公衛執業醫師考點:生理學機能細胞膜
生理機能是指人體在新陳代謝作用下,各器官系統工作的能力,其常見的衡量指標有脈搏、血壓、肺活量等。
考綱要求
1.細胞膜的物質轉運。
2.細胞的生物電現象以及細胞興奮的產生和傳導的原理。
3.神經-骨骼肌接頭的興奮傳遞。
考綱精要
一、細胞膜的基本結構——液態鑲嵌模型
該模型的基本內容:以液態脂質雙分子層爲基架,其中鑲嵌着具有不同生理功能的蛋白質分子,並連有一些寡糖和多糖鏈。
特點:(1)脂質膜不是靜止的,而是動態的、流動的。
(2)細胞膜兩側是不對稱的,因爲兩側膜蛋白存在差異,同時兩側的脂類分子也不完全相同。
(3)細胞膜上相連的糖鏈主要發揮細胞間"識別"的作用。
(4)膜蛋白有多種不同的功能,如發揮轉動物質作用的載體蛋白、通道蛋白、離子泵等,這些膜蛋白主要以螺旋或球形蛋白質的形式存在,並且以多種不同形式鑲嵌在脂質雙分子層中,如靠近膜的內側面、外側面、貫穿整個脂質雙層三種形式均有。
(5)細胞膜糖類多數裸露在膜的外側,可以作爲它們所在細胞或它們所結合的蛋白質的特異性標誌。
二、細胞膜物質轉運功能
物質進出細胞必須通過細胞膜,細胞膜的特殊結構決定了不同物質通過細胞的難易。例如,細胞膜的基架是雙層脂質分子,其間不存在大的空隙,因此,僅有能溶於脂類的小分子物質可以自由通過細胞膜,而細胞膜對物質團塊的吞吐作用則是細胞膜具有流動性決定的。不溶於脂類的物質,進出細胞必須依賴細胞膜上特殊膜蛋白的幫助。
物質通過細胞膜的轉運有以下幾種形式:
(一)被動轉運: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由高濃度的一側通過細胞膜向低濃度的一側轉運的過程。跨膜擴散的最取決於膜兩側的物質濃度梯度和膜對該物質的通透性。單純擴散在物質轉運的當時是不耗能的,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在特殊膜蛋白的協助下,由高濃度的一側通過細胞膜向低濃度的一側移動的過程。參與易化擴散的膜蛋白有載體蛋白質和通道蛋白質。
以載體爲中介的易化擴散特點如下:(1)競爭性抑制;(2)飽和現象;(3)結構特異性。以通道爲中介的易化擴散特點如下:(1)相對特異性;(2)無飽和現象;(3)通道有"開放"和"關閉"兩種不同的機能狀態。
(二)主動轉運,包括原發性主動轉運和繼發性主動轉運。
主動轉運是指細胞消耗能量將物質由膜的低濃度一側向高濃度的一側轉運的過程。主動轉運的特點是:(1)在物質轉運過程中,細胞要消耗能量;(2)物質轉運是逆電-化學梯度進行;(3)轉運的爲小分子物質;(4)原發性主動轉運主要是通過離子泵轉運離子,繼發性主動轉運是指依賴離子泵轉運而儲備的勢能從而完成其他物質的逆濃度的跨膜轉運。
最常見的離子泵轉運爲細胞膜上的鈉泵(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節亞單位構成的.細胞膜內在蛋白,催化亞單位有與Na+、ATP結合點,具有ATP酶的活性。
(2)其作用是逆濃度差將細胞內的Na+移出膜外,同時將細胞外的K+移入膜內。
(3)與靜息電位的維持有關。
(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,這樣建立起離子勢能貯備,參與多種生理功能和維持細胞電位穩定。
(5)可使神經、肌肉組織具有興奮性的離子基礎。
(三)出胞和入胞作用。(均爲耗能過程)
出胞是指某些大分子物質或物質團塊由細胞排出的過程,主要見於細胞的分泌活動。入胞則指細胞外的某些物質團塊進入細胞的過程。因特異性分子與細胞膜外的受體結合並在該處引起的入胞作用稱爲受體介導式入胞。
記憶要點:(1)小分子脂溶性物質可以自由通過脂質雙分子層,因此,可以在細胞兩側自由擴散,擴散的方向決定於兩側的濃度,它總是從濃度高一側向濃度低一側擴散,這種轉運方式稱單純擴散。正常體液因子中僅有O2、CO2、NH3以這種方式跨膜轉運,另外,某些小分子藥物可以通過單純擴散轉運。
(2)非脂溶性小分子物質從濃度高向濃度低處轉運時不需消耗能量,屬於被動轉運,但轉運依賴細胞膜上特殊結構的"幫助",因此,可以把易化擴散理解成"幫助擴散".什麼結構發揮"幫助"作用呢?——細胞膜蛋白,它既可以作爲載體將物質從濃度高處"背"向濃度低處,也可以作爲通道,它開放時允許物質通過,它關閉時不允許物質通過。體液中的離子物質是通過通道轉運的,而一些有機小分子物質,例如葡萄糖、氨基酸等則依賴載體轉運。至於載體與通道轉運各有何特點,只需掌握載體轉運的特異性較高,存在競爭性抑制現象。
(3)非脂溶性小分子物質從濃度低向濃度高處轉運時需要消耗能量,稱爲主動轉運。體液中的一些離子,如Na+、K+、Ca2+、H+的主動轉運依靠細胞膜上相應的離子泵完成。離子泵是一類特殊的膜蛋白,它有相應離子的結合位點,又具有ATP酶的活性,可分解ATP釋放能量,並利用能量供自身轉運離子,所以離子泵完成的轉運稱爲原發性主動轉運。體液中某些小分子有機物,如葡萄糖、氨基酸的主動轉運屬於繼發性主動轉運,它依賴離子泵轉運相應離子後形成細胞內外的離子濃度差,這時離子從高濃度向低濃度一側易化擴散的同時將有機小分子從低濃度一側耦聯到高濃度一側。腸上皮細胞、腎小管上皮細胞吸收葡萄糖屬於這種繼發性主動轉運。
(4)出胞和入胞作用是大分子物質或物質團塊出入細胞的方式。內分泌細胞分泌激素、神經細胞分泌遞質屬於出胞作用;上皮細胞、免疫細胞吞噬異物屬於入胞作用。
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