第二章細胞的基本功能

第一節細胞膜的結構與物質轉運功能第二節細胞的跨膜信號轉導第三節細胞的生物電現象第四節肌細胞的收縮功能第二章細胞的基本功能第一節細胞膜的結構和物質轉運功能一、細胞膜的結構(fluidmosaicmodel)7.5~10nm第一節細胞膜的結構和物質轉運功能一、細胞膜的結構(flu（一）脂質雙分子層液態的脂質雙分子層，磷脂70%，膽固醇小于30%。體溫下呈液態，具有流動性。（二）細胞膜蛋白質

鑲嵌或貫穿于脂質雙分子層中，膜功能執行者。表面蛋白peripheralprotein:20%~30%

整合蛋白integralprotein：70%~80%（三）細胞膜糖類寡糖或多糖鏈，形成糖脂或糖蛋白。有些作為抗原決定族=免疫信息（血型）；有些作為膜受體的“可識別”部分，能特異地與激素遞質等結合。（一）脂質雙分子層（三）細胞膜糖類細胞的基本結構和功能課件二、細胞膜的跨膜物質轉運功能

離子、小分子物質，大分子蛋白質等物質，液滴，團塊性固體物質等的進出細胞膜。二、細胞膜的跨膜物質轉運功能離子、小分子物質，（一）單純擴散（simplediffusion）單純擴散：一些脂溶性物質順濃度差或電位差的跨膜物質轉運。如：CO2，O2等。影響單純擴散擴散通量的因素：1、濃度差2、通透性：物質通過細胞膜的難易程度（一）單純擴散（simplediffusion）單純擴散（二）易化擴散（facilitateddiffusion）

一些不溶于脂質或溶解度甚小的物質，在細胞膜上一些特殊蛋白質的幫助下，由細胞膜的高濃度的一側向低濃度的一側轉運。如：葡萄糖，氨基酸及各種離子等。

可分為載體介導和通道介導的易化擴散兩種類型。（二）易化擴散（facilitateddiffusion1、載體介導的易化擴散

（carrierfacilitateddiffusion）

與小分子的有機物如葡萄糖、氨基酸等轉運有關。速度：102~104/s。特點：(1)結構特異性(2)飽和現象（saturation）(3)競爭性抑制(competitiveinhibition)1、載體介導的易化擴散與小分子的有機物如葡萄細胞的基本結構和功能課件2、通道介導的易化擴散channelmediatedfacillateddiffusion

與離子的易化擴散有關，推測在蛋白質內部出現了一條貫穿膜內外的水相孔道。Na+,K+,Ca2+,Cl-等離子的轉運。特點:

(1)高度選擇性；

(2)轉運速度快：107～108/s；(3)順濃度、電位梯度轉運。2、通道介導的易化擴散與離子的易化擴散有關，推測在蛋通道門控機制:（1）化學門控通道（chemically-gatedchannel）（2）電壓門控通道(voltage-gatedchannel)（3）機械門控通道（mechanically-gatedchannel)存在非門控通道，始終處于開放狀態。通道門控機制:（1）化學門控通道（chemically-ga細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件被動轉運（passivetransport）

單純擴散和易化擴散過程中，物質順電-化學梯度進行跨膜轉運，細胞本身無須消耗能量。被動轉運（passivetransport）（三）主動轉運（activetransport）

細胞通過本身的某種耗能過程，將物質的分子或離子由膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程稱為主動轉運。

分為原發性和繼發性主動轉運兩種類型。（三）主動轉運（activetransport）

細胞直接利用代謝產生的能量將物質逆濃度差（或電位差）轉運的過程。由離子泵（ionpump）介導，離子泵的本質為ATP酶（ATPase），如鈉泵、鈣泵。1.原發性主動轉運（primaryactivetransport）細胞直接利用代謝產生的能量將物質逆濃度差（或電神經細胞和骨骼肌細胞Na+濃度的膜外、膜內之比為12K+濃度的膜內、膜外之比為30

鈉泵:又稱鈉-鉀泵（sodium-potassiumpump），是Na+-K+依賴式ATP酶。神經細胞和骨骼肌細胞Na+濃度的膜外、膜內之比為12K+細胞的基本結構和功能課件鈉-鉀泵sodium-potassiumpump是具有ATP酶活性，可分解ATP釋放能量，用以逆電-化學梯度跨膜轉運Na+、K+細胞內的Na+↑和細胞外K+↑均可激活其酶活性，消耗能量約占人體代謝產能的1/4。為生電性，即每分解一分子ATP可泵出3個Na+，同時泵入2個K+鈉-鉀泵sodium-potassiumpump是具有

生理意義：保持細胞內、外Na+，K+不均衡分布，為細胞電活動的發生提供勢能儲備細胞內高K+是代謝活動的必要條件維持細胞正常的滲透壓及形態建立Na+濃度勢能儲備，協助營養物質的繼發性主動轉運生理意義：保持細胞內、外Na+，K+不均衡分布，為細胞電活2.繼發性主動轉運（secondaryactivetransport）

指物質轉運過程中，間接利用鈉泵活動所建立的跨膜勢能進行逆濃度梯度的轉運方式。同相轉運（symport）：

被轉運物與Na+轉運方向相同。逆相轉運（antiport）：

被轉運物與Na+轉運方向相反。2.繼發性主動轉運指物質轉運過程中，間接利用鈉泵細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件

出胞和入胞主要涉及大分子和物質團塊的跨膜物質轉運，是更復雜的、伴有膜結構改變的主動轉運方式。（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）

細胞排出某些大分子或團塊物質過程。如內分泌細胞分泌激素，外分泌細胞分泌酶原，黏液，神經細胞釋放遞質。細胞分泌時，囊泡被運到細胞內表面與胞膜融合，再向胞外開口，將內容物排出。1、出胞（exocytosis）出胞和入胞主要涉及大分子和物質團塊的跨膜物質轉細胞的基本結構和功能課件

是指細胞外大分子或物質團塊（如細菌等）進入細胞的過程。物質被細胞膜識別并互相接觸，接觸處細胞膜向內凹陷，并把物質包裹起來，然后膜融合斷裂，形成包含攝入物的小泡。入胞有2種類型：2、入胞（endocytosis）①吞噬（phagocytosis）:

只發生在特殊細胞，如單核細胞，巨噬細胞，中性粒細胞。是指細胞外大分子或物質團塊（如細菌等）進入細胞②吞飲（pinocytosis）：

可發生在幾乎所有的細胞。

吞飲又可分為液相入胞和受體介導式入胞。受體介導式入胞：被轉運物質與膜表面特異性受體蛋白相互作用，而引起的入胞過程，如Insulin、大分子營養物質的入胞。②吞飲（pinocytosis）：細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件第二節細胞的跨膜信號轉導功能一、細胞間的信號傳遞方式（一）化學性傳遞

某一細胞興奮后，通過釋放某種化學物質作用于相鄰細胞的受體，引起另一細胞隨之興奮，稱化學性傳遞。第二節細胞的跨膜信號轉導功能一、細胞間的信號傳遞方式（一1、化學信號

<1>神經遞質<2>激素<3>細胞因子2、受體

在化學傳遞過程中，化學信號物質大多數并不進入各自的靶細胞，而是選擇性地同靶細胞膜上的特異受體結合，通過細胞膜跨膜信號轉導，間接地引起靶細胞的活動發生變化。

受體類型：膜受體胞漿受體核受體1、化學信號2、受體

(二)直接電傳遞(二)直接電傳遞(一)G蛋白耦聯受體介導的信號轉導1、G蛋白耦聯受體及其家族分子<1>G蛋白耦聯受體：最大的細胞表面受體家族，共有300多種；受體由一條7次穿膜的肽鏈構成，膜外側有配體的結合部位，胞漿側有結合G蛋白的部位，通過與配體結合后的構象變化來結合和激活G蛋白。

二、細胞的跨膜信號轉導(一)G蛋白耦聯受體介導的信號轉導二、細胞的跨膜信號轉導細胞的基本結構和功能課件G蛋白GDPG蛋白GTPACG蛋白GTP

ATPPPPPP

cAMPP蛋白激酶活化功能蛋白質活化細胞生物效應HHHHGDPGTPACGTPATPPPPPP<2>G蛋白：也稱GTP結合蛋白，是耦聯膜受體與效應器的一種特定蛋白，由α、β和γ三個亞單位組成，其中α亞單位具有鳥苷酸的結合位點和GTP酶活性。非活化的G蛋白在膜內與受體分離，其α亞單位結合一分子的GDP；當配體與受體結合后，受體構象改變，從而激活G蛋白，此時α亞單位與GDP解離，結合一分子GTP，并與另兩個亞單位分離，繼而激活其靶蛋白。<2>G蛋白：也稱GTP結合蛋白，是耦聯膜受體與效

<3>G蛋白效應器：

A、催化生成第二信使的酶：包括:腺苷酸環化酶(AC)

磷脂酶C(PLC)

磷酸二脂酶(PDE)

磷脂酶A2等

B、離子通道:<3>G蛋白效應器：<4>第二信使：

它是激素、遞質、細胞因子等信號分子作用于細胞膜后細胞內產生的信號因子，間接地把細胞外信號轉入細胞內。包括cAMP、三磷酸肌醇(IP3)、二酰甘油(DG)、環-磷酸鳥苷(cGMP)和Ca2+等。<4>第二信使：2、主要的信號轉導途徑

A、受體-G蛋白-AC途徑：外來信使細胞膜受體G蛋白腺甘酸環化酶ATP蛋白激酶A心肌：增加Ca2+通道數胃：促進胃酸分泌腦：抑制K+通道，延長放電cAMP2、主要的信號轉導途徑外來信使細胞膜受體G蛋白腺甘酸環化酶

B、受體-G蛋白-PLC途徑配體與受體結合激活G蛋白Gρ激活PLC磷脂酰二磷酸肌醇

IP3和DG化學門控Ca通道激活胞漿Ca2+濃度升高B、受體-G蛋白-PLC途徑激活PLC磷脂酰二磷酸

(二)離子通道受體介導的信號轉導

(二)離子通道受體介導的信號轉導細胞的基本結構和功能課件2、電壓門控通道

3、機械門控通道

2、電壓門控通道3、機械門控通道(三)具有酶耦聯活性受體介導的信號轉導酪氨酸激酶受體

該類受體本身具有酶的活性，貫穿于膜的脂質雙層中，其膜外側有配體結合的位點，膜內側具有酪氨酸激酶的結構域。酪氨酸激酶耦聯受體(三)具有酶耦聯活性受體介導的信號轉導

第二章細胞的基本功能

第一節細胞膜的結構與物質轉運功能第二節細胞的跨膜信號轉導第三節細胞的生物電現象第四節肌細胞的收縮功能第二章細胞的基本功能第一節細胞膜的結構和物質轉運功能一、細胞膜的結構(fluidmosaicmodel)7.5~10nm第一節細胞膜的結構和物質轉運功能一、細胞膜的結構(flu（一）脂質雙分子層液態的脂質雙分子層，磷脂70%，膽固醇小于30%。體溫下呈液態，具有流動性。（二）細胞膜蛋白質

鑲嵌或貫穿于脂質雙分子層中，膜功能執行者。表面蛋白peripheralprotein:20%~30%

整合蛋白integralprotein：70%~80%（三）細胞膜糖類寡糖或多糖鏈，形成糖脂或糖蛋白。有些作為抗原決定族=免疫信息（血型）；有些作為膜受體的“可識別”部分，能特異地與激素遞質等結合。（一）脂質雙分子層（三）細胞膜糖類細胞的基本結構和功能課件二、細胞膜的跨膜物質轉運功能

離子、小分子物質，大分子蛋白質等物質，液滴，團塊性固體物質等的進出細胞膜。二、細胞膜的跨膜物質轉運功能離子、小分子物質，（一）單純擴散（simplediffusion）單純擴散：一些脂溶性物質順濃度差或電位差的跨膜物質轉運。如：CO2，O2等。影響單純擴散擴散通量的因素：1、濃度差2、通透性：物質通過細胞膜的難易程度（一）單純擴散（simplediffusion）單純擴散（二）易化擴散（facilitateddiffusion）

一些不溶于脂質或溶解度甚小的物質，在細胞膜上一些特殊蛋白質的幫助下，由細胞膜的高濃度的一側向低濃度的一側轉運。如：葡萄糖，氨基酸及各種離子等。

可分為載體介導和通道介導的易化擴散兩種類型。（二）易化擴散（facilitateddiffusion1、載體介導的易化擴散

（carrierfacilitateddiffusion）

與小分子的有機物如葡萄糖、氨基酸等轉運有關。速度：102~104/s。特點：(1)結構特異性(2)飽和現象（saturation）(3)競爭性抑制(competitiveinhibition)1、載體介導的易化擴散與小分子的有機物如葡萄細胞的基本結構和功能課件2、通道介導的易化擴散channelmediatedfacillateddiffusion

與離子的易化擴散有關，推測在蛋白質內部出現了一條貫穿膜內外的水相孔道。Na+,K+,Ca2+,Cl-等離子的轉運。特點:

(1)高度選擇性；

(2)轉運速度快：107～108/s；(3)順濃度、電位梯度轉運。2、通道介導的易化擴散與離子的易化擴散有關，推測在蛋通道門控機制:（1）化學門控通道（chemically-gatedchannel）（2）電壓門控通道(voltage-gatedchannel)（3）機械門控通道（mechanically-gatedchannel)存在非門控通道，始終處于開放狀態。通道門控機制:（1）化學門控通道（chemically-ga細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件被動轉運（passivetransport）

單純擴散和易化擴散過程中，物質順電-化學梯度進行跨膜轉運，細胞本身無須消耗能量。被動轉運（passivetransport）（三）主動轉運（activetransport）

細胞通過本身的某種耗能過程，將物質的分子或離子由膜的低濃度一側移向高濃度一側的過程稱為主動轉運。

分為原發性和繼發性主動轉運兩種類型。（三）主動轉運（activetransport）

細胞直接利用代謝產生的能量將物質逆濃度差（或電位差）轉運的過程。由離子泵（ionpump）介導，離子泵的本質為ATP酶（ATPase），如鈉泵、鈣泵。1.原發性主動轉運（primaryactivetransport）細胞直接利用代謝產生的能量將物質逆濃度差（或電神經細胞和骨骼肌細胞Na+濃度的膜外、膜內之比為12K+濃度的膜內、膜外之比為30

鈉泵:又稱鈉-鉀泵（sodium-potassiumpump），是Na+-K+依賴式ATP酶。神經細胞和骨骼肌細胞Na+濃度的膜外、膜內之比為12K+細胞的基本結構和功能課件鈉-鉀泵sodium-potassiumpump是具有ATP酶活性，可分解ATP釋放能量，用以逆電-化學梯度跨膜轉運Na+、K+細胞內的Na+↑和細胞外K+↑均可激活其酶活性，消耗能量約占人體代謝產能的1/4。為生電性，即每分解一分子ATP可泵出3個Na+，同時泵入2個K+鈉-鉀泵sodium-potassiumpump是具有

生理意義：保持細胞內、外Na+，K+不均衡分布，為細胞電活動的發生提供勢能儲備細胞內高K+是代謝活動的必要條件維持細胞正常的滲透壓及形態建立Na+濃度勢能儲備，協助營養物質的繼發性主動轉運生理意義：保持細胞內、外Na+，K+不均衡分布，為細胞電活2.繼發性主動轉運（secondaryactivetransport）

指物質轉運過程中，間接利用鈉泵活動所建立的跨膜勢能進行逆濃度梯度的轉運方式。同相轉運（symport）：

被轉運物與Na+轉運方向相同。逆相轉運（antiport）：

被轉運物與Na+轉運方向相反。2.繼發性主動轉運指物質轉運過程中，間接利用鈉泵細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件

出胞和入胞主要涉及大分子和物質團塊的跨膜物質轉運，是更復雜的、伴有膜結構改變的主動轉運方式。（四）出胞（exocytosis）和入胞（endocytosis）

細胞排出某些大分子或團塊物質過程。如內分泌細胞分泌激素，外分泌細胞分泌酶原，黏液，神經細胞釋放遞質。細胞分泌時，囊泡被運到細胞內表面與胞膜融合，再向胞外開口，將內容物排出。1、出胞（exocytosis）出胞和入胞主要涉及大分子和物質團塊的跨膜物質轉細胞的基本結構和功能課件

是指細胞外大分子或物質團塊（如細菌等）進入細胞的過程。物質被細胞膜識別并互相接觸，接觸處細胞膜向內凹陷，并把物質包裹起來，然后膜融合斷裂，形成包含攝入物的小泡。入胞有2種類型：2、入胞（endocytosis）①吞噬（phagocytosis）:

只發生在特殊細胞，如單核細胞，巨噬細胞，中性粒細胞。是指細胞外大分子或物質團塊（如細菌等）進入細胞②吞飲（pinocytosis）：

可發生在幾乎所有的細胞。

吞飲又可分為液相入胞和受體介導式入胞。受體介導式入胞：被轉運物質與膜表面特異性受體蛋白相互作用，而引起的入胞過程，如Insulin、大分子營養物質的入胞。②吞飲（pinocytosis）：細胞的基本結構和功能課件細胞的基本結構和功能課件第二節細胞的跨膜信號轉導功能一、細胞間的信號傳遞方式（一）化學性傳遞

某一細胞興奮后，通過釋放某種化學物質作用于相鄰細胞的受體，引起另一細胞隨之興奮，稱化學性傳遞。第二節細胞的跨膜信號轉導功能一、細胞間的信號傳遞方式（一1、化學信號

<1>神經遞質<2>激素<3>細胞因子2、受體

在化學傳遞過程中，化學信號物質大多數并不進入各自的靶細胞，而是選擇性地同靶細胞膜上的特異受體結合，通過細胞膜跨膜信號轉導，間接地引起靶細胞的活動發生變化。

受體類型：膜受體胞漿受體核受體1、化學信號2、受體

(二)直接電傳遞(二)直接電傳遞(一)G蛋白耦聯受體介導的信號轉導1、G蛋白耦聯受體及其家族分子<1>G蛋白耦聯受體：最大的細胞表面受體家族，共有300多種；受體由一條7次穿膜的肽鏈構成，膜外側有配體的結合部位，胞漿側有結合G蛋白的部位，通過與配體結合后的構象變化來結合和激活G蛋白。

二、細胞的跨膜信號轉導(一)G蛋白耦聯受體介導的信號轉導二、細胞的跨膜信號轉導細胞的基本結構和功能課件G蛋白GDPG蛋白GTPACG蛋白GTP

ATPPPPPP

cAMPP蛋白激酶活化功能蛋白質活化細胞生物效應HHHHGDPGTPACGTPATPPPPPP<2>G蛋白：也稱GTP結合蛋白，是耦聯膜受體與效應器的一