生理學(xué)筆記——第二章細(xì)胞的基本功能

字號:

一、細(xì)胞膜的基本結(jié)構(gòu)——液態(tài)鑲嵌模型
    該模型的基本內(nèi)容:以液態(tài)脂質(zhì)雙分子層為基架,其中鑲嵌著具有不同生理功能的蛋白質(zhì)分子,并連有一些寡糖和多糖鏈。
    特點:
    (1)脂質(zhì)膜不是靜止的,而是動態(tài)的、流動的。
    (2)細(xì)胞膜兩側(cè)是不對稱的,因為兩側(cè)膜蛋白存在差異,同時兩側(cè)的脂類分子也不完全相同。
    (3)細(xì)胞膜上相連的糖鏈主要發(fā)揮細(xì)胞間"識別"的作用。
    (4)膜蛋白有多種不同的功能,如發(fā)揮轉(zhuǎn)動物質(zhì)作用的載體蛋白、通道蛋白、離子泵等,這些膜蛋白主要以螺旋或球形蛋白質(zhì)的形式存在,并且以多種不同形式鑲嵌在脂質(zhì)雙分子層中,如靠近膜的內(nèi)側(cè)面、外側(cè)面、貫穿整個脂質(zhì)雙層三種形式均有。
    (5)細(xì)胞膜糖類多數(shù)*露在膜的外側(cè),可以作為它們所在細(xì)胞或它們所結(jié)合的蛋白質(zhì)的特異性標(biāo)志。
    二、細(xì)胞膜物質(zhì)轉(zhuǎn)運功能
    物質(zhì)進出細(xì)胞必須通過細(xì)胞膜,細(xì)胞膜的特殊結(jié)構(gòu)決定了不同物質(zhì)通過細(xì)胞的難易。例如,細(xì)胞膜的基架是雙層脂質(zhì)分子,其間不存在大的空隙,因此,僅有能溶于脂類的小分子物質(zhì)可以自由通過細(xì)胞膜,而細(xì)胞膜對物質(zhì)團塊的吞吐作用則是細(xì)胞膜具有流動性決定的。不溶于脂類的物質(zhì),進出細(xì)胞必須依賴細(xì)胞膜上特殊膜蛋白的幫助。
    物質(zhì)通過細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運有以下幾種形式:
    (一)被動轉(zhuǎn)運:包括單純擴散和易化擴散兩種形式。
    1.是指小分子脂溶性物質(zhì)由高濃度的一側(cè)通過細(xì)胞膜向低濃度的一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程??缒U散的最取決于膜兩側(cè)的物質(zhì)濃度梯度和膜對該物質(zhì)的通透性。單純擴散在物質(zhì)轉(zhuǎn)運的當(dāng)時是不耗能的,其能量來自高濃度本身包含的勢能。
    2.易化擴散:指非脂溶性小分子物質(zhì)在特殊膜蛋白的協(xié)助下,由高濃度的一側(cè)通過細(xì)胞膜向低濃度的一側(cè)移動的過程。參與易化擴散的膜蛋白有載體蛋白質(zhì)和通道蛋白質(zhì)。
    以載體為中介的易化擴散特點如下:(1)競爭性抑制;(2)飽和現(xiàn)象;(3)結(jié)構(gòu)特異性。以通道為中介的易化擴散特點如下:(1)相對特異性;(2)無飽和現(xiàn)象;(3)通道有"開放"和"關(guān)閉"兩種不同的機能狀態(tài)。
    (二)主動轉(zhuǎn)運,包括原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運和繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。
    主動轉(zhuǎn)運是指細(xì)胞消耗能量將物質(zhì)由膜的低濃度一側(cè)向高濃度的一側(cè)轉(zhuǎn)運的過程。主動轉(zhuǎn)運的特點是:(1)在物質(zhì)轉(zhuǎn)運過程中,細(xì)胞要消耗能量;(2)物質(zhì)轉(zhuǎn)運是逆電-化學(xué)梯度進行;(3)轉(zhuǎn)運的為小分子物質(zhì);(4)原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運主要是通過離子泵轉(zhuǎn)運離子,繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運是指依賴離子泵轉(zhuǎn)運而儲備的勢能從而完成其他物質(zhì)的逆濃度的跨膜轉(zhuǎn)運。
    最常見的離子泵轉(zhuǎn)運為細(xì)胞膜上的鈉泵(Na+ -K+泵),其生理作用和特點如下:
    (1)鈉泵是由一個催化亞單位和一個調(diào)節(jié)亞單位構(gòu)成的細(xì)胞膜內(nèi)在蛋白,催化亞單位有與Na+、ATP結(jié)合點,具有ATP酶的活性。
    (2)其作用是逆濃度差將細(xì)胞內(nèi)的Na+移出膜外,同時將細(xì)胞外的K+移入膜內(nèi)。
    (3)與靜息電位的維持有關(guān)。
    (4)建立離子勢能貯備:分解的一個ATP將3個Na+移出膜外,同時將2個K+移入膜內(nèi),這樣建立起離子勢能貯備,參與多種生理功能和維持細(xì)胞電位穩(wěn)定。
    (5)可使神經(jīng)、肌肉組織具有興奮性的離子基礎(chǔ)。
    (三)出胞和入胞作用。(均為耗能過程)
    出胞是指某些大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊由細(xì)胞排出的過程,主要見于細(xì)胞的分泌活動。入胞則指細(xì)胞外的某些物質(zhì)團塊進入細(xì)胞的過程。因特異性分子與細(xì)胞膜外的受體結(jié)合并在該處引起的入胞作用稱為受體介導(dǎo)式入胞。
    記憶要點:(1)小分子脂溶性物質(zhì)可以自由通過脂質(zhì)雙分子層,因此,可以在細(xì)胞兩側(cè)自由擴散,擴散的方向決定于兩側(cè)的濃度,它總是從濃度高一側(cè)向濃度低一側(cè)擴散,這種轉(zhuǎn)運方式稱單純擴散。正常體液因子中僅有O2、CO2、NH3以這種方式跨膜轉(zhuǎn)運,另外,某些小分子藥物可以通過單純擴散轉(zhuǎn)運。
    (2)非脂溶性小分子物質(zhì)從濃度高向濃度低處轉(zhuǎn)運時不需消耗能量,屬于被動轉(zhuǎn)運,但轉(zhuǎn)運依賴細(xì)胞膜上特殊結(jié)構(gòu)的"幫助",因此,可以把易化擴散理解成"幫助擴散".什么結(jié)構(gòu)發(fā)揮"幫助"作用呢?——細(xì)胞膜蛋白,它既可以作為載體將物質(zhì)從濃度高處"背"向濃度低處,也可以作為通道,它開放時允許物質(zhì)通過,它關(guān)閉時不允許物質(zhì)通過。體液中的離子物質(zhì)是通過通道轉(zhuǎn)運的,而一些有機小分子物質(zhì),例如葡萄糖、氨基酸等則依賴載體轉(zhuǎn)運。至于載體與通道轉(zhuǎn)運各有何特點,只需掌握載體轉(zhuǎn)運的特異性較高,存在競爭性抑制現(xiàn)象。
    (3)非脂溶性小分子物質(zhì)從濃度低向濃度高處轉(zhuǎn)運時需要消耗能量,稱為主動轉(zhuǎn)運。體液中的一些離子,如Na+、K+、Ca2+、H+的主動轉(zhuǎn)運依靠細(xì)胞膜上相應(yīng)的離子泵完成。離子泵是一類特殊的膜蛋白,它有相應(yīng)離子的結(jié)合位點,又具有ATP酶的活性,可分解ATP釋放能量,并利用能量供自身轉(zhuǎn)運離子,所以離子泵完成的轉(zhuǎn)運稱為原發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。體液中某些小分子有機物,如葡萄糖、氨基酸的主動轉(zhuǎn)運屬于繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運,它依賴離子泵轉(zhuǎn)運相應(yīng)離子后形成細(xì)胞內(nèi)外的離子濃度差,這時離子從高濃度向低濃度一側(cè)易化擴散的同時將有機小分子從低濃度一側(cè)耦聯(lián)到高濃度一側(cè)。腸上皮細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞吸收葡萄糖屬于這種繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運。
    (4)出胞和入胞作用是大分子物質(zhì)或物質(zhì)團塊出入細(xì)胞的方式。內(nèi)分泌細(xì)胞分泌激素、神經(jīng)細(xì)胞分泌遞質(zhì)屬于出胞作用;上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞吞噬異物屬于入胞作用。