2第二章 细胞的基本功能

电 压 门 控 通 道
化学门控通道 （配体门控通道）
机 械 门 控 通 道
*门控通道的功能状态:
A.静息状态——
通道不导通(关闭),但能被激活。 B.激活状态—— 通道导通(开放),相应离子顺差跨膜移动。 C.失活状态——
通道不导通(关闭),并不能被激活。
细胞膜经通道易化扩散的生理意义:
①跨膜物质转运(如水、离子);
• 这类受体与神经递质结合后，引起突触后膜离子 通道的快速开放和离子的跨膜流动，导致突触后
神经元或效应器细胞膜电位的改变，从而实现神
经信号的快速跨膜转导。
• 如骨骼肌终板膜受体被神经末梢释放的Ach激活
后，引起终板膜Na+和K+的跨膜流动，使膜两侧 的离子浓度和电位发生变化，并进一步引发肌细 胞的兴奋和收缩。
2. G-蛋白:又称鸟苷酸结合蛋白(GTP-binding
Proteins)由α-、β-和γ-3个亚单位组成。其中
α亚基具有催化作用。G蛋白未被激活时，他与一 个分子的GDP结合，当G蛋白与激活了的受体蛋白 相遇时，便与GDP分离，而与一个分子的GTP结合 成为a-GTP复合物；这时a亚基与其它两个亚基分
等进行继发性主动转运的能量来源；
钠泵生理意义：
④钠泵形成的浓度梯度是细胞发生生物电活
动的前提条件； ⑤导致Na+-H+交换，维持细胞内pH稳定; ⑥导致Na+-Ca2+交换,维持细胞[Ca2+]稳定;
⑦钠泵活动是生电性的，可使膜内负值增大。
主动转运分类
1）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，称 为…或初级主动转运。
离，β和γ成为一个 β-γ二聚体。复合物和二
聚体都能激活它们的靶蛋白（G蛋白效应器）。
3. G蛋白效应器
有两种，包括催化生成第二信使的酶和离 子通道。
①G蛋白调控的酶主要是位于细胞膜上的腺 苷酸环化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷酸二 酯酶(PDE)，以及磷脂酶A2，它们都是催 化生成或分解第二信使的酶。 ②G蛋白也可以直接或间接（通过第二信使） 调控离子通道。
生 理 学
第二章 细胞的基本功能
本章内容
第一节 膜结构和物质转运功能
第二节 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: 横纹肌收缩的引起和机制 影响横纹肌收缩的因素
教学目的
• 了解细胞的结构 • 理解细胞膜的信号转导机制 • 掌握细胞膜的结构，细胞膜的跨膜转运方 式，细胞的生物电现象，肌细胞的收缩机 制
蛋白质作为载体被动运输，包括载体介导的易化扩 散和通道介导的易化扩散。
①载体介导的易化扩散: 在膜高浓度侧载体选
择性的与某物结合，引起构象发生变化，载
体移向细胞膜低浓度一侧，与结合物分离。
• 特点： –高度结构特异性 (specificity) –饱和现象 (saturation) –竞争性抑制 (competition) –顺浓度梯度，不需额外供能
一、离子通道型受体介导的信号转导
1.离子通道型受体(ion channel receptor): 是一种同时具有受体和离子通道功能的蛋白子 分子，属于化学门控通道。它们接受的化学信 号绝大多数是神经递质，故也称递质门控通道 （transmitter gated ion channel ），又由 于激活后可引起离子的跨膜流动，所以又称促 离子型受体。
2.电压门控通道: 主要分布在除突触后膜和终板膜 以外的神经和肌肉细胞表面膜中。控制这类通道开 放与否的因子是通道所在膜两侧的跨膜电位的改变。 在这些通道的分子结构中存在着一些对跨膜电位敏 感的结构或亚单位，通过其构型的改变诱发通道的 开、闭和离子跨膜流动的变化，把信号传到细胞内 部。（神经、心肌）3种Na+、5种K+、3种Ca2+ 如神经末梢的电压门控钙通道被传来的动作电位激活 后， Ca2+内流，内流的Ca2+可触发突触囊泡中递质 的释放。
一旦与配体结合即可在胞质侧结合并激活某
种胞质内的酪氨酸激酶。当胞质内的酪氨酸
激酶被激活后又可磷酸化下游的信号蛋白，
பைடு நூலகம்
(1)、被动运输：物质透过细胞膜由高浓度的一侧运送 到低浓度的一侧，不需要消耗能量.
1）单纯扩散: 一些溶于水和脂肪的物质，如CO2 ，O2、
脂肪酸，通过溶解于膜的脂质而被动运输。
2）易化扩散: 一些亲水性物质（葡萄糖、氨基酸等）
和带电荷的离子（K+、Na+、Ca2+等）不能透过细胞
膜上的脂质双分子层，必须借助膜上的一种特殊的
• 物质透过细胞膜由低浓度的一侧运送到高浓度
的一侧，需要消耗ATP的能量，如Na+—K+泵，
也称钠泵。
• 钠泵（sodium pump）：存在于细胞膜上的一 种具有ATP酶活性的特殊蛋白质，可被细胞膜 内的Na+增加或细胞外K+的增加所激活，分解 ATP释放能量，进行Na+ 、K+逆浓度和电位梯 度的转运。 • ATP：Na+：K+＝1：3：2
引发血管收缩，从而实现管壁牵张刺激的信号转
导。
机 械 门 控 通 道
二、G蛋白耦联受体介导的信号转导
• 是通过膜受体、G蛋白、G蛋白效应器和第 二信使等一系列存在于细胞膜和胞质中的 信号分子活动实现的。 1. G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor) ：包括肾上腺素能a和β受体、 Ach的M受体、5-羟色胺受体、视紫红质以 及多数的肽类激素的受体等。
人体血浆中的低密度脂蛋白（low
density lipoprotein,LDL）就是在细胞膜
上的LDL受体介导下入胞而被利用的。某些
人由于缺乏LDL受体，是LDL不能被正常利
用，血浆中LDL浓度升高，LDL颗粒中含有
大量胆固醇，因而可导致高胆固醇血症。
转运方式
转运物质
脂溶性的和小分 子水溶性物质
2）继发性主动转运(secondary active transport) ：是指驱动力并不直接来自ATP的分 解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度 梯度而进行的物质逆逆浓度梯度和（或）电位梯 度进行跨膜转运的方式，称为…或次级主动转运。
• 如果被转运的分子或离子都向同一方向运 动，叫做同向协同转运（symport concerted transport），其载体称为同向 转运体； • 如果被转运物彼此向相反的方向运动，则 称为反向协同转运(antiport)或交换，其 载体称为反向转运体或交换体。
第一节 细胞膜的结 构和物质转 运功能
一、细胞膜的化学组成和分子结构
“液态镶嵌模型”(fluid mosaic model)
二、物质的跨膜转运
决定某物质通过以脂质双层为基架的细胞 膜的难易程度(通透性)的主要因素：
1.是否脂溶性以及脂溶性的大小;
2.分子的大小;
3.分子的带电状态;
4.其他因素: 如有无膜蛋白帮助。
• 4. 第二信使：细胞外信号分子作用于细胞 膜产生的细胞内信号分子，它调节各种蛋 白激酶和离子通道。包括环一磷酸腺苷 （cAMP），三磷酸肌醇（IP3），二酰甘油 （DG），环一磷酸鸟苷（cGMP）和Ca+等
第一信使：即作用于细胞膜的细胞外信号分子，如 激素、递质、细胞因子等。
三、酶联型受体介导的信号转导
化学门控通道
3.机械门控通道: 体内许多细胞膜表面存在着能感
受机械刺激引起开放并诱发离子流动的变化，把
信号传递到细胞内部的通道。 （平滑肌细胞、内 耳毛细胞）。 如血压升高对血管壁的牵张刺激可激活血管平滑肌 细胞的机械门控离子通道，使通道开放，引起
Ca2+内流，内流的Ca2+作为细胞内信号可进一步
当细胞内[Na+]升高或细胞外[K+]升高时,钠泵被激活。 分解ATP供能,将Na+泵出细胞,同时将K+泵入细胞。
钠泵生理意义：
①维持细胞内高K+，是许多代谢反应进行的必需条 件；
②维持细胞外高Na+，使得Na+不易进入细胞，也阻
止了与之相伴随的水的进入，对维持正常细胞的渗 透压与形态有着重要意义； ③建立势能贮备，是神经、肌肉等组织具有兴奋性 的基础，也是一些非离子性物质如葡萄糖、氨基酸
②参与细胞生物电的产生;
③参与跨膜信号转导。
(2)、主动运输：一些离子在细胞内外的分布存在
显著差别。细胞之所以能维持这种恒定的离子梯
度差，是由于细胞膜具有逆浓度梯度转运物质的 功能，称为主动转运 。 • 电—化学梯度(electrochemical gradient) ：被 运送物质如果带有电荷，则转运逆两个梯度，一 是浓度梯度，二是电荷梯度，这二者总和称为…。
身具有酪氨酸激酶活性的受体。这类受体的配体主
要是各种生长因子，如表皮生长因子、血小板源生
长因子，成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和 胰岛素等。当受体的细胞外部分与配体结合后便可 引起受体分子胞质侧部分酪氨酸激酶的活化，继而 触发各种信号蛋白沿不同路径的信号转导。
酪氨酸 激酶结 合型受 体 (tyrosine kinase associated receptor) ：与酪氨酸激酶受体 不同，受体分子本身没有蛋白激酶活性，但
通道转运离子的机制 ─门控 (Gate control)
• 通道的开放或关闭决定于：
–膜两侧的电位差 – 电压门控性通道 ( voltage-dependent channel) –膜两侧的特定化学性信号 – 化学门控性通道（chemical-dependent channel）
电 压 门 控 通 道
• 受体的本质:是镶嵌于脂质双分子层中的大 分子复合蛋白质或酶系，由结合部位和催 化部位两部分组成。 • 受体的结构：在分子结构上属于同一超家 族，每种受体都是由一个较长的N端位于膜 的外侧，接着是7段a螺旋7次穿过细胞膜， 其C端位于膜的内侧。 • 受体与配体结合后发生构象变化，激活膜 内侧的G蛋白。
②经通道介导的易化扩散
(facilitated diffusion via channel)
• 通道介导的易化扩散: 离子顺浓度梯度差移动。
• 通道：与离子扩散有关的膜蛋白质，通道可瞬间
激活与失活，
• 跨膜电流 (transmembrane current)：当通道开
放引起带电离子跨膜移动形成的电流
顺逆差
细胞是否耗能 不 不 不 耗能 靠他物势能差 细胞主动活动 被 动 转 运
单纯扩散
膜 蛋 白 介 导 经载体易化扩散 经通道易化扩散 原发性主动转运 继发性主动转运 出胞与入胞
顺差
顺差 顺差 逆差 逆差 无关
水溶性分子 带电离子 离子 葡萄糖等 大分子物质
第二节、细胞的跨膜信号转导
• 各种形式的外界信号作用于细胞时，通常 并不需要进入细胞内直接影响细胞内过程， 只需作用于细胞膜，通过引起细胞膜上一 种或数种蛋白质分子的变构作用，将外界 环境变化的信息以一种新的信号形式传递 到膜内，再引起靶细胞相应功能的改变， 包括细胞出现的电反应或其它功能改变。 这一过程被称为跨膜信号转导或跨膜信号 传递。
(3)、入胞与出胞作用
• 入胞: 大分子物质进入细胞时，先与膜接触，经膜凹 陷、包裹、脱离等进入细胞的过程，包括吞噬作用
（颗粒）和胞饮作用（液体）。
• 受体介导式入胞：外来的大分子团块首先被细胞膜上
的受体蛋白质辨认而发生特异性结合后引起，称之为
受体介导式入胞。 • 出胞: 指细胞内物质向膜外的转运过程，主要见于细 胞的分泌、神经递质的释放，细胞废物的排出等，过 程与入胞相反。
酶联型受体也是一种跨膜蛋白，但每个受体 分子只有1次穿膜。它结合配体的结构域 （受体部分）位于质膜的外表面，而面向胞 质结构域则具有酶活性，或者能与膜内侧其
他酶分子直接结合，调控后者的功能而完成
信号转导。
1、酪氨酸激酶受体(tyrosine kinase receptor) 也
称受体酪氨酸激酶，是指受体分子的膜内侧部分本
经通道易化扩散的特点:
①速度极快;(可达每秒106~108个离子)
②具有明显的离子选择性;
③门控(gating)特性:通道“闸门(gate)”
可受某些因素的调控而开闭。
门控通道的种类:
A.电压门控通道——受膜两侧电位差变化来
控制开闭的通道。 B.化学门控通道——受膜两侧某些化学分子 浓度变化来控制开闭的通道。也称配体门控 通道。 C.机械门控通道——受膜两侧的机械力学因 素变化来控制开闭的通道。