第二章·细胞的基本功能

细胞是构成人体最基本的结构和功能单位，它的基本功能包括细胞的跨膜物质转运功能，信号转导功能，生物电现象和肌细胞的收缩功能等。

第二章·细胞的基本功能

• 第一节·细胞膜的物质运输
  • 细胞膜的化学组成及其分子排列形式
    • 细胞膜的脂质
      • 地位
        • 细胞膜的基本架构，连续包被在整个细胞膜表面
      • 组成
        • 磷脂
          • 分布
            • 不对称分布
            • 含氨基酸的磷脂分布于膜的内侧
          • 部分磷脂含量
            • 含量最多
              • 磷脂酰胆碱
                • 大部分·分布于膜的外侧
            • 含量最低
              • 磷脂酰肌醇
        • 胆固醇
        • 少量糖脂
          • 分布
            • 膜的外侧
      • 特性
        • 双嗜性分子（亲水性和疏水性兼备）
          • 导致 在质膜中以脂质双层的形式存在
        • 流动性
          • 原因
            • 人体体温缘故，体内的脂质大多是液态，因此膜脂质成溶胶状态
          • 影响流动性因素
            • 胆固醇含量越高流动性越低
            • 脂肪酸烃链长度越长流动性越低
            • 饱和脂肪酸越多流动性越低
            • 膜中镶嵌蛋白质越多流动性越低
    • 细胞膜的蛋白
      • 功能
        • 主要由膜蛋白实现细胞膜功能
      • 分类
        • 表面膜蛋白
          • 含量
            • 0.2~0.3
          • 特点
            • 附着在细胞膜表面
          • 形态
            • 蛋白质多聚体形成的长丝型
          • 功能
            • 使质膜具有一定的强度和弹性
        • 整合膜蛋白
          • 特征
            • 其肽键一次或多次穿过 膜脂质双层
          • 含量
            • 0.7~0.8
          • 一般来说
            • 与物质跨膜运输和受体功能相关的蛋白均是整合膜蛋白
      • 分离方式
        • 高盐溶液可以使离子键断开，使得表面蛋白脱落
    • 细胞膜的糖类
      • 分类
        • 寡糖
        • 多糖链
      • 特殊结构
        • 糖脂
        • 糖蛋白
          • 大多数整合蛋白均是糖蛋白
        • 糖包被
      • 特殊特性
        • 许多糖类带有负电荷
          • 使得细胞表面带负电荷，并且排斥负电荷物质吸引正电荷物质、
  • 细胞膜（质膜）
    • 由脂质和蛋白质、少量糖类构成
    • 功能
      • 运输
    • 模型
      • 液态流动镶嵌模型
  • 跨细胞膜的物质运输
    • 单纯扩散
      • 定义
        • 脂溶性小分子物质或少数不带电荷极性小分子从高浓度一侧向低浓度一侧扩散的过程
      • 特点
        • 顺浓度差
        • 不消耗能量
        • 无膜蛋白参与
      • 代表物质
        • 氧气分子
        • 二氧化碳分子
        • 氨气分子
      • 影响因素
        • 浓度差
        • 膜通透性
    • 易化扩散
      • 概念
        • 非脂溶性小分子或者 带点离子在特殊膜蛋白帮助下，顺浓度梯度和（或）电位梯度 进行的跨膜运输
      • 特点
        • 顺浓度差
          • 不需要细胞消耗能量
        • 需要特殊蛋白协助
      • 分类
        • 经通道的易化扩散（通道转运）
          • 离子通道
            • 基本特性
              • 离子选择性
              • 门控特性
          • 概念
            • 各种带电例子在通道蛋白的街道下顺浓度梯度和/或电位梯度进行的跨膜运输
          • 物质
            • 带点离子
            • 水
              • 水通过脂双层的扩散
              • 水通过专一水通道
                • 水通道存在肾小管、集合管、呼吸道、肺泡
              • 知识拓展
          • 特点
            • 转运速度快（载体与通道的最大区别）
            • 离子选择性（管道口径、带电情况等因素）
            • 门控特性
              • 门控通道种类
                • 化学门控通道
                  • 由化学物质引起的通道开关
                • 电压门控通道
                  • 由膜两侧电位差的变化引起通道的开关
                • 机械门控通道
                  • 由机械刺激引起的通道的开关
          • 比喻
            • 搭桥过河
        • 经载体的易化扩散（载体转运）
          • 比喻
            • 乘船过江
          • 概念
            • 水溶性小分子物质或者离子，在载体蛋白的介导下，顺浓度梯度进行的跨膜转运
          • 过程
            • 结合
              • 构象改变
                • 解离
          • 物质
            • 氨基酸
            • 葡萄糖
          • 特点
            • 高度的结构特异性
              • 载体蛋白支云松具有特定化学结构的物质
            • 饱和性
              • 载体蛋白数量和结合位点是有限的
            • 竞争性抑制
              • 经同一特殊膜蛋白运转
    • 主动转运
      • 概念
        • 某些物质在膜蛋白帮助下由细胞代谢进而能进行的逆浓度梯度或者是电位梯度的跨膜运输
      • 分类
        • 原发性主动转运
          • 概念
            • 细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度和电位梯度进行跨膜转运的过程
          • 本质
            • ATP酶
          • 激活
            • 胞内高钠
            • 胞外高钾
          • 作用
            • 排钠
            • 摄钾
            • 维持膜两侧钠钾浓度差
          • 了解 知识拓展
            • 钙泵
              • 类别
                • 质膜钙泵（主要）
                • 肌质网和内质网钙泵
            • 钠泵
              • 生物电活动产生基础 维持细胞内高K+是胞内代谢反应必须条件
            • 质子泵
              • H—K泵
                • 作用
                  • 胃酸的形成和肾脏的排酸
              • H泵
                • 作用
                  • 维持胞质中性和细胞器酸性，建立跨细胞器膜的H+浓度梯度
        • 继发性主动转运
          • 概念
            • 不直接消耗细胞代谢产生的能量，而是利用另一物质浓度的势能储备而实现主动转运的过程
          • 可同向可反向
          • 物质
            • 葡萄糖、氨基酸在小肠粘膜上皮细胞的吸收和肾小管上皮细胞的重新收（同向）
              • 基底膜是经载体的易化扩散
            • 心肌细胞膜上Na+ Ca2+的转运（逆向）
            • Na+和H+交换（逆向）
    • 膜泡运输
      • 概念
        • 大分子和颗粒物质由膜保卫形成囊泡，通过包裹、膜融合和膜断离等形成转运的过程
      • 类别
        • 出胞
          • 定义
            • 胞质内大分子物质以分泌囊泡的形式从细胞排出的过程
          • 例
            • 激素分泌
            • 神经递质的释放
          • 特点
            • 膜面积增大
        • 入胞
          • 方式
            • 吞噬
              • 固体
            • 吞饮
              • 液体
          • 特点
            • 膜面积减小
          • 又称内化
          • 概念
            • 大分子物质或某些团块物质借助于细胞膜形成吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程
• 第二节·细胞的信号传导
  • 信号转导的概念
    • 信号转导的生理意义
    • 主要信号传导通路
    • 信号网络系统
    • 信号转导与人类疾病
    • 相关概念概念
      • 信号转导
        • 生物学信息（兴奋|抑制）在细胞间|细胞内 转换和传递并产生生物学效应
      • 跨膜信息转导
        • 定义
          • 生物活性物质通过受体或离子通道的作用激活或抑制细胞功能的过程
        • 核心
          • 通过特定信号通路进行生物学信息的胞内转换与传递，并设计对相关蛋白基因表达的调控
      • 受体
        • 细胞中具有接受和转导信息功能的蛋白质；有魔兽体、胞质受体、核受体之分
      • 配体
        • 能与受体发生特异性结合的活性物质
    • 主要信号转导通路
      • 离子通道受体介导的信号转导
      • G蛋白偶联受体介导的信号转导
      • 酶偶联受体介导的信号转导
  • 离子通道型受体介导的信号转导
    • 分类
      • 化学
      • 电压
      • 机械
      • 门控通道
    • 传导样板：
      • 化学性胞外信号（ACh）
        • ACh+受体=复合体
          • 终板膜结构=离子通道开放
            • Na+内流
              • 终板膜电位
                • 骨骼肌收缩
  • G蛋白耦联受体介导的信号转导
    • G蛋白偶联受体
      • 意义
        • 主要信号蛋白和第二信使
      • 地位
        • 分布广泛，膜受体中最大的家族
      • 作用机理
        • 被激活后，通过改变分子构象而结合并激活G蛋白，引发一系列级联反应将信号传递至下游最终效应标靶
    • G蛋白
      • 实质（是指）
        • 鸟苷酸结合蛋白
      • 组成
        • α亚单位
        • β亚单位
        • γ亚单位
      • 分布
        • 存在于细胞膜内侧面
      • 地位
        • 是信号通路上的关键膜蛋白
    • G蛋白效应器
      • 概念
        • G蛋白直接作用的靶标
      • 组成
        • 效应器酶
        • 膜离子通道
        • 膜转运蛋白
      • 作用
        • 催化生成（分解）第二信使物质
    • 第二信使
      • 定义
        • 第一形式作用于膜受体后产生的细胞内信号分子
      • 作用
        • 激活蛋白激酶
        • 产生以靶蛋白磷酸化和构象改变为特征的次联反应或调控基因表达
        • 改变信号功能
      • 种类
        • cAMP
        • IP3
        • DG
        • cGMP
    • 蛋白激酶
      • 定义
        • 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
      • 常见类型
        • PKA
        • PKC
  • 酶偶联受体介导的信号转导
• 第三节 细胞的电活动
  • 静息电位
    • 定义
      • 细胞处于安静状态时存在于细胞膜两侧 外正内负 且相对平稳的 电位差
    • 注意
      • RP为电位差
      • 负号，外正内负的正负无数学意义，只代表电位的高低
      • 规定膜外电位为0，则RP=膜电位＜0，膜外比膜内电位高
      • 各类细胞的RP（电位差）并不相同
        • 神经元细胞：-70mv
        • 骨骼肌细胞-90mv
        • RP大小只看数值不看符号，RP中-90大于70
    • 相关概念
      • RP
        • 极化
          • 安静状态下细胞膜电位外正内负的
        • 超极化
          • 静息电位增大的过程或者状态
        • 去极化
          • 静息电位减小的过程或状态
        • 复极化
          • 细胞膜去极后再向静息电位恢复的过程
        • 反极化
          • 膜发生去极化到零电位后进一步变为正直
        • 超射
          • 膜电位高于零电位的部分
    • 形成机制
      • 原因
        • 带电离子跨膜转运
      • 形成条件
        • 静息时膜内内外两侧存在离子浓度差
          • 细胞外高Na+
          • 细胞内高K+
        • 安静时膜对不同离子通透性不同，静息时膜对K+的通透性最大
        • 钠泵的活动
    • 实质
      • 钾离子平衡电位
    • 机制
      • 静息时K+（i）＞K+（0）,K+通道开放，K+外流
        • 细胞外电位↑
          • 细胞内电位↓
            • 动力=阻力
              • K+外流静止
                • 此时形成的膜内外的电位差称为K+平衡电位
    • 影响因素
      • 膜内外K+浓度差
        • 浓度差↑，静息电位↑
      • 膜对K+和Na+的相对通透性
        • 对K+通透性↑，静息电位↑
        • 对Na+通透性↑，静息电位↓
      • 钠泵活动↑，静息电位↑
  • 动作电位
    • 定义
      • 在静息电位的基础上，可兴奋细胞接受有效刺激后产生的一个迅速的、可逆的和可传导的膜电位波动
    • 特点
      • 全或无
        • 定义
          • 在单一细胞上AP大小不随刺激强度和传到距离而改变，产生即最大
        • 原因
          • 刺激强度支决定是否能使磨去极化达阀电位，一旦达TP就会触发AP，其后模的去极化速度和幅度只取决于钠通道性状和离子所受电化学驱动力大小，而与刺激强度无关
      • 不衰减性传播
        • 定义
          • AP在刺激部位产生后，可沿着细胞膜扩布，直至整个细胞膜都一次兴奋，且幅度与波形不变
        • 原因
          • 对于同一细胞而言，各部位质膜对Na+通透性和Na+的电化学驱动力是无差别的，因此AP在刺激部位产生后，在传播过程中幅度与波形不变
      • 电压门控性
      • 脉冲式发放
        • AP不会发生叠加
    • 产生机制
      • 原因
        • 离子跨膜运输
      • 基本条件
        • 膜内外存在{Na+}差
          • Na+（i）＞Na+（0）≈1：10
        • 膜受到阀刺激时，对离子通透性增加
          • 即电压门控性Na+、K+通道激活而开放
      • 产生的离子机制
        • 上升支
          • Na+内流
        • 下降支
          • K+外流
        • 负后电位
          • K+继续暂时阻碍了K+外流
        • 正后电位
          • 前半部分
            • 过多的K+扩散到细胞外
          • 后半部分
            • Na+泵活动
      • 动作电位在同一细胞上的传播机制
        • 局部电流
    • 离子通道的功能状态
      • Na+通道状态
        • 相关结论
          • 静息态和失活态为持续态
          • 激活态为瞬态
          • 通道在失活态不能被继续激活，只能在静息态能被再次激活
        • 静息态
          • 失活门开
          • 激活门关
        • 激活态
          • 激活门开
          • 失活门开
        • 失活态
          • 激活门开
          • 失活门关
      • K+通道状态
        • 相关结论
          • 钾通道多数在钠通道失活后开放，表现为延迟激活
        • 静息态
          • 激活门关
        • 激活态
          • 激活门开
    • 知识扩展
      • 离子通道阻滞剂
        • 钠通道阻滞剂
          • 普鲁卡因、丁卡因
            • 抑制电压门控钠通道，使AP传导阻滞，发挥麻醉作用
        • 钙通道阻滞剂
          • 硝苯地平
            • 抑制电压门控钙通道，使血管平滑肌舒张
        • 钾通道阻滞剂
          • 胺碘酮
            • 抑制心肌细胞钾通道，使AP时程和不应期延长，抗心律失常
    • 动作电位的触发
      • 相关概念
        • 刺激
          • 含义
            • 细胞所处环境因素的任何变化
          • 条件
            • 刺激强度
            • 刺激持续时间
            • 刺激强度对时间的变化率
        • 阀强度（阀值）
          • 定义
            • 刚能使组织或细胞发生兴奋（动作电位）的最小刺激强度
        • 阀刺激
          • 定义
            • 相当于阀强度的刺激
          • 强度大于或小于阀值的刺激称为阀上刺激、阀下刺激
        • 阈电位
          • 定义
            • 能使大量钠通道开放并触发AP临界膜电位值
          • 影响因素
            • 钠通道密度
            • 电压门控钠通道的功能状态
            • 胞外钙离子水平
              • 低钙惊厥
        • 阈刺激
          • 其强度能使细胞的RP去极化达阀电位的刺激
      • 触发条件
        • 阀电位TP
          • 膜上Na+少量通道开放
            • Na+少量内流→局部电位
              • 阀电位（Na+内流≥K+外流）→Na+通道大量开放
                • 膜去极化↑
                  • Na+再生式内流AP上升支
                    • Na+平衡电位
                      • Na+内流停止+同时K+通道激活
                        • K+迅速外流（AP下降支）
                          • Na+（i）、K+（i)↑ → 激活钠钾泵
                            • 离子恢复到静息电位水平
    • 动作电位跳跃式传导
      • 有髓神经纤维
        • 部分组成
          • 郎飞结
            • 特点
              • 钠通道密集，电阻小
          • 髓鞘区域
            • 特点
              • 几乎无钠通道，电阻大
        • 优点
          • 传导速度快，耗能少
        • 传导特点
          • 生理完整性
          • 双向性
          • 相对不疲劳性
          • 绝缘性
          • 不衰减性
          • 不融合性
    • 动作电位细胞之间的传播
      • 结构基础
        • 缝隙连接
      • 生理意义
        • 使某些同类细胞发生同步化活动
    • AP传导实质
      • 沿细胞膜依次产生新AP的过程
    • 兴奋性及其变化相关概念
      • 相关概念
        • 兴奋
          • 定义
            • 可兴奋细胞受到冲击产生动作电位的过程
        • 可兴奋细胞
          • 定义
            • 受刺激后能产生动作电位的细胞
        • 兴奋性
          • 定义
            • 可兴奋细胞受到冲击产生动作电位的能力
            • 兴奋=动作电位
        • 衡量兴奋性的指标
          • 阈强度或阈值与兴奋呈反比关系
  • 局部电位
    • 定义
      • 单个阈下刺激引起少量Na+通道开放，少量Na+内流，在受刺激的局部产生一个较小的去极化反应
    • 特点
      • 等级性电位(幅度与强度刺激有关）
      • 衰减性传导，电紧张扩布
      • 无不应期，具叠加总和效应
  • 肌细胞的收缩
    • 横纹肌
      • 骨骼肌神经-肌接头处兴奋传递
        • 骨骼肌神经-肌接头处结构
          • 肌膜
          • 肌纤维
          • 神经纤维
          • 神经纤维接头
        • 兴奋传递过程
        • 相关结论
          • Ca+内流的作用
            • 中和前膜负电位
            • 降低膜内轴浆粘滞度
            • 触发囊泡收缩机制
          • 量子释放
            • 一个囊泡中释放的Ach通过出胞作用倾囊释放
          • Ach
            • 去向
              • 很快被后膜上的胆碱酯酶水解
            • Ach作用
              • 信使
          • 胆碱酯酶作用
            • 及时水解Ach，保证了一次神经冲动引起肌细胞一次兴奋及收缩
          • 微终板电位
            • 定义
              • 接头前膜随机释放一个囊泡，引起终板膜产生微小的去极化电位
          • 终板电位
            • 定义
              • 一次AP引发大量囊泡同时释放产生的微终板电位的总和
          • 终板膜上的离子通道是化学门控通道，而普通肌膜上的离子通道是电压门控通道，固然终板电位只在终板膜上产生
        • N-M接头处的兴奋传递特征
          • 电-化学-电
          • 过程
          • 关系
            • 1V1
              • 神经末梢的一次AP只能引起一次肌细胞兴奋和收缩
          • 单向性传递
          • 时间延搁
          • 易受环境因素和药物影响
            • 有机磷
            • 筒箭毒硷
      • 横纹肌细胞的结构特征
        • 示意图
        • 肌原纤维和肌节
        • 肌管系统
        • 横纹肌细胞的收缩机制
          • 图示
          • 肌丝滑行理论
            • 内容
              • 肌肉的收缩与舒张是肌节内粗、细肌丝相互滑行的结果
              • Z线发出关于的细肌丝向暗带中央移动，使相邻Z线靠近，肌节长度变短，进而使肌原纤维整体缩短
            • Tip
              • 肌细胞收缩时，肌原纤维缩短，并不是肌丝本身缩短，而是细肌丝向肌节（暗带） 中央滑行，与粗肌丝发生重叠
            • 横桥的功能
              • 横桥可以与细肌丝呈可逆性结合，拉开细肌丝
              • 横桥具有ATP酶的活性，水解ATP
• 浮动主题
• 976965e5-720d-427a-b516-8599a254aaf3
• 电流
  • 内向电流
    • 膜电位增大，膜复极化或超极化
  • 外向电流
    • 膜电位减小（膜去极化）
• 钠泵活动的生理意义
  • 造成胞内高K+是许多胞内代谢反应的必须条件
  • 维持胞质渗透压和细胞容积
  • 是Ca2+—Na+ 交换的动力，维持细胞内Ca2+浓度的稳态，维持细胞PH稳定
  • 是细胞生物电活动产生的前提条件
  • 可影响膜电位，使膜电位的负值增大
  • 为物质继发性主动转运提供势能储备
• 细胞膜的疏水性与亲水性
• 功能的复杂程度与糖蛋白的多少成正比