生理学——细胞的基本功能

一、细胞膜的物质转运功能

1.细胞膜的化学组成和结构：

化学组成：脂质（52%)、蛋白质（40%，分为表面蛋白、整合蛋白）、糖（8%）。

结构：液态镶嵌模型。膜的基架是脂质双分子层，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋 白质。

2.细胞跨膜物质转运的方式：

1️⃣被动转运：单纯扩散、易化扩散

2️⃣主动转运：原发性主动转运，继发性主动转运

3️⃣出胞、入胞

2.1被动运输

2.1.1单纯扩散：以简单的物理扩散的方式

特点：脂溶性、少数分子很小的水溶性物质（氧气，二氧化碳，氮气、水、乙醇、尿素、类固醇激素等）

2.1.2易化扩散：体内许多水溶性或脂溶性很低的物质，在膜蛋白的帮助下，顺浓度梯度或电位梯度进行的跨膜转运

1）以通道为中介的易化扩散

特点：通道蛋白参与、转运速度快

离子选择性：水相孔道的大小、带电状况等

门控特性：多数通道开放短暂，有门控机制调节通道的开闭。（电压门控通道、

化学门控通道、机械门控通道。少数通道始终开放称为非门控通道）

2）以载体为中介的易化扩散

特点：高特异性、饱和现象、竞争抑制

综上，被动转运的特点可总结为：不需要消耗能量、顺浓度差或电位差转运

2.2主动转运

2.2.1原发性主动转运：离子泵利用分解ATP直接供能的主动转运

作用：建立及维持某物质在膜两侧的浓度梯度

1)钠钾泵（钠钾依赖式ATP酶，简称钠泵）：逆浓度梯度将3个钠离子由膜内移除膜外，2个钾离子由膜外移入膜内。

作用：维持膜外高钠，膜内高钾

生理意义：造成细胞内高钾是细胞代谢反应的必要条件；细胞内外钠钾离子分布不均，建立了势能储备，是细胞产生生物电的基础；细胞内外钠离子浓度差，是维持钠离子—氢离子交换的动力，将细胞内代谢产生的氢离子排出胞外，维持胞内正常的pH值；维持细胞内正常的渗透压和容积

2）钙泵：转运机制与钠泵相似，逆浓度梯度将钙离子由胞质转运至胞外，或由胞质转运至肌浆网或内质网内。

作用：维持胞质内的低钙水平

2.2.2继发性主动转运：利用原发性主动转运建立的膜两侧的钠离子浓度梯度势能完成对膜物质的逆浓度梯度的转运。如：钠离子—Glucose同向转运，和上文提到的钠离子—氢离子交换

特点：1️⃣以原发性主动转运为基础，通过钠泵建立细胞内外的钠离子浓度梯度

2️⃣该物质逆浓度梯度转运与钠离子的顺浓度转运相耦连：钠离子顺浓度转运释放的势能供其他物质逆浓度转运。（所以继发性主动转运的X物质的量与钠离子浓度梯度相关）

3️⃣ATP间接供能

类型：

同向转运：溶质与钠离子转运的方向一致，如：钠离子—G同向转运体，钠离子—钾离子—2氯离子同向转运体

逆向转运：溶质与钠离子转运方向相反，如：钠离子—钙离子交换体，钠离子—氢离子交换体

2.3出胞和入胞

2.3.1入胞：细胞外大分子物质或物质团块被细胞膜包裹以后以囊泡形式进入细胞的过程。

类型：吞噬（转运物质为固态形式，如：团块或颗粒，细胞或组织碎片等）、吞饮（转运物质为液态形式）。吞饮是大多数物质如蛋白质进入细胞的唯一途径，吞饮又可分为液相入胞和受体介导入胞。

2.3.3出胞：胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程

二、细胞的信号转导

1.跨膜信号转导：生物活性物质通过受体或离子通道的作用而激活或抑制细胞功能的过程，即信号从胞外转入胞内的过程。

2.一般过程：细胞外信号分子➡️膜上一种或几种蛋白质分子➡️细胞的生理功能

3.方式：G蛋白耦联受体介导、离子通道耦联受体介导、酶耦联受体介导。本文主要重点介绍G蛋白耦联受体介导的跨膜信号转导

G蛋白耦联受体介导的信号通路组成：G蛋白耦联受体、G蛋白、G蛋白效应器、第二信使、蛋白激酶

1️⃣G蛋白耦联受体：1000多种，膜外N末端，一条7次跨膜肽链，膜内侧C末端

2️⃣G蛋白：由α,β,γ三个亚单位构成的异三聚体。α亚单位（主要的功能单位）有GTP酶活性，鸟苷酸结合位点；β,γ亚单位，形成复合体。当α亚单位与GDP结合时为失活状态，与GTP结合时为激活状态，所以α与GDP、GTP形成的复合体也被称为分子开关。

作用：联系受体与G蛋白效应器

3️⃣G蛋白效应器：是G蛋白直接作用的靶标，包括酶、膜离子通道、膜转运蛋白。

酶：腺苷酸环化酶（AC），磷脂酶C（PLC)，磷酸二酯酶（PDE），鸟苷酸环化酶（GC）

作用：催化生成（或分解）第二信使

4️⃣第二信使：指激素、神经递质、细胞因子等细胞外信使作用于膜受体后产生的细胞内信使分子。如：cAMP、IP3、DG、cGMP、NO，Ca2+

5️⃣蛋白激酶：是一类将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白而产生蛋白磷酸化的酶类。

主要过程：神经递质、激素（第一信使）➡️结合G蛋白耦联受体➡️激活G蛋白➡️G蛋白效应器➡️第二信使➡️蛋白激酶➡️细胞的生理功能