第二章 细胞的功能

第一节
细胞膜的基本结构和物质转运功能
细胞是组成人体最基本结构和功能单位。 机体内所有的生命现象都是在细胞及其产物的基 础上进行的。 一、细胞膜的基本结构： 化学组成：脂质、蛋白质和糖类。 结构：液态镶嵌模型学说。 基本内容是：细胞膜是由液态的脂质双分子 层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理 功能的蛋白质。
载体的特点： ①高度特异性（特殊膜蛋白质本身有结构 特异性） ②饱和现象（结合位点是有限的） ③竟争性抑制（经同一特殊膜蛋白质转运） 同一结构的A B两物质，若A物质转运↑B物 转运↓或B物质转运↑ A物质转运↓。
（2）通道介导的易化扩散:
[Na+]o＞[Na+]i
[K+]i＞[K+]o
转运的物质:各种带电离子
第二章 细胞的基本功能
第一节：细胞膜物质转运功能
第二节：细胞的跨膜信号转导 第三节：细胞的生物电现象 第四节：肌细胞的收缩功能
目的要求： 1.掌握内容：细胞膜的物质转运功能；静息电 位和动作电位及其产生原理；刺激引起兴奋的 条件；阈电位；兴奋的传导；骨骼肌兴奋－收 缩偶联。 2.熟悉内容：阈下刺激与局部反应；细胞兴奋 后兴奋性的周期性改变；骨骼肌细胞收缩的原 理；肌肉收缩的外部表现和力学分析；影响肌 肉收缩的因素。 3.了解内容：细胞膜的基本结构；细胞的跨膜 信号转导功能。
实验现象：
（二）静息电位的产生原理： (1)静息电位的产生的基础： ①细胞内液和细胞外液呈电中性； ②静息状态下细胞膜内、外离子不均衡分布：
主要离子分布：
膜内： 膜外：
③静息状态下，细胞膜对离子的选择性通透： K+ ＞ Cl- ＞ Na+ ＞ A-
(2)静息电位与K+平衡电位:
K＋顺浓度差向膜外扩散 膜外带正电、膜内带负电 当扩散动力（浓度差）与阻力（电位差）达到动 态平衡时→K＋的净通透为零，这时膜电位稳定 在某一水平上，这种外正、内负的电位差称K+的 电-化学差平衡电位。
继发性主动转运
（三）出胞和入胞 • 一些大分子物质或团块进出细胞 ,是通过 细胞本身的吞吐活动进行的 , 亦可属于主动转 运过程。 出胞：定义:是指胞质内的大分子物质以分泌 囊泡的形式排出细胞的过程。 主要见于细胞的分泌过程：如激素、神经 递质、消化液的分泌。 入胞：定义:指细胞外的大分子物质或团块 （如细菌、病毒、异物等）进入细胞的过程。 分 类：吞噬：转运的物质为固体; 吞饮：转运的物质为液体。
通道转运与钠-钾泵转运模式图
钠泵转运的生理意义： ①为继发性主动转运提供能量来源。 ②是细胞生物电活动产生的前提条件。例如 细胞内外Na＋和K＋的不均匀分布(细胞内高钾、 细胞外高钠)是细胞生物电活动产生的前提。 ③维持细胞的正常体积。 ④细胞内高钾是许多代谢过程的必需条件。
2.继发性主动转运 概念：利用原发性主动转运建立的膜电-化学势 能完成的逆浓度梯度跨膜转运过程。 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能 量不是直接来自ATP的分解，是来自膜两侧[Na+] 差，而[Na+]差是Na+-K+泵的活动建立的。 分类： ①同向转运：如小肠上皮，转运Na+/G等。 ②逆向转运：如Na+/Ca2+等。
（二）动作电位产生原理： 1.去极化（上升支）：Na+平衡电位。 既Na+内流所形成的电-化学差平衡电位。
2.复极化（下降支）：Na+平衡电位恢复为K+ 平衡电位，主要由细胞内K+外流而产生。
3.复极后：钠泵激活，使细胞膜内外的离 子分布恢复到安静时的水平。 膜内[Na+ ]↑和膜外[K+]↑→钠泵激活→ 排出Na+、摄入K+
三、动作电位及其产生原理： （一）细胞的动作电位(AP)： 1.概 念：可兴奋细胞在静息电位基础上，受到 一次有效刺激后记录到的一次迅速、短暂、可 扩布的电位变化称为动作电位。是细胞兴奋的 标志。
动作电位产生机制：
2.动作电位的演变过程：
3.动作电位的特征： ①呈“全或无”现象：当刺激强度达到阈值时 可引发动作电位，而且动作电位一旦产生， AP 大小不随刺激强度的增大而增大（全）；当给 予细胞的刺激强度达不到阈值时，细胞就不会 产生动作电位（无）。 ② 不衰减性传导： 动作电位一旦产生并不局 限于受刺激的局部，可迅速向周围扩播。扩播 过程中，其幅度不因传导距离的增加而减小， 这种特性称为不衰减性传导。 ③动作电位之后具有不应期。
（三）阈下刺激与局部电位 局部反应： 概念：在受 刺激的膜局 部出现一个 较小的去极 化反应称局 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。 • ②衰减性扩布： 其幅值随着传播距 离的增加而减小。 • ③具有总和效应： 时间性和空间性总 和。。 细胞膜含 有少量糖类， 与膜脂质或蛋 白质结合，形 成糖脂或糖蛋 白。从而使所 在的细胞或所 结合的蛋白质 具有特异性。
一、细胞膜的物质转运功能 细胞膜的物质转运作用，是活的细胞维 持正常代谢，进行各项生命活动的基本功能。 由于细胞膜呈特有的流体镶嵌模式，细胞才 能有选择地从周围环境摄取各种营养物 质．不断排除细胞内废物，使新陈代谢得以 正常进行。 物质通过膜的转运方式多种多样，根据 其是否消耗能量可分为被动转运、主动转运 (出胞和入胞）两大类。
空间总和
（四）动作电位的传导：
1．概念：动作电位在同一细胞上的传播过程。 2.传导机制：局部电流学说 细胞膜上任何一处发生兴奋而产生的动作电 位，可通过局部电流，迅速传播到整个细胞。
3.传导方式： 无髓鞘N纤维的兴奋传导为近距离局部电流； 有髓鞘N纤维的兴奋传导为远距离局部电流。
[Na+]o ＞[Na+]i
[K+]i ＞[K+]o
①通道的概念：能使离子跨过膜屏障进行转运 的蛋白质孔道，也称离子通道。 ②通道的特点： 转运速率高：指离子可经孔道以极高的速率 穿越细胞膜。 选择性：目前已知在各种组织的细胞膜上存 在Na＋、K＋、Ca2+、Cl-等不同的离子通道。 门控特性：通道有三种状态，分别是备用、 激活和失活状态。其中，备用、失活是稳态， 激活状态是瞬态。
二、跨膜信号转导的主要途径： （一）G蛋白偶联受体介导的信号转导 配体+G蛋白耦联受体→G蛋白→G蛋白效应器 （酶或离子通道） ↓ 第二信使 （细胞内信号分子） ↓ 蛋白激酶激活 ↓ 生理效应
二、酶偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导过程中酶 偶联受体可分为两类： 酪氨酸激酶受体； 鸟苷酸环化酶的受体。 受体本身具有酶的活性，又称受体酪 氨酸激酶，受体鸟苷酸环化酶。 近年来发现，一些肽类激素，细胞因子 的物质就是通过酪氨酸激酶受体完成跨膜信 号转导的。
生物细胞以膜为界，膜内外的电位差称 为跨膜电位简称膜电位(MP)。
二、静息电位及其产生原理 （一）细胞的静息电位（RP）： 概念：细胞在未受刺激时（静息状态下），存 在于细胞膜内外两侧的电位差。 人们通常把静息电位存在时细胞膜外正内 负的状态称为极化；静息电位的增大(-70→90mV)称为超极化；静息电位减小(-70→-50mV) 称为去极化；去极化至零电位后膜电位如进一 步变为正值，称为反极化或超射；细胞膜去极 化后再向静息电位方向恢复，称为复极化。
[O2]o ＞[O2]i
[CO2]i ＞[CO2]o
2.易化扩散： 概念: 由膜蛋白介导的被动转运称为易化 扩散。 转运物质的特点：离子和水溶性分子 类型: ①通道介导的易化扩散 ②载体介导的易化扩散
（1）载体介导的易化扩散（葡萄糖、氨基酸） 载体：镶嵌于细胞膜上的特殊载体蛋白，其上 具有一个至数个能与被转运物质结合的位点。 转运过程：被转运的物质与位点选择性地结合 时，载体蛋白的构象改变（构变）作用使被结 合的底物移向膜的另一侧。 物质+位点→构变→物质转运
（一）被动转运： 概念：物质顺浓度差或电位差不需要消耗能 量的转运方式称为被动转运。 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顺电-化学差进行； ③依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助”。 分类： ①单纯扩散 ②易化扩散
1.单纯扩散： 概念:脂溶性的小分子物质从细胞膜高浓度一 侧向低浓度一侧移动的过程。
三、离子通道受体介导的信号转导
第三节 细胞的生物电现象
活的细胞或组织不论在安静还是活动时， 都具有电的变化，称为生物电现象。 一切活细胞、组织或有机体对刺激产生反 应的能力，称为兴奋性，它是一切生物体所 具有的特性。由于细胞的结构和功能不同， 某些细胞如神经、肌肉和腺细胞对刺激的反 应表现特别明显，因而这三类细胞被称为可 兴奋细胞。
1.原发性主动转运 概念：指由离子泵（ATP酶）介导的逆浓度梯 度或逆电位梯度的离子跨膜转动过程。 钠-钾泵： 是镶嵌在细胞膜内特殊的蛋白质，具有 ATP酶的活性，可以分解ATP， 又称Na+-K+依 赖式ATP酶，简称钠泵。 钠-钾泵作用： 膜内[Na+]↑或膜外[K+]↑→钠泵激活→排出 Na+、摄入K+
③分类：电压门控通道; 化学门控通道； 机械门控通道。
(二)主动转运： •概念：指在耗能的条件下逆浓度差或逆电位差进 行的物质跨膜转运。 ①需要消耗能量,能量由分解ATP来提供； 特点：②依靠特殊膜蛋白质(泵)的“帮助”； ③是逆电-化学梯度进行的。 ①原发性主动转运 分类： ②继发性主动转运（简称：协同转运）。
出胞：
入胞:
第二节
细胞的跨膜信号转导
细胞外信息跨越细胞膜传入细胞内并引 起细胞内代谢和功能发生相应变化的过程。 这一过程称为跨膜信号转导，是细胞的基本 功能之一。 配体：指细胞外信号物质。细胞间传递信息 的物质多达几百种：如递质、激素、细胞因 子、气体分子等信号物质。
它们通常是由特定的细胞合成和释放， 与其邻近或远距离的靶细胞内外受体相结合， 引起相应的效应。 受体：指存在于细胞膜或细胞内能与某些 生物活性分子（配体）发生特导性结合进而 诱发生物效应的特殊蛋白质。是细胞接受信 息的装臵。