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第二章第二章 细胞的基本功能细胞的基本功能第一节第一节 细胞的跨膜物质转运功能细胞的跨膜物质转运功能第三节第三节 细胞的跨膜电变化细胞的跨膜电变化第四节第四节 肌细胞的收缩功能肌细胞的收缩功能第二节第二节 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能第一节第一节 细胞的跨膜物质转运功能细胞的跨膜物质转运功能 一、膜的化学组成和分子结构一、膜的化学组成和分子结构（一）脂质双分子层（一）脂质双分子层 液态的脂质双分子层液态的脂质双分子层（二）细胞膜蛋白质（二）细胞膜蛋白质 镶嵌或贯穿于脂质双分子层中镶嵌或贯穿于脂质双分子层中（三）细胞膜糖类（三）细胞膜糖类 多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗多为短糖链，形成糖脂或糖蛋白。有些作为抗原决定族原决定族=免疫信息（血型）；有些作为膜受体的免疫信息（血型）；有些作为膜受体的“可识别可识别”部分，能特异地与激递质等结合。部分，能特异地与激递质等结合。二、细胞膜的跨膜物质转运功能二、细胞膜的跨膜物质转运功能（一）被动转运（一）被动转运(passive transport)(passive transport) 概念概念：物质顺电位或化学梯度的转运过程。：物质顺电位或化学梯度的转运过程。 特点特点： 不耗能（依赖电不耗能（依赖电- -化学梯度的势能）化学梯度的势能） 依靠或不依靠特殊膜蛋白质的依靠或不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助” 顺电顺电- -化学梯度进行化学梯度进行 分类分类： 单纯扩散单纯扩散 易化扩散易化扩散 1.1.单纯扩散单纯扩散(simple diffusion)(simple diffusion) (1) (1)概念概念: :一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓一些脂溶性物质由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。度一侧移动的过程。 (2)(2)特点特点: : 扩散速率高扩散速率高 无饱和性无饱和性 不依靠特殊膜蛋白质的不依靠特殊膜蛋白质的“帮助帮助” 不需另外消耗能量不需另外消耗能量 扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，扩散量与浓度梯度、温度和膜通透性呈正相关，用用扩散通量扩散通量（mol or molmol or mol数数/min.cm/min.cm2 2) )表示。表示。 (3)(3)转运的物质转运的物质： O O2 2、COCO2 2、NHNH3 3 、N N2 2 、尿素、乙醚、乙醇、尿素、乙醚、乙醇、类固醇类激素类固醇类激素 等少数几种。等少数几种。 注：注：膜对膜对H H2 2O O具高度通透性，具高度通透性，H H2 2O O除单纯除单纯扩散外，还可通过扩散外，还可通过水通道水通道跨膜转运。跨膜转运。2.2.易化扩散易化扩散(facilitated diffusion)(facilitated diffusion) (1) (1)概念概念: : 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物质, ,需特殊膜蛋白质的需特殊膜蛋白质的“帮助帮助”下下, ,由膜的高浓度一侧向由膜的高浓度一侧向低浓度一侧移动的过程。低浓度一侧移动的过程。 (2)(2)分类分类: : 经通道的易化扩散经通道的易化扩散 经载体的易化扩散经载体的易化扩散（1）经通道的易化扩散经通道的易化扩散转运的物质转运的物质: :各种带电离子各种带电离子（2 2）经载体的易化扩散）经载体的易化扩散转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质转运的物质：葡萄糖、氨基酸等小分子亲水物质 (3)(3)特点特点: : 需依靠特殊膜蛋白质需依靠特殊膜蛋白质 不需另外消耗能量不需另外消耗能量 选择性选择性 饱和性饱和性 竟争性竟争性 浓度和电压依从性浓度和电压依从性 ( (二二) )主动转运主动转运(active transport)(active transport) 指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。指物质逆浓度梯度或电位梯度的转运过程。 特点特点：需要消耗能量需要消耗能量, ,能量由分解能量由分解ATPATP来提供；来提供； 依靠特殊膜蛋白质依靠特殊膜蛋白质( (泵泵) )的的“帮助帮助”； 是逆电是逆电- -化学梯度进行的。化学梯度进行的。 分类分类：原发性主动转运；原发性主动转运； 如如:Na:Na+ +-K-K+ +泵、泵、H H+ +-K-K+ +泵等泵等 继发性主动转运；继发性主动转运； 入胞和出胞式转运。入胞和出胞式转运。1.1.泵转运泵转运NaNa+ +-K-K+ +泵（泵（NaNa+ +-K-K+ +-ATPase-ATPase）通道转运与钠通道转运与钠-钾泵转运模式图钾泵转运模式图 维持维持NaNa+ + o o高高、KK+ + i i高高原先的不均匀分布状态原先的不均匀分布状态2K2K+ +泵至细胞内泵至细胞内;3Na;3Na+ +泵至细胞外泵至细胞外分解分解ATPATP产生能量产生能量当当NaNa+ + i i/K/K+ + o o激活激活钠钠- -钾泵钾泵: :2.2.继发性主动转运继发性主动转运概念概念： 即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来即逆浓度梯度或逆电位梯度的转运时，能量来自膜两侧自膜两侧NaNa+ + 差，而差，而NaNa+ + 差是差是NaNa+ +-K-K+ +泵分解泵分解ATPATP释释放的能量建立的。放的能量建立的。3.3.入胞和出胞式转运入胞和出胞式转运 出胞出胞: :指细胞把成块的内容物由细胞内指细胞把成块的内容物由细胞内排出的过程。排出的过程。 入胞入胞: :指细胞外的大分子物质或团块进指细胞外的大分子物质或团块进入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。入细胞的过程，包括吞噬和吞饮。分泌物排出分泌物排出融合处出现裂口融合处出现裂口囊泡向质膜内侧移动囊泡向质膜内侧移动膜性结构包被膜性结构包被= =分泌囊泡分泌囊泡高尔基复合体高尔基复合体粗面内质网合成蛋白性分泌物粗面内质网合成蛋白性分泌物出胞出胞：囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡膜与质膜的某点接触并融合囊泡的膜成为细胞膜的组成部分囊泡的膜成为细胞膜的组成部分出胞：出胞：细胞膜上的受体对物质的细胞膜上的受体对物质的“辨认辨认”发生特异性结合发生特异性结合= =复合物复合物复合物向膜表面的复合物向膜表面的“有被小窝有被小窝”移动移动“有被小窝有被小窝”处的膜凹陷处的膜凹陷凹陷膜与细胞膜断离凹陷膜与细胞膜断离= =吞食泡吞食泡吞食泡吞食泡与与胞内体胞内体的膜性结构相融合的膜性结构相融合入胞入胞: :入胞入胞: :第二节第二节 细胞的跨膜信号转导功能细胞的跨膜信号转导功能 跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与跨膜信号转导主要涉及到：胞外信号的识别与结合、信号转导、胞内效应等三个环节。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：跨膜信号转导方式大体有以下三类： 离子通道介导的信号转导离子通道介导的信号转导 G G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导 酶偶联受体介导的信号转导酶偶联受体介导的信号转导一、离子通道介导的信号转导一、离子通道介导的信号转导 离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道离子通道大体有：化学、电压、机械性门控通道如：如：化学性胞外信号化学性胞外信号(ACh)(ACh)ACh +ACh + 受体受体=复合体复合体终板膜变构终板膜变构=离子通道开放离子通道开放NaNa+ +内流内流终板膜电位终板膜电位骨骼肌收缩骨骼肌收缩二、二、G G蛋白偶联受体介导的信号转蛋白偶联受体介导的信号转导导( (一一) ) cAMPcAMP信号通路信号通路神经递质、激素等神经递质、激素等（第一信使）（第一信使）兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S) )激活腺苷酸环化酶激活腺苷酸环化酶(AC)(AC)ATPATPcAMPcAMP细胞内生物效应细胞内生物效应激活激活cAMPcAMP依赖的蛋白激酶依赖的蛋白激酶A A结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体激活激活G蛋白蛋白( (二二) ) 磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇信号通路信号通路激素激素（第一信使）（第一信使）兴奋性兴奋性G蛋白蛋白(G(GS S) )激活磷脂酶激活磷脂酶C C(PLC)(PLC)PIPPIP2 2( (第二信使）第二信使）IPIP3 3 和和 DGDG激激 活活蛋白激酶蛋白激酶C C内质网内质网释放释放CaCa2+2+激活激活G蛋白蛋白细胞内生物效应细胞内生物效应结合结合G蛋白偶联受体蛋白偶联受体三 、 酶 偶三 、 酶 偶联 受 体 介联 受 体 介导 的 信 号导 的 信 号转导转导 受体本身具受体本身具有酶的活性，有酶的活性，又称受体酪又称受体酪氨酸激酶。氨酸激酶。 概概 述述 恩格斯在恩格斯在100100多年前就指出：多年前就指出：“地球上地球上几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的几乎没有一种变化发生而不同时显示出电的变化变化”。人体及生物体活细胞在安静和活动。人体及生物体活细胞在安静和活动时都存在电活动，这种电活动称为生物电现时都存在电活动，这种电活动称为生物电现象（象（bioelectricitybioelectricity）。）。第三节第三节 细胞的跨膜电变化细胞的跨膜电变化“一、细胞的生物电现象一、细胞的生物电现象（一）静息电位（一）静息电位( (resting potentialresting potential RP) RP) 1. 1.概概 念念 ：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内：细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。外存在的电位差。 2.RP2.RP实验现象：实验现象：3.3.证明证明RPRP的实验：的实验：（甲）当（甲）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜外，无电位改变，细胞膜外，无电位改变，证明膜外无电位差证明膜外无电位差。（乙）当（乙）当A A电极位于细胞电极位于细胞膜外，膜外， B B电极插入膜内时，电极插入膜内时，有电位改变，有电位改变，证明膜内、证明膜内、外间有电位差外间有电位差。（丙）当（丙）当A A、B B电极都位于电极都位于细胞膜内，无电位改变，细胞膜内，无电位改变，证明膜内无电位差证明膜内无电位差。 4.4.与与RPRP相关的概念相关的概念： 静息电位静息电位: :细胞处于相对安静状态时，细细胞处于相对安静状态时，细胞膜内外存在的电位差。胞膜内外存在的电位差。 膜电位膜电位: :因电位差存在于膜的两侧所以又因电位差存在于膜的两侧所以又称为膜电位（称为膜电位（membrane potentialmembrane potential）。）。 RPRP值描述值描述: : RP RP的绝对值的绝对值 (-70-90mV) (-70-90mV) 超极化超极化 RPRP的绝对值的绝对值(-70-50mV) (-70-50mV) 去极化去极化（二）动作电位（二）动作电位(act(action potentialion potential AP) AP) 1. 1.概概 念念：2.AP2.AP实验现象：实验现象：去去 极极 化化上上 升升 支支下降支下降支3.3.动作电位的图形动作电位的图形刺激刺激局部电位局部电位阈电位阈电位去极化去极化零电位零电位反极化（超射）反极化（超射）复极化复极化（负、正）后电位（负、正）后电位4.动作电位的特征：动作电位的特征： 是非衰减式传导的电位是非衰减式传导的电位 具有具有“全或无全或无”的现象的现象5.动作电位的意义：动作电位的意义： AP的产生是细胞兴奋的标志的产生是细胞兴奋的标志。 6.6.与与APAP相关的概念相关的概念: :极极 化化: :以膜为界，外正内负的状态。以膜为界，外正内负的状态。 去极化去极化: :膜内外电位差向小于膜内外电位差向小于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。超极化超极化: :膜内外电位差向大于膜内外电位差向大于RPRP值的方向变化的过程。值的方向变化的过程。复极化复极化: :去极化后再向极化状态恢复的过程。去极化后再向极化状态恢复的过程。反极化反极化: :细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外细胞膜由外正内负的极化状态变为内正外负的极性反转过程。负的极性反转过程。阈电