导图社区 细胞的基本功能
一张思维导图带你了解细胞的基本功能，包括细胞膜的物质转运功能、细胞的信号转导、细胞的电活动、肌细胞的收缩等内容。
本图介绍了蛋白质的结构与功能，包括分子组成、分子结构、结构与功能的关系、理化性质，适用于医学本科生考试复习！
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细胞的基本功能
细胞膜的物质转运功能
细胞膜的化学组成及其分子排列形式
流动镶嵌模型
脂质
磷脂70%+磷脂酰胆碱
胆固醇（30%-）
糖脂10%-
蛋白
表面膜蛋白
20%～80% 位于内表面
整合膜蛋白
肽链一次或多次穿越膜脂质双层
糖类
共价键
糖蛋白
糖脂
跨细胞膜的物质转运
被动运输
单纯扩散
不耗能
无膜蛋白：没有生物学转运机制
无饱和性
脂溶性或少数不带电荷的极性分子
O2、CO2、N2、类固醇激素、乙醇、尿素、甘油、水
易化扩散
非脂溶性小分子或带电离子
顺浓度（电位）梯度
两种
经通道
各种带电离子在通道蛋白的介导下，顺浓度（电位）跨膜转运
离子选择性
通道的形状
内壁的化学结构
离子键的分布
门控特性
电压门控通道
化学门控通道
机械门控通道
非门控通道
水通道
经载体
水溶性小分子物质在载体蛋白的介导下进行顺浓度梯度的跨膜转运
结构特异性
饱和现象
竞争性抑制
载体
主动运输
主动转运
原发性主动运输
直接利用能量
钠钾泵（钠泵）（钠-钾依赖式ATP酶）
α和β两个亚单位组成的二聚体蛋白质 α为催化亚单位
E1→E2为一个转运周期
E1 α与ATP结合 结合位点朝向细胞内侧
E2 α被磷酸化 结合位点朝向细胞外侧
每分解一个ATP可逆浓度差将3Na+移出2K+移入 具有生电效应
意义
造成胞内高K+为许多代谢所必须
发生电活动的基础
直接参与静息电位的形成
为继发性主动转运提供势能储备
钙泵
Ca2+-ATP酶
质膜钙ATP酶
肌质网和内质网钙ATP酶
Ca2+与钙调素蛋白结合刺激活动
质子泵
H+，K+-ATP酶（氢钾泵）
胃腺壁细胞和肾脏集合管闰细胞细胞顶端
分泌H+摄入K+
胃酸形成和肾脏排酸功能
胃溃疡和十二指肠溃疡与奥美拉唑
H+-ATP酶（氢泵）
细胞器膜
不依赖H+将H+由胞质转运至细胞器内 维持胞质中性细胞器酸性 酶最适ph 跨细胞器膜H+浓度梯度
继发性主动运输
原发性主动运输机制建立起的Na+或H+浓度梯度
同向转运
被转运的分子或离子向同一方向运动 同向转运体
同向转运体
反向转运
相反
反向转运体或交换体
Na+-Ca2+交换体
Na+-H+交换体
典型
葡萄糖 氨基酸 在小肠黏膜上皮的吸收
葡萄糖 氨基酸在肾小管上皮的重吸收
神经递质在突触间隙被神经末梢所重摄取
甲状腺上皮细胞聚碘过程
Na+-H+交换和Na+-Ca2+交换
膜蛋白帮助下 细胞代谢提供能量 逆浓度（电位）
膜泡运输
出胞
持续性
自发的 不断
调节性
受化学信号（如激素）
电信号（如动作电位）
入胞（内化）
吞噬
固态
伸出伪足 形成吞噬泡 存在于特殊细胞 巨噬细胞 中性粒细胞等
吞饮
液态
凹陷 形成吞饮泡 有被小窝
液相人胞
连同细胞外液
无特异性
转运溶质的量与胞外溶质浓度成正比
受体介导
细胞的信号转导
概念
跨膜信号转导
信号分子
信使分子
信号转导通路
离子通道型受体介导
配体结合部和离子通道
G蛋白偶联受体介导
促代谢型受体
主要的信号蛋白和第二信使
G蛋白耦联受体
7次跨膜受体
每个跨膜区段由高度保守的20～27 个氨基酸残基形成α-螺旋
结合域
配体结合域
N末端或跨膜区
G蛋白结合域
连接跨膜区段的胞内环和C末端
位点
N末端糖基化位点
C末端丝氨酸 苏氨酸残基磷酸化位点
G蛋白（鸟苷酸结合蛋白）
组成
α, β, γ构成异三聚体G蛋白
小G蛋白和转录因子
α亚单位主要功能亚单位
结合GTP，GDP
GTP酶活性
分子构象
激活态
与GTP结合
α亚单位-GTP复合物
βγ复合体
各自激活下游效应器
失活态
与GDP结合
GDP的释放 GTP/GDP转换为限速步骤
G蛋白效应器
G蛋白直接作用的靶标
效应器酶
催化生成（分解）第二信使
腺苷酸环化酶AC
磷脂酶C PLC
磷脂酶A2 PLA2
磷酸二酯酶 PDE
膜离子通道
膜转运蛋白
激活态G蛋白门控离子通道调节其活性 可直接成为G蛋白效应器
第二信使
细胞内信使分子 由G蛋白激活的效应器酶再分解细胞内底物所产生的小分子物质
激活蛋白激酶
以靶蛋白磷酸化和构象变化为特征的级联反应或调控基因表达
细胞功能改变
蛋白激酶
使蛋白质磷酸化的酶：将ATP分子上的磷酸基团转移到底物蛋白
带电特性改变
构象改变
生物学特性改变
底物蛋白也是蛋白激酶
磷酸化级联反应
蛋白磷酸酶使底物去磷酸而终止
第二信使激活的蛋白激酶称为第二信使依赖性蛋白激酶
常见的信号转导通路
受体-G蛋白-AC-cAMP-PKA通路
cAMP第二信使系统
Gs Gi相互拮抗 前者使cAMP升高后者降低
PKA的磷酸化反应
cAMP可直接作用于膜离子通道产生信号转导
受体-G蛋白-PLC-IP3-Ca2+和DG-PKC通路
Ca2+信号系统
酶联型受体介导
单跨膜区段 胞内外结构域
酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合受体
酪氨酸激酶受体具有酪氨酸激酶活性 主要是各种生长因子
酪氨酸激酶结合型受体需要激活才与酪氨酸激酶结合 生长因子和肽类激素
鸟苷酸环化酶受体
丝氨酸苏氨酸激酶受体
招募型受体介导
单跨膜受体 无酶活性 不能放大生物信号 胞内域招募激酶或转接蛋白 不涉及第二信使
核受体介导
配体是小分子脂溶性物质
实质是激素调控特定蛋白质转录的一大类转路调节因子
功能片段
激素结合域
DNA结合域
转路激活结合域
铰链区
细胞的电活动
静息电位
概念：静息状态下存在于细胞膜两侧的内负外正的电位差-10～-100mV之间
特点
稳定的直流电
自动去极化
产生机制
带电粒子的跨膜转运
细胞膜两侧离子的浓度差与平衡电位
相关概念
离子的电-化学驱动力：跨膜电场和离子浓度差影响带电离子移动的驱动力代数和
电位差驱动力等于浓度差驱动力 净扩散量为零 此时跨膜电位差为该离子的平衡电位
静息时细胞膜对离子的相对通透性
静息电位≈K+平衡电位 细胞膜对K+通透性较大 钾漏通道
钠泵的生电作用
动作电位
动作电位：在静息电位基础上，接受有效刺激后，产生一个迅速向远处传播的膜电位冲动
去极相
复极相
峰电位
动作电位的标志
后电位
后去极化电位（负后电位）
后超极化电位（正后电位）
全或无
不衰减传播
脉冲式发放：不融合（有不应期）
电-化学驱动力及其改变
膜电位与离子平衡电位的差值
正号为外向负号为内向
动作电位期间细胞膜通透性的改变
钠电导和钾电导的变化
电压依赖性
时间依赖性
膜电导改变的实质
膜中离子通道的开放和关闭
单通道的开闭是全或无 可产生皮安级的电流
宏膜电流=通道开放数目×通道开放概率×通道电流
离子通道的功能状态
静息态
动作电位的触发
阈刺激
刺激强度刚好能使细胞的静息电位发生去极化，达到阈电位水平
刺激量的三个参数
刺激的强度
刺激的持续时间
刺激强度-时间变化率
阈上刺激阈下刺激有效刺激
阈电位
刚好能触发膜去极化与Na+电导之间形成正反馈的膜电位水平
影响因素
电压门控通道在细胞膜中的
分布密度
功能状态
细胞外的钙离子水平
动作电位的传播
在同一细胞上的传播
局部电流学说
实质：细胞膜一次再生动作电位
无髓神经纤维或肌纤维是顺序发生的，有髓纤维是跳跃式传导
在细胞之间的传播
六个连接蛋白单体形成的同六具体成为连接子中央有亲水性，孔道由此形成，连通两个细胞质的缝隙连接通道
突触可改变信息的方向 产生兴奋、抑制、局部兴奋
兴奋性及其改变
兴奋性
机体的组织或细胞接受刺激，发生反应的能力或特性
细胞接受刺激后产生动作电位的能力
兴奋
当机体器官组织或细胞受到刺激时，功能活动由弱变强或由相对静止转变为比较活跃的反应过程或反应形式
动作电位的产生过程和动作电位本身
细胞兴奋后兴奋性的变化 （一次动作电位中）
绝对不应期
相对不应期
超常期
低常期
电紧张电位和局部电位
细胞膜和胞质的被动电学特性
膜电容
细胞膜的表面积越大 细胞中的膜电容也越大
膜电阻
单纯的脂质双层绝缘
离子通道和转运体数量越多或活动程度越大，膜电阻越小
轴向电阻
直径越小，轴向延伸的距离越长，轴向电阻越大
电紧张电位
由膜的被动电学特性决定其空间分布和时间变化的膜电位
传播范围和生成速度
空间常数
描述电紧张电位传播范围 即空间分布特征的参数
指膜电位衰减至最大值的1/e（37%）时所扩布的空间距离
膜电阻 正比 轴向电阻 反比
时间常数
膜电位在充电时上升到最大值的1—1/e或放电时下降到初始值的1/e所需要的时间
膜电阻反比 膜电容正比
极性
细胞内注射
正电荷去极化电紧张电位
负电荷超级化电紧张点位
细胞外与细胞内相反
特征
等级性电位
衰减性传导
电位可融合
局部电位
细胞受到刺激后，由膜主动特性参与即部分离子通道开放形成的 不能向远距离传播的膜电位改变，称为局部电位
特征和意义
没有不应期
可见于其他不能产生动作电位的细胞，如感受器细胞
肌细胞的收缩
横纹肌
骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传导
结构特征
接头前膜
运动神经纤维在到达末梢处失去髓鞘嵌入终板膜浅槽
接头后膜（终板膜）
N2型ACh受体阳离子通道
乙酰胆碱酯酶将ACh分解为胆碱和乙酸
接头间隙
兴奋传递过程
横纹肌细胞的结构特征
肌原纤维和肌节
肌节
明带
Z线
暗带
H带
M线
胶原纤维由粗肌丝和细肌丝构成
肌管系统
横管（T管）
与肌原纤维走行方向垂直 横纹肌细胞膜内陷并向深部延伸而成
L管（肌质网）
平行
纵行肌质网有钙泵
连接肌质网或终池
Ca2+浓度约比胞质中高近万倍
钙释放通道或称雷诺丁受体
骨骼肌T管与两侧终池形成三联管 心肌则与单侧终池形成二连管
横纹肌细胞的收缩机制
肌丝的分子结构
粗肌丝
肌球蛋白（肌凝蛋白）
1杆
两条重链组成杆
2球型头
两条重链头端结合轻链构成头部
横桥
具有ATP酶活性 能与肌动蛋白结合 被激活后向M线方向扭动 成为肌丝滑行的动力
细肌丝
肌动蛋白（肌纤蛋白） 7/9
球形单体分子聚合成两条链并缠绕成螺旋状，构成细肌丝主干
具有多个与粗肌丝横桥结合的位点
原肌球蛋白（原肌凝蛋白） 1/9
两条肽链缠绕成双螺旋结构 长度相当于肌动蛋白连续七个单体的长度
肌肉处于舒张状态 覆盖结合位点
肌钙蛋白 1/9
肌钙蛋白I
与原肌球蛋白和肌动蛋白紧密相连 保持原肌球蛋白遮盖肌动蛋白上横桥结合位点的状态
肌钙蛋白C
每分子可结合四个Ca2+ Ca2+浓度升高 结合 导致肌钙蛋白发生构象改变 引起TnI与肌动蛋白结合减弱 暴露位点
肌钙蛋白T
收缩蛋白
肌球蛋白
肌动蛋白
调节蛋白
原肌球蛋白
肌钙蛋白
肌丝滑行的过程
横桥周期的运转模式与肌肉收缩的表现
实质：肌动蛋白与肌球蛋白的相互作用，将化学能转变为机械能
肌肉收缩所能产生的张力，由每一瞬间与肌动蛋白结合的横桥数决定
肌肉缩短的速度取决于横桥周期的长短
横纹肌细胞的兴奋-收缩耦联
发生部位：三联管或四联管
横纹肌细胞的电兴奋过程
骨骼肌细胞形成机制与神经纤维动作电位相同
兴奋-收缩耦联的基本步骤
T管膜动作电位传导
激活T管膜和肌膜中L型钙通道
JSR内钙离子释放
肌膜去极化 钙释放机制（钙诱导钙释放机制）
钙离子触发肌丝滑行
JSR回摄钙离子
影响横纹肌收缩效果的因素
肌肉收缩效能：肌肉收缩时产生的
张力大小
缩短程度
产生张力
缩短速度
分类
等长收缩
等张收缩
前负荷
肌肉在收缩前所承受的负荷
前负荷决定肌肉在收缩前的长度即初长度
随着初长度的增加，长度-张力关系呈抛物线
前负荷→初长度→肌小节长度→粗细肌丝的重叠程度→发挥作用的横桥数目→产生张力大小
后负荷
肌肉在收缩后所承受的负荷
反映收缩张力的大小
后负荷增加时肌肉收缩张力和速度呈反变关系
子主题
肌肉收缩能力
与前负荷和后负荷无关 又影响肌肉收缩效能的肌肉内在特性
收缩的总和
实质：中枢神经系统调节骨骼肌收缩效能的方式
多纤维总和
多根肌纤维同步收缩产生的叠加效应 叠加效应通常是参与同步收缩运动单位数目的增加
大小原则 收缩小→大 舒张大→小
频率总和
提高骨骼肌收缩频率而产生的叠加效应
单收缩
不完全强直收缩
完全强直收缩
平滑肌
平滑肌的分类
单个单位平滑肌（内脏平滑肌）
小血管 消化道 输尿管 子宫等的平滑肌
闰盘连接 存在大量缝隙连接 功能合胞体样活动
少数起搏细胞 具有自动节律性或自律性
多单位平滑肌
主要包括捷状肌 虹膜肌 竖毛肌以及气道和大血管的平滑肌等
收缩活动受自主神经的控制 无缝隙连接
收缩强度取决于被激活的肌纤维数目（空间总和）和神经冲动的频率（时间总和）
平滑肌细胞的结构特点
细长纺锤形 长20～500μm 直径1～5μm
粗：细（10～15）：1
无肌节 无横纹 无Z盘 致密体致密斑
致密带（两细胞膜以致密班对接的部分）为机械连接 缝隙连接为电偶联
RYR IP3R
平滑肌细胞的生物电现象
平滑肌细胞膜对钠离子的通透性相对较高 所以其静息电位低于横纹肌 -50到-60mV
自发节律性波动称为慢波
肠道和输精管平滑肌细胞去极相依赖于钙离子内流 膀胱输尿管平滑肌细胞钠离子内流
平滑肌细胞的收缩机制
平滑肌收缩的触发因子
电-机械偶联
药物-机械偶联
平滑肌细胞的肌丝滑行
通过Ca2+-CaM通路作用于粗肌丝
平滑肌活动的神经调节
交感和副交感神经双重支配
兴奋通过非定向突触传递
双嗜性 流动性 温度改变呈凝胶或溶胶状态
