生理学(第7版) 第2章 细胞的基本功能

③主动转运 ④钠-钾泵
2.细胞膜物质转运的方式有几种？
（概念、转运的物质、特点）
3.被动转运与主动转运有何区别？
4. Na+-K+泵活动有何生理意义?
§2 细胞的信号转导
Transmembrane signal transduction
刺激信号 （激素或递质） 靶细胞膜 （效应器细胞）
细胞功能的改变
③ Na+在膜两侧的浓度差也是其它许多物质 继发性主动转运的动力。
④ 钠泵活动造成的膜内外Na+和K+的浓度差，
是细胞生物电活动产生的前提条件。
⑤钠泵活动是生电性的影响膜电位的数值。
4）钠泵抑制剂:哇巴因ouabain
其他重要的泵
（1）钙泵( Ca2+-Mg2+依赖式ATP酶 ) 存在于肌细胞内的肌浆网膜上，将 肌浆中的Ca2+泵入肌浆网储存，与肌 肉的舒张过程有关。 （2）H+-K+泵( H+-K+依赖式ATP酶 ) 存在于胃粘膜壁细胞膜上，参与胃酸分泌 还可能存在于肾小管细胞的管腔膜上，分 泌 H+ ，与酸碱平衡有关。
[K+]i ＞[K+]o
通道基本特征：
1. 离子选择性（ion selectivity） 不同的通道有不同的离子选择性：
Na+通道、K+通道、Ca2+通道、Cl-通道
2. 门控特性（gating） 不同的通道有不同的开闭控制条件：
①膜两侧(外侧)化学信号 化学门控（chemical gated）通道 ②膜两侧的电位差 电压门控(voltage gated)通道 机械门控(mechanically gated)通道
(第一信使)
受体
激活
受 体 蛋 白 途 径
-G-
G蛋白
激活
腺苷酸环化酸(G蛋白的效应器) 第二信使
-AC
(cAMP)
蛋白激酶的活性改变
生理效应
神经递质
细胞外
受体
腺甘酸环化酶
细胞内
G－蛋白
GTP
γБайду номын сангаас
α
GDP
α
GTP
cAMP
蛋白 激酶
由G－蛋白耦联受体实现的跨膜信号转导示意图
Ｇ蛋白耦联受体也称促代谢性受体 （metabotropic receptor），
胰岛素受体
㈠ 酪氨酸激酶受体（Tyrosine kinase receptor，
TKR）和酪氨酸激酶结合型受体 2.酪氨酸激酶结合型受体 （受体分子本身无蛋白激酶活性）
配体与酪氨酸激酶结 合型受体结合,
激活 胞质内的酪氨酸激酶
细胞内生物效应
（ 二 ） 鸟 苷 酸 环 化 酶 受 体
复习思考题
细胞间传递信息的物质多达几百种：如递 质、激素、细胞因子等。 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 离子通道型受体介导的信号转导 ② G蛋白耦联受体介导的信号转导 ③ 酶联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
1972年，Singer和Nicolson提出
其基本内容是： 1）基架：液态脂质双分子层。磷脂：70%， 胆固醇：30% 。
2）中间：镶嵌有不同分子结构和功能的蛋白 质，其以α-螺旋或球形结构形式存在。 3）外表面：糖脂或糖蛋白
液态镶嵌模型
一. 细胞膜的结构概述 Structure of the Cell Membrane
离子
神经递质 （Ach）
通道开放
细胞外
细胞内
离子进入膜内
毛 细 胞 离 子 通 道 及 其 作 用 示 意 图
对血管壁的牵张刺激-机械门控通道开放----
Ca2+内流------血管收缩
二、G蛋白耦联受体介导的信号转导
G-protein coupled receptor mediated transduction 化学物质
效应器酶除腺苷酸环化酶外，还有磷 脂酶Ｃ（PLC），磷酸酶A2（PLA2）， 磷酸二脂酶（PED）。
第二信使除cAMP外，还有IP3（三磷酸 肌醇）、DG（二酰甘油）、环-磷酸鸟苷 （ cGMP）、钙离子等
●
受体-G蛋白-PLC途径
配体+受体 活化的受体
激活G蛋白 激活PLC
CaM
Ca2+ PKC
生 理 学 （第7版）
第二章 细胞的基本功能
The basic functions of cell
本章重点讨论：
1.细胞膜结构和物质转运功能
2.细胞的信号转导 3.细胞的电活动 4. 肌细胞的收缩
第二章 细胞的基本功能
学习目标
• 了解细胞膜的结构和主要功能。
• 掌握细胞膜的物质转运功能。
• 了解细胞之间的信号传递功能。 • 掌握静息电位和动作电位的概念、形成条件、机制。 • 掌握肌肉收缩的原理,熟悉影响肌肉收缩的因素。 • 了解骨骼肌收缩的外部表现和力学分析。
§ 1. 细胞膜的结构和物质转运功能
The cell membrane & its transport
细胞膜的作用：
① 屏障作用
② 物质转运功能
③ 跨膜信息传递功能
④ 细胞膜的兴奋功能…
一. 细胞膜的结构概述 Structure of the Cell Membrane
—液态镶嵌模型(fluid mosaic model):
* 钠—钾泵（*钠泵）
1) 钠泵的本质: 钠—钾依赖式ATP酶 2）作用:
分解ATP供能，逆浓度差转运Na+、K+ （泵入 2个K+、泵出3个Na+ ）
通道转运与钠-钾泵转运模式图
钠泵的作用：
3）钠泵活动的意义（P13）
① 钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢
反应进行的必要条件。
② 维持胞质渗透压和细胞容积的相对稳定。
囊泡膜与质膜融合 融合处出现裂口 分泌物排出
3. 入胞(endocytosis)：大分子物质或物质团块 借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入 细胞的过程，包括吞噬和吞饮。如：白细胞吞 噬细菌、异物等
（吞噬phagocytosis、吞饮pinocytosis）
入胞
受体对物质的“辨认” 发生特异性结合=复合物
逆向转运体（antiport）
（1）经载体的易化扩散
Facilitated diffusion via carrier
转运的物质：葡萄糖(GL)、氨基酸(AA)等小分子亲水物质
（2）原发性主动转运
（primary active transport）
细胞通过本身某种耗能过程,将某物质从 膜低浓度一侧转运到高浓度一侧的过程。
1.*概念：
扩散的原理：布郎运动 （图示） 脂溶性物质由细胞膜高浓度一侧向低浓度一侧的
转运过程（如：O2，CO2…）。 扩散：指溶质分子由高浓度处向低浓度处的运动
2.决定因素：
扩散通量：mol／cm2／s
1）膜两侧该物质浓度差 决定因素： 2）膜对该物质的通透性 与该物质的浓度差成正 比，与其他溶质无关
离子通道型受体：既是通道同时又有受体功能
1. 化学门控通道或递质门控通道（骨骼肌终 板膜（transmitter gated ion channel ） 也称促离子型受体（ionotropic receptor）： 被激活时直接引起跨膜离子流动 2. 电压门控通道（心肌细胞L型钙通道） 3.机械门控通道（内耳毛细胞、血管内皮细胞）
细 胞
继 发 性 主 动 转 运
Na+ Ｇ
（三）出胞与入胞 exocytosis and endocytosis
1. 出胞 (exocytosis)：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。 1）细胞的分泌活动 2）神经递质的释放
出胞
蛋白性分泌物
高尔基复合体 分泌囊泡 囊泡向质膜内侧移动
1. 通道（ion channel）介导的跨膜转运
由离子通道（贯穿脂质双层的、中央带有亲水性孔 道的，不能水解ATP的膜蛋白）完成。
转运带电离子(Na+、K+、Ca2+…)
Na+
胞外
胞内
K+
通道(channel)中介的易化扩散
Facilitated diffusion via channel
[Na+]o ＞[Na+]i
[O2]o ＞[O2]i
[CO2]i ＞[CO2]o
3. 转运的物质： O2，CO2，N2，水，乙醇，尿素
水(还可通过水通道即水孔蛋白aquaprin来转运)
4 ．特点：① 高浓度→低浓度② 不耗能
㈡.膜蛋白介导的跨膜转运
*易化扩散（facilitated diffusion） ：
非脂溶性物质在膜蛋白质的协助下，由 膜高浓度一侧向低浓度一侧的扩散。 特点： 1）顺浓度差转运 2）选择性转运（膜蛋白质结构） 3）受膜两侧因素改变的调控
（3）继发性～ (secondary active transport）
1）特点： ① 间接耗能（钠泵—势能储备） ② 与膜中特殊蛋白质有关 2）转运体（transporter）： ① 同向转运体 ② 逆向转运体
* 主动转运特点：
1）逆浓度差； 2）耗能
G
Ｇ
ATP K+
泵
ADP Na+ Na+ Ｇ
1.通过细胞表面受体介导的跨膜信号转导有哪几 种方式？比较各种方式之间的异同。 2.试述细胞信号转导的基本特征。 3.试比较G蛋白偶联受体介导的几种信号通路之间 的异同。 4.概述受体酪氨酸介酶介导的信号通路的组成、 特点及其主要功能。
扩散
Vmax
1/2Vmax
flux
Km
载体
substrate
细 胞 外
细胞膜
细 胞 内
载 体 蛋 白
载 体 蛋 白
载体中介的易化扩散
(1) 经载体(carrier)易化扩散
是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。
意义:
转运代谢物质（葡萄糖、氨基酸）
同向转运体（symporter）
跨膜信号转导Transmembrane signal transduction
化 学 信 号
神经末梢：递质 细胞:细胞因子 激素
机械、电、光等
跨 膜 信 号 转 导 系 统
新的信 号形式
细胞功 能改变
细胞外
膜
细胞内
外界化学物质作用于细胞膜的特异部位
(受体)，通过引起特殊蛋白质分子的变构
作用，将外界信息以新的信号形式传向膜 内，引起靶细胞的生理效应—跨膜信号转 导
表面的“有被小窝”移动 “有被小窝”处的膜凹陷 吞食泡 吞食泡与胞内体相融合
受体介导式入胞过程
物质的跨膜转运：
① 脂溶性小分子物质可通过物理扩散 透过质膜； ② 水溶性小分子物质和带电离子需要 借助于一系列相关膜蛋白的介导来完成转 运；
③ 大分子物质和物质颗粒通过细胞膜 的整装转运进出细胞；
转运方式
特点
①信号转导与G蛋白无关； ②无第二信使的产生； ③无细胞质中蛋白激酶的激活。
㈠ 酪氨酸激酶受体（Tyrosine kinase receptor，
TKR）和酪氨酸激酶结合型受体 1.酪氨酸激酶受体
生长因子
与受体酪氨酸 激酶结合
胞浆内侧肽链的蛋 白激酶活化
细胞内生物效应
受体酪氨酸激酶介导的信号转导图示
③机械刺激
图2-1 不同门控机制的离子通道 A. 电压门控通道 B. 化学门控通道 C. 机械门控通道
2. 载体(carrier)介导的的跨膜转运
由膜载体蛋白和通道蛋白完成
特点：
① 高度特异性 ② 饱合现象 (saturation) ③ 竞争性抑制 (competitive inhibition)
3）糖类：
较少（8%）
主要为寡糖和多糖链
成为抗原决定簇、受 体可识别部分
整合蛋白
二、物质的跨膜转运
Transport Across the Plasma Membrane
*跨膜转运的方式：
① 单纯扩散 ② 易化扩散 ③ 主动转运
单纯扩散
膜蛋白介导 的跨膜转运 出胞和入胞
④ 出胞和入胞
㈠. 单纯扩散（simple diffusion）
单纯扩散
转运物质
脂小分子,水 带电离子 水溶性分子 离子 葡萄糖等 大分子物质
顺逆差 细胞是否耗能
顺差 顺差 顺差 逆差 逆差 无关 不 不 不
膜 蛋 白 介 导
经通道易化扩散 经载体易化扩散 原发性主动转运 继发性主动转运 出胞与入胞
被 动 转 运
耗能
靠他物势能差 细胞主动活动
课后复习题
1. 概念：①单纯扩散 ②易化扩散
IP3 PIP2 DG
细胞内 生物效应
三、酶联型受体介导的信号转导
Tyrosine kinase receptor mediated transduction
㈠ 酪氨酸激酶受体（Tyrosine kinase receptor，
TKR）和酪氨酸激酶结合型受体
酪氨酸激酶受体特性:
受体分子胞质侧具有酶活性.
Composition of the cell membrane
磷酸+碱基
化学组成：三种 1）脂类：多 （52%）
脂 肪 酸 长 烃 链
特点：
熔点低，常温下呈液态 （ *熔点、胆固醇含量 决定C膜的流动性）
2）膜蛋白：较多（重量）40%
两种形式
表面蛋白 (peripheral protein) 20-30% 整合蛋白 (integral protein) 70-80% (载体或转运体、通道、离子泵) 表面蛋白