細(xì)胞膜的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能

1、 生理學(xué)生理學(xué) 第二章第二章 細(xì)胞的基本功能細(xì)胞的基本功能 本章主要內(nèi)容 2.1 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 2.2 細(xì)胞的跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo) 2.3 細(xì)胞的生物電活動(dòng) 2.4 肌細(xì)胞的收縮功能 要求： 1. 掌握細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式及特點(diǎn)。 2.簡述鈉-鉀泵的生理意義。 細(xì)胞的生理功能細(xì)胞的生理功能 b跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn) b接受內(nèi)外環(huán)境變化的信息并經(jīng)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生興奮接受內(nèi)外環(huán)境變化的信息并經(jīng)跨膜信號轉(zhuǎn)導(dǎo)產(chǎn)生興奮 b興奮的產(chǎn)生興奮的產(chǎn)生 b興奮在細(xì)胞內(nèi)的傳導(dǎo)、細(xì)胞間的傳遞興奮在細(xì)胞內(nèi)的傳導(dǎo)、細(xì)胞間的傳遞 b細(xì)胞對內(nèi)外環(huán)境的變化作出的適應(yīng)性反應(yīng)細(xì)胞對內(nèi)外環(huán)境的變化作出的適應(yīng)性反

2、應(yīng) （肌肉收縮、腺體分泌）（肌肉收縮、腺體分泌） 2.1 細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 重點(diǎn)重點(diǎn) 液態(tài)鑲嵌模型學(xué)說及鑲嵌蛋白質(zhì)的種類和生液態(tài)鑲嵌模型學(xué)說及鑲嵌蛋白質(zhì)的種類和生 理機(jī)能理機(jī)能 以載體和以通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散以載體和以通道介導(dǎo)的易化擴(kuò)散 原發(fā)性和繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性和繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) NaNa+ +-K-K+ +泵的生理功能泵的生理功能 細(xì)胞是動(dòng)物及其它生物體的基本結(jié)構(gòu)單位。在細(xì)胞及分細(xì)胞是動(dòng)物及其它生物體的基本結(jié)構(gòu)單位。在細(xì)胞及分 子生理學(xué)水平，其生命活動(dòng)的基本原理具有高度的一致性和子生理學(xué)水平，其生命活動(dòng)的基本原理具有高度的一致性和 共性。共性。 2.1.1 細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu) 細(xì)胞膜的作用： F

3、將細(xì)胞的內(nèi)容物和細(xì)胞周圍的微環(huán)境（主要是細(xì)胞外液） 分割開來，使細(xì)胞能獨(dú)立于環(huán)境而存在。 F通過細(xì)胞膜接受外界或其它細(xì)胞的影響細(xì)胞膜起到傳遞信 息的作用。 F細(xì)胞膜還在細(xì)胞免疫、細(xì)胞生長、分裂、分化及 癌變等生理、病理過程中起著重要的作用。 液態(tài)鑲嵌模型 （Fluid mosaic model） 細(xì)胞膜的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是細(xì)胞膜的共同結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是以液態(tài)的以液態(tài)的 脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有脂質(zhì)雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有 不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)分子。不同分子結(jié)構(gòu)和生理功能的蛋白質(zhì)分子。 細(xì)胞膜內(nèi)還含有少量糖類。細(xì)胞膜內(nèi)還含有少量糖類。 鑲嵌蛋白鑲嵌蛋白 Integral Prote

4、ins （transmembrane） 鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層的蛋白質(zhì)的機(jī)能 形成細(xì)胞的形成細(xì)胞的骨架蛋白骨架蛋白（anchoring proteinanchoring protein）, ,可使細(xì)可使細(xì) 胞膜附著在另一細(xì)胞的膜上，或使其附著在細(xì)胞內(nèi)或胞膜附著在另一細(xì)胞的膜上，或使其附著在細(xì)胞內(nèi)或 細(xì)胞外的某物質(zhì)上；細(xì)胞外的某物質(zhì)上； 作為“識別蛋白質(zhì)”（recognition protein）,存 在于免疫細(xì)胞膜上，能識別異體細(xì)胞的蛋白質(zhì)或癌 細(xì)胞； 具有酶（enzyme）的特性，能催化細(xì)胞內(nèi)外 的化學(xué)反應(yīng) 作為“受體蛋白質(zhì)”（receptor protein），能 與信息傳遞物質(zhì)（激素或遞質(zhì)）

5、進(jìn)行特異性結(jié)合， 并引起細(xì)胞反應(yīng)； 作為轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白質(zhì)或載體蛋白質(zhì)（carrier protein） 通道蛋白質(zhì)（channel protein） 膜泵（membrane pump），）， 2.1.2 細(xì)胞膜的跨膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)功能 1 被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（passive transport） (1) 單純擴(kuò)散（單純擴(kuò)散（simple diffusion） (2) 易化擴(kuò)散（易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 2 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)（active transport） (1) 原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(primary active transport ) （2) 繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)繼

6、發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(secondary active transport) 3 出胞（出胞（ Exocytosis）與入胞）與入胞(endocytosis)式轉(zhuǎn)運(yùn)式轉(zhuǎn)運(yùn) 1 被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) （passive transport） 當(dāng)同種物質(zhì)、不同濃度的兩種溶液相鄰地當(dāng)同種物質(zhì)、不同濃度的兩種溶液相鄰地 放在一起時(shí)，溶質(zhì)的分子會(huì)放在一起時(shí)，溶質(zhì)的分子會(huì)順著濃度差（梯度，順著濃度差（梯度， concentration gradient）或電位差（梯度，）或電位差（梯度， potential gradien, 二者合稱電化學(xué)梯度）二者合稱電化學(xué)梯度）產(chǎn)生產(chǎn)生 凈流動(dòng)叫被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的動(dòng)力是電化凈流動(dòng)叫被動(dòng)

7、轉(zhuǎn)運(yùn)。被動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)的動(dòng)力是電化 學(xué)勢能。不需要細(xì)胞膜或細(xì)胞另外提供其它形學(xué)勢能。不需要細(xì)胞膜或細(xì)胞另外提供其它形 式的能量。式的能量。 (1) 單純擴(kuò)散 （simple diffusion） 物質(zhì)的分子或離子物質(zhì)的分子或離子順著電化學(xué)梯度順著電化學(xué)梯度通過細(xì)胞膜的方式通過細(xì)胞膜的方式 稱為單純擴(kuò)散。稱為單純擴(kuò)散。 單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散通量，單位時(shí)間內(nèi)的擴(kuò)散通量，(即該物質(zhì)在每秒內(nèi)通過每平即該物質(zhì)在每秒內(nèi)通過每平 方厘米假想平面的摩爾數(shù)方厘米假想平面的摩爾數(shù))，取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的電化學(xué)，取決于膜兩側(cè)該物質(zhì)的電化學(xué) 梯度和細(xì)胞膜對該物質(zhì)的通透性（梯度和細(xì)胞膜對該物質(zhì)的通透性（permeability)

8、。 通透性：物質(zhì)通過細(xì)胞膜難易程度。通透性：物質(zhì)通過細(xì)胞膜難易程度。 一些脂溶性的物質(zhì)如一些脂溶性的物質(zhì)如 O2、CO2等氣體分子，具有較等氣體分子，具有較 高的通透性；一些甾體化合物（類固醇激素由于它們的分高的通透性；一些甾體化合物（類固醇激素由于它們的分 子量比較大）需要某種特殊蛋白質(zhì)的子量比較大）需要某種特殊蛋白質(zhì)的“協(xié)助協(xié)助”；水靠細(xì)胞膜；水靠細(xì)胞膜 上的水通道（一種特異蛋白質(zhì)）能快速通過細(xì)胞膜。上的水通道（一種特異蛋白質(zhì)）能快速通過細(xì)胞膜。 (2)易化擴(kuò)散（facilitated diffusion） 一些不溶于脂質(zhì)的，或溶解度很小的物質(zhì)，在膜一些不溶于脂質(zhì)的，或溶解度很小的物質(zhì)，在

9、膜 結(jié)構(gòu)中的一些特殊蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)中的一些特殊蛋白質(zhì)的“幫助幫助”下從膜的高濃度一下從膜的高濃度一 側(cè)擴(kuò)散到低濃度一側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式稱為易化擴(kuò)散。側(cè)擴(kuò)散到低濃度一側(cè)的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)方式稱為易化擴(kuò)散。 易化擴(kuò)散又可分為易化擴(kuò)散又可分為: 以載體為中介的易化擴(kuò)散以載體為中介的易化擴(kuò)散 （carrier mediated diffusion） 由通道中介的易化擴(kuò)散由通道中介的易化擴(kuò)散 （channel mediated diffusion） 以載體為中介的易化擴(kuò)散 A.A.載體是指細(xì)胞膜上一類特殊蛋白質(zhì)，載體是指細(xì)胞膜上一類特殊蛋白質(zhì)， B.B.它能在溶質(zhì)高濃度一側(cè)與溶質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合，它能在溶質(zhì)高濃度一側(cè)

10、與溶質(zhì)發(fā)生特異性結(jié)合， C.C.并且構(gòu)象發(fā)生改變，把溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度一側(cè)將之釋放出來，并且構(gòu)象發(fā)生改變，把溶質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到低濃度一側(cè)將之釋放出來， D.D.載體蛋白恢復(fù)到原來的構(gòu)象，又開始新一輪的轉(zhuǎn)運(yùn)。載體蛋白恢復(fù)到原來的構(gòu)象，又開始新一輪的轉(zhuǎn)運(yùn)。 載體介導(dǎo)的易化擴(kuò)散的特點(diǎn) A.高度的結(jié)構(gòu)特異性（高度的結(jié)構(gòu)特異性（右旋葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)右旋葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)） B.飽和現(xiàn)象飽和現(xiàn)象 C.競爭性抑制競爭性抑制 D.因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能常受膜內(nèi)外各種因因蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能常受膜內(nèi)外各種因 素的影響，因此與蛋白質(zhì)分子有關(guān)的物質(zhì)的通透素的影響，因此與蛋白質(zhì)分子有關(guān)的物質(zhì)的通透 性是可變化的。（性是可變化的。（胰島素對細(xì)

11、胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的胰島素對細(xì)胞膜轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的 調(diào)控調(diào)控） 由通道中介的易化擴(kuò)散 離子通道（離子通道（ion channelion channel）蛋白的壁外側(cè)面是疏水的）蛋白的壁外側(cè)面是疏水的; ; 而壁的內(nèi)側(cè)是親水的（叫水相孔道），能允許水及溶而壁的內(nèi)側(cè)是親水的（叫水相孔道），能允許水及溶 于水中的離子通過于水中的離子通過 通道的開放與關(guān)閉是受精密調(diào)控的，而不是自動(dòng)、持續(xù)通道的開放與關(guān)閉是受精密調(diào)控的，而不是自動(dòng)、持續(xù) 進(jìn)行的進(jìn)行的, 有些只有在它所在膜的兩側(cè)（主要是外側(cè)）出現(xiàn)某有些只有在它所在膜的兩側(cè)（主要是外側(cè)）出現(xiàn)某 種化學(xué)信號時(shí)才開放，稱為化學(xué)門控通道（種化學(xué)信號時(shí)才開放，稱為化學(xué)門控

12、通道（chemically- gated channel） 有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開、閉，稱有些則由所在膜兩側(cè)電位差的變化決定其開、閉，稱 為電壓門控通道（為電壓門控通道（voltage-gated channel） 有些則由所在膜所受壓力不同而決定其開放的稱機(jī)械門控有些則由所在膜所受壓力不同而決定其開放的稱機(jī)械門控 通道通道 2主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) （active transport） 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)是指細(xì)胞通過本身的某種耗能過程將某種物 質(zhì)分子或離子逆著電化學(xué)梯度由膜的一側(cè)移向另一側(cè)的過 程。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中所需要的能量是由細(xì)胞膜或細(xì)胞膜所屬的 細(xì)胞提供。 單純擴(kuò)散和易化擴(kuò)散都有一個(gè)最終平衡點(diǎn)，即被

13、轉(zhuǎn)運(yùn) 物質(zhì)在膜兩側(cè)達(dá)到電化學(xué)梯度為零時(shí)。而主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)因膜提 供了一定能量，使被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)或離子逆著電-化學(xué)勢差的移 動(dòng)，沒有平衡終點(diǎn), 被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)甚至可以全部被轉(zhuǎn)運(yùn)到膜 的另一側(cè). (1)原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (primary active transport ) 鈉泵鈉泵(sodium pump)： A.是鑲嵌蛋白質(zhì)，是鑲嵌蛋白質(zhì)， B.能逆著濃度差將細(xì)胞內(nèi)的能逆著濃度差將細(xì)胞內(nèi)的Na+移出膜外，細(xì)胞外的移出膜外，細(xì)胞外的K+移移 入膜內(nèi)入膜內(nèi) C. 本身具有本身具有ATP酶的活性。酶的活性。 在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中如果所需的能量是由在主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)中如果所需的能量是由ATP直接提供的直接提供的 主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程，則稱為

14、原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程，則稱為原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)。 細(xì)胞膜上的鈉泵活動(dòng)的意義： A.造成的細(xì)胞內(nèi)高造成的細(xì)胞內(nèi)高K+是許多代謝反應(yīng)進(jìn)行的必要是許多代謝反應(yīng)進(jìn)行的必要 條件條件 B.維持細(xì)胞正常形態(tài)維持細(xì)胞正常形態(tài) C.建立起一種勢能貯備，即建立起一種勢能貯備，即Na+、K+在細(xì)胞膜內(nèi)在細(xì)胞膜內(nèi) 外的濃度勢能外的濃度勢能 D.是可興奮細(xì)胞（組織）興奮的基礎(chǔ)，也可供其是可興奮細(xì)胞（組織）興奮的基礎(chǔ)，也可供其 它耗能過程應(yīng)用它耗能過程應(yīng)用 載體蛋白必須與載體蛋白必須與Na+和待轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的分子同時(shí)結(jié)合和待轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的分子同時(shí)結(jié)合， 才能順著才能順著Na+濃度梯度的方向?qū)⑺鼈兊姆肿幽嬷鴿舛忍轁舛忍荻鹊姆?/p>

15、向?qū)⑺鼈兊姆肿幽嬷鴿舛忍?度由腸（小管）腔轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。由于存在于上皮細(xì)胞度由腸（小管）腔轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞內(nèi)。由于存在于上皮細(xì)胞 基側(cè)膜上的基側(cè)膜上的Na+ 泵活動(dòng)，不斷將泵活動(dòng)，不斷將Na+轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞間隙，轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)胞間隙， 而細(xì)胞內(nèi)始終保持低而細(xì)胞內(nèi)始終保持低Na+狀態(tài)，才能使它們的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)狀態(tài)，才能使它們的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) 得以實(shí)現(xiàn)，直至腸（小管）腔中的物質(zhì)濃度下降到零。得以實(shí)現(xiàn)，直至腸（小管）腔中的物質(zhì)濃度下降到零。 （2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport) 物質(zhì)逆著濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)的能量間接來自于物質(zhì)逆著濃度差轉(zhuǎn)運(yùn)的能量間接來自于 ATP。稱為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或聯(lián)合（或

16、協(xié)同）。稱為繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)或聯(lián)合（或協(xié)同） 轉(zhuǎn)運(yùn)（轉(zhuǎn)運(yùn)（cotransport）。）。 每一種聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)都每一種聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)都 有特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白。有特定的轉(zhuǎn)運(yùn)體蛋白。 （2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport) 聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)中，如被轉(zhuǎn)運(yùn)的分子與聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)中，如被轉(zhuǎn)運(yùn)的分子與Na+擴(kuò)擴(kuò) 散方向相同，稱為同向轉(zhuǎn)運(yùn)；如果二者方散方向相同，稱為同向轉(zhuǎn)運(yùn)；如果二者方 向相反，則稱為逆向轉(zhuǎn)運(yùn)向相反，則稱為逆向轉(zhuǎn)運(yùn) 。 （2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport) （2）繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn) (secondary active transport) 3、大分子物質(zhì)和顆粒物質(zhì)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn) 出胞（ Exocytosis）與入胞(endocytosis)式轉(zhuǎn)運(yùn) 出胞：見于內(nèi)分泌腺分泌激素，外分泌 腺分泌酶原顆?；蛘骋?，神經(jīng)細(xì)胞分泌、 釋放神經(jīng)遞質(zhì)，是一個(gè)比較復(fù)雜的耗能 過程。 （2）入胞：）入胞： 是指細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊，例如細(xì)菌，病是指細(xì)胞外某些物質(zhì)團(tuán)塊，例如細(xì)菌，病 毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營養(yǎng)物質(zhì)等毒、異物、血漿中脂蛋白及大分子營養(yǎng)物質(zhì)等 進(jìn)入細(xì)胞的過程。被攝取的物質(zhì)如果是固體，進(jìn)入細(xì)胞的過程。被攝取的物質(zhì)如果是固體， 則可形成較大的囊泡，則可形成較大的囊泡， 稱為稱為吞噬作用吞噬作用 (phagocytosi