细胞膜的生理功能

二、细胞膜的生理功能

(一)细胞膜的跨膜物质转运功能

1.单纯扩散 脂溶性小分子物质由高浓度向低浓度跨膜移动的过程称为单纯扩散(simple diffusion)。单纯扩散的特点是不需要膜蛋白的帮助,同时也不需要细胞代谢提供能量。如O2、CO2、N2等。

2.易化扩散 非脂溶性或脂溶性很小的小分子物质,在特殊膜蛋白的帮助下,由高浓度向低浓度一侧转运的过程称为易化扩散(facilitated diffusion)。易化扩散和单纯扩散一样,顺浓度差进行,不需要消耗能量,但它必须在膜蛋白的帮助下才能进行。各种离子如Na+、Ca2+、Cl-、K+等,葡萄糖、氨基酸进入细胞的过程均属于易化扩散。

3.主动转运 细胞膜通过本身的某种耗能过程,在细胞膜上泵蛋白的帮助下,逆浓度差或逆电位差转运某些物质分子或离子的过程,称为主动转运(active transport)。主动转运分为两种:原发性主动转运和继发性主动转运。一般所说的主动转运是指原发性主动转运。

(1)原发性主动转运(primary active transport):细胞膜将物质分子(或离子)逆浓度差和电位差转运的过程,它是通过生物泵的活动来实现转运的。钠-钾泵简称钠泵(sodium pump),普遍存在于哺乳动物细胞膜上,钠泵具有ATP酶的活性,是一种Na+-K+依赖式ATP酶。一个ATP分子分解释放的能量,可以把3个Na+移到细胞膜外,2个K+移入细胞膜内。

(2)继发性主动转运(secondary active transport):有些物质在进行跨膜转运时所需的能量并不直接由ATP分解供能,而是依靠原发性主动转运的同时跨膜转运其他物质,称为继发性主动转运,也称联合转运。比如葡萄糖、氨基酸等营养物质在小肠的吸收,肾脏对这两种物质的重吸收均属于继发性主动转运。

4.入胞作用和出胞作用 小分子物质或离子的转运方式是以上三种方式,而大分子物质或团块的转运方式则是入胞作用和出胞作用,这两种方式比较复杂,并且在转运时也需要细胞供能。

(1)入胞作用(endocytosis):也称胞吞,细胞外大分子物质或团块进入细胞内的过程。如白细胞吞噬细菌;如果进入细胞的是液体,称为吞饮。

(2)出胞作用(exocytosis):大分子物质或团块从细胞内被排出到细胞外的过程。如消化腺细胞分泌消化液的过程、神经末梢释放递质的过程、内分泌细胞分泌激素的过程均属于出胞作用。(https://www.daowen.com)

(二)细胞膜的跨膜信号转导功能

跨膜信号转导是指外界信号(化学分子、光、声音等)作用于细胞膜表面的受体,引起细胞膜结构中一种或多种特殊蛋白质构型改变,将外界环境变化的信息以新的信号形式传递到细胞膜内,再引发靶细胞功能改变。受体(receptor)是指能与配体特异性结合的蛋白质。配体是指细胞外的信号物质,如各种神经递质、激素、细胞因子、气体分子等物质。

1.G-蛋白耦联受体介导的信号转导 G-蛋白耦联受体是存在于细胞膜上的蛋白质,当它与信号分子结合后可激活细胞膜上的G-蛋白,G-蛋白被激活后可激活G-蛋白效应器酶(如腺苷酸环化酶),G-蛋白效应器酶激活后可催化某些物质(如ATP)产生第二信使,第二信使通过蛋白激酶发挥生理作用。在人体功能调节中,含氮类激素大多是通过这种途径来发挥作用的。

2.离子通道受体介导的信号转导 细胞膜上的蛋白质有些可起到通道的作用,被称为通道蛋白,而有些通道蛋白又具有受体功能,能直接控制这些通道的开放或关闭,进而引起相应的离子跨膜流动,实现信号的跨膜转导,这种信号转导途径被称为离子通道受体介导的信号转导。

3.酶耦联受体介导的信号转导 细胞膜上的蛋白质种类很多,其中一种蛋白质既有酶的作用,又有受体的作用,这种蛋白质则称为酶耦联受体。通过酶耦联受体的双重作用完成的信号转导称为酶耦联受体介导的信号转导。在人体内重要的酶耦联受体有酪氨酸激酶受体和鸟苷酸环化酶受体。体内的胰岛素等肽类激素就是通过酶耦联受体进行信号转导的。

(三)细胞的生物电现象

生物电(bioelectricity)是指细胞分子在进行生命活动时具有的电现象。生物电的研究对了解神经系统、运动系统的功能活动有重要的意义。临床上作为诊断用的一些检查手段如心电图、脑电图、胃肠电图等可对人体不同器官生物电活动的综合表现进行记录。生物电包括静息电位和动作电位两种。