生理学：第二章 细胞的基本功能2

1（三）主动转运（三）主动转运(active transport) 物质在膜蛋白的帮助下，物质在膜蛋白的帮助下，由由细胞代谢细胞代谢供供能能而而进行的进行的逆浓度梯度逆浓度梯度和（或）和（或）电位梯度跨膜转运电位梯度跨膜转运 1、原发性主动转运、原发性主动转运(primary active transport) 细胞直接利用能量将物质逆浓度和（或）电位梯度跨膜细胞直接利用能量将物质逆浓度和（或）电位梯度跨膜转运的过程，转运物质常是带电离子，膜蛋白也被称为离转运的过程，转运物质常是带电离子，膜蛋白也被称为离子泵（子泵（ion pump） 钠钠-钾泵（钾泵（ sodium-potassium pump ）：简称钠泵）：简称钠泵（sodium pump），又称，又称Na+-K+ -ATP酶酶（Na+-K+-ATPase）23钠钠泵泵2K+高高K+（30倍）倍）高高Na+（10倍）倍）每分解每分解1分子分子ATP3Na+ sodium-potassium pump4 sodium-potassium pump结合结合Na+后，后， ATP酶激活酶激活 泵泵出出3Na+，结合，结合2K+ 维持维持Na+o高、高、K+i高不均匀分布高不均匀分布3Na+泵泵出胞外，出胞外，2K+泵泵入入胞内胞内激活钠泵分解激活钠泵分解ATP当当Na+i或或K+o sodium-potassium pump6钠泵活动占细胞代谢耗能的钠泵活动占细胞代谢耗能的2030%其意义其意义（ 97年诺化学奖）年诺化学奖）1、细胞产生生物电的基础、细胞产生生物电的基础2、为继发主动转运提供、为继发主动转运提供势能储备势能储备3、细胞、细胞内高内高K+是是胞质胞质许多代谢反应许多代谢反应所所必需必需的的4、维持胞内渗透压和细胞容积维持胞内渗透压和细胞容积的稳定的稳定5、 Na+泵使膜内电位负值增大泵使膜内电位负值增大 sodium-potassium pump7钙泵（钙泵（Ca2+-ATP酶）：酶）： 细胞膜钙泵每分解细胞膜钙泵每分解1分子分子ATP，可将，可将1个个Ca2+由由胞浆转运至胞外胞浆转运至胞外 肌浆网或内质网钙泵则每分解肌浆网或内质网钙泵则每分解1个个ATP可将可将2个个Ca2+从胞浆转运至肌浆网或内质网内从胞浆转运至肌浆网或内质网内 使胞浆内使胞浆内Ca2+浓度为细胞外液浓度的万分之一浓度为细胞外液浓度的万分之一1、原发性主动转运、原发性主动转运82、继发性主动转运、继发性主动转运（secondary active transport）92、继发性主动转运、继发性主动转运高高Na+葡萄糖水平葡萄糖水平Na+葡萄糖葡萄糖细胞细胞外外（腔）（腔）细胞细胞内内细胞细胞间隙间隙（血管）（血管）转运体转运体钠泵钠泵Na+Na+水平水平间接利用间接利用ATP能量能量（细胞外细胞外Na+的高势能）的高势能）主动转运的过程主动转运的过程10转运体转运体(transporter)：细胞膜上完成继发性主动转运的蛋白细胞膜上完成继发性主动转运的蛋白同向转运同向转运（symport）：被转运的离子或分子都向同一方向运动，相应的转运体也被转运的离子或分子都向同一方向运动，相应的转运体也称为同向转运体（称为同向转运体（symporter）；葡萄糖和氨基酸在小肠）；葡萄糖和氨基酸在小肠粘膜上皮及肾小管上皮粘膜上皮及肾小管上皮的的重吸收重吸收 反向转运（反向转运（antiport）或交换（）或交换（exchange）：如果被转运的离子或分子彼此向相反方向运动，如果被转运的离子或分子彼此向相反方向运动，反向转运反向转运体体（antiporter）或交换体（）或交换体（exchanger）：Na+-Ca2+交交换体换体（ 3Na+换换1Ca2+ ），），Na+-H+交换体交换体（ 1Na+换换1H+ ）同向转运（同向转运（A）和交换（）和交换（B）示意图）示意图11121、出、出 胞（胞（exocytosis）粗面内质网粗面内质网排出排出融合、破裂融合、破裂囊泡的囊泡的移动移动持续性出胞持续性出胞调节性出胞调节性出胞（受化学或电（受化学或电信号触发）信号触发）高尔基体高尔基体见于分泌细胞的分泌见于分泌细胞的分泌及神经末梢递质释放及神经末梢递质释放胞质内大分子物质以分泌囊泡形式排出细胞过程胞质内大分子物质以分泌囊泡形式排出细胞过程13出出 胞（胞（exocytosis）142、入、入 胞（胞（endocytosis）吞噬吞噬（phagocytosis）固态固态物质物质如如细菌、细菌、组织组织碎碎片等片等见于见于巨噬细胞，巨噬细胞，中性粒细胞等中性粒细胞等大分子物质或物质团块大分子物质或物质团块被细胞膜包裹成囊泡被细胞膜包裹成囊泡进入细胞的过程进入细胞的过程15入胞入胞内移内移吞饮泡吞饮泡受体受体溶酶体处理溶酶体处理配体配体吞饮吞饮（pinocytosis）： 液态液态物质物质 液相入胞液相入胞 受体介导入胞：受体介导入胞：如如LDL第二节第二节 体内信息传递体内信息传递一、一、体内细胞间信息传递体内细胞间信息传递1、电电：心肌、平滑肌细胞间心肌、平滑肌细胞间的的缝隙连接缝隙连接2、化学化学：较普遍，细胞间通过激素、递质、细胞因较普遍，细胞间通过激素、递质、细胞因子等传递生物信息子等传递生物信息1617二、细胞的跨膜信号转导二、细胞的跨膜信号转导生物信号从细胞外到达胞内的过程称为跨膜信生物信号从细胞外到达胞内的过程称为跨膜信号转导（号转导（transmembrane signal transduction）受体（受体（receptor, R）：细胞中具有接受和转导信）：细胞中具有接受和转导信号功能的蛋白质。有膜号功能的蛋白质。有膜R、胞质、胞质R、核、核R配体配体（ligand）：与受体特异：与受体特异结合的结合的活性物质活性物质水溶性水溶性配体：配体：膜膜R 脂溶性配体：胞质脂溶性配体：胞质R、核、核R18G-蛋白耦联受体蛋白耦联受体 （2012年诺化学奖）：年诺化学奖）： 分布广泛，膜受体中最大家族，分布广泛，膜受体中最大家族，1000多种，多种，7次跨膜次跨膜 1、G蛋白偶联受体介导的信号转导蛋白偶联受体介导的信号转导G-蛋白（蛋白（9494年诺生理奖）：年诺生理奖）：鸟苷酸结合蛋白鸟苷酸结合蛋白G蛋白效应器蛋白效应器腺苷酸环化酶（腺苷酸环化酶（7171年诺年诺 生理奖）生理奖）磷脂酶磷脂酶C等等ATPcAMPPDE5-AMP细胞膜细胞膜蛋白质蛋白质蛋白质蛋白质PO4生物学生物学作用作用磷酸化磷酸化受体受体-G蛋白蛋白-AC-cAMP-PKA通路通路H：激素：激素 ；R：受体；：受体；GP：G蛋白；蛋白；AC：腺苷酸环化酶；：腺苷酸环化酶； cAMP：环：环-磷酸腺苷；磷酸腺苷；PDE：磷酸二脂酶；：磷酸二脂酶；PKA：蛋白激酶：蛋白激酶AHRGPACPKA19202、酶耦联受体介导的信号转导、酶耦联受体介导的信号转导受体本身具有酶活性或与胞质内蛋白酶结合，通受体本身具有酶活性或与胞质内蛋白酶结合，通过一系列酶促反应，调节细胞功能过一系列酶促反应，调节细胞功能，一次跨膜一次跨膜酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体生长因子等生长因子等细胞膜表面的细胞膜表面的酪氨酸激酶受体酪氨酸激酶受体激活后本身具有激活后本身具有激酶活性激酶活性 膜内底物膜内底物磷酸化磷酸化细胞内效应细胞内效应21酪氨酸激酶结合性受体酪氨酸激酶结合性受体 干扰素等干扰素等酪氨酸激酶结合性受体酪氨酸激酶结合性受体膜内底物膜内底物磷酸化磷酸化细胞内效应细胞内效应激活激活激酶活性激酶活性22该该受体即为受体即为化学门控通道化学门控通道配体配体细胞膜上受体细胞膜上受体通道蛋白变构而开放通道蛋白变构而开放 相应的离子相应的离子易化扩散易化扩散 膜电位变化膜电位变化信息从胞外传入胞内并引起细胞功能的改变信息从胞外传入胞内并引起细胞功能的改变 3、离子通道型受体介导的信号转导、离子通道型受体介导的信号转导4、核受体介导的信号转导、核受体介导的信号转导配体配体透过细胞膜进入到细胞内，透过细胞膜进入到细胞内，与与胞质或胞胞质或胞核内的受体结合后，通过启动或调控细胞内核内的受体结合后，通过启动或调控细胞内某些特定的基因转录和翻译，改变细胞功能某些特定的基因转录和翻译，改变细胞功能23第三节第三节 细胞的生物电活动细胞的生物电活动细胞生物电：人体及生物体活细胞在安静和活动细胞生物电：人体及生物体活细胞在安静和活动 时都存在电时都存在电现象现象临床医学：心电图、脑电图、肌电图临床医学：心电图、脑电图、肌电图 静息电位静息电位 动作电位动作电位 局部电位局部电位24一、静息电位一、静息电位（resting potential，RP）（一）概念和测定一）概念和测定 定义：细胞静息时存在定义：细胞静息时存在于细胞膜内、于细胞膜内、外两侧的电位差外两侧的电位差 特点：通常是膜内为负，膜外为正的直流电位特点：通常是膜内为负，膜外为正的直流电位 数值：膜数值：膜外规定为外规定为0，膜内，膜内-10 -100mv2526证明证明RP存在的实验存在的实验27细胞细胞-70 mV去极化去极化超极化超极化极化极化 RP0 mV-70-90mV-70-50mV-90mV-50mV28u把把安静安静时细胞膜时细胞膜两侧两侧外正内负的状态称为外正内负的状态称为 极化（极化（polarization）uRP减小称为去极化（减小称为去极化（depolarization)uRP增大称为超极化（增大称为超极化（hyperpolarization）u去极化超过零电位后膜电位转变为正值，称为去极化超过零电位后膜电位转变为正值，称为 反极化（反极化（reverse polarization）u膜电位高于零电位的部分称为超射（膜电位高于零电位的部分称为超射（overshoot）u细胞膜去极化后再向细胞膜去极化后再向RP方向恢复的过程称为方向恢复的过程称为 复极化（复极化（repolarization）重重 要要 概概 念念290-70超射超射局部电位局部电位复极化复极化极化极化去极化去极化301 1、静息状态细胞膜两侧离子的不平衡分布、静息状态细胞膜两侧离子的不平衡分布（二）静息电位产生的机制（二）静息电位产生的机制K+iK+o 30 1Na+iNa+o 1 10 由钠泵活动形成与维持由钠泵活动形成与维持31K+平衡电位（平衡电位（ EK）形成）形成K+化化细胞内高细胞内高K+膜内高膜内高K+K +外移外移膜内负电、膜外正电膜内负电、膜外正电K +浓度差浓度差 促促K +外移，外移， 电电位差位差阻碍阻碍K +外移，两者的外移，两者的代数和称电化学代数和称电化学驱动力驱动力当驱动力当驱动力为零时，离子净为零时，离子净扩散为零，膜内外形成一扩散为零，膜内外形成一稳定电位差：稳定电位差：K+平衡电位平衡电位电电32其值：其值：Nernst公式：公式：EK=60 lgK+ K+Oi(mV)EK: K+平衡电位平衡电位K+ K+ Oi、：膜两侧膜两侧K+浓度浓度骨骼肌细胞骨骼肌细胞EK =-95 mV ENa= =+67mV2、静息时细胞膜对离子的通透性不同、静息时细胞膜对离子的通透性不同 33对对K+的通透性的通透性是是 Na+ 的的10 100倍：倍：非门控钾漏通道非门控钾漏通道（K+ leak channel）持续开放持续开放膜内侧带负电荷的膜内侧带负电荷的为有机负离子（膜为有机负离子（膜几乎不通透）聚集几乎不通透）聚集于膜的内表面于膜的内表面（A-）34静息时细胞膜静息时细胞膜对对K+的通透性的通透性是是 Na+ 的的10 100100倍倍骨骼肌细胞骨骼肌细胞内、内、外离子的浓度外离子的浓度和平衡电位和平衡电位3536RP主要是主要是K向膜外扩散的结果，向膜外扩散的结果，RPEK，但比，但比EK略小略小RP：10100mV，骨骼肌细胞，骨骼肌细胞90mV，神经细胞，神经细胞70mV静息电位产生的机制静息电位产生的机制37未发现膜上主动转运未发现膜上主动转运Cl的泵蛋白，因此的泵蛋白，因此Cl的跨膜转运几乎都是被动的的跨膜转运几乎都是被动的Cl-平衡电位总是接近于平衡电位总是接近于RPCa2+浓度在数量上远低于浓度在数量上远低于K+和和Na+的浓度的浓度，且且安静时膜对安静时膜对Ca2+的通透性很低，故的通透性很低，故Ca2+对对RP的形成几乎没有作用的形成几乎没有作用38、钠泵活动的生电作用、钠泵活动的生电作用 会影响会影响RP, 每分解一个每分解一个ATP，给膜外增加了一，给膜外增加了一个正电荷，使膜内电位个正电荷，使膜内电位的负值增大，的负值增大，216mV影响影响RP水平的因素水平的因素细胞外液细胞外液K+浓度浓度膜对膜对K+和和Na+的相对通的相对通透性透性钠泵活动的水平钠泵活动的水平