第1章 细胞生理 教学学时：8学时 教学重点：本章要求学生重点掌握：细胞膜的基本结构和物质转运功能；细胞的 兴奋性；细胞对刺激的反应及刺激与反应的关系；细胞的静息电位、动作电位。 教学难点：静息电位和动作电位产生的机理。 1细胞膜(cell membrane)的物质转运功能 [重点] ①液态镶嵌模型学说及镶嵌蛋白质的种类和生理机能 ②以载体和以通道介导的易化扩散 ③原发性和继发性主动转运 ④Na+-K+泵的生理功能 [难点] ①以载体和以通道介导的易化扩散机制 ②原发性和继发性主动转运机制 ③入胞与出胞过程 1.1细胞膜的结构 细胞膜的作用：将细胞的内容物和细胞周围的微环境（主要是细胞外液）分 割开来，使细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响 细胞膜起到传递信息的作用，细胞膜还在细胞免疫、细胞生长、分裂、分化及癌 变等生理、病理过程中起着重要的作用。 1.1.1液态镶嵌模型(f1 uid mosaic model):Singer and Nicholson 1972年提 出。以液态的双层脂质分子为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质，后
第 1 章 细胞生理 教学学时：8 学时 教学重点： 本章要求学生重点掌握:细胞膜的基本结构和物质转运功能；细胞的 兴奋性；细胞对刺激的反应及刺激与反应的关系；细胞的静息电位、动作电位。 教学难点：静息电位和动作电位产生的机理。 1 细胞膜（cell membrane）的物质转运功能 [重点] ①液态镶嵌模型学说及镶嵌蛋白质的种类和生理机能 ②以载体和以通道介导的易化扩散 ③原发性和继发性主动转运 ④Na+-K+泵的生理功能 [难点] ①以载体和以通道介导的易化扩散机制 ②原发性和继发性主动转运机制 ③入胞与出胞过程 1.1 细胞膜的结构 细胞膜的作用：将细胞的内容物和细胞周围的微环境（主要是细胞外液）分 割开来，使细胞能独立于环境而存在。通过细胞膜接受外界或其它细胞的影响 细胞膜起到传递信息的作用,细胞膜还在细胞免疫、细胞生长、分裂、分化及癌 变等生理、病理过程中起着重要的作用。 1.1.1 液态镶嵌模型(fluid mosaic model)： Singer and Nicholson 1972 年提 出。以液态的双层脂质分子为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质，后
者以螺旋构成的球状蛋白质形式存在。 1.1.1.1脂质双层分子层：(1)极性部分朝向膜两侧，非极性部分朝向膜内 部；(2)流动性。 1.1.1.2细胞膜蛋白：(1)表面蛋白（外周蛋白）；(2)结合蛋白（外周蛋白）： 受体、抗原、细胞标志 1.1.1.3细胞膜糖类：寡糖，多糖等。 解释细胞膜结构最好的学说是液态镶嵌模型(Fluid mosaic model)。膜 的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构 和生理功能的蛋白质分子。细胞膜内还含有少量糖类。 由于细胞膜是以脂质双分子为骨架，所以： ①脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具有能承受相当大的张力，改 变外形时不致于破裂。 ②限制水和水溶性物质自由通过细胞膜，使膜具有选择性通透。 ③不同细胞的细胞膜和细胞膜的不同部分，因脂质的成分和含量不完全相同 而影响到细胞膜的特性和功能。 镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能： ①形成细胞的骨架蛋白(anchoring protein),可使细胞膜附着在另一细胞 的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上； ②作为“识别蛋白质”(recoqnition protein),存在于免疫细胞膜上，能 识别异体细胞的蛋白质或癌细胞： ③具有酶(enzyme)的特性，能催化细胞内外的化学反应； ④作为“受体蛋白质”(receptor protein),能与信息传递物质（激素或
者以螺旋构成的球状蛋白质形式存在。 1.1.1.1 脂质双层分子层：（1）极性部分朝向膜两侧，非极性部分朝向膜内 部；（2）流动性。 1.1.1.2 细胞膜蛋白：（1）表面蛋白（外周蛋白）；（2）结合蛋白（外周蛋白）： 受体、抗原、细胞标志 1.1.1.3 细胞膜糖类：寡糖，多糖等。 解释细胞膜结构最好的学说是液态镶嵌模型（Fluid mosaic model）。 膜 的共同结构特点是以液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构 和生理功能的蛋白质分子。细胞膜内还含有少量糖类。 由于细胞膜是以脂质双分子为骨架，所以： ①脂质双分子层具有稳定性和流动性，使细胞具有能承受相当大的张力，改 变外形时不致于破裂。 ②限制水和水溶性物质自由通过细胞膜，使膜具有选择性通透。 ③不同细胞的细胞膜和细胞膜的不同部分，因脂质的成分和含量不完全相同 而影响到细胞膜的特性和功能。 镶嵌在脂质双分子层的蛋白质的机能： ①形成细胞的骨架蛋白（anchoring protein）,可使细胞膜附着在另一细胞 的膜上，或使其附着在细胞内或细胞外的某物质上； ②作为“识别蛋白质”（recoqnition protein）,存在于免疫细胞膜上，能 识别异体细胞的蛋白质或癌细胞； ③具有酶（enzyme）的特性,能催化细胞内外的化学反应； ④作为“受体蛋白质”（receptor protein），能与信息传递物质（激素或
递质)进行特异性结合，并引起细胞反应： ⑤作为转运蛋白质或载体蛋白质(carrier protein)、通道蛋白质(channel protein)和膜泵(membrane pump),与细胞膜的物质转运功能有关。 1.2细胞膜的跨膜物质转运功能 l.2.1被动转运(passive transport) 概念：有些物质从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运。这种转运方式 是一种不耗能过程。 1.2.1.1单纯扩散(simple diffusion) (1)扩散：物理学的原理，两种不同浓度的溶液相邻地放在一起，则浓度高中 的物质分子有向低浓度区的净移动。 (2)单纯扩散：单纯扩散(simple diffusion):物质的分子或离子顺着电化 学梯度通过细胞膜的方式称为单纯扩散。 单位时间内的扩散通量，（即该物质在每秒内通过每平方厘米假想平面的摩尔 数)，取决于膜两侧该物质的电化学梯度和细胞膜对该物质的通透性 (permeability)。 通透性：物质通过细胞膜难易程度。 一些脂溶性的物质如02、C02等气体分子，具有较高的通透性；一些甾体 化合物（类固醇激素由于它们的分子量比较大）需要某种特殊蛋白质的“协助”； 水靠细胞膜上的水通道（一种特异蛋白质）能快速通过细胞膜。 l.2.1.2易化扩散(facilitated diffusion) (1)概念：易化扩散：一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在膜结构中 的一些特殊蛋白质的“帮助”下从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的物质转
递质）进行特异性结合，并引起细胞反应； ⑤作为转运蛋白质或载体蛋白质（carrier protein）、通道蛋白质（channel protein）和膜泵（membrane pump），与细胞膜的物质转运功能有关。 1.2 细胞膜的跨膜物质转运功能 1.2.1 被动转运(passive transport) 概念：有些物质从浓度高的一侧通过细胞膜向浓度低的一侧转运。这种转运方式 是一种不耗能过程。 1.2.1.1 单纯扩散(simple diffusion) （1）扩散：物理学的原理，两种不同浓度的溶液相邻地放在一起，则浓度高中 的物质分子有向低浓度区的净移动。 （2）单纯扩散：单纯扩散（simple diffusion）：物质的分子或离子顺着电化 学梯度通过细胞膜的方式称为单纯扩散。 单位时间内的扩散通量，(即该物质在每秒内通过每平方厘米假想平面的摩尔 数) ，取决于膜两侧该物质的电化学梯度和细胞膜对该物质的通透性 （permeability）。 通透性：物质通过细胞膜难易程度。 一些脂溶性的物质如 O2、CO2 等气体分子，具有较高的通透性；一些甾体 化合物（类固醇激素由于它们的分子量比较大）需要某种特殊蛋白质的“协助”； 水靠细胞膜上的水通道（一种特异蛋白质）能快速通过细胞膜。 1.2.1.2 易化扩散（facilitated diffusion) （1）概念：易化扩散：一些不溶于脂质的，或溶解度很小的物质，在膜结构中 的一些特殊蛋白质的“帮助”下从膜的高浓度一侧扩散到低浓度一侧的物质转
运方式称为易化扩散。 (2)“易化”是指膜内蛋白质以“通道”或“载体”等的形式，使哪些非脂溶 性的物质通过细胞膜容易化。 易化扩散又可分为： 以载体为中介的易化扩散(carrier mediated ,diffusion)和以通 道为中介的易化扩散(channel mediated diffusion): (3)以“载体”为中介的易化扩散(carrier-mediated)的特点” a.具有高度的特异性 b.饱和现象： c.竞争性抑制： (4)以“通道”为中介的易化扩散(channel mediated)的特点： a.Na、K、Ca2等离子是以这种形式通过细胞膜。分别称之为钠通道、钾通道、 钙通道… b.通道的分类： 1)电压依从性通道：通道的开闭决定于膜内外的电压差。 2)化学依从性通道：通道的开闭决定于特定的化学信号。 l.2.2主动转运：(active transport) 1.2.2.1概念：有些物质从浓度低或电荷低的一侧通过细胞膜向浓度高或电荷高 的一侧转运。这种逆电化学梯度的转运是一种耗能过程。 特点：(1)逆浓度差的物质转运 (2)机体细胞需耗能来支持这种转运。 l.2.2.2原发性主动转运(primary active transport):
运方式称为易化扩散。 （2）“易化”是指膜内蛋白质以“通道”或“载体”等的形式，使哪些非脂溶 性的物质通过细胞膜容易化。 易化扩散又可分为: 以载体为中介的易化扩散（carrier mediated diffusion）和以通 道为中介的易化扩散（channel mediated diffusion）： （3）以“载体”为中介的易化扩散(carrier-mediated)的特点” a. 具有高度的特异性 b. 饱和现象： c. 竟争性抑制： （4）以“通道”为中介的易化扩散（channel mediated)的特点： a. Na+、K +、Ca2+…等离子是以这种形式通过细胞膜。分别称之为钠通道、钾通道、 钙通道… b. 通道的分类： 1）电压依从性通道：通道的开闭决定于膜内外的电压差。 2）化学依从性通道：通道的开闭决定于特定的化学信号。 1.2.2 主动转运：（active transport） 1.2.2.1 概念：有些物质从浓度低或电荷低的一侧通过细胞膜向浓度高或电荷高 的一侧转运。这种逆电化学梯度的转运是一种耗能过程。 特点：（1）逆浓度差的物质转运 （2）机体细胞需耗能来支持这种转运。 1.2.2.2 原发性主动转运(primary active transport )：
①钠泵(sodium pump): A.是镶嵌蛋白质，B.能逆着浓度差将细胞内的Na移出膜外，细胞外的K 移入膜内，C.主要是由于它本身还具有ATP酶的活性。 ②在主动转运中如果所需的能量是由ATP直接提供的主动转运过程，则称为 原发性主动转运。 ③细胞膜上的钠泵活动的意义： A.造成的细胞内高K是许多代谢反应进行的必要条件 B.维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备，即Na、K在细胞膜内外的浓度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗能过程应用 1.2.2.3继发主动转运 ①载体蛋白必须与Na和待转运物质的分子同时结合，才能顺着Na浓度梯度的方 向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细 胞基侧膜上的Na泵活动，不断将Na转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低Na 状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到 零。 ②物质逆着浓度差转运的能量间接来自于ATP。称为继发性主动转运或 联合（或协同）转运(cotransport)。每一种联合转运都有特定的转运体蛋白。 ③联合转运中，如被转运的分子与Na+扩散方向相同，称为同向转运； 如果二者方向相反，则称为逆向转运。 1.2.3出胞(exocytosis)和入胞(endocytosis) 细胞对于一些大分子物质或物质团块的进出，通过细胞膜和进出物膜的融
①钠泵(sodium pump)： A.是镶嵌蛋白质，B.能逆着浓度差将细胞内的 Na+移出膜外，细胞外的 K + 移入膜内，C.主要是由于它本身还具有 ATP 酶的活性。 ②在主动转运中如果所需的能量是由 ATP 直接提供的主动转运过程，则称为 原发性主动转运。 ③细胞膜上的钠泵活动的意义： A.造成的细胞内高 K +是许多代谢反应进行的必要条件 B.维持细胞正常形态 C.建立起一种势能贮备，即 Na+、K +在细胞膜内外的浓度势能 D.是可兴奋细胞（组织）兴奋的基础，也可供其它耗能过程应用 1.2.2.3 继发主动转运 ①载体蛋白必须与 Na+和待转运物质的分子同时结合，才能顺着 Na+浓度梯度的方 向将它们的分子逆着浓度梯度由肠（小管）腔转运到细胞内。由于存在于上皮细 胞基侧膜上的 Na+ 泵活动，不断将 Na+转运到细胞间隙，而细胞内始终保持低 Na+ 状态，才能使它们的主动转运得以实现，直至肠（小管）腔中的物质浓度下降到 零。 ②物质逆着浓度差转运的能量间接来自于 ATP。称为继发性主动转运或 联合（或协同）转运（cotransport）。 每一种联合转运都有特定的转运体蛋白。 ③联合转运中，如被转运的分子与 Na+扩散方向相同，称为同向转运； 如果二者方向相反，则称为逆向转运 。 1.2.3 出胞（exocytosis）和入胞(endocytosis) 细胞对于一些大分子物质或物质团块的进出，通过细胞膜和进出物膜的融