞膜的难易程度
3、特点：高浓度→低浓度；不耗能
（二）膜蛋白介导的跨膜转运
膜蛋白：载体蛋白（载体）、通道蛋白（通道）
跨膜转运
被动转运：不耗能，顺浓度梯度转运；
主动转运：耗能，逆浓度梯度转运。

原发性主动转运、继发性主动转运
1、通道介导的跨膜转运（经通道易化扩散）
主要参与离子的跨膜被动转运，大部分通道的开放与关闭是由阀门控制的。

1）特点：
a．通道蛋白功能状态可以改变
b．通过“闸门”进行调控
化学门控通道、电压门控通道、机械门控通道
c．有选择性
d. 不耗能，从高浓度向低浓度转运
2）转运结果：电化学势能平衡
2、载体介导的跨膜转运
与小分子的有机物如葡萄糖、氨基酸等转运有关。

特点：1、结构特异性；2、饱和性；3、竞争性抑制
类型：被动转运（经载体易化扩散）
主动转运：原发性主动转运
继发性主动转运
1. 被动转运
水溶性小分子物质顺浓度梯度进行被动跨膜转运的过程，细胞本身无须消耗能量。

转运的物质： GS 、AA 、核苷酸
载体：贯穿脂质双层的整合蛋白
举例：葡萄糖的易化扩散
2、主动转运
细胞膜通过本身某种耗能过程，借助细胞膜某些蛋白质的帮助，将非脂溶性物质分子或离子逆浓度梯度进行的转运。

根据转运能量是否直接来源于ATP，分为:原发和继发两种主动转运形式。

1）原发性主动转运
指细胞直接利用分解ATP产生的能量，将带电离子逆浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运过程。

介导这一过程的膜蛋白称为离子泵。

如：钠-钾泵，简称钠泵,又称Na+-K+-ATP酶
通道转运与钠-钾泵转运模式图
◆3Na+(由胞内向胞外): 2K+ (由胞外向胞内)；
◆泵出Na+和泵入K +同时进行
钠泵活动的生理意义：
①细胞内高K+—胞内代谢反应所必需；
②膜内外K+、Na+浓度差—膜电位产生的前提；
③维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定；
④胞外高Na+势能储备：
—GS、AA继发性主动转运；
—Na+-H+交换, 维持胞内pH稳定；
—Na+-Ca2+交换, 维持胞内Ca2+浓度稳定；
其它泵：
1）H+泵(H+-ATP酶；H+-K+-ATP酶): 分布于胃粘膜壁细胞表面，与胃酸分泌有关
2）Ca2+泵(Ca2+-ATP酶)：主要分布于骨骼肌与心肌细胞内部的肌质网上,与肌肉收缩有关
2）继发主动转运(又简称联合转运)
细胞膜利用钠泵分解ATP释放的能量所建立起的细胞膜内外Na+浓度差的势能储备，再由转运体蛋白完成的逆电化学梯差的跨膜转运。

如：小肠粘膜上皮细胞和肾小管上皮细胞吸
收葡萄糖、氨基酸均为继发主动转运。

介导继发主动转运的是特殊的转运蛋白—转运体
典型的继发性主动转运：
①GS和AA在小肠粘膜上皮的吸收；
②GS和AA在肾小管上皮的重吸收；
③神经递质在突触间隙被神经末梢所重摄取；
④甲状腺上皮细胞的聚碘过程；
⑤Na+-H+交换,Na+-Ca2+交换；
肾小管上皮细胞对葡萄糖的继发转运
钠泵活动
↓
Na+浓度势能差
↓
管腔膜
Na+、GS
同向转运体
↓
GS再易化扩散
入血。