细胞的基本功能_思维导图模板

细胞的基本功能

细胞膜的物质转运功能

细胞膜的化学组成成分及分子排列顺序

细胞膜（质膜）

构成

脂质和蛋白质（比例在不同细胞相差较大）以及少量糖类

功能活跃的细胞，脂蛋白含量较高；功能简单的细胞，脂蛋白含量较低

化学成分在膜中排列形式

液体（流动）镶嵌模型

主要讨论化学成分

细胞膜中的脂质

脂质是细胞膜的基本构架

脂质分子都是双嗜性分子

磷脂分子含有磷酸和碱基的头端亲水性

较长脂肪酸的尾端具有疏水性

膜脂质

膜脂质主要构成

磷脂（ > 70% ）

胆固醇（ <=30% ）

糖脂（ < 10% ）

质膜的流动性与膜脂质和膜蛋白有关

胆固醇含量越高，流动性越差；

脂肪酸烃链越长，饱和脂肪酸越多，流动性越差

膜中镶嵌的蛋白质越多，膜流动性越差

膜脂质可因温度改变而呈凝胶或溶胶状态

人体温度高于膜脂质熔点-膜脂质在人体内呈现一定的流动性

热力学上具有稳定性和流动性

使细胞能承受更大张力和变形而不至于破裂

流动性

使嵌入的膜蛋白发生侧向移动、聚集和相互作用

eg：膜泡作用、细胞运动、分裂

细胞膜的蛋白

细胞膜功能主要有膜蛋白构成

表面膜蛋白（20%-30%）

主要附着于细胞膜的内表面

eg：

膜骨架蛋白（结构蛋白），使质膜具有一定的强度和弹度

锚定蛋白；整合膜蛋白的定位，固定到质膜的特定位置

以酶的形式发挥型号转导作用或参与物质转运控制

缺点

表面蛋白通过静电引力或离子键结合，结合力较弱。可用高盐溶液进行洗脱（高盐溶液使离子键断裂）

整合膜蛋白（70%-80%）

以肽链一次或多次反复穿越膜脂质双层为特征

一般来说，与物质跨膜转运功能和受体功能有关的蛋白都属于整合膜蛋白。eg：载体、通道、离子泵等

一些整合膜蛋白作为黏附分子在细胞与基质、细胞之间发挥作用

各种功能蛋白质分子在质膜中的位置分布存在区域特性与细胞完成特殊功能有关

eg：骨骼肌细胞膜上的N2型乙酰胆碱受体通常聚集在与神经末梢对应的终板膜上，这与神经肌肉之间的信号传递有关

细胞膜的糖类

细胞膜中的糖类主要是一些寡糖和多糖链，以共价键形式与膜蛋白或膜脂质结合形成糖蛋白或糖脂

跨细胞膜的物质运输

根据理化性质不同的溶质，细胞膜具有不同的转运机制

单纯扩散（简单扩散）

物质从高浓到低浓，无需代谢耗能（被动运输）

经单纯运输的物质都是脂溶性（非极性）物质或少数不带电荷的极性小分子物质。eg：氧、乙醇、尿素、甘油等

物质经单纯扩散转运的速率主要取决于被转运物在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性

浓度差越大，通透性越高；浓度差越小，通透性越低；溶液温度越高，膜有效面积越大，转运速率越高

易化扩散

是指非脂溶性的小分子物质或者带电离子在跨膜蛋白帮助下顺浓度梯度进行的跨膜转运

被动运输，无需消耗ATP

分类

经通道的异化扩散

运输溶质几乎为离子，因此也称离子蛋白通道

基本特征

离子选择性

每种通道只对一种或几种离子有较高通透性

影响因素

通道形状

内壁化学结构

离子键分布

门控特性

通道蛋白开口处有可移动的结构或基团，受刺激时才会移动（打开“闸门”）

根据对不同刺激的敏感性分为

电压门控通道

膜电位变化，通道口的基团移动，引起分子构象改变

eg：神经细胞轴突膜的电压门控钠通道

化学（配体）门控通道

通过受膜内外化学物质调控引起分子构象改变

化学门控对于神经元之间或神经元与肌肉间信号传导极其重要

eg：型乙酰胆碱受体阳离子通道

机械门控通道

通过质膜受牵张刺激后发生的通道开关

eg：动脉血管平滑肌细胞上的机械门控钙通道

非门控通道（始终开放）

eg：神经纤维上的钾漏通道

水通道

经载体的异化扩散

载体 = 转运体

介导多种水溶性小分子物质或离子跨膜转运；是被动运输

eg：葡萄糖转运体（GLUT）

GLUT 1

表达于多种组织，是基本的葡萄糖转运体

GLUT 4

分布于横纹肌和脂肪等组织，主要储存于胞质当地囊泡膜中，受肌肉活动影响和胰岛素调节

特点

结构特异性

各种载体只能识别和结合具有特定化学结构的底物

饱和现象

由于细胞膜中载体数目和转运速率有限，底物浓度增加到一定程度后不再增加，即为饱和现象

竞争性抑制

如有两种结构相似的物质都能与同一载体结合，两底物之间会发生竞争性抑制。

浓度较低或较大的溶质更容易受到抑制

：最大扩散速度

反映载体蛋白构象转换的最大速率

：最大扩散速度的1/2

反映载体蛋白对底物分子的亲和力和运转效率

越小，亲和力和转运效率越高，反之亦然

主动转运

某些物质在膜蛋白的帮助下，消耗能量进行逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运

分类

原发性主动转运

细胞直接利用代谢产生能量将物质逆浓度梯度（或电位梯度转运）的过程称为原发性主动转运；一般主动转运指此

底物常为带电离子，介导这一过程的膜蛋白或载体称为离子泵

离子泵

钠钾泵

哺乳动物细胞膜中普遍存在的离子泵，简称钠泵

钠泵对维持细胞的正常功能十分重要

生理意义

钠泵活动造成的细胞内高为代谢反应必需物

维持胞内渗透压和细胞容积

钠泵活动形成的和跨膜浓度是发生电活动的基础

直接参与了静息电位和动作电位的形成

钠泵活动建立的跨膜浓度梯度可为继发性主动转运提供势能储备

阻断剂

哇巴因（ouabain）

与钠泵E2状态下细胞外部结构有较高亲和力，可改变钠泵构象

钙泵

广泛分布，也称-ATP酶

部位不同，名称不同

质膜钙ATP酶

肌质网和内质网膜钙ATP酶

细胞对胞质内钙离子浓度的增加变得非常敏感，因此成为触发或激活许多生理过程的关键因素

质子泵

两种

分布于胃腺壁细胞和肾脏管闰细胞顶端膜上的、 -ATP酶（也称氢钾泵）

主要功能：分泌和摄入、可逆浓度转运，参与胃酸形成和肾脏排酸功能

抑制剂

奥美拉唑

特异性结合并抑制胃腺壁细胞的质子泵，阻断胃酸分泌

分布于各种细胞器膜中的-ATP酶（也称氢泵）

主要功能：维持胞质的中性和细胞器内的酸性，使不同部位的酶处于最适pH环境，建立跨细胞器膜的浓度梯度，为溶质的跨细胞器膜转运提供动力

继发性主动转运

某些物质的主动转运不直接来自ATP分解，而是利用原发性主动转运机制建立的或的浓度梯度转运

继发性主动转运的载体要同时结合两种或两种以上的分子或离子才能引起构象改变

同向转运

被转运分子或离子向同一方向运动，载体称为同向转运体

反向转运

被转运分子或离子向相反方向运动，载体称为反向转运体（或交换体）

人和高等动物体内有两种重要交换体

- 交换体

在顺电化学梯度进入胞内的同时，将胞内的逆浓度转运到胞外与维持细胞内稳态有关

- 交换体

维持酸碱平衡

膜泡运输

特点

主动转运，消耗ATP

需蛋白质

伴随细胞膜面积改变

大分子物质和颗粒物质进出细胞不直接穿膜，而是通过膜包围形成囊泡完成转运

出胞

大分子以分泌囊泡方式排出细胞

持续性出胞

细胞在安静情况下，分泌囊泡自发地使大分子排出胞外

调节性出胞

细胞受化学或电信号的诱导将囊泡排出胞体

入胞（内化）

细胞外大分子物质被胞膜包裹入胞体

吞噬

被转运物质以固态形式进入细胞

吞噬物为团块或颗粒，形成吞噬泡

吞饮

被转运物质以液态形式进入细胞

发生在几乎所有细胞，是多数大分子物质进入细胞的唯一途径，形成吞饮泡

吞饮方式

液相入胞

溶质连同细胞外液连续不断进入胞内的吞饮方式

无特异性

溶质的量与胞外溶质成正比

受体介导入胞

被转运物与细胞膜受体特异性结合后，选择性入胞

受体集中于细胞膜外表面的凹陷处称：有被小窝

有特异性

溶质入胞同时细胞外液很少进入

胞外溶质低也不影响有效入胞

eg：血浆中低密度脂蛋白（LDL）主要在肝细胞由受体介导入胞；如LDL过高或LDL受体缺乏，使血浆LDL浓度升高，引起高胆固醇血症和动脉粥样硬化

肌细胞的收缩

横纹肌

骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递

1. 骨骼肌神经-肌接头的结构特征

是运动神经末梢与其所支配的骨骼肌细胞之间的特化组织

接头前膜

是运动神经轴突末梢膜的一部分

含有 X 个突触囊泡，每个囊泡中有个乙酰胆碱分子

接头后膜

与接头前膜相对的骨骼肌细胞膜，也称终板膜

含有型ACh受体阳离子通道

含有乙酰胆碱酯酶，能将ACh分解为胆碱和乙酸

接头间隙

是接头前、后膜的间隙，充满细胞外液

2. 骨骼肌神经-肌接头的兴奋传递过程

具有“电-化-电”的传递特点

ACh的释放是关键性步骤，且ACh的释放是量子释放（即ACh的释放是以囊泡为基本单位，一个囊泡称为一个量子）

一次动作电位可以引发125个囊泡释放，同时激活约 X 个通道而产生EPP。在静息状态下，囊泡的随机运输也会发生单个囊泡的自发释放，引起终板膜电位的微弱去极化，称为微终板电位。

影响因素

使用性增强现象。eg：强直刺激后EPP可持续增大数分钟称：强直后增强（PTP）

药物和病理因素

筒箭毒碱和α-银环蛇毒特异性阻断终板膜中的型ACh受体阳离子通道而松弛肌肉

机体产生自身抗体破坏型ACh受体阳离子可导致重度肌无力，新斯的明可抑制乙酰胆碱酯酶而改善肌无力症状

有机磷农药中毒却因胆碱酯酶被磷酸化丧失活性而引起中毒症状

横纹肌的结构特征

含有大量的肌原纤维和高度发达的肌管系统

肌原纤维和肌节

肌管系统

横管（T管）

与肌原纤维走行垂直的膜性管道，即肌质网（SR）

纵管（L管）

与肌原纤维走行平行的膜性管道，即纵行肌质网（LSR）

膜上有钙泵，可逆浓度将胞质中转运至SR内

SR与T管膜或肌膜（见于心肌）相接触的末端膨大或呈扁平状，称连接肌质网（JSR）（或终池）

JSR中浓度比胞质中高近万倍，膜上嵌有钙释放通道分布于T管膜（或肌膜）的L型钙通道相对应。在骨骼肌中，T管与两侧终池形成三联管结构，在心肌，T管与单侧终池相接触形成二联管结构，都是兴奋-收缩耦联的关键部位。

横纹肌细胞的收缩机制

平滑肌

细胞的信号转导

信号转导概述

离子通道型受体介导的信号转导

G蛋白耦联受体介导的信号转导

酶联型受体介导的信号转导

招募型受体介导的信号转导

核受体介导的信号转导

细胞的电活动

细胞进行生命活动时会伴随电现象，称为细胞生物电

生物电由带电离子跨膜流动形成，表现为一定的膜电位

膜电位

静息电位

静息电位的测定和概念

静息状态下存在于细胞膜两侧的内负外正的电位差

名词解释

极化

安静使细胞膜两侧处于外正内负的稳定状态

超极化

静息电位增大，极化状态增强

去极化

静息电位减小，极化状态减弱

复极化

细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程

反极化

膜内电位由负变为正值，膜两侧极性倒转

产生机制

细胞膜两侧离子浓度和平衡电位

静息时细胞膜对离子的相对通透性

钠泵的生电作用

基本原因：带电离子跨膜转运

直接动力：细胞膜两侧的浓度差

主要由钠泵活动所形成和维持

转运速率：取决于离子在膜两侧的浓度差和通透性

影响静息电位水平的因素

细胞外浓度

膜对、的相对通透性

钠泵活动水平

钠泵活动增强，生电效应增强，膜发生超极化

动作电位

动作电位（AP）的概念和特点

细胞在静息电位基础上受适当刺激后产生迅速向远处传播的膜电位波动

锋电位是动作电位的主要部分，视为动作电位的标志

动作电位的升支和降支形成的尖峰状电位变化即为峰电位

锋电位之后的低幅、缓慢波动，称后电位

分前后两部分

膜电位仍小于静息，后去极化电位（ADP）或负后电位

膜电位大于静息，后超极化电位（AHP）或正后电位

特点

“全或无”现象

刺激必须达到一定强度

不衰减传播

脉冲式发放

连续动作电位有间隔，不融合

AP的产生是细胞兴奋的标志

动作电位产生机制

离子运转因素

离子的电-化学驱动力

用膜电位与离子平衡电位的差值（- ）表示

差值越大，离子受力越大

数值前的正负号表示离子跨膜流动的方向（+）为外向；（-）为内向

细胞膜对离子的通透性

Hodgkin和Huxley在枪乌贼巨轴突上进行电压钳实验测出电压变化反映膜对离子通透性变化

结论表明：去极化刺激可引起细胞膜对和的通透性增加

Neher和Sakmann创立了膜片钳技术，证实了膜上离子通道存在

膜电导改变实质

膜中离子通道的开放和关闭

通道的特点

去极化加强，开放概率加强；是电压依赖性

开关是“全或无”；开关转换速率极快

目前研究其至少存在静息态、激活和失活态从失活进入关闭状态称：复活

静息态

膜电位保持在静息电位（-70mV左右）通道尚未打开；激活门（m门）完全关闭，失活门（h门）接近完全开放，通道不导通

激活态

膜迅速去极化是电压门控钠通道立即打开；激活门迅速打开，失活门逐渐关闭

复活

膜复极化，失活门从通道内口退出，激活门返回通道中央

特异性阻断剂

钠通道

河豚毒素（TTX）

钾通道

四乙铵（TEA）

动作电位的触发

动作电位的产生是细胞受到有效刺激的结果

产生条件

刺激强度

能使细胞产生动作电位的最小刺激强度，称阈强度

相当于阈强度的刺激为阈刺激

大于或小于阈刺激为阈上/阈下刺激

能使细胞产生动作电位的刺激为有效刺激

刺激持续时间

刺激强度-时间变化率

阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值

阈电位比静息电位小10-20mV

影响因素

电压门控钠通道在细胞膜中的分布密度

密度越大，所需膜去极化程度较小可形成较大的电流，阈电位水平较低。

通道的功能状态

细胞外水平

含量高，减小膜对钠离子的通透性，兴奋性降低，被称为“稳定剂”；含量低，增大膜对钠离子的通透性，兴奋性升高，临床低钙惊厥由此产生。

失活态

通道在激活态后对去极化刺激不再反应；失活门完全关闭，激活门开放仍不导通

注意点

锋电位的上升支是：快速内流造成

动力：顺电-化学梯度

条件：膜对通透性的迅速增大

动作电位的传播

细胞膜某部分产生的动作电位不衰减传遍细胞，称传导

动作电位在同一细胞上的传播

无髓鞘传递以电位变化传导

传导速率慢，能耗大

有髓鞘传递仅在郎飞节（轴突裸露区）处发生动作电位，相邻之间通过“跳跃”传导。

生物进化产物，传导速率快，能耗小

动作电位在细胞间的传播

通过缝隙连接

生理意义

使某些功能一致的同类细胞快速发生同步化活动

eg：心肌细胞的同步收缩利于射血，子宫平滑肌收缩利于分娩

神经细胞之间的缝隙连接也称电突触

兴奋传导速度快，双向传播

细胞内水平增高或pH降低时，缝隙连接通道关闭，防止细胞受损后超载或酸中毒等伤害扩散！

兴奋性及其变化

兴奋性：机体组织或器官接受刺激发生反应的能力或特性

能产生动作电位的细胞为可兴奋细胞

刺激阈值愈小，兴奋性愈高；刺激阈值愈大，兴奋性愈低。

eg：普鲁卡因

阻断神经纤维上的电压门控钠通道，使阈值增加，兴奋性降低，临床用作浸润麻醉

细胞兴奋前后兴奋性变化

绝对不应期

兴奋发生后初期，施加强刺激细胞不再兴奋；阈值无限大，兴奋性为0。

因为大部分钠通道经过激活进入失活期，不再接受刺激而激活

神经或骨骼肌细胞中，绝对不应期的长短对于锋电位发生时期，锋电位不融合。同时锋电位最高频率也受限于绝对不应期长短。

相对不应期

细胞兴奋性逐渐增加，再次接受刺激可发生兴奋；刺激强度必须大于原阈值

失活钠通道复活，但数量少，因此予阈上刺激才引发动作电位

超常期

相对不应期之后，细胞出现兴奋性轻度增高

电压门控钠（或钙）通道基本复活；膜电位尚未恢复到静息电位，距离阈刺激较近，只需阈下刺激就能引起细胞再次复活。

低常期

超常期后，细胞出现兴奋性轻度降低

电压门控钠（或钙）通道完全复活，膜电位处于轻度超极化，与阈电位水平距离加大，需阈上刺激才能引起细胞再次兴奋

电紧张电位和局部电位

（一）细胞膜和胞质的被动电学特性

膜电容

膜电阻

轴向电阻

（二）电紧张电位

概念

电紧张电位的传播范围和生成速度

空间常数

时间常数

电紧张电位的极性

电紧张电位的特征

（三）局部电位

概念

特征

意义

细胞的基本功能

模板简介

猜你喜欢

相关文章