精品课程——生理学 讲义】第二章细胞的基本功能 发布时间:2009-07-07浏览次数:1597 匚二章细胞的基本功能 细胞是生命体的基本结构单位,体内所有生理功能和生化反应都是在细胞及其产物上进行 认识细胞及其亚单位的结构和功能是阐明最基本的生物学现象的基础 本章重点 细胞膜的基本化学组成和结构 物质跨膜转运的形式和原理; 细胞的跨膜信号转导功能 细胞的生物电和有关现象; 肌细胞的收缩活动, 第一节细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能 一切动物细胞都被细胞膜或质膜( plasma membrane)包被,它把细胞内容物和细胞的周围环境分隔开,是维持内 部结构与成分稳定的结构保证 为了细胞内成分的稳定,细胞膜还具有特殊的物质跨膜转运功能。 膜结枃中的脂质分孑层主要起到屏障作用;膜上的特殊蛋白质则与物质、能量和信息的跨膜转运有关。, 许多生理病理过程,也涉及到膜结枃和功能的改变 膜的化学组成和分子结构 组成: 蛋白质( protein) 糖类( glycolipid, glycoprotein) 基本结构: 流动镶嵌模型( fluid mosaic model Outer face Phospholipid Fatty acyl heads(polar)c tails (nonpolar Carbohydrate moiety Cholesterol Peripheral protein proteins Peripheral protein Inner face with covalent lipid anchor (一)脂质双分子层( lipid bilayer) 组成:>70%磷脂( phospholipid)
精品课程——生理学 【讲义】第二章 细胞的基本功能 发布时间: 2009-07-07 浏览次数: 1597 第二章 细胞的基本功能 细胞是生命体的基本结构单位，体内所有生理功能和生化反应都是在细胞及其产物上进行的。 认识细胞及其亚单位的结构和功能是阐明最基本的生物学现象的基础。 本章重点: • 细胞膜的基本化学组成和结构 ； • 物质跨膜转运的形式和原理； • 细胞的跨膜信号转导功能； • 细胞的生物电和有关现象； • 肌细胞的收缩活动。 第一节 细胞膜的基本结构和跨膜物质转运功能 一切动物细胞都被细胞膜或质膜（plasma membrane) 包被，它把细胞内容物和细胞的周围环境分隔开，是维持内 部结构与成分稳定的结构保证。 • 为了细胞内成分的稳定，细胞膜还具有特殊的物质跨膜转运功能。 • 膜结构中的脂质分子层主要起到屏障作用；膜上的特殊蛋白质则与物质、能量和信息的跨膜转运有关。， • 许多生理病理过程，也涉及到膜结构和功能的改变。 一. 膜的化学组成和分子结构 • 组成： 脂质（lipid） 蛋白质（protein） 糖类（glycolipid，glycoprotein） • 基本结构： 流动镶嵌模型 （fluid mosaic model) (一) 脂质双分子层（lipid bilayer） • 组成： >70％磷脂(phospholipid)
<30%胆固醇( cholesterol 少量鞘脂类( sphingolipid) 存在形式:双分子层 具有流动性 polar head group cis-double hydrophobic 1.磷脂( phospholipid) 动物细胞膜中主要的四种磷脂: 磷脂酰胆碱(PC) 磷脂酰乙醇胺(PE) 磷脂酰肌醇(PID 磷脂酰丝氨酸(PS) - CHrC 链 2.胆固醇( cholestero 插入在脂质双分孑层中,增加膜的机械性 胆固醇含量的增加,降低膜的流动性。 3.其它脂质 如磷脂酰肌醇,全部分布在膜的靠胞浆-侧,与信号转导有关。 二)细胞膜蛋白( membrane protein 存在戒式 表面蛋白质( peripheral membrane protein) 带电氨基酸或基团与膜脂质极性基团相互吸引 整合蛋白质( integral membrane protein
<30％胆固醇(cholesterol) 少量鞘脂类（sphingolipid） • 存在形式： 双分子层 • 具有流动性 1. 磷脂（phospholipid） 动物细胞膜中主要的四种磷脂： • 磷脂酰胆碱 (PC) • 磷脂酰乙醇胺 (PE) • 磷脂酰肌醇 (PI) • 磷脂酰丝氨酸 (PS) 2. 胆固醇(cholesterol) • 插入在脂质双分子层中，增加膜的机械性。 • 胆固醇含量的增加, 降低膜的流动性。 3. 其它脂质 • 如磷脂酰肌醇， 全部分布在膜的靠胞浆一侧，与信号转导有关。 (二) 细胞膜蛋白(membrane protein) 存在形式： · 表面蛋白质 (peripheral membrane protein) 带电氨基酸或基团与膜脂质极性基团相互吸引. · 整合蛋白质 ( integral membrane protein)
具a-螺旋结构形式,一次或多次贯穿脂质双分子层 膜蛋白功能取决于膜结合蛋白质种类 载体蛋白( carrier,通道蛋白( channel),受体蛋白( receptor),抗原蛋白( antigen,酶蛋白( enzvme)等 膜蛋白在脂质双分子层中的移动 可横向漂移, 受到精细的调控 (三)细胞膜糖类 存在式: 寡糖和多糖链 与膜脂质或蛋白质结合形成的糖脂和糖蛋白 功能特点 暴露在膜外,成为细胞的标记或抗原决定簇等 、细胞膜的跨膜物质转运功能 (一)单纯扩散( simple diffusion 扩散(dion) 溶液中的溶质或溶剂,因分子的热运动而从高浓度区域向低浓度区域的净移动。 通透性( permeability) 某一物质的脂溶性的程度,以及其它因素造成的该物质通过膜的难易程度。 (二)易化扩散( facilitated diffusion) 非脂溶性或脂溶性小的物质,在膜结枃中某些特殊蛋白质的帮助下,从膜的高浓度· 低浓度一侧转运的方 式。 特点:顺浓度差,不耗能; 特殊蛋白质的帮助,且具有选择性; 性不固定。 1.离孑通道(通道, ion channel): Gate Conformational B Closed a.通道具有开放和关闭状态 b.对转运物质也有选择性,但没有载体蛋白那么严格 化学门控通道( chemically- gated channel) 膜两侧(主要是外侧)出现化学信号时开放
具a-螺旋结构形式 ，一次或多次贯穿脂质双分子层。 • 膜蛋白功能取决于膜结合蛋白质种类： 载体蛋白(carrier)，通道蛋白(channel)，受体蛋白(receptor)，抗原蛋白(antigen)，酶蛋白 (enzyme)等。 • 膜蛋白在脂质双分子层中的移动： 可横向漂移， 受到精细的调控。 （三）细胞膜糖类 · 存在形式： 寡糖和多糖链， 与膜脂质或蛋白质结合形成的糖脂和糖蛋白。 · 功能特点： 暴露在膜外，成为细胞的标记或抗原决定簇等。 二 、细胞膜的跨膜物质转运功能 (一) 单纯扩散 (simple diffusion) • 扩散（diffusion）： 溶液中的溶质或溶剂，因分子的热运动而从高浓度区域向低浓度区域的净移动。 • 通透性（permeability）： 某一物质的脂溶性的程度，以及其它因素造成的该物质通过膜的难易程度。 （二）易化扩散 (facilitated diffusion) • 非脂溶性或脂溶性小的物质, 在膜结构中某些特殊蛋白质的帮助下, 从膜的高浓度一侧向低浓度一侧转运的方 式。 • 特点: 顺浓度差, 不耗能； 需要特殊蛋白质的帮助，且具有选择性； 通透性不固定。 1. 离子通道（通道，ion channel）: a. 通道具有开放和关闭状态; b. 对转运物质也有选择性, 但没有载体蛋白那么严格 • 化学门控通道（chemically-gated channel） 膜两侧（主要是外侧）出现化学信号时开放
Lnd→ 电压门控通道( voltage-gated channel) 所在膜两侧电位差的改变决定其开放或关闭。 CYTOSOL COOH 2.载体( carrier) Conformational a.高度的结构特异性 b有饱和现象; c.有竞争抑制现象。 三)主动转运( active transport) 细胞通过本身的某种耗能过程,将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。 被动转运( passive transport):单纯扩散和易化扩散 主动转运与被动转运的区别在于需要膜的某种耗能过程提供能量。 浓度梯度 位能梯度 C2、高浓度 散 主动转运 C1低浓度 图2-3物质的主动转运和被动转运原理示意图 物质分子可由高浓度处自动向低浓度处扩散,而分子由低浓度处移向高浓度处 则需另行供能,正如滑雪者可由高坡自动下滑而上坡却需要由人体费力一样。 被动转运和主动转运的根本区别即在于此
• 电压门控通道（voltage-gated channel） 所在膜两侧电位差的改变决定其开放或关闭。 2. 载体（carrier） a. 高度的结构特异性; b. 有饱和现象; c. 有竞争抑制现象。 （三） 主动转运（active transport) 细胞通过本身的某种耗能过程，将某物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。 • 被动转运（passive transport）：单纯扩散和易化扩散 • 主动转运与被动转运的区别在于需要膜的某种耗能过程提供能量
钠钾泵钠泵 具有ATP酶的活性,可以水解ATP获得能量,并利用此能量将Na+泵出细胞,将K+泵入胞内。 泵的启动和运转活性,与膜内高Na+、膜外高K有关。 一般生理情况下,消耗1分子ATP,运输3个Na+移出膜外,2K+个进入膜内 ·生理意义在于:建立起一种势能储备,供细胞的其他耗能过程利用。 (四)继发性主动转运( secondary active transport 不直接与代谢能量耦联,而由其它溶质顺电化学梯庋转运中释放的能量驱动,也称联合转运( cotransport)。 每一种联合转运都需膜上特殊的转运蛋白或转运体( transporter)参与 同向转运:被转运的物质分孑与Na+扩散方向相同 逆向转运:被转运的物质分子与Na+扩散方向相反。 Glucose No Amino acids Basement membrane Paracellular Glucose Amino Transcellular (五)出胞与入胞式物质转运 是细胞膜对某些大分子或固态、液态的物质团块的转运方式。 出胞( exocytosis):物质由细胞排出的过程主要见于各种细胞的分泌活动 图2-5分泌物的出胞过程 分泌囊泡逐渐向细胞膜内侧面靠近,两者 的膜相互融合,融合处膜断裂,分泌物排 出,而后囊泡膜成为细胞膜的组成部分 入胞( endocytosis}:胞外的团块物质(细菌、病毒、异物、脂蛋白颗粒、营养大分孑等)进入细胞的过程
钠-钾泵(钠泵，sodium-potassium pump): • 具有ATP酶的活性，可以水解ATP获得能量，并利用此能量将Na+泵出细胞，将K+泵入胞内。 • 泵的启动和运转活性，与膜内高Na+、膜外高K+有关。 • 一般生理情况下，消耗1分子 ATP，运输 3个 Na+移出膜外，2 K+个进入膜内。 • 生理意义在于：建立起一种势能储备，供细胞的其他耗能过程利用。 (四) 继发性主动转运 (secondary active transport) 不直接与代谢能量耦联，而由其它溶质顺电化学梯度转运中释放的能量驱动, 也称联合转运(cotransport)。 每一种联合转运都需膜上特殊的转运蛋白或转运体(transporter)参与。 同向转运: 被转运的物质分子与Na+扩散方向相同。 逆向转运: 被转运的物质分子与Na+扩散方向相反。 (五) 出胞与入胞式物质转运 是细胞膜对某些大分子或固态、液态的物质团块的转运方式。 出胞 (exocytosis) : 物质由细胞排出的过程. 主要见于各种细胞的分泌活动。 入胞 (endocytosis): 胞外的团块物质 (细菌、病毒、异物、脂蛋白颗粒、营养大分子等 ) 进入细胞的过程