第2章-细胞基本功能

（ O2、CO2、Baidu Nhomakorabea2、类固醇激素、尿素、乙
醇、甘油、水等 ） 3.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
4.影响因素：扩散通量 ⑴浓度差（电、化学）— 动力 ⑵通透性—物质通过细胞膜的难易程度， 关联着物质的脂溶性和分子大小。
渗透( osmotic ) :水是分子很小的极性分子，
能细胞是如何通过复杂的信号交流来产生适应性反
应的。
信号转导中的信号（signal）是指能在细胞间 传递信息的生物学信号，大多是以各种类型的化学 物质作为载体的化学信号，如激素、神经递质和细 胞因子等。
3、信号转导的主要通路
信号转导中能与信号分子特异性结合并发挥信 号转导作用的蛋白质称为受体(receptor) ，包括膜受 体和细胞内受体。同时也将凡能与受体特异性结合 的含有信号分子的活性物质称为配体。根据配体和 所介导的受体的不同可将信号转导分为以下两类方 式： ⑴ 水溶性配体通过膜受体介导
整合蛋白 膜蛋白
表面蛋白
磷 膜脂质
脂≧70%
胆固醇≦30%
糖 脂≦10%
细胞膜化学组成及意义
1.脂质双分子层： ＊屏障作用 ＊保持细胞内容物的相对稳定 2.细胞膜蛋白质： ＊膜通道蛋白，载体蛋白，酶 ＊细胞内外物质、能量、信息 交换。
3.细胞膜糖类：糖蛋白，糖脂
＊作为膜蛋白受体识别部分 ＊参与免疫反应和信息传递。
第一节 细胞膜结构和物质转运功能
细胞膜（cell membrane）把细胞内容与外界分 开，使细胞内容物不致流失，又能保持其理化成分 的相对稳定，以维持细胞正常的生命活动。同时细 胞的各种功能活动都与跨细胞膜的物质转运密切相 关，故细胞膜又具有半透膜的特性。
一、细胞膜的化学组成和分子结构
液态镶嵌模型 以液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着功能各 异的蛋白质分子，并连有一些寡糖和多糖链。
A、载体蛋白与被转运物结合
B、载体蛋白与被转运物分离

载体也称转运体，是介导多种水溶性小分
子物质跨膜转运的另一类膜蛋白。
膜蛋白
结合—封闭
变构—解离
转运过程中还伴有载体构象的变化
基本特性：
⑴ 结构特异性：各种载体仅能识别和结合具有特定 化学结构的底物。
⑵ 饱和现象（座位有限） ⑶ 竞争性抑制，取决于Km或底物浓度的大小
定义：细胞直接利用分解ATP产生的能量（代
谢产生的能量）将离子逆浓度梯度和（或）电
势梯度进行跨膜转运的过程。
其介导的膜蛋白或运载体被称为离子泵
（ion- pump），离子泵的本质是ATP酶。
钠-钾泵(sodium-potassium pump)
简称钠泵，也称Na+-K+-ATP 酶，是一个由跨膜的α亚单
钠通道4个结构域形成通道
例2：心肌细胞横管膜上L-型钙通道也是电压 门控通道
3、机械门控通道 受机械性刺激控制，可认为是接受机械
信号的“受体”通道蛋白
例：听觉毛细胞的兴奋（机械门控K+通道） 和血管壁的牵张刺激所引起的血管的收 缩（机械门控Ca++通道） 。
量用于另一种物质的主动转运
⑵ 依赖细胞膜上的转运体蛋白的帮助
（四）膜泡运输

膜泡运输（vesicular transport）是指大分子
和颗粒物质由膜包围形成囊泡，通过膜包
裹、膜融合和膜离断等一系列过程而完成
的跨膜转运。此过程需要耗能，所以是一
主动转运过程。
出胞 包括
入胞
1.出胞（exocytosis）是指胞质内大分子物质 以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。
结构或化学基团的构象改变。
化学门控通道(chemically-gated channel) ：
化学物质（配体）控制 电压门控通道(voltage-gated channel) ： 膜电位控制 机械门控通道(mechanically-gated channel) ： 机械刺激控制
亲水性孔道
＊
有一些通道不具有门控性，如神经纤维
可依据膜两侧的渗透压差由渗透压低的一侧向
渗透压高的一侧扩散，此想象称为渗透。
(二)易化扩散（ facilitated diffusion）

非脂溶性的小分子物质或离子在细胞膜上某 些特殊蛋白质的帮助下顺浓度梯度和（或） 电势梯度进行的跨膜转运过程
1、经通道易化扩散 经通道易化扩散（ facilitated diffusion via ion channel ）是指各种带电离子在通道蛋白 （也称离子通道）的介导下，顺浓度梯度或 电势梯度进行的被动跨膜转运。
跨细胞膜的物质转运形式
单纯扩散
易化扩散（通道转运和载体转运） 主动转运（原发性和继发性）
膜泡运输（出胞和入胞）
小分子物质跨细胞膜的转运形式
(一)单纯扩散（simple diffusion）
1.定义：脂溶性的小分子物质从高浓度一 侧向低浓度一侧移动的过程
2.适用物质：
脂溶性的和少许分子很小的水溶性物质
必需，如细胞内蛋白质合成
⑷ 维持细胞内渗透压和细胞容积（抽水） ⑸ 钠泵具有生电性
钙泵（calcium
钙泵
pump）也称 Ca2+-ATP酶，
存在与质膜、内质网或 肌质网膜上，可维持胞 内游离钙浓度为107mol/L。这非常低的钙
浓度十分敏感，是触发 许多生理过程的关键。
2、继发性主动转运 （secondary active transport） 定义：物质逆浓度或电势梯度转运的动力不 直接来自ATP的分解，而来自原发性主动转运 所形成的离子浓度梯度的势能贮备所进行的
位和糖蛋白构成的β亚单位
形成的分子量很大的特殊的 膜蛋白。可通过Na+-K+-ATP
酶的磷酸化和去磷酸化的循
环过程而驱动Na+、K+的跨膜
主动转运。
机体能量代谢中20~30%的能量用于钠泵，甚至70%。
*功能： ⑴具有ATP酶的活性，分解ATP ⑵对Na+ 、K+进行跨膜的逆向转运 *特点： ⑴ 逆浓度梯度和（或）电势梯度，耗能；
运铁蛋白 低密度脂蛋白 VitB12转运蛋白 多种生长因子
胰岛素等
3.适用物质：大分子物质 出胞：激素、神经递质、酶的分泌 入胞：体内细菌、异物的清除、药物和大 分子营养物质的吸收以及一些调节因 子等的跨膜转运 4.特点： ⑴ 通过细胞自身的吞、吐活动进行 ⑵ 由细胞提供能量
总结
方式 特 点
适用物质
持续性出胞
类型 调节性出胞
2、入胞（endocytosis）是指细胞外大分子物 质或物质团块借助细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡 的方式进入细胞的过程。
吞噬（固态）
吞噬泡
吞饮（液态）
液相入胞（fluid phase endocytosis ）
吞饮
受体介导入胞（receptor mediated endocytosis ） 受体介导入胞：通过被转运物与膜受体的特异 性结合，选择性地促进被转运物进入细胞的过程。 它关联着许多大分子物质的转运，如：
* 此类信号转导是由具有特异感受结构的通道蛋 白质所完成的跨膜信号传递 * 此类受体兼有受体和离子通道的功能，其激活 后可引起离子的跨膜转运，所以又称为促离子型 受体（ionotropic receptor）
* 此类通道型受体具有化学
门控性，受控于递质和激素
等化学物质，但大多与神经
配体
递质结合，所以也称为递质
第 二 章
细胞的基本功能
细胞是构成人体最基本的结构和功能单 位。它种类繁多，其分布、结构和功能各 异，但很多基本的功能活动是相同的。
细胞膜结构和 细胞膜物质转运 — 单纯扩散 易化扩散 主动转运 出胞入胞 细胞信号转导 细胞生物电 — 静息电位、动作电位 肌细胞收缩功能 — 兴奋传递、兴奋-缩 耦联、横纹肌收缩
浓度差
耗 能
方 式
单纯扩散 易化扩散
主动转运
出/入胞
第二节 细胞的跨膜信号转导
机体为适应内、外环境的变化所完成的任 何一种生命活动（机体生理功能的调节）， 都需要机体内多种细胞的相互配合和相互协 调，而完成此调节过程则有赖于细胞之间复
杂的信号转导。
一、概述
1、信号转导的概念
细胞的信号转导（signal transduction）是
二、细胞膜的物质转运
细胞为维持其正常的生命活动，很大程度上依 赖于跨细胞膜的物质转运，而细胞膜脂质双分子层却 成为了天然屏障，对脂溶性的物质和少数分子很小的 水溶性物质可以通过细胞膜，而大多数水溶性物质和 所有离子则不能直接通过细胞膜，要实现其跨膜转运 必须借助细胞膜上某些物质的帮助才能完成，其中细 胞膜结构中具有特殊功能的蛋白质起着关键性的作用。
（1）特点：
⑴ 顺浓度梯度和电势梯度，不耗能
⑵ 依赖膜上的通道蛋白的帮助完成
（通道蛋白贯穿细胞膜脂质双层，中央
有亲水性孔道）
（2）适用物质：离子（ Na+ K+ Ca2+ Cl- 等） 其离子所对应的通道分别为钠通道、钾 通道、钙通道和氯通道；还有非选择性
阳离子通道等。
（3）基本特性：
1）离子选择性：是指每种通道只对一种或
几种离子有较高的通透性，而对其他离子的
通透性很小或不通透。
如：a、钾通道对K+的通透性＞Na+1000倍；
b、运动终板膜上的N2型乙酰胆碱受体阳离
子通道对Na+、 K+（小的阳离子）有高度 通透，对Cl-则不通透
其选择性取决于孔道口径、内壁的化学结 构和带电状况等因素。
2）门控特性：通道的开放或关闭有门控性， 这取决于通道蛋白分子内部的一些可移动
最大扩 散速度 米氏常数
＊特点：
⑴ 顺浓度梯度和电势梯度，不耗能
⑵ 依赖膜上的载体蛋白的帮助完成
＊适用物质: 水溶性小分子物质：包括葡萄糖、氨基 酸、核苷酸等 ＊类型： 单向转运。如葡萄糖的跨膜转运，需要葡 萄糖转运体（GLUT）或称右旋葡萄糖载体。
G
Channel protein
K+
单纯扩散或 经通道易化扩散
⑵ 脂溶性配体通过细胞内受体介导
离子通道型受体介导的信号转导
水溶性配体通过 膜受体介导
G蛋白耦联受体介导的信号转导
酶联型受体介导的信号转导 招募型受体介导的信号转导
脂溶性配体通过 细胞内受体介导
核受体介导的信号转导
二、膜受体介导的信号转导
（一）离子通道型受体（ion channel
receptor）介导的信号转导
膜上的钾漏通道等，这类通道被称为非门控
通道。 通道易被工具药阻断 Na+ 通道 — 河豚毒 K+ 通道 — 四乙基胺 Ca2+通道 — 异搏定（维拉帕米）
2、经载体易化扩散（ facilitated diffusion via carrier）
是指水溶性的小分子物质经载体介导顺
浓度梯度或电势梯度进行的被动跨膜转运。
主动转运过程。
同向转运体
过程：
⑴ Na+-K+泵在细胞膜外形成Na+的高势能
⑵ 某物质利用Na+的高势能与Na+内流相耦联
从而逆浓度梯度进行跨膜转运
适用物质：
⑴ 葡萄糖、氨基酸在小肠黏膜上皮细胞
的吸收和在肾小管上皮细胞的重吸收等（同向） ⑵ 心肌细胞膜上Ca2+ 的转运等（逆向）
特点：
⑴ Na+从胞外被动扩散至胞内释放的能
经载体易化扩散
（三）主动转运 （active transport） 主动转运：某些物质在细胞膜上特殊膜蛋
白（运载体）的帮助下， 由细胞代谢供能
而进行的逆浓度梯度和（或）电势梯度的
跨膜转运过程
根据膜蛋白是否 直接消耗ATP
原发性主动转运
继发性主动转运
1、原发性主动转运
（primary active transport）
[Na+]o＞[Na+]i 10倍左右； [K+]i＞[K+]o 30倍左右
⑵ 3 Na+ VS 2 K+
*特异性抑制剂： 哇巴因
*意义：
⑴ 建立一种Na+势能贮备，供细胞其他耗
能过程利用，如继发性主动转运
⑵ 产生和维持细胞内高K+ 、细胞外高Na+
的状态，是细胞产生生物电的基础
⑶ 细胞内高K+ 是胞质内许多代谢反应所
指生物学信息在细胞间或细胞内转换和传递，并
产生生物效应的过程。 通常所讲的信号转导是指跨膜信号转导： 外界信号 细胞膜表面一种或几种膜蛋白分子 胞内信号分子变化 引
其构象改变 起相应的生物效应
2、信号转导的意义
细胞信号转导的本质是细胞和分子水平的功能
调节，它是机体生理功能调节的基础，从微观上阐
明了机体为适应内、外环境的变化，机体内各种功
门控通道 （transmitter gated
channel ）
1、递质门控通道
例：终板膜N2-型Ach受体阳离子通道
信号分子＋细胞膜上离子通道蛋白（受体） 细胞膜上离子通道闸门开放
离子跨膜移动 跨膜电流 膜电位变化
细胞效应
2、电压门控通道 受跨膜电位控制， 可认为是接受电 信号的“受体”通 道蛋白。 例1：钠通道