第二章 细胞的基本功能。中国药科大学,辅导班内部资料。

第二章细胞的基本功能

第一节细胞

细胞是人体形态结构、生理功能和生长发育的基本单位。

一、细胞的结构及其功能

根据光镜观察一直分为细胞膜、细胞质、细胞核三部分。自从应用电镜研究细胞内部结构以后对细胞的基本结构又有了新的认识，提出了细胞包括“三相结构”的概念。

膜性体系

微纤维体系

微球体体系

（一）细胞膜

是生命物质外面出现一层膜性结构即细胞膜又称质膜。细胞膜不但是细胞核环境之间的屏障也是细胞和环境之间进行物质交换、信息传递的门户。

1. 细胞膜的化学组成及分子结构

（1）化学组成

细胞膜是细胞表面的一层薄膜又称质膜，厚约7.5～10nm。真核细胞的细胞膜主要由脂类和蛋白质组成，还包含少量的糖。糖与蛋白质或脂质结合形成糖蛋白或糖脂。

膜的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质，后者以а-螺旋或球形蛋白质的形式存在。

（2）细胞膜的分子结构

在电镜下细胞膜可以分为三层，即在膜的靠内外两侧各有一条2.5nm的电子

致密带，中间夹有一条厚约2.5nm的透明带。总厚度为7.5nm左右。这种结构不仅见于各种细胞的细胞膜，亦见于各种细胞器的膜性结构，如线粒体膜、内质网膜等。因而它被认为是一种细胞中普遍存在的基本结构形式—称为单位膜式生物膜。

1）脂质双分子层

细胞膜是由脂质双分子层构成的，膜的脂质分子都是长杆形，它们的一端是亲水性极性团，另一端是疏水性非极性基团。由于水分子排斥作用，形成脂质分子的亲水基团朝向膜内外两边的水溶液，而它们的疏水集团朝向膜内部。脂质的熔点较低这决定了膜中脂质在一般体温条件下是液体的，即膜具有某种程度的流动性。。

2）膜的蛋白质分子

嵌入蛋白（结合蛋白）

表在蛋白（表面蛋白或周围蛋白）

镶嵌蛋白质贯穿整个脂质双分子层，称为嵌入蛋白。有的蛋白质只附着于脂质双分子层表面，称为周围蛋白或表在蛋白。

根据细胞膜蛋白质的不同功能，大致可将其归为几类：

①与细胞膜的物质转运功能有关的蛋白，如载体、通道和离子泵。

②与“辨认”和“接受”细胞环境中特异的化学性刺激有关的蛋白通称为受

体。

③属于酶类的膜蛋白

④与细胞的免疫功能有关的膜蛋白

⑤此外尚有目前还不确知其具体功能的膜蛋白

A、嵌入蛋白具有许多重要功能（结合蛋白）

a 转运膜内外物质的载体，通道和离子泵。

b 有的是接受激素递质和其他活性物质的受体

c 有的是具有催化作用的酶

B、表在蛋白质的功能

多和细胞的吞噬作用、吞饮作用、变形运动以及细胞分裂中的细胞膜分割有关。

3）细胞膜的糖类

主要是一些寡糖和多糖链，它们都以共价键的形式和膜内脂质或蛋白质结合，形成糖脂或糖蛋白，这些糖链绝大多数是裸露在膜的外表面一侧的。由于组成这些糖链的单糖在排列顺序上有差异，这就成为细胞特异性的“标志”。这些细胞表面的糖链部分有的有抗原性质。

“液态镶嵌模型”可以概括为：

生物膜是以有极性的液态脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构，从而具有不同生理功能的蛋白质。脂质的亲水性端分别朝向膜的内外两侧，疏水性端相互靠近位于膜的内部。膜蛋白质分子镶嵌在脂质双分子层上：有的附着在膜的内或外表面；有的半镶嵌在膜的内或外表面；有的蛋白质侧贯穿整个脂质双分子层，两端暴露在膜的内外两侧。糖和膜上的脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。糖脂和糖蛋白的糖链部分，几乎都棵露于膜的外表面。这些糖链可以成为细胞的特异性标志。

实际生物膜具有明显的刚性，而这一点用液态镶嵌模型不好解释。

故曾经有人提出了细胞膜的液晶模型，可较好地解释生物膜表现出的刚

性，但至今未被普遍接受。

2. 细胞膜的物质转运功能

细胞膜的主要功能物质转运（简单扩散、易化扩散、主动转运、出胞和

入胞）

调节作用

（1）物质转运（主要以下四种方式）

1）单纯扩散：物质分子总是以高浓度区向低浓度区扩散。只有O

2 、CO

2

等

气体，以及脂溶性小分子物质是通过该方式转运的。通过膜的扩散量不仅决定于膜两侧该物质的浓度梯度和电梯度的大小，还决定了膜对该物质的通透性。

单纯扩散示意图

2）易化扩散：不溶于脂质的或很难溶于脂质的某些物质，如葡萄糖，氨基酸等分子和K+ Na+ Ca2+ 等离子，在一定情况下，也能顺浓度梯度通过细胞膜，但它们是借助于细胞膜结构种的某些特殊蛋白质的帮助而进行的。因此称为易化扩散。近年来通过各种研究，一般认为易化扩散至少可分为两种类型：载体型：一种是以所谓的载体为中介的易化扩散，葡萄糖、氨基酸顺浓度差通过细胞膜就属于这种。载体是细胞膜上的镶嵌蛋白质，

以载体为中介的易化扩散有如下特征：

①载体蛋白有较高的结构特异性。载体蛋白可选择性的与某物质作特异

结合。

②饱和现象。数目有限

③竞争性抑制。如载体对结构类似的A、B两物质都有转运能力，当A转

运增加，B物质转运量降低。

通道型：另一种是以所谓的“通道”为中介的易化扩散。一些离子如K+ Na+ Ca2+等顺着浓度梯度通过细胞膜，就属于这种类型。“通道”也是镶嵌在细胞膜上的一种蛋白质，称通道蛋白，简称“通道”。K+ 通道、Na+通道、 Ca2+ 通道。通道的分类：

①电压依从性通道（电压门控通道）：通道的开关决定于膜所在的环境两侧的电位差。

②化学依从性通道（化学门控通道）：通道的开关决定于膜所在的环境中

存在化学物质（如递质、激素或药物）的情况。

③机械门控通道：通道的开放决定于所在膜接受机械性刺激的情况。

以通道为中介的易化扩散的主要特征：它们的结构和功能状态可以因细胞内外各种理化因素的影响而迅速改变，失活或关闭、开放等。有一定特异性，但没有载体严格;可以处于开放或关闭的不同功能状态，其通透性变化快。

单纯扩散和易化扩散的共同点：物质分子或离子都是顺浓度差和顺电位差移动；物质移动所需要的能量来自浓度差所包含的势能，因而当时不需要细胞另外供能。这样的转运方式叫做“被动转运”。

3）主动转运：主动运转是指细胞膜将物质分子或离子从浓度低的一侧向浓度高的一侧转运的过程。在这个过程中，需要细胞代谢供给能量（或通过细胞本身的某种耗能过程）。因此主动转运过程与细胞代谢密切相关。通过细胞膜主动转运的物质有Na+、K+、Ca2+、H+、I_–、Cl_等离子和葡萄糖、氨基酸等分子。其中最重要而且研究较充分的是Na+、K+的主动转运。

我们知道哺乳动物的神经和骨骼肌细胞正常时细胞内K+浓度大约为细胞外的30倍，细胞外Na+ 浓度为细胞内12倍，这种明显的浓度差是如何形成和维持的，很早就有人推测，各种细胞的细胞膜上普遍存在这一种称为Na+－K+泵的结构简称Na泵，它们的作用是：在细胞代谢供能情况下能够逆浓度差将细胞内的Na+移出细胞，同时将细胞外的 K+移入膜内，形成和维持Na+ K+在膜两侧的不均衡分布。

细胞外K+↑细胞内Na+↑并受Mg2+浓度

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